十八、PWM呼吸灯

1. 配置流程

我们外接一个LED灯进行PWM实现，注意一下要选择合适规格的LED。

一般使用定时器PWM功能，都需要有以下几个步骤。

• 使能时钟
• 配置GPIO
• 配置定时器
• 配置PWM
• 使能TIMER
• 调整定时器输出通道占空比

2. 使能时钟

用PWM实现一个呼吸灯的效果。首先LED灯连接在PB0引脚上，查找数据手册的第29页可知，PB0有定时器3通道的复用功能，如图所示：

这里选择PB0的复用功能，也就是使用TIMER3_CH3进行PWM输出。

使能时钟：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,  ENABLE);   //使能定时器3时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);   //使能GPIO外设

3. 配置GPIO

  前面介绍过PWM输出是依赖于定时器的，所以要对定时器进行配置，但是我们不使用定时器的中断功能，顾不用对定时器的中断进行配置。又因为我们使用的PB0是定时器3的通道3，所以我们要配置PB0的GPIO参数。

首先是GPIO的参数结构体：

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // GPIO结构体

然后GPIO配置参数：

//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH3的PWM脉冲波形GPIOB0
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;         //TIM3_CH3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

使能GPIO配置。

GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

4. 配置定时器

要使用定时器参数配置有一个结构体，如图所示：

参数解释

• TIM_Prescaler：预分频器值。用于除以TIM的时钟频率。这个参数可以是0x0000到0xFFFF之间的任何数值。预分频器的实际作用是减慢定时器的计数速度，从而允许定时器在更宽的时间范围内工作。
• TIM_CounterMode：计数器模式。这个参数指定定时器的计数模式，可以是以下几种模式之一（这些模式决定了定时器是如何计数的）：
  • TIM_CounterMode_Up：向上计数模式。
  • TIM_CounterMode_Down：向下计数模式。
  • TIM_CounterMode_CenterAligned：中心对齐模式，计数器向上计数到一个值然后向下计数到0。
• TIM_Period：周期值。这个参数指定了自动重装载寄存器的值，在下一个更新事件时被加载。这个参数必须是0x0000到0xFFFF之间的数值。周期值实际上定义了定时器溢出（或者达到预设的计数值）的时间点，从而触发相关的中断或事件。
• TIM_ClockDivision：时钟分频。这个参数可以是以下几种值之一，这个分频是在预分频器之后进一步对时钟进行分频：
  • TIM_CKD_DIV1：不分频。
  • TIM_CKD_DIV2：时钟分频2。
  • TIM_CKD_DIV4：时钟分频4。
• TIM_RepetitionCounter：重复计数器值。每次RCR（重复计数器）倒数到0时，都会生成一个更新事件，并且计数重新从RCR值（N）开始。在PWM模式下，这意味着(N+1)对应于【这个参数必须是0x00到0xFF之间的数值。注意，这个参数只对TIM1和TIM8有效。】：
  • 边沿对齐模式下的PWM周期数。
  • 中心对齐模式下的半PWM周期数。

结构体定义：

TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

相关配置如下：

//初始化TIM3
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; //设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc - 1; //设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; // 时钟分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式

初始化配置：

TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
//根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位

5. 配置PWM

配置好TIMER3参数之后，需要配置PWM输出结构体。

结构体定义如下：

TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

结构体配置如下：

//初始化TIM3 Channel3 PWM模式
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比较输出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //输出极性

初始化配置：

TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC3

注意：每个通道有不同的函数。通道2是TIM_OC2Init，通道3是TIM_OC3Init，如此以此类推。。。。

使能预装载寄存器：

TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR3上的预装载寄存器

注意：每个通道有不同的函数。通道2是TIM_OC2PreloadConfig，通道3是TIM_OC3PreloadConfig，如此以此类推。。。。

6. 使能TIMER

我们使用函数TIM_Cmd初始化函数：

TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3

7. 调整定时器输出通道占空比

我们使用以下函数调整占空比：

void TIM_SetCompare3(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare3);

  这个函数是用于设置STM32系列微控制器中定时器的捕获比较3寄存器（CC3R）的值。通过设置这个寄存器，可以控制定时器的输出比较（Output Compare）或输入捕获（Input Capture）功能，这对于生成精确的时间延迟、测量脉冲宽度或产生复杂的PWM输出等应用至关重要。

参数解释：

• TIMx：指定要操作的定时器实例。STM32微控制器通常包含多个定时器实例（如TIM1、TIM2等），这个参数允许选择特定的定时器实例进行操作。不同的STM32型号支持的定时器数量和功能可能有所不同。

