嵌入式stm32电位器与旋转编码器控制LED亮暗详解

嵌入式-stm32电位器控制LED亮暗

源码框架取自江协科技，在此基础上做扩展开发。

任务1

本文主要介绍利用stm32f103C8T6实现电位器控制PWM的占空比大小来改变LED亮暗程度，按键实现使用定时器非阻塞式，其中一个按键切换3个LED的控制状态，另一个按键是重置当前的LED为熄灭状态。

代码1

Key.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "oled.h"
#include "PWM.h"
#include "AD.h"
#include "Key.h"
#include <stdio.h>

extern uint16_t ADValue;			//定义AD值变量
uint8_t Key_Num;
/**
  * 函    数：按键初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Key_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
}  



// 定义模式枚举  
typedef enum {  
    MODE_PWM_CH2 = 0,  
    MODE_PWM_CH3,  
    MODE_PWM_CH4,  
    MODE_MAX  
} PWM_MODE;  

// 全局变量  
volatile PWM_MODE currentMode = MODE_PWM_CH2;  
volatile uint16_t pwmValue = 0;  
volatile uint8_t resetFlag = 0;  
volatile uint8_t systemActive = 0;  //新增系统激活标志

// 初始化显示函数  
void Initial_Display(void) {  
    // 清屏  
    OLED_Clear();  
    
		// 显示初始状态  
   OLED_ShowString(1, 1, "System Ready");  
   OLED_ShowString(2, 1, "Active KEY1 ");  
   
   // 初始化时关闭所有LED  
   PWM_SetCompare2(0);  
   PWM_SetCompare3(0);  
   PWM_SetCompare4(0);   
}  
  
uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t Temp;           
	Temp = Key_Num;         //读取按键键值
	Key_Num = 0; 					  //清零，防止重复触发
	return Temp;
}

uint8_t Key_GetState(void)
{
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_8) == 0)
	{
		return 1;
	}
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_10) == 0)
	{
		return 2;
	}
	return 0;   //无按键按下
}

void Key_Tick(void)         
{
	static uint8_t Count; //静态计数器，记录中断次数
	static uint8_t CurrState, PrevState;
	
	Count++;
	if(Count >= 20)   //20ms执行一次按键扫描（中断周期为1ms）
	{
		Count = 0;
		PrevState = CurrState;         //保存前一次按键状态
		CurrState = Key_GetState();    //读取当前按键状态
		
		//检测按键释放动作（下降沿）
		if(CurrState == 0 && PrevState != 0)
		{
			Key_Num = PrevState;    //记录按键值（1或者2）
		}
	}
}


// 设置PWM的函数  
void SetPWM(uint16_t value) {  
    switch (currentMode) {  
        case MODE_PWM_CH2:  
            PWM_SetCompare2(value);  
            break;  
        case MODE_PWM_CH3:  
            PWM_SetCompare3(value);  
            break;  
        case MODE_PWM_CH4:  
            PWM_SetCompare4(value);  
            break;  
    }  
}  

// 更新显示模式函数  
void Update_ModeDisplay(void) {  
    // 清除原有模式显示  
    OLED_Clear();  
    
    // 根据当前模式显示  
    switch (currentMode) {  
        case MODE_PWM_CH2:  
            OLED_ShowString(1, 1, "Mode: CH2");  
            break;  
        case MODE_PWM_CH3:  
            OLED_ShowString(1, 1, "Mode: CH3");  
            break;  
        case MODE_PWM_CH4:  
            OLED_ShowString(1, 1, "Mode: CH4");  
            break;  
    }  
		 // 显示初始PWM值  
   OLED_ShowString(2, 1, "PWM:   0");  
}  

/*OLED显示70.5%函数*/
void ShowPwm_Percent(uint8_t Line, uint8_t Colum, uint16_t pwmValue)
{
	char str[16];
	uint16_t integer = pwmValue / 10;  //整数部分如70
	uint16_t decimal = pwmValue % 10;  //小鼠部分如5
	sprintf(str, "%4d.%1d%%",integer,decimal);
	OLED_ShowString(Line,Colum,str);
}

