前言
上一篇文章已经介绍了如何用STM32单片机中的TIMER定时器来控制LED灯的交替闪烁，实现了点灯的第五种方式。这篇文章我们来介绍一下如何用STM32单片机中的定时器的PWM波来实现LED的“呼吸”。
一、实验原理
关于定时器这边就不多加赘述，详细请看上一篇文章，链接放在下面了
STM32（五）：TIMER定时器 （标准库函数）
这边我们介绍一下PWM
1.PWM的介绍
PWM的全称是脉冲宽度调制（Pulse-width modulation），是指在具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域。在STM32微控制器的应用中，PWM技术也非常重要，因为它能够提供精确的信号控制，从而达到对设备行为的精确管理。
- 频率：一秒钟内从高电平时间在到低电平时间，再从低电平跳到高电平的瞬间次数，也就是一秒钟内有多少个PWM的周期，f = 1/Ts。
- 周期：一秒钟内从高电平时间在到低电平时间，Ts= 1/f。
- PWM信号产生：用于控制电机速度、灯光亮度等。
- 占空比：一个周期内高电平时间和总时间的比值,Ton/Ts。
- 分辨率：占空比变化步距。
2.PWM参数计算公式
PWM主要参数计算公式如下所示：
- PWM频率 Freq=CK_PSC/[(PSC+1) (ARR+1)], CK_PSC=72M
- PWM占空比=CCR/(ARR+1)
- PWM分辨率=1/（ARR+1）
3.PWM工作原理
以下是PWM输入模式时序的工作原理图，以下对其符号进行简单的解释说明
- T1：PWM信号的波形，显示了信号的高电平和低电平状态。
- TIMx_CNT ：定时器的计数器（Counter），它的值会在定时器时钟的脉冲下从0开始增加，直到达到自动重载寄存器（ARR）的值后归零，循环开始新的周期。
- TIMx_CCR1 和 TIMx_CCR2 ：捕捉/比较寄存器（Capture/Compare Register），用于设置PWM的高电平宽度。它们的值决定了在计数器达到这些值时输出比较匹配事件，影响PWM输出信号的占空比。
- TIMx_CCR1 设置为
0004，代表在计数器计数到4时，第一个通道的PWM输出从高电平跳变到低电平。- TIMx_CCR2 设置为
0002，代表在计数器计数到2时，第二个通道的PWM输出从高电平跳变到低电平。
接下来简单介绍一下PWM信号的一个典型的边缘对齐模式，
- ARR = 8：设置了定时器的计数上限，决定了PWM周期的长度，计数器会从0计数到8，然后重置为0，开始新的周期。
- CCRx = 4：决定了PWM信号从高电平变为低电平的切换点，当计数器计数到4时，输出信号从高电平切换到低电平。
- 红线（有效电平）：PWM输出从高电平切换到低电平的时刻，即在计数器值等于CCR值时，输出发生变化。
- 蓝线（无效电平）：PWM输出在一个完整的周期结束时仍然是低电平。
CCxIF：捕捉/比较中断标志，当定时器的计数器值与CCR寄存器的预设值相匹配时，该标志被设置。
OCxREF：输出比较引用信号，通常与PWM的实际输出相对应，反映了PWM信号的状态更改。
二、实验步骤
1.引脚设置
这边在h文件的宏定义中定义即可
static void GENERAL_TIMx_GPIO_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/* 使能定时器始终：设置TIM3CLK 为 72MHZ */GENERAL_TIM_APBxClock_FUN (GENERAL_TIM_CLK, ENABLE);/* 使能定时器通道引脚GPIO时钟 */GENERAL_TIM_GPIO_APBxClock_FUN(GENERAL_TIM_GPIO_CLK1|GENERAL_TIM_GPIO_CLK1, ENABLE); /* 配置定时器通道3输出引脚模式：复用推挽输出模式 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GENERAL_TIM_PIN1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GENERAL_TIM_PORT1, &GPIO_InitStructure);
}2.时钟中断
时钟中断函数void NVIC_Config_PWM(void)，这边是对中断来源以及优先级的配置，前面在Systick中有所介绍，可以看一下之前的连接：STM32（四）：Systick （标准库函数）-CSDN博客
static void NVIC_Config_PWM(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;/* 选择中断优先级配置组为2个抢占式优先级和2个子优先级，可以参考misc.h文件了解相关设置 */NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);/* 配置TIM3_IRQ中断为中断源 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GENERAL_TIMx_IRQn;/* 设置抢占式优先级为0 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;/* 设置子优先级为3 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;/* 使能外部中断通道 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}
但到这里我们的中断配置还没结束！！重点！！易踩坑！！
我们还需要在stm32f10x_it.c的文件里面加上新的中断服务函数 GENERAL_TIMx_IRQHandler ()，记得加上头文件，例如：
#include "bsp/GeneralTIM/bsp_GeneralTIM.h"
extern uint8_t indexWave[];void GENERAL_TIMx_IRQHandler(void)
{ static uint8_t pwm_index = 0; /* 用于PWM查表 */static uint8_t period_cnt = 0; /* 用于计算周期数 *//* 定时器更新中断 */if (TIM_GetITStatus(GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update) != RESET) { period_cnt++;/* 若输出的周期数大于20，输出下一种脉冲宽的PWM波 */if(period_cnt >= 20) {/* 根据PWM表修改定时器的比较寄存器值 */GENERAL_TIMx->GENERAL_TIM_CCRx = indexWave[pwm_index]; /* 标志PWM表的下一个元素 */pwm_index++; /* 若PWM脉冲表已经输出完成一遍，重置PWM查表标志 */if( pwm_index >= 40) {pwm_index=0; }/* 重置周期计数标志 */period_cnt=0; }/* 必须要清除中断标志位 */TIM_ClearITPendingBit (GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update); }
