代码收藏家技术教程 2025-01-21

STM32使用PWM制作呼吸灯

文章目录

STM32使用PWM制作呼吸灯

一、定时器理论知识

PWM介绍

1. 定义

2. 基本原理

3. 优点及应用范围

4. 主要参数

5. PWM的产生

6. PWM工作原理

7. PWM输出的模式区别

8. PWM的计数模式

9. PWM相关配置寄存器

总结

二、工程建立

（1）创建新项目

（2）RCC配置

（3）SYS配置

（4）配置定时器

（5）配置时钟树

（6）配置项目设置

三、代码完善

四、结果展示

五、心得体会

六、仓库地址

七、参考博客

一、定时器理论知识

PWM介绍

1. 定义

PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）是一种通过控制脉冲的宽度来调节功率输送的技术。简单来说，PWM是通过改变信号的“开”时间（高电平时间）和“关”时间（低电平时间）来实现对输出功率的控制。常用于控制电机转速、调节亮度、音频信号合成等场景。

2. 基本原理

PWM通过固定的时间周期内改变信号的“高电平”与“低电平”的比例（即占空比）来控制功率的传递。通过改变占空比，可以控制电流的平均值，从而实现对电动机、LED亮度等设备的调节。PWM的频率保持不变，而占空比则在0到100%之间变化：

占空比（Duty Cycle）：即高电平占总周期的时间比例。例如，占空比为50%的PWM波表示高电平持续50%的时间，低电平持续50%的时间。

频率（Frequency）：PWM波的周期时间，也就是信号变化的频率。

3. 优点及应用范围

优点：

高效能：PWM能有效控制功率传输，并且电源开关工作时几乎没有能量损耗。

精确控制：可以精确地控制功率输出，通过调节占空比来实现精确调节。

热量低：相比传统的线性调节方式，PWM的开关特性能够大大减少因电流流过元件而产生的热量。

应用范围：

电机控制：控制电机转速。

亮度调节：在LED灯光调节中广泛应用。

音频合成：生成模拟音频信号。

电源调节：例如在电源转换中，使用PWM控制输出电压。

马达驱动：如机器人、风扇等设备的调速。

4. 主要参数

频率（Frequency）：PWM信号的周期性变化速率，单位为Hz。频率高则调节更细腻，低则响应较慢。

占空比（Duty Cycle）：高电平时间与总周期时间的比例，通常以百分比表示。

周期（Period）：一个PWM信号从开始到结束的时间总长度，等于1/频率。

电压幅度（Amplitude）：高电平时的电压值，一般由驱动电路提供。

5. PWM的产生

PWM信号的产生一般有两种方式：

硬件PWM：由微控制器内部的定时器和计数器自动生成。STM32等微控制器通过配置定时器来输出PWM信号。硬件PWM稳定可靠，效率高，适用于大多数应用。

软件PWM：通过软件控制GPIO引脚的高低电平输出，虽然实现简单，但通常需要较高的计算资源，效率较低，不适合高精度控制。

6. PWM工作原理

PWM的工作原理基于一个固定频率的时钟，通过调节高电平的持续时间（占空比）来实现对功率的调控。信号的周期由时钟产生器设定，信号的高电平和低电平通过占空比控制，常见的PWM波形是矩形波。

