STM32（六）：定时器PWM呼吸灯 （标准库函数） |
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STM32（六）：定时器PWM呼吸灯 （标准库函数）
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前言
上一篇文章已经介绍了如何用STM32单片机中的TIMER定时器来控制LED灯的交替闪烁，实现了点灯的第五种方式。这篇文章我们来介绍一下如何用STM32单片机中的定时器的PWM波来实现LED的“呼吸”。 一、实验原理关于定时器这边就不多加赘述，详细请看上一篇文章，链接放在下面了 STM32（五）：TIMER定时器 （标准库函数） 这边我们介绍一下PWM 1.PWM的介绍PWM的全称是脉冲宽度调制（Pulse-width modulation），是指在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域。在STM32微控制器的应用中，PWM技术也非常重要，因为它能够提供精确的信号控制，从而达到对设备行为的精确管理。 频率：一秒钟内从高电平时间在到低电平时间，再从低电平跳到高电平的瞬间次数，也就是一秒钟内有多少个PWM的周期，f = 1/Ts。周期：一秒钟内从高电平时间在到低电平时间，Ts= 1/f。PWM信号产生：用于控制电机速度、灯光亮度等。占空比：一个周期内高电平时间和总时间的比值,Ton/Ts。分辨率：占空比变化步距。
2.PWM参数计算公式
PWM主要参数计算公式如下所示： PWM频率 Freq=CK_PSC/[(PSC+1) (ARR+1)], CK_PSC=72MPWM占空比=CCR/(ARR+1)PWM分辨率=1/（ARR+1） 3.PWM工作原理以下是PWM输入模式时序的工作原理图，以下对其符号进行简单的解释说明 T1：PWM信号的波形，显示了信号的高电平和低电平状态。TIMx_CNT ：定时器的计数器（Counter），它的值会在定时器时钟的脉冲下从0开始增加，直到达到自动重载寄存器（ARR）的值后归零，循环开始新的周期。TIMx_CCR1 和 TIMx_CCR2 ：捕捉/比较寄存器（Capture/Compare Register），用于设置PWM的高电平宽度。它们的值决定了在计数器达到这些值时输出比较匹配事件，影响PWM输出信号的占空比。 TIMx_CCR1 设置为 0004，代表在计数器计数到4时，第一个通道的PWM输出从高电平跳变到低电平。TIMx_CCR2 设置为 0002，代表在计数器计数到2时，第二个通道的PWM输出从高电平跳变到低电平。
接下来简单介绍一下PWM信号的一个典型的边缘对齐模式， ARR = 8：设置了定时器的计数上限，决定了PWM周期的长度，计数器会从0计数到8，然后重置为0，开始新的周期。CCRx = 4：决定了PWM信号从高电平变为低电平的切换点，当计数器计数到4时，输出信号从高电平切换到低电平。 红线（有效电平）：PWM输出从高电平切换到低电平的时刻，即在计数器值等于CCR值时，输出发生变化。蓝线（无效电平）：PWM输出在一个完整的周期结束时仍然是低电平。CCxIF：捕捉/比较中断标志，当定时器的计数器值与CCR寄存器的预设值相匹配时，该标志被设置。 OCxREF：输出比较引用信号，通常与PWM的实际输出相对应，反映了PWM信号的状态更改。
这边在h文件的宏定义中定义即可 static void GENERAL_TIMx_GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /* 使能定时器始终：设置TIM3CLK 为 72MHZ */ GENERAL_TIM_APBxClock_FUN (GENERAL_TIM_CLK, ENABLE); /* 使能定时器通道引脚GPIO时钟 */ GENERAL_TIM_GPIO_APBxClock_FUN(GENERAL_TIM_GPIO_CLK1|GENERAL_TIM_GPIO_CLK1, ENABLE); /* 配置定时器通道3输出引脚模式：复用推挽输出模式 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GENERAL_TIM_PIN1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GENERAL_TIM_PORT1, &GPIO_InitStructure); } 2.时钟中断时钟中断函数void NVIC_Config_PWM(void)，这边是对中断来源以及优先级的配置，前面在Systick中有所介绍，可以看一下之前的连接：STM32（四）：Systick （标准库函数）-CSDN博客 static void NVIC_Config_PWM(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 选择中断优先级配置组为2个抢占式优先级和2个子优先级，可以参考misc.h文件了解相关设置 */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); /* 配置TIM3_IRQ中断为中断源 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GENERAL_TIMx_IRQn; /* 设置抢占式优先级为0 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; /* 设置子优先级为3 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; /* 使能外部中断通道 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); }但到这里我们的中断配置还没结束！！重点！！易踩坑！！ 我们还需要在stm32f10x_it.c的文件里面加上新的中断服务函数 GENERAL_TIMx_IRQHandler ()，记得加上头文件，例如： #include "bsp/GeneralTIM/bsp_GeneralTIM.h" extern uint8_t indexWave[]; void GENERAL_TIMx_IRQHandler(void) { static uint8_t pwm_index = 0; /* 用于PWM查表 */ static uint8_t period_cnt = 0; /* 用于计算周期数 */ /* 定时器更新中断 */ if (TIM_GetITStatus(GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update) != RESET) { period_cnt++; /* 若输出的周期数大于20，输出下一种脉冲宽的PWM波 */ if(period_cnt >= 20) { /* 根据PWM表修改定时器的比较寄存器值 */ GENERAL_TIMx->GENERAL_TIM_CCRx = indexWave[pwm_index]; /* 标志PWM表的下一个元素 */ pwm_index++; /* 若PWM脉冲表已经输出完成一遍，重置PWM查表标志 */ if( pwm_index >= 40) { pwm_index=0; } /* 重置周期计数标志 */ period_cnt=0; } /* 必须要清除中断标志位 */ TIM_ClearITPendingBit (GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update); } } 3.