嵌入式-stm32-用PWM点亮LED实现呼吸灯

news2024/9/26 3:32:27

一：知识前置

1.1、LED灯怎么才能亮？

答：LED需要低电平才能亮，高电平是灯灭。
在这里插入图片描述

1.2、LED灯为什么可以越来越亮，越来越暗？

答：这是用到不同占空比来实现的，控制LED实现呼吸灯，就是通过占空比的高低电平和其持续时间来实现。
在这里插入图片描述

1.3、如何计算周期/频率？

在这里插入图片描述
①例如，要定时500ms，则：PSC=7199，ARR=4999，Tclk=72Mhz。
在这里插入图片描述
②假如频率为 2kHz ，则：PSC=71，ARR=499,
频率和周期是描述波形的两个基本概念，它们之间存在着确定的数学关系。频率是指在单位时间内信号中所包含的周期个数，单位为赫兹（Hz），周期则是每个完整波形所用的时间，单位为秒（s）。

频率 = 1 ÷ 周期
周期 = 1 ÷ 频率
2khz=1/2000s
在这里插入图片描述

1.4、PWM介绍

STM32F103C8T6 PWM资源
高级定时器（TIM1）:7路
通用定时器（TIM2-TIM4）:各4路
pwm输出模式（硬件规定，这是游戏规则，记住就好）：
横坐标是CNT
pwm模式1：在向上计数时，一旦CNT<CCRx时输出为有效电平，否则为无效电平；
在向下计数时，一旦CNT>CCRx时输出为无效电平，否则为有效电平。
pwm模式2：在向上计数时，一旦CNT<CCRx时输出为无效电平，否则为有效电平；
在向下计数时，一旦CNT>CCRx时输出为有效电平，否则为无效电平。
这里CNT和CCRx比较的时间长度就是占空比的持续时间长度(横坐标的长度)。

在这里插入图片描述
所以上文总结下来一句话：PWM占空比是由TIMx_CCRx寄存器决定。

1.5、那么CCRx寄存器是什么？

答：在嵌入式系统中，PWM（脉冲宽度调制）是一种常见的控制技术，用于产生模拟信号或控制电机、灯光等设备。CCR（Capture/Compare Register）寄存器是与PWM相关的一种寄存器，用于设置比较值或捕获值。

在PWM模块中，CCR寄存器通常用于存储用于比较的值。对于基于比较的PWM模式，CCR寄存器的值将与定时器计数器的值进行比较，以确定何时改变PWM输出的状态。另外，在输入捕获模式中，CCR寄存器可以用于存储捕获到的定时器计数器的值。

总之，CCR寄存器在PWM模块中扮演着关键的角色，用于控制PWM波形的生成和捕获。

二：实验-用PWM点亮LED实现呼吸灯（hal库）

2.1、需求：使用PWM点亮LED1实现呼吸灯效果。

	呼吸灯效果：呼吸灯效果的原理是通过改变光源的亮度来实现。
	光源会在一个周期内逐渐从低亮度到高亮度再到低亮度的循环变化。这个周期可以根据具体需求进行调整，通常在几秒钟到几十秒之间。**简单来说就是灯从暗到亮，从亮到暗，只是两者持续的时间可以控制，这个时间就是由占空比也就是PWM控制。**

2.2、读芯片引脚原理图

找LED灯是哪个引脚控制，如图右侧PB8
在这里插入图片描述

2.3、学会看产品手册

LED1连接到哪个定时器的哪一路？

在这里插入图片描述
由STM32F103xx产品手册可以知道引脚PB8是由定时器TIM4的第三个通道3决定的.
这是强大的hal库帮我们封装好的,我们会调用就行了
温馨提示：STM近年来主推且不断更新HAI库和LL库，反而标准库已经好几年不更新了，这样子用stm板子开发速度很快，就是换国产芯片做产品时还是得用标准库

//修改比较值，修改占空比
__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);

在这段代码中，`pwmVal`代表着PWM信号的占空比（Duty Cycle）。
占空比是指高电平时间与周期之比，通常以百分比表示。在使用脉冲宽度调制（PWM）技术控制光源亮度或执行其他需要精确控制的任务时，可以通过修改占空比来调整输出信号的特性。

