PWM 实现调光 |
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PWM 实现调光
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PWM 实现调光
一、项目效果
预期（没有相关经验）
通过 PWM 驱动扩展板上的冷光 LED 和暖光 LED， 并通过红外遥控器调节占空比来实现调节色温和调节亮度的功能。 这里也可以使用普通的，调节普通的led灯珠的亮度 使用 CH+/-键设置灯光的色温使用+/-键设置灯光亮度使用 EQ 键控制灯光开启或者关闭 （是基于成功做出，遥控器的实验）通过串口打印此时的亮度和色温百分比 二、原理说明 调光原理学习物联网最经典的案例就是实现一款智能灯， 用户可以对其进行色温、亮度、颜色（下一章讲解）的控制， 色温就是指灯光的颜色是偏白（冷光源） 还是偏黄（暖光源） ， 单位是K（开尔文），色温值越高光源颜色就越白反之色温越低，光源颜色就越黄。 通常使用冷光灯和暖光灯配合的方式，通过调节各自的亮度来实现色温的任意调节。 调节灯光亮度的原理就是通过 PWM 的占空比来设置灯光亮暗， 调节灯光色温则是在当前亮度值（占空比）基础上再次进行比例的分配 开发板上使用的冷光灯色温为 6000K，暖光灯为 3000K， 上图这种情况下对应的色温值为 3900K，另外为了保证色温恒定在固定值，通常亮度不能设置为 0， 而是有一个保底的最小值，比如 10%。 还需要注意的是，为了大家方便理解今后不使用 K 作为色温单位， 而是像亮度那样使用百分比值，范围 0-100，值越大，灯光越白 开发板上的两颗高亮 LED 分别是暖光 LED 和冷光 LED 难点就在于将亮度和色温值最终转换为占空比的计算公式上。 程序说明 灯光初始化函数 /** * 功能：初始灯光 * 参数： * brightness:初始化亮度 10-100 * colortemp:初始化色温 0-100 * 返回值：None */ void initLight(u8 brightness,u8 colortemp) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE); GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE); //禁止JTAG保留SWD GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE); //设置JTAG为定时器2部分映射,只使用SWD模式 /*设置冷光灯*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /*设置暖光灯*/ GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); setLight(brightness,colortemp); }结合代码来理解这句话 灯光初始化函数实现了复用功能重映射， 并初始化冷光灯和暖光灯的控制引脚为复用输出。 设置灯光函数 /** * 功能：设置灯光亮度和色温 * 参数： * brightness:亮度 10-100 * colortemp:色温 0-100 * 返回值：None */ void setLight(u8 brightness,u8 colortemp) { /** * 无论是亮度还是色温，最终都体现在LED的亮度上 * LED最终的亮度计算公式为：满占空比(重装载值) * 亮度百分比 * 色温百分比 * 并且要保证冷光和暖光的色温比值之和为100% * */ TIM_SetCompare1(TIM2,getPeriod(TIM2)*brightness/100*colortemp/100); //设置冷光 对应PA15 TIM2_CH1 TIM_SetCompare2(TIM2,getPeriod(TIM2)*brightness/100*(100-colortemp)/100); //设置暖光 对应PB3 TIM2_CH2 }为了方便理解， 没有把占空比计算公式进行合并。 我们通过 TIM_setCompare1()和 TIM_setCompare2()函数 对定时器 2 的捕获/比较寄存器 1/2 赋值来改变 PWM 占空比， 传入函数的第二个参数就是亮度-色温的计算公式， 在公式中先获取了重装载寄存器中的值（满占空比对应的计数值）， 然后乘上亮度的百分比得到我们想要的亮度，最后在此基础上又将亮度值乘上色温百分比， 这里要注意，冷/暖光的色温比值之和是 100%， 这就保证了无论亮度值是多少，最终呈现出来的色温是不受影响的。 PWM 初始化函数初始化定时器2输出比较通道1来生成PWM 对应冷光 /** * 功能：初始化定时器2输出比较通道1来生成PWM 对应冷光 * 参数： * duty：设置PWM输出的占空比 * 返回值：None */ void initTIM2OC1(u16 duty) { TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //定义输出比较初始化结构体 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //设置PWM1模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = duty; //设置捕获比较寄存器的值 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //设置有效电平为高电平 TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //生效初始化设置 TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能输出比较预装载，即更改完输入捕获寄存器的值要等到更新事件发生才生效,该行加不加无所谓 }初始化定时器2输出比较通道2来生成PWM 对应暖光 /** * 功能：初始化定时器2输出比较通道2来生成PWM 对应暖光 * 参数： * duty：设置PWM输出的占空比 * 返回值：None */ void initTIM2OC2(u16 duty) { TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //定义输出比较初始化结构体 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //设置PWM1模式 TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //输出使能 TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = duty; //设置捕获比较寄存器的值 TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //设置有效电平为高电平 TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure); //生效初始化设置 TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable); //使能输出比较预装载，即更改完输入捕获寄存器的值要等到更新事件发生才生效,该行加不加无所谓 } 主函数 int main(void) { u8 light_power = 1; //默认开机 s8 brightness = 100; //亮度 s8 colortemp = 50; //色温 /*初始化各外设*/ initSysTick(); initLED(); initUART(); initNVIC(NVIC_PriorityGroup_2); /*初始化NEC*/ initNEC(); /*定时器4时钟周期10us,中断周期200ms,使能更新中断和捕获通道3中断*/ initTIMx(TIM4,719,19999,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC3,ENABLE); /*设置下降沿触发捕获*/ initTIM4IC3(TIM_ICPolarity_Falling); /*设置定时器2时钟为10us,1KHz*/ initTIMx(TIM2,719,99,TIM_IT_Update,DISABLE); initTIM2OC1(50); initTIM2OC2(50); /*亮度10%,色温50%*/ initLight(100,50); while(1) { if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x45) //CH-键按下 { NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0; //清除键值 colortemp -= 10; if(colortemp100) { colortemp = 100; } setLight(brightness,colortemp); }else if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x07) //-键按下 { NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0; //清除键值 brightness -= 10; if(brightness100) { brightness = 100; } setLight(brightness,colortemp); }else if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x09) //EQ键按下 { NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0; //清除键值 light_power = !light_power; //开关机状态取反 if(light_power == 0) { setLight(0,0); //关灯 }else { setLight(brightness,colortemp); //开灯 } }else { } printf("brightness is :%d%%\n",brightness); printf("color temperature is :%d%%\n",colortemp); toggleLED(); Delay_ms(100); } }代码很长，主要实现的是 定时器 2 设置的时钟周期为 10us，则 1KHz（1ms）需要计数 100 个。 然后初始化 PWM 并设置灯光开机默认最大亮度，色温 50%。 在用户逻辑循环中不断的判断此时红外键值，并根据键值做出相应的灯光控制动作。 最终效果
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这便是调光原理
其中使用这两个引脚（PA15和PB5）的注意点 PA15上电后，该引脚默认是 JTAG 的 JTDI， 因此需要将其引脚重映射为 TIM2 的通道 1， PB3 上电默认功能是 JTAG 的 JTDO，所以也需要 PB3 重映射为 TIM2 的通道 1， 这两个引脚的功能映射图 
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