定时器与PWM的LED控制

- 一、基础概念
- - 定时器
  - - 定时器类型
    - 定时器特性
  - PWM
  - - 定义
    - 占空比
    - 原理
- 二、实验
- - 1.LED周期性亮灭
  - - 定时器TIM2配置
    - GPIO引脚设置
    - 工程相关参数配置
    - Keil编写程序
  - 2.LED呼吸灯(PWM)
  - - 呼吸灯原理
    - Keil编写程序
    - Keil虚拟示波器，观察 PWM输出波形
    - - 设置
      - 点击setup，并设置观察引脚
    - 效果展示：
  - 总结

实验目的：深入了解STM32定时器原理，掌握脉宽调制pwm生成方法。

一、基础概念

定时器

定时器类型

STM32定时器主要分为三类：

基本定时器（Basic Timer）：

基本定时器通常较为简单，比如STM32中的TIM6和TIM7。

它们主要用于生成定时中断，适用于需要定时计数或驱动DAC等简单应用。

基本定时器没有输入捕获、输出比较等复杂功能，通常只有一个16位的自动装载寄存器。
通用定时器（General Purpose Timer）：

包括TIM1到TIM4, TIM9到TIM14（具体数量依据不同系列的STM32型号而异）。

提供更多功能，如输入捕获、输出比较（可用于PWM生成）、单脉冲模式（One Pulse Mode）、编码器接口等。

可用于测量输入信号的脉冲宽度、生成精确的输出波形等复杂任务。

支持多种时钟源，包括内部时钟、外部时钟、ETR引脚时钟等。
高级定时器（Advanced Timer）：

通常指TIM1和TIM8（在某些高端系列中可能更多），具有更高级的功能。

集成了基本定时器和通用定时器的所有特性，还增加了死区控制、紧急刹车功能等，特别适合于电机控制中的PWM生成。

高级定时器还可以与其他定时器同步工作，支持更复杂的控制策略。

定时器特性

时钟源多样性：可选择内部时钟（如HCLK经预分频后的时钟）、外部时钟（通过特定引脚输入）、或者其他定时器的触发信号作为时钟源。

计数模式：包括向上计数、向下计数和中央对齐模式。

预分频器：通过预分频器可以灵活调整定时器的时钟频率，从而实现更宽范围的计时周期。

中断和DMA：定时器可以配置为在特定事件（如计数溢出、比较匹配等）时产生中断或触发DMA传输。

主/从模式：定时器可以工作在主模式下，通过TRGO引脚输出触发信号给其他外设（如ADC）或另一个定时器；或者作为从模式，其计数受其他定时器或外设的触发信号控制。

PWM

定义

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

占空比

是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例

比方说周期的时间是10ms，脉宽时间是7ms 那么低电平时间就是3ms 总的占空比70%

原理

以单片机为例，我们知道，单片机的IO口输出的是数字信号，IO口只能输出高电平和低电平

假设高电平为5V 低电平则为0V 那么我们要输出不同的模拟电压，就要用到PWM，通过改变IO口输出的方波的占空比从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号

我们知道，电压是以一种连接1或断开0的重复脉冲序列被夹到模拟负载上去的（例如LED灯，直流电机等），连接即是直流供电输出，断开即是直流供电断开。通过对连接和断开时间的控制，理论上来讲，可以输出任意不大于最大电压值（即0~5V之间任意大小）的模拟电压

比方说占空比为50% 那就是高电平时间一半，低电平时间一半，在一定的频率下，就可以得到模拟的2.5V输出电压那么75%的占空比得到的电压就是3.75V

pwm的调节作用来源于对“占周期”的宽度控制，“占周期”变宽，输出的能量就会提高，通过阻容变换电路所得到的平均电压值也会上升，“占周期”变窄，输出的电压信号的电压平均值就会降低，通过阻容变换电路所得到的平均电压值也会下降

