[STM32]定位器与PWM的LED控制

2024-06-07 13:40:59

1. 深入了解STM32定时器原理，掌握脉宽调制pwm生成方法。

(1)STM32定时器原理

原理概述

STM32定时器的常见模式

使用步骤

(2)脉宽调制pwm生成方法。

2. 实验

(1)LED亮灭

代码

测试效果

(2)呼吸灯

代码

测试效果

3.总结

1. 深入了解STM32定时器原理，掌握脉宽调制pwm生成方法。

(1)STM32定时器原理

STM32定时器（Timer）是一种用于生成精确时间延时和执行周期性任务的外设。在STM32微控制器中，定时器通常由一组定时器单元组成，每个定时器单元都有自己的计数器和控制寄存器。这些定时器可以配置成多种模式，例如定时器模式、输入捕获模式、输出比较模式等。

原理概述

计数器：定时器内部有一个计数器，它会不断地自增直到达到预设的值，然后重新开始计数。计数器的增长速率由时钟源决定，可以是内部时钟源（如HSI、LSI）或者外部时钟源（如HSE、HCLK）。
时钟源：定时器的计数器工作时需要一个时钟源。STM32微控制器提供了多种时钟源供选择，可以通过寄存器配置选择。时钟源的选择影响了定时器的精度和范围。
预分频器：定时器还可以配置一个预分频器，用于减小时钟源的频率，从而降低计数器增长的速率。这个预分频器可以通过设置寄存器来配置，允许定时器适应不同的应用需求。
模式配置：STM32定时器可以配置成多种模式，包括计数模式、定时器模式、PWM输出模式等。每种模式有不同的应用场景和功能。

STM32定时器的常见模式

计数模式：定时器的计数器简单地递增直到达到最大值，然后重新从零开始计数。这种模式通常用于测量时间间隔或者生成延时。
定时器模式：在这种模式下，定时器的计数器到达预设值后会产生一个中断或者触发一个输出。这种模式常用于产生精确的定时事件。
输入捕获模式：定时器可以捕获外部信号的边沿，并记录捕获时的计数器值。这种模式常用于测量外部信号的脉冲宽度或者频率。
输出比较模式：定时器可以将计数器的值与预设的比较值进行比较，并在匹配时触发中断或者改变输出状态。这种模式常用于生成PWM信号或者控制外部设备。

使用步骤

时钟使能：首先需要启用定时器所需要的时钟源，通常需要配置相应的时钟控制寄存器。
寄存器配置：根据需要选择定时器、配置预分频器、选择工作模式以及设置相关参数。
中断配置：如果需要定时器中断，需要配置中断使能和相应的中断优先级。
启动定时器：配置完成后，启动定时器开始计数。
处理中断（可选）：如果使用了定时器中断，需要编写中断处理函数来处理定时器触发的中断事件。
定时器应用：根据具体应用需求，在定时器中断或者定时器到期时执行相应的操作。

定时器的主要功能:

(2)脉宽调制pwm生成方法。

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种利用脉冲宽度即占空比实现对模拟信号进行控制的技术，即是对模拟信号电平进行数字表示的方法。

广泛应用于电力电子技术中，比如PWM控制技术在逆变电路中的应用； PWM还应用于直流电机调速，如变频空调的交直流变频调速，除实现调速外，还具有节能等特性。

周期为10ms（频率为100Hz）的PWM波形:

STM32的定时器除了TIM6和TIM7，其他定时器都可以用来产生PWM输出；高级定时器TIM1和TIM8可以同时产生多达7路的PWM输出；通用定时器能同时产生多达4路的PWM输出； STM32中每个定时器有4个输入通道：TIMx_CH1~TIMx_CH4；每个通道对应1个捕获/比较寄存器TIMx_CRRx，将寄存器值和计数器值相比较，通过比较结果输出高低电平，从而得到PWM信号；脉冲宽度调制模式可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。

PWM标准外设库输出配置步骤:

2. 实验

(1)LED亮灭

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。

代码

main.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"
 
uint8_t i;
 
int main(void)
{
	OLED_Init();
	PWM_Init();
	
	while (1)
	{
			PWM_SetCompare1(0);
			Delay_ms(2000);
 
			PWM_SetCompare1(100);
			Delay_ms(2000);
	}
}

PWM.h文件

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H
 
void PWM_Init(void);
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare);
 
#endif

PWM.c文件

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
 
void PWM_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);//开启时钟
	
//	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);
	
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;		//复用推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;		//ARR
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;		//PSC
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);//给结构体赋初始值
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//设置输出比较的模式
	TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//设置输出比较极性
	TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//设置输出状态
	TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;		//设置CCR
	TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);//放入Init函数中
	
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
 
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
}

测试效果

(2)呼吸灯

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。

代码

main.c文件

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

uint8_t i;			//定义for循环的变量

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	PWM_Init();			//PWM初始化
	
	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
		}
	}
}

PWM.h

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H

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

#endif

PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header


void PWM_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);			//开启TIM2的时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);			//开启GPIOA的时钟
	
	/*GPIO重映射*/
//	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);			//开启AFIO的时钟，重映射必须先开启AFIO的时钟
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);			//将TIM2的引脚部分重映射，具体的映射方案需查看参考手册
//	GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);		//将JTAG引脚失能，作为普通GPIO引脚使用
	
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;		//GPIO_Pin_15;
	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		
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;				//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;     //时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //计数器模式，选择向上计数
	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
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;            //重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);             //将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元
	
	/*输出比较初始化*/
	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);						//将结构体变量交给TIM_OC1Init，配置TIM2的输出比较通道1
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}


void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);		//设置CCR1的值
}

测试效果

3.总结

深入了解STM32定时器原理，掌握脉宽调制pwm生成方法,使用hal库制作定时器完成了led灯的亮灭与呼吸灯实验.

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1. 深入了解STM32定时器原理，掌握脉宽调制pwm生成方法。

(1)STM32定时器原理

原理概述

STM32定时器的常见模式

使用步骤

(2)脉宽调制pwm生成方法。

2. 实验

(1)LED亮灭

代码

测试效果

(2)呼吸灯

代码

测试效果

3.总结

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