// 按键控制函数  
void Key_control(void) {  
    uint8_t keyNum = Key_GetNum();  
    
    // 处理按键1：模式切换  
    if (keyNum == 1) {  
			  // 重置标志清零  
        resetFlag = 0; 
				if(systemActive == 0)
				{
					systemActive = 1;
					currentMode = MODE_PWM_CH2;
					Update_ModeDisplay();
				}
 
        else
				{
        // 切换模式  
        currentMode++;  
        if (currentMode >= MODE_MAX) {  
            currentMode = MODE_PWM_CH2;  
        }  
        
        // 更新模式显示  
        Update_ModeDisplay(); 
			}				
    }  
    
    // 处理按键2：重置为全暗  
    if (keyNum == 2) {  
        // 设置重置标志  
        resetFlag = 1;  
        
        // 将当前通道设置为0  
        SetPWM(0);  
        pwmValue = 0;  
        
        // 显示PWM值  
        OLED_ShowNum(2, 5, pwmValue, 3);  
    }  
    
    // 仅在非重置状态下读取ADC和设置PWM  
    if (resetFlag == 0 && systemActive) {  
        // 读取ADC并设置PWM  
        //uint16_t adcValue = AD_GetValue();  
        pwmValue = (AD_GetValue() * 1000)/ 4095 ;  
        
        // 设置当前通道PWM  
        SetPWM(pwmValue);  
        
        // 显示PWM值 
				 OLED_ShowNum(3, 1, pwmValue, 4);  // 直接显示pwmValue的值			
			   ShowPwm_Percent(2, 4, pwmValue);
        //OLED_ShowNum(2, 5, pwmValue, 3);  
    }  
}  

Key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

void Key_Init(void);
uint8_t Key_GetNum(void);
void Key_control(void);
void Initial_Display(void);
void SetPWM(uint16_t value);
void Key_Tick(void);
uint8_t Key_GetState(void);

#endif

Timer.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void Timer_Init(void)
{
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
	
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);
	
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 1000 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);
	
	TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);
	TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
	
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 2;
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
	
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

/*
void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}
*/

Timer.h

#ifndef __TIMER_H
#define __TIMER_H

void Timer_Init(void);

#endif

PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

/**
  * 函    数：PWM初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */

void TIM2_PWM_Init(void)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
	  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;	
    // 打开定时器2时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);																
	  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);		

	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; //GPIO采用复用推挽输出模式
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3|GPIO_Pin_2|GPIO_Pin_1; //TIM2同时产生三路PWM波 在管脚123 a11
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;  //GPIO速度50MHZ
	
	GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStruct);  //初始化函数 让刚刚配置的参数 输入到对应寄存器里面
    // 配置定时器2为PWM模式
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 999; // PWM周期
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 720; // 72MHz/(71+1) = 1MHz，计数频率为1MHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);

    // 配置TIM2通道2为PWM模式
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 初始占空比0%
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
	TIM_OC3Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
	TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    // 使能TIM2
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}
/**
  * 函    数：PWM设置CCR
  * 参    数：Compare 要写入的CCR的值，范围：0~1000
  * 返 回 值：无
  * 注意事项：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_SetCompare2(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare2(TIM2 ,Compare );	//设置CCR1的值
}
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare3(TIM2 ,Compare );	//设置CCR1的值
}
void PWM_SetCompare4(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare4(TIM2 ,Compare );	//设置CCR1的值
}

PWM.h

#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H


void TIM2_PWM_Init(void);

void PWM_SetCompare2(uint16_t Compare);
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare);
void PWM_SetCompare4(uint16_t Compare);


#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Key.h"
#include "sys.h"
#include "AD.h"
#include "PWM.h"
#include "Timer.h"

/*全局变量*/
uint16_t ADValue;			//定义AD值变量

int main(void)
{

	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	Key_Init();			//按键初始化
	AD_Init();			//AD初始化
	TIM2_PWM_Init();	//定时器2PWM初始化
	Timer_Init();
	/*OLED显示静态字符*/
	Initial_Display();
	while (1)
	{
		//KeyNum=Key_GetNum();	//获取键码值
		Key_control();			//按键PWM控制
	}
}

