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外观

十八、PWM 呼吸灯 ​

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。

连接天空星开发板的 PB05 引脚！！

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

使能时钟 ​

STM32F407VET6 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，PB5 有好几个定时器通道的复用功能，如图所示。

这里选择 PB5 的复用功能，也就是使用 TIMER3_CH2 进行 PWM 输出。

使能时钟：

c
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,  ENABLE);   //使能定时器3时钟
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);   //使能GPIO外设

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 PB5 是定时器 3 的通道 0，所以我们要配置 PB5 的 GPIO 参数。

首先是 GPIO 的参数结构体：

c
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; // GPIO结构体

然后 GPIO 配置参数：

c
//设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形GPIOB5
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;         //TIM_CH2
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;      //复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;

使能 GPIO 配置。

c
/* 使能定时器 */
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIO

使用复用功能：

c
GPIO_PinAFConfig(GPIOB, GPIO_PinSource5, GPIO_AF_TIM3); //复用
/* 这行代码的作用是将GPIOB端口的第5引脚（即PB5）配置为定时器TIM3的复用功能。
这意味着PB5引脚不再作为普通的I/O引脚使用，而是用来输出TIM3的PWM信号。*/

GPIO_PinAFConfig 函数是用于配置 GPIO 引脚的复用功能。STM32 的 GPIO 引脚具有多种功能，除了基本的输入输出功能外，还可以被配置为各种外设的复用输出，比如定时器、USART、I2C 等。这个功能允许 STM32 的一个外设通过 GPIO 引脚与外界通信或控制。

函数原型：

void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource, uint8_t GPIO_AF);

  • GPIOx：指定 GPIO 端口。STM32 有多个 GPIO 端口（如 GPIOA、GPIOB 等），每个端口控制一组引脚。
  • GPIO_PinSource：指定 GPIO 引脚的源。这个参数指定了要配置的具体是哪一个引脚，如 GPIO_PinSource0、GPIO_PinSource1 等，对应端口上的 PIN0、PIN1 等。
  • GPIO_AF：指定引脚的复用功能。STM32 的每个引脚可以复用为多种功能，这个参数指定了具体的复用功能，如 GPIO_AF_TIM3 表示将引脚复用为定时器 3 的功能。

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。

  • 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：

    • 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。

  • 这些模式决定了定时器是如何计数的。

  • 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，用于进一步分频定时器的时钟：

    • TIM_CKD_DIV1：不分频。
    • TIM_CKD_DIV2：时钟分频 2。
    • TIM_CKD_DIV4：时钟分频 4。

  • 这个分频是在预分频器之后进一步对时钟进行分频。

  • 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：

    • 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。

  • 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。

结构体定义：

c
TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;

相关配置如下：

c
//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：

c
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

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：

c
TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;

结构体配置如下：

c
//初始化TIM3 Channel2 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：

c
TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  //根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2

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：

c
TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2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。。。。

使能 TIMER ​

我们使用函数 TIM_Cmd 初始化函数：

c
TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3

调整定时器输出通道占空比 ​

void TIM_SetCompare2(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare2)

这个函数 TIM_SetCompare2 是用于设置 STM32 定时器的捕获比较 2 寄存器（Capture Compare 2 Register，简称 CC2R）的值。通过设置 CC2R，可以控制与定时器相关的输出比较（Output Compare）功能或输入捕获（Input Capture）功能。这个功能在生成精确的时间延迟、测量脉冲宽度或产生复杂的 PWM 输出等应用中非常有用。

函数的参数说明如下：

  • TIMx：这个参数指定了要操作的定时器实例。STM32 系列微控制器通常包含多个定时器（如 TIM1、TIM2 等），这个参数就是用来指定具体哪一个定时器。参数中的 x 可以是 1、2、3、4、5、8、9 或 12，这取决于具体的 STM32 型号和它所支持的定时器。
  • Compare2：这个参数指定了捕获比较 2 寄存器的新值。这个值用于与定时器的计数值进行比较，从而控制定时器的行为（如在特定计数值时触发中断或改变输出引脚的状态）。Compare2 的具体作用取决于定时器配置为输出比较模式还是输入捕获模式。

函数没有返回值（@retval None）。

在 PWM（脉冲宽度调制）应用中，可以通过改变 CC2R 的值来调整 PWM 信号的占空比。例如，增加 CC2R 的值会增加 PWM 高电平的持续时间，从而增加占空比。

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：

c
void pwm_breathing_lamp(void)
{
        uint32_t brightness = 0;// 当前亮度
        int step = 10;          // 亮度改变的步长

        // 逐渐增加亮度
        for(brightness = 0; brightness < 1000; brightness += step)
        {
                TIM_SetCompare2(TIM3, brightness); // 使用TIM3的Channel 2
                delay_ms(10);
        }

        // 逐渐减少亮度
        for(brightness = 1000; brightness > 10; brightness -= step)
        {
                TIM_SetCompare2(TIM3, brightness); // 使用TIM3的Channel 2
                delay_ms(10);
        }
}
  1. 初始化亮度和步长：亮度 brightness 从 0 开始，表示灯光最暗。步长 step 设置为 10，表示每次亮度变化的量。
  2. 逐渐增加亮度：通过一个 for 循环，从 0 逐渐增加亮度到 1000（假设这是最大亮度值）。在每次循环中，使用 TIM_SetCompare2(TIM3, brightness) 来设置 PWM 的占空比，从而调整亮度。每次亮度调整后，通过 delay_ms(10) 函数暂停 10 毫秒，以便观察到亮度的逐渐变化。
  3. 逐渐减少亮度：亮度达到最大值后，通过另一个 for 循环逐渐减少亮度回到最暗。逻辑与增加亮度时相同，只是这次是减少亮度值。

实验现象 ​

这一章节的代码

在开发板介绍百度网盘链接中：立创·梁山派·天空星STM32F407VET6开发板资料/第03章软件资料/代码例程/009 PWM呼吸灯。

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。