基于Cubemx与HAL库之PWM呼吸灯经验分享

1万 · 2023-4-3 10:12

摘要

本章还是点灯，但是小飞哥带大家换一种点灯方式，利用PWM功能实现“呼吸灯”，什么是呼吸灯？顾名思义，像人呼吸一样的灯...简而言之就是，吸气...呼气...实现灯光渐亮渐灭的效果。

PWM原理介绍

脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation” 的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。简单一点，就是对脉冲宽度的控制，如下图（摘自正点原子手册）

PWM 原理示意图

上图就是一个简单的PWM 原理示意图。图中，我们假定定时器工作在向上计数PWM模式，且当 CNT<CCRx时，输出0，当CNT>=CCRx时输出1。那么就可以得到如上的PWM示意图：当CNT值小于CCRx的时候，IO输出低电平(0)，当CNT值大于等于CCRx的时候，IO输出高电平(1)，当CNT达到ARR值的时候，重新归零，然后重新向上计数，依次循环。改变CCRx的值，就可以改变PWM输出的占空比，改变 ARR的值，就可以改变PWM输出的频率，这就是PWM输出的原理。

1万 · 2023-4-3 10:13

STM32的定时器几乎都能够产生PWM波，高级定时器 TIM1和TIM8可以同时产生多达7路的PWM输出。而通用定时器也能同时产生多达4路的PWM输出，如下图定时器4，可以产生4路PWM波。本文，咱们只使用一路PWM，学懂原理之后，随便怎么搞~

cubemx配置PWM

本次使用的是TIM4的通道4来产生PWM波，也即是PB9。硬件连接比较简单，LED正极连接PB9，负极连接GND即可。

关于时钟等配置，就不多做介绍了

选择TIM4->勾选inter clock->通道4->PWM output CH4->PB9

定时器参数配置，主要分为两部分，一部分是定时器的基本配置，分频系数、周期，这个配置不是固定的，把握频率的计算方式即可：

fclk= (Fcore/(Prescaler+1)/(Period+1)

1万 · 2023-4-3 10:14

按照我的配置，计算有得到：

fclk = 72000000/500/72=2KHZ

这个频率是直接影响到LED灯光的闪烁频率的，如果设置的太低了，会有明显的闪烁感。

PB9是被复用的

配置是比较简单的，直接生成代码即可

PWM代码解析

上面知道，PB9是被复用为PWM通道功能的,代码如下，自从有了cubemx，代码初始化似乎变得简单了呢...

void HAL_TIM_MspPostInit(TIM_HandleTypeDef* timHandle)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
if(timHandle->Instance==TIM4)
{
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 0 */
/* USER CODE END TIM4_MspPostInit 0 */
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/**TIM4 GPIO Configuration
PB9 ------> TIM4_CH4
*/
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_9;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
/* USER CODE BEGIN TIM4_MspPostInit 1 */
/* USER CODE END TIM4_MspPostInit 1 */
}
}

复制代码

上面我们对定时器及PWM参数的配置代码如下，其中有一个参数.pulse，这个参数是决定PWM的占空比的，计算如下：

Pulse = .pulse/period

计算得出的就是我们波形，高电平（由于是配置的模式1）所占整个周期的比例，占得比例越高，相应的电压会越高，对应的LED灯会越亮

关于定时器的参数是被封装在一个结构体里面的：

/**
* @brief TIM Time base Configuration Structure definition
*/
typedef struct
{
uint32_t Prescaler; /*!< Specifies the prescaler value used to divide the TIM clock.
This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
uint32_t CounterMode; /*!< Specifies the counter mode.
This parameter can be a value of @ref TIM_Counter_Mode */
uint32_t Period; /*!< Specifies the period value to be loaded into the active
Auto-Reload Register at the next update event.
This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF. */
uint32_t ClockDivision; /*!< Specifies the clock division.
This parameter can be a value of @ref TIM_ClockDivision */
uint32_t RepetitionCounter; /*!< Specifies the repetition counter value. Each time the RCR downcounter
reaches zero, an update event is generated and counting restarts
from the RCR value (N).
This means in PWM mode that (N+1) corresponds to:
- the number of PWM periods in edge-aligned mode
- the number of half PWM period in center-aligned mode
GP timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and
Max_Data = 0xFF.
Advanced timers: this parameter must be a number between Min_Data = 0x0000 and
Max_Data = 0xFFFF. */
uint32_t AutoReloadPreload; /*!< Specifies the auto-reload preload.
This parameter can be a value of @ref TIM_AutoReloadPreload */
} TIM_Base_InitTypeDef;

复制代码

/**
* @brief TIM One Pulse Mode Configuration Structure definition
*/
typedef struct
{
uint32_t OCMode; /*!< Specifies the TIM mode.
This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_and_PWM_modes */
uint32_t Pulse; /*!< Specifies the pulse value to be loaded into the Capture Compare Register.
This parameter can be a number between Min_Data = 0x0000 and Max_Data = 0xFFFF */
uint32_t OCPolarity; /*!< Specifies the output polarity.
This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Polarity */
uint32_t OCNPolarity; /*!< Specifies the complementary output polarity.
This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Polarity
@NOTE This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
uint32_t OCIdleState; /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_Idle_State
@NOTE This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
uint32_t OCNIdleState; /*!< Specifies the TIM Output Compare pin state during Idle state.
This parameter can be a value of @ref TIM_Output_Compare_N_Idle_State
@note This parameter is valid only for timer instances supporting break feature. */
uint32_t ICPolarity; /*!< Specifies the active edge of the input signal.
This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Polarity */
uint32_t ICSelection; /*!< Specifies the input.
This parameter can be a value of @ref TIM_Input_Capture_Selection */
uint32_t ICFilter; /*!< Specifies the input capture filter.
This parameter can be a number between Min_Data = 0x0 and Max_Data = 0xF */
} TIM_OnePulse_InitTypeDef;