//中断服务函数
//每次TIM3溢出时触发中断，调用Key_Tick()进行按键扫描
//清除中断标志，避免重复进入中断
void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		Key_Tick();
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
	}
}

实验现象1

以下是通过电位器控制PWM输出大小的值进而调暗LED


通过网盘分享的文件：电位器改变PWM输出控制LED
链接: https://pan.baidu.com/s/1JrevfJ2GTsBqLyRb4Do39g 提取码: 6688

任务2

旋转编码器控制LED亮暗:
1、LED亮度控制：旋转编码器调节PWM占空比，控制LED亮度。
2、状态显示：OLED实时显示当前PWM占空比（格式为XX.X%）。
3、模式切换：通过独立按键切换PWM输出通道（如CH2、CH3、CH4）。
4、系统激活与重置：按键控制系统的启动和重置。
接线图片来自江协议科技

代码2

1、模块化代码架构
编码器驱动：通过外部中断检测旋转方向，更新计数值。
PWM生成：配置定时器（如TIM2）的PWM模式，动态调节占空比。
OLED显示：格式化显示占空比和模式信息。
主控制逻辑：整合按键、编码器和PWM功能，实现状态机控制。

Key.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "oled.h"
#include "PWM.h"
#include "AD.h"
#include "Key.h"
#include "Encoder.h"
#include <stdio.h>

uint8_t Key_Num;
signed Key_Encoder_Count = 0;
/**
  * 函    数：按键初始化
  * 参    数：无
  * 返 回 值：无
  */
void Key_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	/*GPIO初始化*/
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_10;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
}  



// 定义模式枚举  
typedef enum {  
    MODE_PWM_CH2 = 0,  
    MODE_PWM_CH3,  
    MODE_PWM_CH4,  
    MODE_MAX  
} PWM_MODE;  

// 全局变量  
volatile PWM_MODE currentMode = MODE_PWM_CH2;  
volatile uint16_t pwmValue = 0;  
volatile uint8_t resetFlag = 0;  
volatile uint8_t systemActive = 0;  //新增系统激活标志

// 初始化显示函数  
void Initial_Display(void) {  
    // 清屏  
    OLED_Clear();  
    
		// 显示初始状态  
   OLED_ShowString(1, 1, "System Ready");  
   OLED_ShowString(2, 1, "Active KEY1 ");  
   
   // 初始化时关闭所有LED  
   PWM_SetCompare2(0);  
   PWM_SetCompare3(0);  
   PWM_SetCompare4(0);   
}  
  
uint8_t Key_GetNum(void)
{
	uint8_t Temp;           
	Temp = Key_Num;         //读取按键键值
	Key_Num = 0; 					  //清零，防止重复触发
	return Temp;
}

uint8_t Key_GetState(void)
{
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_8) == 0)
	{
		return 1;
	}
	if(GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_10) == 0)
	{
		return 2;
	}
	return 0;   //无按键按下
}

void Key_Tick(void)         
{
	static uint8_t Count; //静态计数器，记录中断次数
	static uint8_t CurrState, PrevState;
	
	Count++;
	if(Count >= 20)   //20ms执行一次按键扫描（中断周期为1ms）
	{
		Count = 0;
		PrevState = CurrState;         //保存前一次按键状态
		CurrState = Key_GetState();    //读取当前按键状态
		
		//检测按键释放动作（下降沿）
		if(CurrState == 0 && PrevState != 0)
		{
			Key_Num = PrevState;    //记录按键值（1或者2）
		}
	}
}


// 设置PWM的函数  
void SetPWM(uint16_t value) {  
    switch (currentMode) {  
        case MODE_PWM_CH2:  
            PWM_SetCompare2(value);  
            break;  
        case MODE_PWM_CH3:  
            PWM_SetCompare3(value);  
            break;  
        case MODE_PWM_CH4:  
            PWM_SetCompare4(value);  
            break;  
    }  
}  

// 更新显示模式函数  
void Update_ModeDisplay(void) {  
    // 清除原有模式显示  
    OLED_Clear();  
    