占空比：例如占空比50%意味着PWM波在一个周期内，高电平和低电平的时间相等。若占空比为25%，则高电平持续四分之一的周期，低电平占据剩余的部分。

7. PWM输出的模式区别

PWM输出有多种工作模式，主要包括：

正常模式（Up Mode）：定时器计数从0计数到自动重载值（ARR），然后重载并继续。

向下计数模式（Down Mode）：定时器从ARR计数到0，再反向计数。

中心对称模式（Center-aligned Mode）：定时器计数到ARR值后会反向计数，这样PWM波形会相对于中心对称，常用于减小噪音和振动。

边沿对齐模式（Edge-aligned Mode）：PWM波的上升沿或下降沿与计数器的某些边缘对齐。

8. PWM的计数模式

PWM的计数模式主要有两种：

向上计数（Up-counting）：计数器从0开始递增到设定的ARR（Auto-Reload Register）值，当计数器达到ARR值时，它会重新从0开始。

向下计数（Down-counting）：计数器从ARR开始递减到0，当计数器为0时，会重新从ARR开始。

向上/向下计数（Up/Down-counting）：这种模式结合了上升和下降计数，计数器在ARR值和0值之间交替进行计数。此模式下，PWM波形具有更对称的特性。

9. PWM相关配置寄存器

在STM32微控制器等基于定时器的PWM生成过程中，涉及到多个寄存器的配置，以下是常见的几个配置寄存器：

捕获/比较模式寄存器（TIMx_CCMR1）
该寄存器用于配置定时器的捕获/比较模式，决定定时器输出的波形类型、PWM的占空比、计数模式等。
主要控制PWM信号的输出模式，比如PWM的极性、输出的比较输出模式等。
捕获/比较使能寄存器（TIMx_CCER）
该寄存器用于使能定时器的通道输出。通过设置该寄存器，定时器的捕获/比较输出可以发送到外部引脚。
控制PWM输出信号的开关、极性等。确保PWM信号能够正确地输出到GPIO引脚。
捕获/比较寄存器（TIMx_CCRx）
该寄存器用于存储捕获/比较的值，控制PWM信号的高电平持续时间（即占空比）。
通过写入CCR寄存器，可以设置PWM信号的占空比，从而实现对输出信号的调节。

总结

PWM是通过改变脉冲的宽度来控制功率的一种技术，具有高效、精确、低热量的优点，广泛应用于电机调速、LED亮度控制等领域。通过定时器配置寄存器，用户可以灵活控制PWM的输出模式、占空比和频率，从而实现对电气设备的精确调控。

二、工程建立

（1）创建新项目

（2）RCC配置

（3）SYS配置

（4）配置定时器

这里我们选择定时器3和定时器4来实现定时的功位置3，分频系数为71，向上计数模式，计数周期为500，使能自动重载模式。通道1选择：PWM Generation CH1（PWM输出通道1）
设置分频系数为71，计数周期为500，其它默认。

定时器四我们也选择PWM Generation CH1（PWM输出通道1），计数周期根据自己需要进行设置,这里我设置的跟定时器三一样

（5）配置时钟树

（6）配置项目设置

设置项目名称、路径（不能有中文）、编译器及版本

三、代码完善

（1）设置占空比
在main.c中，添加变量，用以存储占空比，且初始值设置为10.

uint16_t duty_num3 = 10;
uint16_t duty_num4 = 10;

（2）开启PWM信道
开始TIM3的通道3，输出PWM。
开始TIM4的通道4，输出PWM。
在main函数中添加：

	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_1);

(3)具体应用
这里我们设置为每隔50毫秒，占空比加10，如果超过400（也就是PWM周期），又逐渐递减，占空比减10。（即灯会从亮到暗，再从暗到亮逐渐变化）

	    while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
		HAL_Delay(50);
		duty_num3 = duty_num3 + 10;
		duty_num4 = duty_num4 + 10;
		if(duty_num3 > 400)
		{
			while(duty_num3!=0)
			{ 	
				HAL_Delay(50);
				duty_num3 = duty_num3 - 10;
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim3,TIM_CHANNEL_1,duty_num3);			 
			}
			HAL_Delay(50);
			duty_num3 = 0;
		}
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim3,TIM_CHANNEL_1,duty_num3);
			if(duty_num4 > 450)
		{
			while(duty_num4!=0)
			{ 	
				HAL_Delay(50);	
			    duty_num4 = duty_num4 - 10;
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim4,TIM_CHANNEL_1,duty_num4);
			}
			HAL_Delay(50);
			duty_num4 = 0;
		}
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim4,TIM_CHANNEL_1,duty_num4);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }

四、硬件连接
根据查询数据手册可发现定时器3,4的一通道分别对应引脚PA6 PB6,然后题目要求还需要直接驱动PC13(最小开发板上已焊接的LED（固定接在 PC13 GPIO端口）),故而我们将对应PWM波作为输入，连接其对应引脚即可实现所需完成功能。
3V3 —> 3V3

GND —> GND

RXD —> A9

TXD —> A10

LED灯短脚 —> A6

LED灯长脚 —> 3V3

PB6 —> PC13
硬件连接图：