}3.定时器配置
定时周期和预分频需要根据实际需要进行调整，而这边TIM_Pulse=0是因为我们给了一个脉冲配置的数组indexWave[]，若不用，调整这个大小会改变“呼吸”的速率。
static void GENERAL_TIMx_Configuration(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;/* 当定时器从0计数到255，即为256次，为一个定时周期 */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255; /* 设置预分频：不预分频，即为72MHz,输出脉冲频率：72MHz/(1999+1)/(255+1) */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999;/* 设置时钟分频系数：不分频(这里用不到) */TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;/* 向上计数模式 */TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(GENERAL_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);/* 模式配置：PWM模式1 */TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;/* 输出状态设置：使能输出 */TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; /* 设置跳变值，当计数器计数到这个值时，电平发生跳变 */TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;/* 当定时器计数值小于CCR1_Val时为低电平 */TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;/* 初始化定时器通道1输出PWM */GENERAL_TIM_OCxInit(GENERAL_TIMx, &TIM_OCInitStructure);/* 定时器比较输出通道1预装载配置：使能预装载 */GENERAL_TIM_OCxPreloadConfig(GENERAL_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); /* 使能定时器重载寄存器ARR */TIM_ARRPreloadConfig(GENERAL_TIMx, ENABLE);/* 使能定时器 */TIM_Cmd(GENERAL_TIMx, ENABLE); /* 配置NVIC */NVIC_Config_PWM();/* 定时器更新中断 */TIM_ITConfig(GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);}
4.PWM信号初始化
void GENERAL_TIMx_PWM_Init(void)
{GENERAL_TIMx_GPIO_Config();GENERAL_TIMx_Configuration();
}
三、实操代码
程序分为3个文件：bsp_GeneralTIM.c、bsp_GeneralTIM.h、main.c
1.bsp_GeneralTIM.c
#include "bsp/GeneralTIM/bsp_GeneralTIM.h"
uint8_t indexWave[] = {1,1,2,2,3,4,6,8,10,14,19,25,33,44,59,80,107,143,191,255,255,191,143,107,80,59,44,33,25,19,14,10,8,6,4,3,2,2,1,1};/*** 函数功能: 配置TIMx复用输出PWM时用到的I/O*/
static void GENERAL_TIMx_GPIO_Config(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/* 使能定时器始终：设置TIM3CLK 为 72MHZ */GENERAL_TIM_APBxClock_FUN (GENERAL_TIM_CLK, ENABLE);/* 使能定时器通道引脚GPIO时钟 */GENERAL_TIM_GPIO_APBxClock_FUN(GENERAL_TIM_GPIO_CLK1|GENERAL_TIM_GPIO_CLK1, ENABLE); /* 配置定时器通道3输出引脚模式：复用推挽输出模式 */GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GENERAL_TIM_PIN1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GENERAL_TIM_PORT1, &GPIO_InitStructure);}/*** 函数功能: 配置嵌套向量中断控制器NVIC*/
static void NVIC_Config_PWM(void)
{NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;/* 选择中断优先级配置组为2个抢占式优先级和2个子优先级，可以参考misc.h文件了解相关设置 */NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);/* 配置TIM3_IRQ中断为中断源 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = GENERAL_TIMx_IRQn;/* 设置抢占式优先级为0 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;/* 设置子优先级为3 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2;/* 使能外部中断通道 */NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}/*** 函数功能: 配置TIMx输出的PWM信号的模式，如周期、极性、占空比*/static void GENERAL_TIMx_Configuration(void)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;/* 