代码收藏家技术教程 2024-10-10

STM32零基础（六）：无定时器呼吸灯实验详解

本项目讲解所用工程均使用stm32f103C8T6芯片HAL库版本。

原理讲解

本节内容我们讲解呼吸灯实验，对此我们会简单讲解一下PWM原理，利用改变占空比的方式实现LED灯亮灭比快速转换从而实现LED灯呼吸的效果。

什么是PWM

Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），简称PWM，它是一种通过快速开关信号并调节脉冲宽度与周期比例（占空比）的技术，它巧妙地实现了对信号功率的平均控制，广泛应用于电机调速、灯光亮度调节、电源管理等众多领域，以其高效、精确的控制特性。

PWM的频率

PWM（脉冲宽度调制）的频率指的是每秒钟PWM信号从0到最大值再回到0的周期数，通常以 F 表示，赫兹（Hz）为单位。PWM频率决定了开关动作的速率。

PWM的周期

PWM（脉冲宽度调制）的周期指的是PWM信号从0到最大值再回到0所耗费的时间，通常以 T 表示，秒（S）为单位。

周期与频率的换算关系为 F = 1 / T

PWM的占空比（重点）

PWM（脉冲宽度调制）的占空比是指在一个PWM周期内，信号处于高电平状态的时间与整个周期时间的比例。它是PWM信号的关键参数之一，用于控制输出功率或电压的平均值。

我们根据图讲讲，可以看到周期就是一个完整的脉冲信号，而脉冲信号就是他的高电平时间，也就是t1，而占空比的计算方法就是占空比 = 脉宽时间 / 周期 * 100% ，至于为什么是用高电平比上周期，而不是用低电平比上周期，因为通常我们更关心的是信号为高电平时设备工作的部分，这直接关系到功率的输出，再加上惯例的原因使其成为了约定俗成的规则。

举个例子来让大家理解怎么计算占空比：假设 t1为0.2秒，t2为0.8秒，那么周期 T= t1 + t2 = 1秒，占空比 = t1 / T * 100% = 20% ，所以它的占空比为20%。

如何通过改变占空比实现呼吸灯效果

在STM32中，我们可以通过软件写代码来改变占空比，也可以通过硬件定时器输出PWM波。这里我们没有讲到定时器，所以就通过软件改变占空比。随着占空比的增加，LED的亮度逐渐增强；反之，占空比减少时，LED的亮度逐渐减弱。这样，LED的亮度就呈现出平滑的渐变效果，也就是呼吸灯效果。

注意一点，我们设置的周期必须为人眼所不能观测到的时间内（通常超过100Hz），人眼就不会察觉到LED的闪烁，LED看起来是稳定发光的。

初始化配置

接下来我们利用Cubemx进行HAL库的初始化配置，建立工程的部分我们这里就直接快速完成，不了解的同学可以看我之前的新建工程部分零基础学STM32(二)-新建工程-CSDN博客

我们首先配置时钟，将时钟设置为外部高速时钟

再配置相应时钟树，将总频设置为32MHz。

我们配置输出一个LED灯，不会的同学可以看看零基础学STM32(四)-LED灯闪烁实验_stm32 103c led 程序-CSDN博客

紧接着输出工程，将必要的内容勾选和填写一下即可。注意！！！文件路径中不要出现中文

接下来打开工程

代码书写

书写呼吸灯我们需要用到微妙级延时，简单讲讲因为我们的代码，我们输入一个延时时间，然后再乘上32MHz的时间频率，因为__NOP()需要大约4个时钟周期来完成，所以除以4得到__NOP()的执行次数。__NOP()是一个空操作，它执行一个时钟周期的指令。

void HAL_delay_us(uint32_t us)
{
    uint32_t Delay = us * 32/4;
    do
    {
        __NOP();
    }
    while (Delay --);
}

再在主函数中书写代码

int i = 1 ;

while( i <1300 )
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);
HAL_delay_us(i);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET);
HAL_delay_us(1300-i);
i++;
}
while( i > 1 )
{
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_RESET);
HAL_delay_us(i);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOC,GPIO_PIN_13,GPIO_PIN_SET);
HAL_delay_us(1300-i);
i--;
}

解释一下代码，通过递增和递减来循环改变占空比