`__HAL_TIM_SetCompare()`函数是针对STM32系列微控制器的HAL库函数，用于设置定时器的比较值，从而改变PWM信号的占空比。
具体而言，`&htim4`表示对定时器4进行操作，`TIM_CHANNEL_3`表示选择第3个通道（channel），而`pwmVal`则是要设置的占空比值。

通过修改`pwmVal`的数值，可以调整PWM信号的占空比，进而控制光源的亮度或其他相关功能。
通常，当`pwmVal`为0时，输出信号的占空比为0%，即完全低电平；当`pwmVal`为最大值时，输出信号的占空比为100%，即完全高电平；在中间取值，则可以实现不同亮度或特定需求下的占空比控制。

三：stm32CubeMX实现步骤以及细节

3.1、打开Stm32CubeMX,界面如图

在这里插入图片描述

3.2、选芯片：stm32f103c8t6

在这里插入图片描述

3.3、读芯片引脚原理图

找LED灯是哪个引脚控制，如图右侧PB8
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

3.4、先把LED灯设置为高电平模式

这样子上电之后，灯默认就是关的，这时候代码控制外设翻转高低电平，就可以点灯了（这步以第二张为准，3.7有写）
在这里插入图片描述

这里需要注意的是当在TIM4里面设置之后PB8就变了
在这里插入图片描述

3.5、设置时钟

配置时钟频率
在这里插入图片描述

3.6、RCC配置

在这里插入图片描述

3.7、定时器

在这里插入图片描述记得把极性设置为Low，因为LED灯是低电平才亮。
在这里插入图片描述

3.8、代码自动设置生成的文件

在这里插入图片描述

3.9、图形化最后一步

项目名称：pwm_study

在这里插入图片描述

四：编写业务代码

4.1、在初始化完成的代码之后添加业务代码

下面是所有需要添加的代码，主要看添加的位置，全文只增加了三处代码，其余都没变

uint16_t pwmVal=0; //调整PWM占空比
uint8_t dir=1; //设置改变方向。1：占空比越来越大；0：占空比越来越小

// ②使能 Timer4 第3通道 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);


// ③while循环实现呼吸灯效果
while (1)
{
HAL_Delay(1);
	if (dir)
	pwmVal++;
	else
	pwmVal--;
	if (pwmVal > 500)
	dir = 0;
	if (pwmVal == 0)
	dir =1;
	//修改比较值，修改占空比
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);
}

4.2 、定义变量

在main.c函数中添加定义变量代码pwmVal和dir

/* USER CODE BEGIN 1 */
	uint16_t pwmVal = 0;//调整占空比
	uint8_t dir = 1;//设置改变方向，等于1越来越亮（占空比越来越大），
									//	等于0就是越来越暗（占空比越来越小）
  /* USER CODE END 1 */

在这里插入图片描述

4.3、初始化完成后打开PWM

在main中，当GPIO和TIM4初始化之后，才打开PWM

/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开pwm要在初始化之后打开
  /* USER CODE END 2 */

在这里插入图片描述

4.4、在while(1)循环中添加pwmVal占空比代码

用if语句判断灯亮灯灭，在pwm模式1中，看counter和CCRx比较

 /* USER CODE END WHILE */
		HAL_Delay(1);
		if(dir)
			pwmVal++;
		else
			pwmVal--;
			if(pwmVal > 500)
				dir = 0;
			if(pwmVal == 0)
				dir = 1;
			
	//修改比较值，修改占空比
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);

在这里插入图片描述

4.5、main.c总代码，直接复制可用

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
	uint16_t pwmVal = 0;//调整占空比
	uint8_t dir = 1;//设置改变方向，等于1越来越亮（占空比越来越大），
									//	等于0就是越来越暗（占空比越来越小）
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM4_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开pwm要在初始化之后打开
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
		HAL_Delay(1);
		if(dir)
			pwmVal++;
		else
			pwmVal--;
			if(pwmVal > 500)
				dir = 0;
			if(pwmVal == 0)
				dir = 1;
			
	//修改比较值，修改占空比
	__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

4.6、呼吸灯效果

1.代码编译，烧录之后
在这里插入图片描述

2.LED灯在500ms内慢慢从亮到灭，从灭到亮
在这里插入图片描述以上，完

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