定时器基本参数始终 */ /* 当定时器从0计数到255，即为256次，为一个定时周期 */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255; /* 设置预分频：不预分频，即为72MHz,输出脉冲频率：72MHz/(1999+1)/(255+1) */TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999;/* 设置时钟分频系数：不分频(这里用不到) */TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;/* 向上计数模式 */TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInit(GENERAL_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure);/* 定时器输出通道1模式配置 *//* 模式配置：PWM模式1 */TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;/* 输出状态设置：使能输出 */TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; /* 设置跳变值，当计数器计数到这个值时，电平发生跳变 */TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;/* 当定时器计数值小于CCR1_Val时为低电平 */TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;/* 初始化定时器通道1输出PWM */GENERAL_TIM_OCxInit(GENERAL_TIMx, &TIM_OCInitStructure);/* 定时器比较输出通道1预装载配置：使能预装载 */GENERAL_TIM_OCxPreloadConfig(GENERAL_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); /* 使能定时器重载寄存器ARR */TIM_ARRPreloadConfig(GENERAL_TIMx, ENABLE);/* 使能定时器 */TIM_Cmd(GENERAL_TIMx, ENABLE); /* 配置NVIC */NVIC_Config_PWM();/* 定时器更新中断 */TIM_ITConfig(GENERAL_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE);}/*** 函数功能: TIMx输出PWM信号初始化* 说 明：只要调用这个函数TIMx的通道就会有PWM信号输出*/
void GENERAL_TIMx_PWM_Init(void)
{GENERAL_TIMx_GPIO_Config();GENERAL_TIMx_Configuration();
}
2.bsp_GeneralTIM.h
#ifndef __GENERAL_TIM_H__
#define __GENERAL_TIM_H__/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include <stm32f10x.h>/* 类型定义 ------------------------------------------------------------------*/
/* 宏定义 --------------------------------------------------------------------*/#define GENERAL_TIMx TIM3
#define GENERAL_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
#define GENERAL_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM3
#define GENERAL_TIM_GPIO_APBxClock_FUN RCC_APB2PeriphClockCmd
#define GENERAL_TIM_GPIO_CLK1 RCC_APB2Periph_GPIOA
#define GENERAL_TIM_PORT1 GPIOA
#define GENERAL_TIM_PIN1 GPIO_Pin_11
#define GENERAL_TIM_OCxInit TIM_OC3Init
#define GENERAL_TIM_OCxPreloadConfig TIM_OC3PreloadConfig
#define GENERAL_TIM_CCRx CCR3
#define GENERAL_TIMx_IRQn TIM3_IRQn //中断
#define GENERAL_TIMx_IRQHandler TIM3_IRQHandler/* 扩展变量 ------------------------------------------------------------------*/
/* 函数声明 ------------------------------------------------------------------*/void GENERAL_TIMx_PWM_Init(void);#endif /* __GENERAL_TIM_H__ */3.main.c
/* 包含头文件 ----------------------------------------------------------------*/
#include "stm32f10x.h"
#include "bsp/led/bsp_led.h"
#include "bsp/key/bsp_key.h"
#include "bsp/delay/delay.h"
#include "bsp/systick/bsp_SysTick.h"
#include "bsp/GeneralTIM/bsp_GeneralTIM.h"
/* 函数体 --------------------------------------------------------------------*//*** 函数功能: 主函数.*/
int main(void)
{/* 初始化定时器PWM输出 */GENERAL_TIMx_PWM_Init(); while (1){//空}
}四、实验效果
呼吸灯
结束语
本文以STM32VET6为例讲解了用STM32单片机中用定时器的PWM波来实现LED的“呼吸”，并指出其中的易坑点。希望对大家有所帮助！如果还有什么问题，欢迎评论区留言，谢谢！
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