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外观

十八、PWM 呼吸灯 ​

1.1.配置流程 ​

一般使用定时器 PWM 功能，都需要有以下几个步骤。

  • 配置通道引脚 GPIO
  • 配置定时器
  • 配置输出结构体
  • 配置定时器输出通道
  • 配置定时器输出通道占空比
  • 定时器自动重载影子使能

1.1.1.配置通道引脚 GPIO ​

GD32F450ZGT6 单片机一共有 14 个定时器，除了基本定时器没有 PWM 功能，其它定时器都有 1 个、2 个或 4 个 PWM 通道。这一章节就用 PWM 实现一个呼吸灯的效果。首先 LED 灯连接在 PA5 引脚上，查找数据手册的第 46 页可知，PA5 有好几个定时器通道的复用功能，如图 1-1-1 所示。

这里选择 PA5 的复用功能 AF1 进行操作，也就是使用 TIMER1_CH0 进行 PWM 输出。

要操作 GPIO 引脚，必不可少的就是对 GPIO 进行配置，开启时钟，配置模式，配置输出，设置复用功能等，还是这一系列的操作。

PA5 引脚宏定义如下：

C
/* PA5  TIMER1_CH0 */
#define BSP_PWM_RCU      RCU_GPIOA
#define BSP_PWM_PORT    GPIOA
#define BSP_PWM_PIN      GPIO_PIN_5

初始化 GPIO 引脚的配置如下：

C
static void pwm_gpio_config(void)
{
    /* 开启时钟 */
    rcu_periph_clock_enable(BSP_PWM_RCU);
    gpio_mode_set(BSP_PWM_PORT, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_NONE, BSP_PWM_PIN);
    gpio_output_options_set(BSP_PWM_PORT,GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ,BSP_PWM_PIN);
    /* 配置IO为定时器的通道 */
    gpio_af_set(BSP_PWM_PORT, GPIO_AF_1, BSP_PWM_PIN);
}

上面的代码都是一些常规操作，需要注意的点就是设置复用功能的时候配置为 GPIO_AF_1,因为我们使用的是 PA5 引脚的 AF1 的功能。

1.1.2.配置定时器 ​

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 PA5 的 AF1 是定时器 1 的通道 0，所以我们要配置定时器 1 的参数。关于定时器 1 的宏定义如下：

/* TIMER */
#define BSP_PWM_TIMER_RCU  RCU_TIMER1  // 定时器时钟
#define BSP_PWM_TIMER    TIMER1   // 定时器

接下来就要配置定时器的参数

首先是定义定时器的参数结构体：

timer_parameter_struct timer_initpara; // 定义定时器结构体

然后使能定时器时钟和配置参数：

C
/* 开启时钟 */
rcu_periph_clock_enable(BSP_PWM_TIMER_RCU); // 开启定时器时钟
/* CK_TIMERx = 4 x CK_APB1  = 4x50M = 200MHZ */
rcu_timer_clock_prescaler_config(RCU_TIMER_PSC_MUL4); // 配置定时器时钟
timer_deinit(BSP_PWM_TIMER); // 复位定时器
/* 配置定时器参数 */
timer_initpara.prescaler = 200 -1; //  时钟预分频值  PSC_CLK= 200MHZ / 200 = 1MHZ
timer_initpara.alignedmode = TIMER_COUNTER_EDGE; // 边缘对齐
timer_initpara.counterdirection = TIMER_COUNTER_UP; // 向上计数
timer_initpara.period = 10000 -1; // 周期   T = 10000 * 1MHZ = 10ms  f = 100HZ
/* 在输入捕获的时候使用  数字滤波器使用的采样频率之间的分频比例 */
timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1; // 分频因子
/* 只有高级定时器才有 配置为x，就重复x+1次进入中断 */
timer_initpara.repetitioncounter = 0; // 重复计数器 0-255
timer_init(BSP_PWM_TIMER,&timer_initpara); // 初始化定时器

这里和之前的定时器实验相比就只有两处发生变化，一个就是时钟分频值修改为 199，那 PSC_CLK = 200MHZ / 200 = 1MHZ,周期值设置为 10000 -1，那对应的 PWM 输出的频率就是 1MHZ / 10000 = 100HZ。需要注意的是 LED 灯刷新率在 50HZ 以下会有明显的闪烁，顾 PWM 的频率设置不能低于 50HZ。

最后不要忘记使能定时器。

/* 使能定时器 */
timer_enable(BSP_PWM_TIMER);

1.1.3.配置输出结构体 ​

要使用定时器的 PWM 功能就是用定时器的输出功能，关于输出功能的参数配置有一个结构体，如图 1-3-1 所示。

  • ocpolarity：通道输出的极性，也就是配置为低电平有效还是高电平有效，这里配置为高电平有效 TIMER_OC_POLARITY_HIGH。
  • outputstate：通道输出状态，一般是使能 TIMER_CCX_ENABLE，使能 PWM 输出到端口。