• Compare3：指定捕获比较3寄存器（CC3R）的新值。在输出比较模式下，这个值通常用于与定时器的计数值进行比较，以控制定时器的行为，如在达到特定计数值时触发中断或改变某个输出引脚的状态。在输入捕获模式下，它可以用于捕获和存储外部事件（如脉冲到达）的时间点。

• 无返回值！！！（@retval None）

注意：每个通道有不同的函数。通道2是TIM_SetCompare2，通道3是TIM_SetCompare3，如此以此类推。。。。

  在PWM（脉冲宽度调制）应用中，可以通过改变CC3R的值来调整PWM信号的占空比。例如，增加CC3R的值会增加PWM高电平的持续时间，从而增加占空比。

8. 编写呼吸灯函数

  要实现一个呼吸灯的效果，首先我们来看呼吸灯产生的原理。呼吸灯产生的原理就是LED灯逐渐变亮再逐渐变暗，然后一直循环下去。控制LED灯的亮暗是通过改变PWM的占空比，占空比越大，LED灯越亮，占空比越小，LED灯越暗。所以，我们只需要调节PWM的占空比就可以实现呼吸灯的效果。设置PWM的占空比的函数在之前介绍过，编写呼吸灯代码如下：

void pwm_breathing_lamp(void)
{
      uint32_t brightness = 0; // 当前亮度
      int step = 1;            // 亮度改变的步长
      int delayTime = 3;      // 延时时间

      // 逐渐增加亮度
      for(brightness = 0; brightness <= 1000; brightness += step)
      {
            TIM_SetCompare3(TIM3, brightness); // 使用TIM3的Channel 3
            delay_ms(delayTime);

            // 随着亮度的增加，增加步长，使亮度变化加快
            if(brightness < 500)
            {
                  step = 1 + brightness / 100;
            }
            else
            {
                  step = 1 + (1000 - brightness) / 100;
            }
      }

      // 短暂暗淡
      delay_ms(100);

      // 逐渐减少亮度
      for(brightness = 1000; brightness != 0; brightness -= step)
      {
            TIM_SetCompare3(TIM3, brightness); // 使用TIM3的Channel 3
            delay_ms(delayTime);

            // 随着亮度的减少，减少步长，使亮度变化减慢
            if(brightness > 500)
            {
                  step = 1 + (1000 - brightness) / 100;
            }
            else
            {
                  step = 1 + brightness / 100;
            }
      }

      // 短暂暗淡
      delay_ms(100);
}

函数解释

1. 变量初始化：

• uint32_t brightness = 0;：定义并初始化亮度变量brightness，用于控制LED的亮度。
• int step = 1;：定义并初始化步长变量step，用于控制每次亮度变化的大小。
• int delayTime = 3;：定义并初始化延时变量delayTime，用于控制每次亮度变化之间的延时，单位为毫秒。

2. 逐渐增加亮度：

• 使用一个for循环，从0开始逐步增加brightness的值，直到1000（假设这是LED的最大亮度值）。
• 在循环内部，调用TIM_SetCompare3(TIM3, brightness);来设置TIM3的Channel 3的比较值为当前亮度值，实际上是调整PWM信号的占空比，从而控制LED的亮度。
• 使用delay_ms(delayTime);在每次亮度变化后引入短暂的延时。
• 根据当前亮度值调整步长step，在亮度较低时步长较小，亮度较高时步长增大，使亮度变化加快。

3. 短暂暗淡：

• 在亮度增加到最大值后，使用delay_ms(100);引入100毫秒的延时，模拟呼吸灯在最亮时的短暂停留。

4. 逐渐减少亮度：

• 使用另一个for循环，从1000开始逐步减少brightness的值，直到0。
• 循环内部的操作与增加亮度时相似，不同之处在于亮度是逐渐减少的。
• 同样根据当前亮度值调整步长step，在亮度较高时步长较大，亮度较低时步长减小，使亮度变化减慢。

5. 再次短暂暗淡：

• 在亮度减少到最低值后，再次使用delay_ms(100);引入100毫秒的延时，模拟呼吸灯在最暗时的短暂停留。

9. 实验现象

关于这一章节的代码百度网盘下载，在立创·STM32F103C8T6开发板资料（标准库）/第03章软件资料/代码例程/009PWM呼吸灯。

烧写代码之后，会观察到LED灯由暗变亮，继而由亮变暗的效果。