    // 根据当前模式显示  
    switch (currentMode) {  
        case MODE_PWM_CH2:  
            OLED_ShowString(1, 1, "Mode: CH2");  
            break;  
        case MODE_PWM_CH3:  
            OLED_ShowString(1, 1, "Mode: CH3");  
            break;  
        case MODE_PWM_CH4:  
            OLED_ShowString(1, 1, "Mode: CH4");  
            break;  
    }  
		 // 显示初始PWM值  
   OLED_ShowString(2, 1, "PWM:   0");  
}  

/*OLED显示70.5%函数*/
void ShowPwm_Percent(uint8_t Line, uint8_t Colum, uint16_t pwmValue)
{
	char str[16];
	uint16_t integer = pwmValue / 10;  //整数部分如70
	uint16_t decimal = pwmValue % 10;  //小鼠部分如5
	sprintf(str, "%4d.%1d%%",integer,decimal);
	OLED_ShowString(Line,Colum,str);
}

// 按键控制函数  
void Key_control(void) {  
    uint8_t keyNum = Key_GetNum();  
    
    // 处理按键1：模式切换  
    if (keyNum == 1) {  
			  // 重置标志清零  
        resetFlag = 0; 
				if(systemActive == 0)
				{
					systemActive = 1;
					currentMode = MODE_PWM_CH2;
					Update_ModeDisplay();
				}
 
        else
				{
        // 切换模式  
        currentMode++;  
        if (currentMode >= MODE_MAX) {  
            currentMode = MODE_PWM_CH2;  
        }  
        
        // 更新模式显示  
        Update_ModeDisplay(); 
			}				
    }  
    
    // 处理按键2：重置为全暗  
    if (keyNum == 2) {  
        // 设置重置标志  
        resetFlag = 1;  
        
        // 将当前通道设置为0  
        SetPWM(0);  
        pwmValue = 0;  
        
        // 显示PWM值  
        OLED_ShowNum(2, 5, pwmValue, 3);  
    }  
    
    // 仅在非重置状态下读取ADC和设置PWM  
    if (resetFlag == 0 && systemActive) {  
				
				Key_Encoder_Count += Encoder_Get();
				if(Key_Encoder_Count < 0)
				{
					Key_Encoder_Count = 0;
				}
				if(Key_Encoder_Count > 100)
				{
					Key_Encoder_Count = 100;
				}
        pwmValue = (Key_Encoder_Count * 10) ;  
        
        // 设置当前通道PWM  
        SetPWM(pwmValue);  
        
        // 显示PWM值 
				 OLED_ShowNum(3, 1, pwmValue, 4);  // 直接显示pwmValue的值			
			   ShowPwm_Percent(2, 4, pwmValue);
        //OLED_ShowNum(2, 5, pwmValue, 3);  
    }  
}  

Key.h

#ifndef __KEY_H
#define __KEY_H

void Key_Init(void);
uint8_t Key_GetNum(void);
void Key_control(void);
void Initial_Display(void);
void SetPWM(uint16_t value);
void Key_Tick(void);
uint8_t Key_GetState(void);

#endif

main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "Key.h"
#include "sys.h"
#include "AD.h"
#include "PWM.h"
#include "Timer.h"
#include "Encoder.h"

int main(void)
{

	/*模块初始化*/
	OLED_Init();		//OLED初始化
	Key_Init();			//按键初始化
	TIM2_PWM_Init();	//定时器2PWM初始化
	Timer_Init();
	Encoder_Init();
	/*OLED显示静态字符*/
	Initial_Display();
	while (1)
	{
		Key_control();			//按键PWM控制
	}
}

//中断服务函数
//每次TIM3溢出时触发中断，调用Key_Tick()进行按键扫描
//清除中断标志，避免重复进入中断
void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		Key_Tick();
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
	}
}

实验现象2

问题与解决

一上电程序卡死，原因是Timer3的中断服务函数忘记清除相应的标志位。

总结

旋转编码器和电位器控制LED亮暗的区别
核心逻辑在于旋转编码器时中断服务函数检测旋转方向，更新计数值，而电位器时ADC采样。

作者：旅行的橘子汽水