STM32 输出比较输出PWM控制呼吸灯小实验（2种实现铁头山羊与江协科技）-EW帮帮网

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呼吸灯实验

实验目标与原理（铁头山羊）

实验目标：在面包板上用两颗开发套件包中的 LED（红、蓝）连接定时器一通道一，产生互补 PWM 信号驱动 LED 实现呼吸灯效果。
工作原理：让 LED 亮度连续变化类似正弦函数，将标准正弦函数 y = sin2πt 通过加 1、乘以 0.5 变换到 0 到 1 范围，通过调节 PWM 占空比模拟正弦信号，使 LED 两端电压按此函数变化。
周期设定：PWM 信号周期设为 1 毫秒，通过配置定时器让其输出该周期且占空比按规律变化的 PWM 波。

我们将占空比设置为这个正弦函数（这样就可以实现呼吸灯的效果），并且假设周期为1ms。

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输出 PWM 波形分析
- 电路结构：通用定时器输出比较部分电路左边是 CNT 和 CCR 比较结果，右边是输出比较电路，通过 Tim CH1 输出到 GPL 引脚，有四个同样单元分别输出到 CH2、CH3、CH4。
- 输出模式控制器：输入是 CNT 和 CCR 大小关系，输出是 REF 高低电平，有 8 种模式可通过寄存器配置，如冻结模式可暂停输出，匹配时电平翻转模式可输出频率可调占空比 50% 的 PWM 波形，PWM 模式一和 PWM 模式 2 可输出频率和占空比都可调的 PWM 波形。
- 工作流程：以 PWM 模式一为例，配置好定时器单元使 CNT 自增，CNT 与 CCR 比较，根据大小关系改变 REF 电平，经极性选择输出到 GPL 口完成 PWM 波形输出，占空比受 CCR 值调控。

参数计算

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配置IO口

先查看要配置CH1和CH1N对应的IO口。

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找到IO口之后，查看GPIO口的配置模式。

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因为标准的正弦函数，频率为1HZ，是使PWM信号的占空比为这个正弦函数。

占空比等于 CRR1 / 周期，周期为 1000 ，所以CRR1等于这个数值。

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代码编写初始化

初始化函数声明：在模板工程的 main.c 文件中声明 app_pwm_init 函数初始化 PWM 波产生。
IO 引脚初始化：开启 GPLA 时钟，声明变量设置 PA8 引脚模式为 GPL_mode_AFPP，最大输入速度两兆赫兹，调用 GPO_init 初始化；PB13 初始化代码类似，修改端口等参数。
定时器 1 初始化：开启定时器一时钟 ; 配置时基单元参数，PSC 设为 71，arr 设为 999，计数方向上计数，RCR 设为 0；开启 arr 寄存器预加载；闭合开关使时基单元工作。

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输出比较配置：配置输出比较通道一参数，模式选 PWM1，极性都选正，使能正常输出和互补输出开关；闭合 Moe 主开关。

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设置CCR1的值：前面有进行过计算，设置为值之后调用下面的比较函数就可以了。

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完整的main.c函数

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "math.h"
#include "delay.h"
#include "OLED.h"

void App_Pwm_Init(void);

int arr[11]= {0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000};
int main(void)
{
	App_Pwm_Init();
	OLED_Init();
	int i = 0;
	while(1)
	{
		
//		float t = GetTick()* 1.0e-3f;
//		OLED_ShowNum(1, 1, GetTick(), 6);
//		float duty = 0.5* (sin( 2*3.14*t)+1);
//		uint16_t CRR1 = duty * 1000;
//		OLED_ShowNum(1, 1, CRR1, 6);
		TIM_SetCompare1(TIM1, arr[(i++)%11]);
		Delay_ms(200);
	}
}
void App_Pwm_Init(void)
{
	//1. 配置GPIO口
	// 开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	//配置 GPIOA - pin8
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
	
	//配置GPIOB - pin13
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
	
	//2. 配置时基单元参数
	//2.1 开启定时器1时钟信号
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
	
	//2.2 配置时基单元参数（TIM）
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 71;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 999;
	TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseInitStruct);
	
	//2.3 开启自动重载寄存器预加载
	TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);
	//2.4 开启总开关
	TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
	
	//配置输出比较模块
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
	//设置互补输出的极性
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
	//设置正常输出的极性
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	//使能后面的开关
	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	//捕获比较寄存器的初值 设置为0
	TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;
	TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStruct);
	
	//3.闭合MOE总开关
	TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
	// 开启比较寄存器预加载
	TIM_CCPreloadControl(TIM1, ENABLE);
}