其它的参数都是高级定时器使用的，可以不用配置。

1.1.4.配置定时器输出通道 ​

配置好输出通道参数之后，需要初始化这个结构体，并且还需要配置使用定时器的通道几进行输出。

void timer_channel_output_config( uint32_t timer_periph,uint16_t channel, timer_oc_parameter_struct* ocpara);

这个函数是配置定时器通道的输出功能，有三个参数，第一个参数就是要使能的定时器外设，第二个参数是要使能的定时器通道，第三个参数是配置的输出结构体。

配置定时器输出功能代码如下：

/* 配置定时器输出功能 */
timer_channel_output_config(BSP_PWM_TIMER,TIMER_CH_0,&timer_ocintpara);

1.1.5.配置定时器输出通道占空比 ​

void timer_channel_output_pulse_value_config( uint32_t timer_periph, uint16_t channel, uint32_t pulse);

这个函数是配置定时器通道输出的脉冲值。有三个参数，第一个参数是要配置的定时器，第二个参数是要配置的定时器通道，第三个参数是要设置的脉冲值。脉冲值的取值范围为（0-65535）。一般我们调节占空比也是调用这个函数，通过设置这个通道的输出脉冲值，改变不同的占空比。

这里我们将占空比设置为 50%，配置如下:

timer_channel_output_pulse_value_config(BSP_PWM_TIMER,TIMER_CH_0,5000 - 1); // 配置定时器通道输出脉冲值

这里设置输出脉冲值为 5000-1，我们设置的定时器的周期为 10000-1，则占空比为 5000 / 10000 = 50%。

void timer_channel_output_mode_config(uint32_t timer_periph, uint16_t channel,uint16_t ocmode);

这个函数是配置外设定时器通道输出比较模式。有三个参数，第一个参数是要配置的定时器外设，第二个参数是要配置的定时器通道，第三个参数是要配置的比较模式。

关于第三个参数的可选选项如图 1-5-1 所示。

这里设置为 PWM 模式 0，也就是配置为 TIMER_OC_MODE_PWM0。配置代码如下:

timer_channel_output_mode_config(BSP_PWM_TIMER,TIMER_CH_0,TIMER_OC_MODE_PWM0);// 配置定时器通道输出比较模式

void timer_channel_output_shadow_config( uint32_t timer_periph, uint16_t channel, uint16_t ocshadow);

这个函数是配置定时器通道输出比较影子寄存器功能。有三个参数，第一个参数是要配置的定时器外设，第二个参数是要配置的定时器通道，第三个参数是输出比较影子寄存器功能的状态。我们禁止输出比较影子寄存器，配置如下:

timer_channel_output_shadow_config(BSP_PWM_TIMER,TIMER_CH_0,TIMER_OC_SHADOW_DISABLE);// 配置定时器通道输出影子寄存器

1.1.6.定时器自动重载影子使能 ​

void timer_auto_reload_shadow_enable(uint32_t timer_periph);

这个函数是自动重载影子使能。有 1 个参数是要使能的定时器。配置如下：

/* auto-reload preload enable */
 timer_auto_reload_shadow_enable(BSP_PWM_TIMER);

到此，关于 PWM 的配置就完成了。

1.2.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，编写呼吸灯函数如下：

void pwm_breathing_lamp(void)
{
    static uint16_t value = 0;
    static uint8_t direct = 0;
    if(direct == 0)
    {
        value += 300;
        if(value > 10000)
        direct = 1; // 改变方向
    }else
    {
        value -= 300;
        if(value <= 0)
        direct = 0; // 改变方向
    }
    timer_channel_output_pulse_value_config(BSP_PWM_TIMER,TIMER_CH_0,value); // 配置定时器通道输出脉冲值
    delay_1ms(50);
}

这里简单介绍一下，如果 direct 为 0 则为正方向变化，脉冲值 value 逐渐变大，LED 灯逐渐变亮，当超出最大周期的时候，也就是亮度最大的时候，改变 direct 的值为 1，脉冲值 value 逐渐变小，LED 灯逐渐变暗，当小于等于 0 的时候，又改变 direct 的值为 0，继续正方向变化，然后一直循环下去。每一次脉冲值变化后都会重新配置。delay_1ms(50)是为了有一个变化的过程，不然执行太快看不出来效果，如果配置为 delay_1ms(10)将会执行的非常快，直接从暗变化到亮，再从亮变化到暗，能实现一个爆闪的效果。

1.3.实验现象 ​

关于这一章节的代码，在资源包/04 软件资料/代码例程/里面的 009PWM 呼吸灯。

烧写我们的代码之后，会观察到 LED4 灯由暗变亮，继而由亮变暗的效果。