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外观

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。

  • 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.配置通道引脚GPIO ​

GD32F407VET6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43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
#define BSP_PWM_AF              GPIO_AF_1

初始化GPIO引脚的配置如下：

c
 /* 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。

1.2.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：

c
/* TIMER */
#define BSP_PWM_TIMER_RCU          RCU_TIMER1  // 定时器时钟
#define BSP_PWM_TIMER              TIMER1      // 定时器
#define BSP_PWM_TIMER_CH           TIMER_CH_0  // 定时器输出通道

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：

c
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
/* 配置定时器参数 */
timer_initpara.prescaler = 168 - 1;     //  时钟预分频值  PSC_CLK= 168MHZ / 168 = 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
timer_initpara.clockdivision = TIMER_CKDIV_DIV1;       // 分频因子
timer_initpara.repetitioncounter = 0;                  // 重复计数器 0-255
timer_init(BSP_PWM_TIMER,&timer_initpara);             // 初始化定时器

时钟分频值为168，那PSC_CLK = 168MHZ / 168 = 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。

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

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。

1.4.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：

c
/* 配置定时器输出功能 */
timer_channel_output_config(BSP_PWM_TIMER,BSP_PWM_TIMER_CH,&timer_ocinitpara);

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:

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

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:

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

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

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：

c
/* 自动重载使能 */
timer_auto_reload_shadow_enable(BSP_PWM_TIMER);

到此，关于PWM的配置就完成了。

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：

c
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,BSP_PWM_TIMER_CH,value); // 配置定时器通道输出脉冲值
    delay_ms(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_ms(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_ms(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。

3.实验现象 ​

下载

在下载中心的入门手册资料(点击跳转🚀)百度网盘链接下载 软件资料 -> 代码例程 里面，可以下载需要的压缩包。

烧写我们的代码之后，会观察到LED灯由暗变亮，继而由亮变暗的效果。