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[MM32生态] 【MM32+模块】系列：02、LED灯控制

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 楼主| xld0932 发表于 2022-3-25 18:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
MM32, LED, MM32F0140
本帖最后由 xld0932 于 2022-3-25 19:00 编辑

#申请原创#   @21小跑堂

在我的印象当中LED灯控制是接触MCU时的第一个外设实验了，因为其本身只需要通过GPIO端口输出高低电平就可以实现了，常规的原理图画法有很多，有VCC接LED灯再串一个电阻连接到MCU的引脚上的，也有MCU引脚接LED灯再串一个电阻连接到GND上的，当然还有通过三极管等等电路来驱动的……

LED控制.png

在如上原理图中，串联的1k电阻是用于限制电流大小的；对于方式1中MCU_PIN输出高电平时，LED处于熄灭的状态，输出低电平时，LED则处于点亮的状态；对于方式2中的MCU_PIN输出高电平时，LED处于点亮的状态，输出低电平时，LED则处于熄灭的状态；对于其它的方式，则需要根据实际电路设计来进行高低电平的输出控制了。

在淘宝上买了一个LED模块，带有红黄绿3个LED灯；结合MM32F0140的核心板，我们今天实现LED的几个实验：
1、LED闪烁实验
2、LED流水灯实验
3、PWM方式调节LED灯显示亮度
4、对数方式实现呼吸灯
LED模块.png

LED闪烁实验
LED灯闪烁就是通过时间间隔来控制LED灯点亮或者熄灭的操作，达到闪烁的效果，具体的初始化及功能实现代码如下所示：
复制
  1. void LED_Init(void)
    

  2. {
    

  3.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    


  4. 

  5.     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOA, ENABLE);
    


  6. 

  7.     GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
    

  8.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
    

  9.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  10.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
    

  11.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  12. 

  13.     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_RESET);
    

  14.     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_RESET);
    

  15.     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_RESET);
    


  16. 

  17.     TASK_Append(TASK_ID_RYG, LED_Handler,  250);
    

  18. }
    


  19. 


  20. 

  21. void LED_Handler(void)
    

  22. {
    

  23.     bool PA3 = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_3);
    

  24.     bool PA4 = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_4);
    

  25.     bool PA5 = GPIO_ReadOutputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_5);
    


  26. 

  27.     if(!PA3) GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_SET);
    

  28.     else     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_RESET);
    


  29. 

  30.     if(!PA4) GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_SET);
    

  31.     else     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_RESET);
    


  32. 

  33.     if(!PA5) GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_SET);
    

  34.     else     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_RESET);
    

  35. }

LED闪烁实验效果
0325_1.gif

LED流水灯实验
LED灯模块上有3个灯，我们按照固定的方向依次点亮LED灯，不停的循环反复达到流水灯的效果，具体的初始化及功能实现代码如下所示：
复制
  1. void LED_Init(void)
    

  2. {
    

  3.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    


  4. 

  5.     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOA, ENABLE);
    


  6. 

  7.     GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
    

  8.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5;
    

  9.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  10.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_Out_PP;
    

  11.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  12. 

  13.     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_RESET);
    

  14.     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_RESET);
    

  15.     GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_RESET);
    


  16. 

  17.     TASK_Append(TASK_ID_RYG, LED_Handler,  250);
    

  18. }
    


  19. 

  20. void LED_Handler(void)
    

  21. {
    

  22.     static uint8_t Index = 0;
    


  23. 

  24.     switch(Index)
    

  25.     {
    

  26.         case 0:
    

  27.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_RESET);
    

  28.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_RESET);
    

  29.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_RESET);
    

  30.             break;
    


  31. 

  32.         case 1:
    

  33.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_SET);
    

  34.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_RESET);
    

  35.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_RESET);
    

  36.             break;
    


  37. 

  38.         case 2:
    

  39.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_RESET);
    

  40.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_SET);
    

  41.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_RESET);
    

  42.             break;
    


  43. 

  44.         case 3:
    

  45.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_3, Bit_RESET);
    

  46.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, Bit_RESET);
    

  47.             GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_5, Bit_SET);
    

  48.             break;
    

  49.     }
    


  50. 