也就是，在一定的频率下，通过不同的占空比即可得到不同的输出模拟电压

pwm就是通过这种原理实现D/A转换的。

PWM就是在合适的信号频率下，通过一个周期里改变占空比的方式来改变输出的有效电压

二、实验

1.LED周期性亮灭

**内容：**使用STM32F103的 Tim2~Tim5其一定时器的某一个通道pin（与GPIOx管脚复用，见下图），连接一个LED，用定时器计数方式，控制LED以2s的频率周期性地亮-灭。

配置STM32的时钟系统，系统时钟配置为72MHz，APB1为72MHz。

定时器TIM2配置

TIM2在APB1总线上，实验要用定时器TIM2延时2s，STM32定时器时间计算公式如下：

公式解释：

ARR（TIM_Period）：自动重装载值，是定时器溢出前的计数值

PSC（TIM_Prescaler）：预分频值，是用来降低定时器时钟频率的参数

Tclk：定时器的输入时钟频率（单位Mhz），通常为系统时钟频率或者定时器外部时钟频率（STM32f103c8t6，系统主频72Mhz）

Tout：定时器溢出时间（单位us）。一定要注意这个单位是us

Clock Source”设置为“Internal Clock”（内部时钟）；

预分频系数Prescaler”设置为“36000-1”；“Counter Mode”设置为“Up”;

计数值“Counter Period”设置为“4000-1”；

“auto-reload preload”设置为“*Enable”。

则定时器TIM3精确定时2,000,000微秒（2s）。

GPIO引脚设置

设置PA5引脚为GPIO_Output，用于本例的LED指示灯显示，并在“GPIO Mode and Configuration”中配置相应的参数

工程相关参数配置

Keil编写程序

在main.c文件中的/*USER CODE BEGIN2 */和/*USER CODE END2 */之间添加开启定时器TIM3中断的程序

在mian.c文件的/ * USER CODE BEGIN4 */ 和 /*USER CODE END4 */之间添加TIM2的中断回调函数

效果展示：

led44

2.LED呼吸灯(PWM)

**内容：**接上，采用定时器PWM模式，让 LED 以呼吸灯方式渐亮渐灭，周期为1~2秒，自己调整占空比变化到一个满意效果；使用Keil虚拟示波器，观察 PWM输出波形。

呼吸灯原理

一般人眼睛对于80Hz 以上刷新频率则完全没有闪烁感。

频率太小的话看起来就会闪烁

那么我们平时见到的LED灯，当它的频率大于50Hz的时候，人眼就会产生视觉暂留效果，基本就看不到闪烁了，而是一个常亮的LED灯，

你在1秒内，高电平0.5秒，低电平0.5秒，(频率1Hz)如此反复，那么你看到的电灯就会闪烁，

但是如果是10毫秒内，5毫秒打开，5毫秒关闭，(频率100Hz) 这时候灯光的亮灭速度赶不上开关速度(LED灯还没完全亮就又熄灭了)，由于视觉暂留作用人眼不感觉电灯在闪烁，而是感觉灯的亮度少了因为高电平时间(占空比)为50% 亮度也就为之前的50% ，

频率很高时，看不到闪烁，占空比越大，LED越亮；
频率很低时，可看到闪烁，占空比越大，LED越亮。
所以，在频率一定下，可以用不同占空比改变LED灯的亮度。使其达到一个呼吸灯的效果

通过设置ARR 和PSC调整端口高低电平持续时间以及频率实现呼吸灯

Keil编写程序

  /* USER CODE BEGIN 1 */uint16_t pwmVal=0;   //PWM占空比  uint8_t dir=1;  /* USER CODE END 1 */

  /* USER CODE BEGIN 2 */HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);/* USER CODE END 2 */

while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 */while (pwmVal< 500){pwmVal++;__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal);    //修改比较值，修改占空比
//		  TIM3->CCR1 = pwmVal;    与上方相同HAL_Delay(1);}while (pwmVal){pwmVal--;__HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal);    //修改比较值，修改占空比
//		  TIM3->CCR1 = pwmVal;     与上方相同HAL_Delay(1);}HAL_Delay(200);}/* USER CODE END 3 */