江协科技PWM呼吸灯

设计思路：

在这里插入图片描述

PWM 模块建立
- 添加文件：在 hardware 文件夹右键添加名为 PWM 的 c 文件和 h 文件。
- 文件初始化：在 c 文件中添加 STDM32 的头文件，开始编写 PWM 初始化函数 void PWM init void 。
PWM 初始化步骤
- 开启时钟：通过 RCC 开启 TIM 外设和 GPIO 外设的时钟。
- 配置时机单元：包括时钟源选择和时基单元配置，可参考之前定时中断的代码进行复制修改。
- 配置输出比较单元：使用 Tim OC1EMIT 等四个函数配置输出比较模块，用 Tim OC struct init 给输出比较结构体赋默认值，设置输出比较模式、极性、使能等参数。（一般有的参数这个模块中没有，可以使用这个结构体初始化函数，就如时基单元结构体中定时器一为高级定时器，有个功能其他定时器没有，就不需要配置，但是如果为高级定时器使用就会出现问题）
- 配置 GPIO：将 PWM 对应的 GPIO 口初始化为复用推挽输出，根据引脚定义表确定 PWM 与 GPO 的对应关系。
- 运行控制：启动计数器，输出 PWM。
库函数介绍
- 输出比较配置函数：Tim OC1init 等四个函数用于配置输出比较模块，Tim OC struct init 用于给输出比较结构体赋默认值。
- 其他小功能函数：
  - TIM_ForcedOC1Config 1234 等函数用于配置强制输出模式等小功能，一般了解即可。
  - TIM_OC1PreloadConfig 输出比较函数预加载功能配置
  - TIM_OC1FastConfig配置定时器的输出比较快速模式
  - TIM_ClearOC1Ref 清除定时器通道 1 的参考信号（OC1REF）状态。该函数主要用于高级定时器（如 TIM1、TIM8）的互补输出控制，在故障处理或特定应用场景下需要手动清除参考信号时使用。
  - TIM_OC1NPolarityConfig 高级定时器互补通道的极性 TIM_OC1PolarityConfig 正常模式的极性
  - TIM_GetCapture1 会将当前计数器的值锁存到捕获寄存器（CCR1）中。TIM_GetCapture1 函数的作用就是读取这个锁存值，从而计算外部信号的时间参数就是上升沿或者下降沿时的捕获数据可以用来计算PWM脉宽和频率等数据
- 运行更改参数函数：TIM_SetCompare11234 这四个函数用于单独更改 CCR 寄存器值，运行时更改占空比需要用到，较为重要。
代码编写
- 实际单元初始化：复制定时器定时中断工程的初始化代码，去掉打开中断和配置 NV IC 的部分，保留启动定时器部分。
- 输出比较单元初始化：使用 Tim OCE init 函数初始化 PA0 口对应的第一个输出比较通道，给结构体变量赋初始值并配置相关参数。
- GPR 初始化：复制 LED 点 c 文件的初始化代码，更改 GPL PIN 和 GPL 模式为复用推挽输出。
- 设置 PWM 参数：根据公式计算并设置 ARR、PSC 和 CCR 参数，产生特定频率、占空比和分辨率的 PWM 波形。
- 验证参数：通过示波器采集波形验证参数设置是否正确，调节 CCR 值可改变占空比和 LED 亮度。
- 实现呼吸灯效果：封装 Tim set compare 一函数，在主循环中通过不断改变 CCR 值实现 LED 呼吸灯效果。
引脚重映射
- 开启时钟：使用 AFIO 进行引脚重映射，需先开启 AFIO 的时钟。
- 重映射配置：使用 gplo pin remap config 函数进行重映射配置，根据手册选择合适的重映射方式，如将 Tim 2 的 CG1 从 PA0 挪到 PA15 可选择部分重映射一或完全重映射。
- 解除调试端口复用：若重映射引脚是调试端口，需使用 GPIO PIN remap configure 函数的相关参数如果引脚默认有其他功能解除调试端口复用，下面几个函数使用需谨慎。
  - 第一个函数关闭JTRST调试使用后 PB4变为正常的Io口
  - 第二个关闭 JTAG 使用后 PA15 PB3 Pb4 变为正常的Io口
  - 第三个关闭所有调试功能 SWD 和 JTAG 调试端口全部解除就没有调试功能下载之后就没有调试端口，之后就不能使用STLink下载进去程序就要使用串口，下载有调试端口的程序才可以恢复

在这里插入图片描述

验证重映射：编译下载代码，验证引脚重映射是否成功，成功后 PA0 的呼吸灯不亮，PA15 接上 LED 可实现呼吸灯效果。

// PWM.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
void Pwm_Init(void)
{
	
	//配置时基单元和比较输出
	//定时器2在总线1上
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	
	//将定时器配置为 内部时钟 ，也可以不写 默认为内部时钟
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	//配置时钟选择模式为 内部时钟模式
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	//配置时基单元结构体
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
	
	//滤波的原理是固定f的频率下进行猜样，如果连续N个采样点都相同就说明输入稳定，
	//如果不相同就说明不稳定就会进行处理，f的来源有两个 内部时钟直接而来，一个就是经过分频器分频来
	//所以和时基单元关系不大
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	//这里要配置 1KHZ 占空比为50% 频率为1%的PWM波形
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 100-1;	// ARR
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 720-1;  // PSC
	TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);
	
	//TIM_TimeBaseInit 会触发一次update事件 将值写入，所以函数过后将中断标志位清除
	TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	
	//开始时钟使能
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
	
	//配置比较输出模块
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct);
	
	//配置比较输出模式
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; 
	//ccr 比较器的值 后面会变化 所以配置为0
	TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;  //CCR
	TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
	TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);
	
	TIM_CCPreloadControl(TIM2, ENABLE);
	//配置GPIo口 查看引脚 对应GPIo A0
	//配置GPIO口 定时器2的ETR外部时钟模式2 的gpio引脚映射是gpioA0
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	//查看Io配置 需要将io口配置为 推挽复用输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void Pwm_compare(uint16_t compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, compare);
}

//main.c
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Pwm.h"
uint16_t i;
int main(void)
{
	OLED_Init();
	Pwm_Init();
	while(1)
   {
	   //周期为100
	   for(i = 0; i < 100; i++)
	   {
		   Pwm_compare(i);
		   Delay_ms(20);
	   }
	   //周期为100
	   for(i = 0; i < 100; i++)
	   {
		   Pwm_compare(100-i);
		   Delay_ms(20);
	   }
   }
}

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