  51.     Index = (Index + 1) % 4;
    

  52. }

LED流水灯实验效果
0325_2.gif

PWM方式调节LED灯显示亮度
上面我们是通过GPIO端口引脚直接输出高或者低电平来驱动LED灯点亮或熄灭的，在GPIO输出电平后一直维持着输出电平的状态，我们可以理解为这个时候输出占空比是100%或者0%；LED灯一直处于最亮或者熄灭的状态；而PWM方式则是通过固定的一个频率，通过修改其占空比（高电平与低电平在一个周期内占用时间的比例）可以来控制LED灯的显示亮度，可以直观的理解之前是100%供电的，LED灯则是最亮的，PWM方式是断断续续的供电，这个时候LED灯显示就弱了，亮弱则是由PWM占空比来决定的。具体的初始化及功能实现代码如下所示：
复制
  1. void LED_Init(void)
    

  2. {
    

  3.     GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
    

  4.     TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStructure;
    

  5.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    


  6. 

  7.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_TIM2, ENABLE);
    


  8. 

  9.     TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    

  10.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler         = 0;
    

  11.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode       = TIM_CounterMode_Up;
    

  12.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period            = 1000 - 1;
    

  13.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision     = TIM_CKD_DIV1;
    

  14.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    

  15.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    


  16. 

  17.     TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
    

  18.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode          = TIM_OCMode_PWM1;
    

  19.     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState     = TIM_OutputState_Enable;
    

  20.     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse           = 500 - 1;
    

  21.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity      = TIM_OCPolarity_High;
    

  22.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState     = TIM_OCIdleState_Reset;
    


  23. 

  24.     TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    

  25.     TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
    


  26. 

  27.     TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
    

  28.     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    


  29. 

  30.     TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, ENABLE);
    


  31. 

  32.     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOA, ENABLE);
    


  33. 

  34.     GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_2);    /* TIM2_CH4  */
    


  35. 

  36.     GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
    

  37.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_3;
    

  38.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  39.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  40.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  41. 

  42.     TASK_Append(TASK_ID_RYG, LED_Handler, 10);
    

  43. }
    


  44. 


  45. 

  46. void LED_Handler(void)
    

  47. {
    

  48.     static uint16_t Value = 0, State = 0;
    


  49. 

  50.     TIM_SetCompare4(TIM2, Value);
    


  51. 

  52.     if(State == 0)
    

  53.     {
    

  54.         Value += 10;
    


  55. 

  56.         if(Value >= 1000)
    

  57.         {
    

  58.             Value = 990;
    

  59.             State = 1;
    

  60.         }
    

  61.     }
    

  62.     else
    

  63.     {
    

  64.         if(Value > 10)
    

  65.         {
    

  66.             Value -= 10;
    

  67.         }
    

  68.         else
    

  69.         {
    

  70.             Value = 0;
    

  71.             State = 0;
    

  72.         }
    

  73.     }
    

  74. }

PWM方式调节LED灯显示亮度效果
0325_3.gif

对数方式实现呼吸灯
在上面通过直接修改PWM固定步长的占空比来实现的呼吸灯实验中，我们发现在占空比由小往大变化时，占空比在1%到45%左右时，看到的变化最明显，但再往上变化时已经基本上看不出什么变化了，效果不是很好，甚至可以说没有达到呼吸灯应有的效果；

那么PWM占空比应该如何来控制才能够达到视觉感观上呼吸亮度的效果呢？通过尝试，或者有经验的网友已经知道了，通过对数的关系来调节PWM的占空比，呼吸灯的效果最佳；具体怎么操作呢？

在下面的示例程序中，我们将PWM等分成1000份（0~999），在这1000份当中，我们设定有100个亮度级别，那最亮的那个级别100和PWM的关系式为100 = x*log10(999)，x为一个固定的常数，是需要我们求出来的：x = 100 / log10(99)；在计算出这个x之后，我们再将100这个等级替换成0~99，结合刚刚的常数x，求出log10(n)这个数值，再通过反LOG的计算方式求出n的数值：如果 m = log10(n) ，那么则有 n = pow(10, m)；这个n就是我们应该设定的PWM占空比值了；具体的函数计算过程如下所示：
复制
  1. void LED_Init(void)
    

  2. {
    

  3.     GPIO_InitTypeDef        GPIO_InitStructure;
    

  4.     TIM_OCInitTypeDef       TIM_OCInitStructure;
    

  5.     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    


  6. 