定时器配置定时周期和预分频需要根据实际需要进行调整，而这边TIM_Pulse=0是因为我们给了一个脉冲配置的数组indexWave[]，若不用，调整这个大小会改变“呼吸”的速率。 static void GENERAL_TIMx_Configuration(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; /* 当定时器从0计数到255，即为256次，为一个定时周期 */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255; /* 设置预分频：不预分频，即为72MHz,输出脉冲频率：72MHz/(1999+1)/(255+1) */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999; /* 设置时钟分频系数：不分频(这里用不到) */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ; /* 向上计数模式 */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(GENERAL_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure); /* 模式配置：PWM模式1 */ TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; /* 输出状态设置：使能输出 */ TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; /* 设置跳变值，当计数器计数到这个值时，电平发生跳变 */ TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; /* 当定时器计数值小于CCR1_Val时为低电平 */ TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; /* 初始化定时器通道1输出PWM */ GENERAL_TIM_OCxInit(GENERAL_TIMx, &TIM_OCInitStructure); /* 定时器比较输出通道1预装载配置：使能预装载 */ GENERAL_TIM_OCxPreloadConfig(GENERAL_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); /* 使能定时器重载寄存器ARR */ TIM_ARRPreloadConfig(GENERAL_TIMx, ENABLE); /* 使能定时器 */ TIM_Cmd(GENERAL_TIMx, ENABLE); /* 配置NVIC */ NVIC_Config_PWM(); /* 定时器更新中断 */ TIM_ITConfig(GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE); } 4.PWM信号初始化 void GENERAL_TIMx_PWM_Init(void) { GENERAL_TIMx_GPIO_Config(); GENERAL_TIMx_Configuration(); } 三、实操代码程序分为3个文件：bsp_GeneralTIM.c、bsp_GeneralTIM.h、main.c 1.bsp_GeneralTIM.c #include "bsp/GeneralTIM/bsp_GeneralTIM.h" uint8_t indexWave[] = {1,1,2,2,3,4,6,8,10,14,19,25,33,44,59,80,107,143,191,255, 255,191,143,107,80,59,44,33,25,19,14,10,8,6,4,3,2,2,1,1}; /** * 函数功能: 配置TIMx复用输出PWM时用到的I/O */ static void GENERAL_TIMx_GPIO_Config(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; /* 使能定时器始终：设置TIM3CLK 为 72MHZ */ GENERAL_TIM_APBxClock_FUN (GENERAL_TIM_CLK, ENABLE); /* 使能定时器通道引脚GPIO时钟 */ GENERAL_TIM_GPIO_APBxClock_FUN(GENERAL_TIM_GPIO_CLK1|GENERAL_TIM_GPIO_CLK1, ENABLE); /* 配置定时器通道3输出引脚模式：复用推挽输出模式 */ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GENERAL_TIM_PIN1; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GENERAL_TIM_PORT1, &GPIO_InitStructure); } /** * 函数功能: 配置嵌套向量中断控制器NVIC */ static void NVIC_Config_PWM(void) { NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure; /* 选择中断优先级配置组为2个抢占式优先级和2个子优先级，可以参考misc.h文件了解相关设置 */ NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); /* 配置TIM3_IRQ中断为中断源 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GENERAL_TIMx_IRQn; /* 设置抢占式优先级为0 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; /* 设置子优先级为3 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; /* 使能外部中断通道 */ NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); } /** * 函数功能: 配置TIMx输出的PWM信号的模式，如周期、极性、占空比 */ static void