實驗目標

利用STM32定時器產生PWM信號；

利用PWM信號實現呼吸燈。

什么是PWM信號呢？

PWM，英文名Pulse Width Modulation。

PWM信號是一種脈寬調制信號，廣范用于LED和電機控制等場合。

PWM信號其實類似于方波，只有0和1兩種狀態。

PWM信號可以調節占空比。

不同占空比可以使LED產生不同的亮度。

占空比就是指在一個周期內， 信號處于高電平的時間占據整個信號周期的百分比， 例如上圖中所示脈沖的占空比就是25%。

PWM波可以由GPIO口產生，通過GPIO口輸出高電平，延時，輸出低電平，延時來產生PWM波。

還可以使用定時器，利用比較寄存器形成PWM。

本實驗就是利用PWM信號這一特性控制LED產生不同亮度，從而實現呼吸燈的效果。

PWM信號應用場景

我們經常見到的就是交流調光電路，高電平占多一點，也就是占空比大一點亮度就亮一點，占空比小一點亮度就沒有那么亮，前提是PWM的頻率要大于我們人眼識別頻率，要不然會出現閃爍現象。

除了在調光電路應用，還有在直流斬波電路、蜂鳴器驅動、電機驅動、逆變電路、加濕機霧化量等都會有應用。

PWM信號如何輸出呢？

1）可以直接通過芯片內部模塊輸出PWM信號，前提是這個I/O口要有PWM集成模塊，自帶PWM功能的芯片只需要簡單幾步操作即可實現PWM功能。這種自帶有PWM輸出的功能模塊在程序設計更簡便，同時數據更精確。如下圖，一般的IO口都會標明這個GPIO是否是PWM口；

STM32單片機就是標識如下形式：TIMx_CHy這樣的形式，下圖中所示的PWM引腳即占用TIM1的通道1。

2）但是如果IC內部沒有PWM功能模塊，或者要求不是很高的話可以利用I/O口結合定時器輸出PWM信號，因為PWM信號其實就是一高一低的一系列電平組合在一起。具體方法是給I/O加一個定時器，輸出的PWM信號頻率與你的定時器一致，用定時器中斷來計數，但是這種方法一般不采用，除非對于精度、頻率等要求不是很高可以這樣實現。

LED使用的引腳：

原理圖

由上面的原理圖可知，當LED1和LED2引腳為高電平的時候，LED滅；當引腳為低電平的時候，LED亮。

一個周期內低電平占比越來越少，高電平占空比越來越高，LED越來越暗。

具體實現

1. LED引腳PB8、PB9初始化

注意 GPIO_Mode 要設置為：GPIO_Mode_AF_PP

voidLED_Init(void) { GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); }

2. TIM4_CH3和TIM4_CH4初始化

voidLed_PWM_Init(u16arr,u16psc) { TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE); LED_Init(); TIM_DeInit(TIM4); /*TimeBaseconfiguration*/ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0; TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0; TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High; TIM_OC3Init(TIM4,&TIM_OCInitStructure); TIM_OC4Init(TIM4,&TIM_OCInitStructure); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM4,ENABLE); TIM_OC3PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Enable); TIM_OC4PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM4,ENABLE); TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); }

其中參數arr為重載值，psc為TIMx時鐘頻率的預分頻系數。

設置定時器的周期：

PWM的周期一般要設置到50Hz以上，否則，我們會看到明顯的視覺閃爍。

設置定時器的周期需要改變ARR和PSC兩個寄存器的值來控制輸出PWM的周期。

在STM32的庫函數中，

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period即設置的ARR寄存器，溢出計數值，（如有中斷）達到這個值就中斷，對應參數arr；

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler即設置的PSC寄存器，對應預分頻系數參數psc。

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);

應用

Led_PWM_Init(899,0);

psc為0，表示初始化PWM對應的定時器不分頻，仍舊為72MHz，arr為899，代表PWM的頻率為：72000/(899+1)=80KHz。周期等于頻率的倒數，即1/80KHz=12.5us。

while(1) { //呼吸燈 if(dir) led0pwmval++; else led0pwmval--; if(led0pwmval>900) dir=0; if(led0pwmval==0) dir=1; TIM_SetCompare3(TIM4,led0pwmval);//CH3綠色 TIM_SetCompare4(TIM4,led0pwmval);//CH4紅色 delay_ms(1); }

其中代碼:

TIM_SetCompare3(TIM4,led0pwmval);//CH3綠色 TIM_SetCompare4(TIM4,led0pwmval);//CH4紅色

就是調節定時器TIM4的通道3和通道4的占空比，當計數時間達到led0pwmval時電平翻轉，比如默認0-arr都為高電平，如TIM_SetCompare的值為arr/2，就是0-arr/2 為低電平，arr/2-arr為高電平，占空比 50%。

TIM_SetCompare設置的值就是設置的CCRx。由上面的圖可知，CCRx/ARR就是占空比，由于占空比不能大于1，CCRx的值肯定不能大于ARR了。

比如我們執行如下代碼：

TIM_SetCompare3(TIM4,450);//CH3綠色 TIM_SetCompare4(TIM4,450);//CH4紅色

示波器中可以看到如下效果：

從上我們可以看到：

脈沖頻率是：80KHz

周期是：12.50us

占空比：50% (450/(899+1))

跟上面的我們設置的值是一致的。

實現的效果

視頻中的板子就是2020.06每月活動智能風扇使用的板子。

由核心板+底板的形式組成，待月底全部功能實現并驗證沒有問題之后，開源原理圖和PCB圖給大家下載自行搭建測試。

本文的PWM控制LED實現呼吸燈的原理，其實就是我們控制風扇轉速的原理，有了本節課的知識，我們就可以控制風扇的轉速了。

原文標題：利用PWM原理，實現呼吸燈功能

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