  7.     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1ENR_TIM2, ENABLE);
    


  8. 

  9.     TIM_TimeBaseStructInit(&TIM_TimeBaseStructure);
    

  10.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler         = 0;
    

  11.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode       = TIM_CounterMode_Up;
    

  12.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period            = 1000 - 1;
    

  13.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision     = TIM_CKD_DIV1;
    

  14.     TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    

  15.     TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseStructure);
    


  16. 

  17.     TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
    

  18.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode          = TIM_OCMode_PWM1;
    

  19.     TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState     = TIM_OutputState_Enable;
    

  20.     TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse           = 500 - 1;
    

  21.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity      = TIM_OCPolarity_High;
    

  22.     TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState     = TIM_OCIdleState_Reset;
    


  23. 

  24.     TIM_OC4Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);
    

  25.     TIM_OC4PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);
    


  26. 

  27.     TIM_ARRPreloadConfig(TIM2, ENABLE);
    

  28.     TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
    


  29. 

  30.     TIM_CtrlPWMOutputs(TIM2, ENABLE);
    


  31. 

  32.     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBENR_GPIOA, ENABLE);
    


  33. 

  34.     GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource3, GPIO_AF_2);    /* TIM2_CH4  */
    


  35. 

  36.     GPIO_StructInit(&GPIO_InitStructure);
    

  37.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_3;
    

  38.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  39.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  40.     GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    


  41. 

  42.     TASK_Append(TASK_ID_RYG, LED_Handler, 50);
    

  43. }
    


  44. 

  45. double LED_GetLOG(double level, double max)
    

  46. {
    

  47.     double a = log10(999);
    


  48. 

  49.     printf("\r\n%d(a) = %f", (uint32_t)level, a);
    


  50. 

  51.     double b = level / (max / a);
    


  52. 

  53.     printf("\r\n%d(b) = %f", (uint32_t)level, b);
    


  54. 

  55.     double c = pow(10, b);
    


  56. 

  57.     printf("\r\n%d(c) = %f", (uint32_t)level, c);
    


  58. 

  59.     return c;
    

  60. }
    


  61. 

  62. void LED_Handler(void)
    

  63. {
    

  64.     static double  Level = 1.0, MAX = 50.0;
    

  65.     static uint8_t State = 0;
    


  66. 

  67.     if(State == 0)
    

  68.     {
    

  69.         if(Level >= MAX)
    

  70.         {
    

  71.             Level = MAX;
    

  72.             State = 1;
    

  73.         }
    

  74.         else
    

  75.         {
    

  76.             Level++;
    

  77.         }
    

  78.     }
    

  79.     else
    

  80.     {
    

  81.         if(Level <= 1)
    

  82.         {
    

  83.             Level = 1;
    

  84.             State = 0;
    

  85.         }
    

  86.         else
    

  87.         {
    

  88.             Level--;
    

  89.         }
    

  90.     }
    


  91. 

  92.     TIM_SetCompare4(TIM2, (uint32_t)LED_GetLOG(Level, MAX));
    

  93. }

对数方式实现呼吸灯效果效果
0325_4.gif


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21小跑堂 打赏了 50.00 元 2022-03-29
理由：恭喜通过原创文章审核！请多多加油哦！

相关帖子
 楼主| xld0932 发表于 2022-4-4 10:02 | 显示全部楼层
对于实现LED呼吸灯效果，对数的方式效果相当不错，有兴趣的小伙伴可以尝试一下哈
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foxsbig 发表于 2022-4-8 15:44 | 显示全部楼层
现在是不是有新活动了？
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 楼主| xld0932 发表于 2022-4-8 16:38 | 显示全部楼层
foxsbig 发表于 2022-4-8 15:44
现在是不是有新活动了？

什么活动？
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1908278102 发表于 2022-6-7 15:20 | 显示全部楼层
真好，这篇讲得很通透，好用
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 楼主| xld0932 发表于 2022-6-7 16:22 | 显示全部楼层
1908278102 发表于 2022-6-7 15:20
真好，这篇讲得很通透，好用

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sainuo598 发表于 2022-6-9 14:18 | 显示全部楼层
感谢分享
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