GENERAL_TIMx_Configuration(void) { TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; /* 定时器基本参数始终 */ /* 当定时器从0计数到255，即为256次，为一个定时周期 */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255; /* 设置预分频：不预分频，即为72MHz,输出脉冲频率：72MHz/(1999+1)/(255+1) */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999; /* 设置时钟分频系数：不分频(这里用不到) */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ; /* 向上计数模式 */ TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(GENERAL_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure); /* 定时器输出通道1模式配置 */ /* 模式配置：PWM模式1 */ TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; /* 输出状态设置：使能输出 */ TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; /* 设置跳变值，当计数器计数到这个值时，电平发生跳变 */ TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; /* 当定时器计数值小于CCR1_Val时为低电平 */ TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; /* 初始化定时器通道1输出PWM */ GENERAL_TIM_OCxInit(GENERAL_TIMx, &TIM_OCInitStructure); /* 定时器比较输出通道1预装载配置：使能预装载 */ GENERAL_TIM_OCxPreloadConfig(GENERAL_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); /* 使能定时器重载寄存器ARR */ TIM_ARRPreloadConfig(GENERAL_TIMx, ENABLE); /* 使能定时器 */ TIM_Cmd(GENERAL_TIMx, ENABLE); /* 配置NVIC */ NVIC_Config_PWM(); /* 定时器更新中断 */ TIM_ITConfig(GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE); } /** * 函数功能: TIMx输出PWM信号初始化 * 说 明：只要调用这个函数TIMx的通道就会有PWM信号输出 */ void GENERAL_TIMx_PWM_Init(void) { GENERAL_TIMx_GPIO_Config(); GENERAL_TIMx_Configuration(); }2.bsp_GeneralTIM.h #ifndef __GENERAL_TIM_H__ #define __GENERAL_TIM_H__ /* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/ #include /* 类型定义 ------------------------------------------------------------------*/ /* 宏定义 --------------------------------------------------------------------*/ #define GENERAL_TIMx TIM3 #define GENERAL_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd #define GENERAL_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM3 #define GENERAL_TIM_GPIO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd #define GENERAL_TIM_GPIO_CLK1 RCC_APB2Periph_GPIOA #define GENERAL_TIM_PORT1 GPIOA #define GENERAL_TIM_PIN1 GPIO_Pin_11 #define GENERAL_TIM_OCxInit TIM_OC3Init #define GENERAL_TIM_OCxPreloadConfig TIM_OC3PreloadConfig #define GENERAL_TIM_CCRx CCR3 #define GENERAL_TIMx_IRQn TIM3_IRQn //中断 #define GENERAL_TIMx_IRQHandler TIM3_IRQHandler /* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------*/ /* 函数声明 ------------------------------------------------------------------*/ void GENERAL_TIMx_PWM_Init(void); #endif /* __GENERAL_TIM_H__ */3.main.c /* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/ #include "stm32f10x.h" #include "bsp/led/bsp_led.h" #include "bsp/key/bsp_key.h" #include "bsp/delay/delay.h" #include "bsp/systick/bsp_SysTick.h" #include "bsp/GeneralTIM/bsp_GeneralTIM.h" /* 函数体 --------------------------------------------------------------------*/ /** * 函数功能: 主函数. */ int main(void) { /* 初始化定时器PWM输出 */ GENERAL_TIMx_PWM_Init(); while (1) { //空 } } 四、实验效果呼吸灯 结束语本文以STM32VET6为例讲解了用STM32单片机中用定时器的PWM波来实现LED的“呼吸”，并指出其中的易坑点。希望对大家有所帮助！如果还有什么问题，欢迎评论区留言，谢谢！ |
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