stm32：PWM原理 及 呼吸灯实现

早上好啊，大伙。上一期说完了定时器的原理和模板。这一期就来运用一下定时器来实现一些模块的功能。
对于定时器的一大应用就是PWM波调速，通过PWM调速能够实现很多模块的使用。所以今天这一期我们就来讲讲什么是PWM，讲完之后给大伙用PWM做一个呼吸灯。

什么是PWM

PWM 也就是脉冲宽度调制，是一种通过调节数字信号的脉冲宽度来控制模拟设备的技术。其核心思想是快速切换电源的通断，通过改变高电平（导通）与低电平（关断）的时间比例（即占空比），来模拟不同的平均电压或功率输出。

不知道大家前面有没有学过数码管，用一个寄存器控制多个数码管就是通过快速变换，来实现多个数码管的显示。
再比如说，我们看的动漫也是这样实现的。

PWM的频率

单位时间内（通常为1秒）脉冲信号重复的次数，单位为赫兹（Hz）。

$$频率=\frac{1}{周期}$$

PWM的周期

一个完整脉冲循环（从高电平开始到下一个高电平开始）的时间长度，单位为秒（s）。

$$周期=\frac{1}{频率}$$

举个栗子

频率 ——
若频率为 1 kHz（1000 Hz），则周期为：
$$周期=\frac{1}{1000}=0.001秒$$

周期 ——
若周期为 20 μs（微秒），则频率为：
$$\text{频率}=\frac{1}{T}=\frac{1}{20\times 10^{-6}}=50\text{kHz}$$

PWM的占空比

是一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例
单位： % (0%-100%)
表示方式：20%

周期： 一个脉冲信号的时间 ， 1s内测周期次数等于频率
脉宽时间： 高电平时间

上图中，脉宽时间占总周期时间的比例，就是占空比。

PWM原理

利用快速开关电源的通断，通过改变高电平持续时间占整个周期的比例（占空比），控制输出到负载的平均电压或功率。

OC（Output Compare）输出比较

输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形
每个高级定时器和通用定时器都拥有4个输出比较通道
高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制

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，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域

PWM参数：

频率 = 1 / TS
占空比 = TON / TS
分辨率 = 占空比变化步距

输出比较通道(通用)框图

PWM代码实现

第一步、添加上期的 TIM 时钟的代码

这一步就不放代码。
就需要把ARR和PSC调一下，改成我们所想要的就行了。

	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;					//计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;				//预分频器，即PSC的值

第二步、确定输出比较通道

每一个输出比较通道都有它对应的引脚口，可以看一下下面的引脚图 ——

例如说，下面 TIM2 的几个 OC 通道。

这里我们就用 TIM2 的 OC1 通道为例。

void PWM_Init(void)
{
	Timer_Init();													//导入之前写的TIM时钟定义
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOB的时钟
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA0引脚初始化为复用推挽输出	
																	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式
}

第三步、OC 通道初始化

在OC的初始化里面有很多的参数都是高级定时器里面才会用的，所以我们就挑出其中通用定时器里的参数来进行配置 ——

1. TIM_OCMode，输出比较模式。

TIM_OCMode_Timing 定时模式
TIM_OCMode_Active 激活模式
TIM_OCMode_Inactive 非激活模式
TIM_OCMode_Toggle 翻转模式
TIM_OCMode_PWM1 PWM模式1
TIM_OCMode_PWM2 PWM模式2

2. TIM_OCPolarity，输出极性。

TIM_OCPolarity_High 高极性
TIM_OCPolarity_Low 低极性

3. TIM_OutputState，输出使能。

TIM_OutputState_Disable 失能
TIM_OutputState_Enable 使能

5. TIM_Pulse，初始CCR值。

下面看看代码吧 ——

void PWM_Init(void)
{
	Timer_Init();
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOB的时钟
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA0引脚初始化为复用推挽输出	
																	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化，若结构体没有完整赋值
	                                                                //则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值
	                                                                //避免结构体初值不确定的问题
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式，选择PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
}

第四步、PWM配置CCR的值

需要注意的是 ——

CCR和ARR共同决定占空比，此函数仅设置CCR的值，并不直接是占空比。
$占空比(Duty)=CCR/(ARR+1)$

void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);		//设置CCR2的值
}

OK，到这里我们PWM的配置就完成了。

使用PWM实现呼吸灯

下面我们来看看怎么用刚才实现的PWM来做呼吸灯。
TIM的代码可以看上一期的内容 ——
stm32教程：TIM定时器详解 & TIM时钟计时代码模板
里面的Timer.c就按照上面说的改，这里就不放了。其它代码的完整版在下面。

PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Timer.h"
#include "PWM.h"

void PWM_Init(void)
{
	Timer_Init();
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOB的时钟
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);							//将PA0引脚初始化为复用推挽输出
																	//受外设控制的引脚，均需要配置为复用模式
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;							//定义结构体变量
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);                         //结构体初始化，若结构体没有完整赋值
	                                                                //则最好执行此函数，给结构体所有成员都赋一个默认值
	                                                                //避免结构体初值不确定的问题
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;               //输出比较模式，选择PWM模式1
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;       //输出极性，选择为高，若选择极性为低，则输出高低电平取反
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;   //输出使能
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;								//初始的CCR值
	
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
}

void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);		//设置CCR2的值
}

PWM.h

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H

void PWM_Init(void);
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare);


#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"

uint16_t i = 0;

int main()
{
	OLED_Init();//函数定义初始化
	PWM_Init();
	

	while(1)
	{
		for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(i);			//依次将定时器的CCR寄存器设置为0~100，PWM占空比逐渐增大，LED逐渐变亮
			Delay_ms(10);				//延时10ms
		}
		for (i = 0; i <= 100; i++)
		{
			PWM_SetCompare1(100 - i);	//依次将定时器的CCR寄存器设置为100~0，PWM占空比逐渐减小，LED逐渐变暗
			Delay_ms(10);				//延时10ms
		}
	}
	
}

总结

OKK，这一期的内容就这么多，其实还是容易的对吧。
如果需要工程的文件的可以私信我，或者在评论区里留言，我都会提供。

感谢大伙观看，别忘了三连支持一下

大家也可以关注一下我的其它专栏，同样精彩喔~

下期见咯~