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STM32使用PWM调光实现睡眠呼吸灯_pwm呼吸灯代码

pwm呼吸灯代码

引言

        在许多的智能手机和家用睡前床灯等场景上,或多或少都可以见到一个呼吸灯的影子。 本文中采用了PWM技术复刻这一呼吸灯效果。 

        在PWM调光屏幕上,调节亮度并不靠改变功率,而是靠屏幕的亮、灭交替。PWM调光屏幕点亮时并不是持续发光的,而是在不停地点亮、熄灭屏幕。当亮、灭交替够快时,肉眼就会认为手机一直在亮。

        在屏幕亮、灭的过程中,灭屏状态持续时间越长,屏幕给肉眼的观感就是亮度越低。点亮的时间越长,灭屏时间就相应减少,屏幕就会变亮。

        亮、灭交替的速度越低,对人眼造成不利影响的可能性就越大。但这并不是绝对的,因为每个人对于“闪烁”的敏感程度不同。比如看同一块PWM屏幕,有人没事,有人就会感到疲劳。如果你属于眼睛十分敏感的那部分人,你可能就需要使用高频PWM调光手机,甚至DC调光手机了。

一、PWM概述

1、PWM定义

        PWM叫脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation),通过编程控制输出方波的频率和占空比(高低电平的比例),广泛应用在测量,通信,功率控制等领域(呼吸灯,电机)。

      脉冲:方波、频率(frequency)

      宽度:高电平宽度,占空比(duty)

占空比25%

占空比50%

占空比75%

如下所示,通过调节占空比,改变LED亮度以实现本文所描述的呼吸灯效果外,还可以通过调节占空比去控制舵机的转动角度。更深入的运用便是控制机械手、机械臂的运动。

调节亮度

占空比50%

占空比20%

控制舵机运转角度

二、STM32库函数

1、GPIO引脚映射函数----GPIO_PinAFConfig( )

  1. /**
  2. * @brief Changes the mapping of the specified pin.
  3. * @param GPIOx: where x can be (A..K) to select the GPIO peripheral for STM32F405xx/407xx and STM32F415xx/417xx devices
  4. * x can be (A..I) to select the GPIO peripheral for STM32F42xxx/43xxx devices.
  5. * x can be (A, B, C, D and H) to select the GPIO peripheral for STM32F401xx devices.
  6. * @param GPIO_PinSource: specifies the pin for the Alternate function.
  7. * This parameter can be GPIO_PinSourcex where x can be (0..15).
  8. * @param GPIO_AFSelection: selects the pin to used as Alternate function.
  9. * @retval None
  10. */
  11. void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource, uint8_t GPIO_AF);

2、初始化定时器的时间基准----TIM_TimeBaseInit( )

  1. /**
  2. * @brief Initializes the TIMx Time Base Unit peripheral according to
  3. * the specified parameters in the TIM_TimeBaseInitStruct.
  4. * @param TIMx: where x can be 1 to 14 to select the TIM peripheral.
  5. * @param TIM_TimeBaseInitStruct: pointer to a TIM_TimeBaseInitTypeDef structure
  6. * that contains the configuration information for the specified TIM peripheral.
  7. * @retval None
  8. */
  9. void TIM_TimeBaseInit(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_TimeBaseInitTypeDef* TIM_TimeBaseInitStruct)

3、定时器通道1配置----TIM_OC1Init( )

  1. /**
  2. * @brief Initializes the TIMx Channel1 according to the specified parameters in
  3. * the TIM_OCInitStruct.
  4. * @param TIMx: where x can be 1 to 14 except 6 and 7, to select the TIM peripheral.
  5. * @param TIM_OCInitStruct: pointer to a TIM_OCInitTypeDef structure that contains
  6. * the configuration information for the specified TIM peripheral.
  7. * @retval None
  8. */
  9. void TIM_OC1Init(TIM_TypeDef* TIMx, TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct)

注:

通道1:TIM_OC1Init

通道2:TIM_OC2Init

通道3:TIM_OC3Init

通道4:TIM_OC4Init

4、定时器通道1比较值----TIM_SetCompare1( )

  1. /**
  2. * @brief Sets the TIMx Capture Compare1 Register value
  3. * @param TIMx: where x can be 1 to 14 except 6 and 7, to select the TIM peripheral.
  4. * @param Compare1: specifies the Capture Compare1 register new value.
  5. * @retval None
  6. */
  7. void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare1)

注:

通道1:TIM_SetCompare1

通道2:TIM_SetCompare2

通道3:TIM_SetCompare3

通道4:TIM_SetCompare4

三、函数配置说明

《stm32f4xx中文参考手册》.pdf P433

通用定时器TIM3到TIM5

PWM 模式 1–– 递增 计数模式下,只要 TIMx_CNT  TIMx_CCR1 ,通道 1 便为有效状态,否则为无效状态。在 递减 计数模式下,只要 TIMx_CNT  TIMx_CCR1 ,通道 1 便为无效状态 (OC1REF=0) ,否则为有效状态 (OC1REF=1)
PWM 模式 2–– 递增 计数模式下,只要 TIMx_CNT  TIMx_CCR1 ,通道 1 便为无效状态,否则为有效状态。在 递减 计数模式下,只要 TIMx_CNT  TIMx_CCR1 ,通道 1 便为有效状态,否则为无效状态。

TIMx_CNT由TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period决定;

TIMx_CCR1由TIM_SetComparex(x:1、2、3、4)函数决定;

有效状态由TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity决定;

  1. 频率值:由计数值决定
  2. 占空比:由比较值决定
  3. 注:要保持一定的占空比时,计数值(TIM_Period)发生变更,比较值(TIM_Pulse)也要发生变更

要设置的比较值 =(TIM_Period+1)* 占空比

  1. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 100-1; //输出脉冲的频率100Hz
  2. ......
  3. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //通道工作在PWM模式1
  4. ......
  5. TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; //有效状态为高电平
  6. ......
  7. TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//输出状态使能
  8. ......
  9. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50; //当前填写值决定了占空比
  10. ......

调整TIM1通道1的占空比为20%

TIM_SetCompare1(TIM3, 20);

四、PWM呼吸灯代码

  main.c

  1. #include "stm32f4xx.h"
  2. #include "mypwm.h"
  3. int main(void)
  4. {
  5. int i = 0;
  6. //NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1);
  7. LED_TIM3_Init();
  8. LED_PWM1_Init();
  9. PAout(6) = 1;
  10. PCout(5) = 1;
  11. while(1)
  12. {
  13. //由暗到亮
  14. for(i=0; i<=100; i++)
  15. {
  16. TIM_SetCompare1(TIM3, i);
  17. TIM_SetCompare2(TIM3, i);
  18. delay_ms(20);
  19. }
  20. //由亮到暗
  21. for(i=100; i>=0; i--)
  22. {
  23. TIM_SetCompare1(TIM3, i);
  24. TIM_SetCompare2(TIM3, i);
  25. delay_ms(20);
  26. }
  27. }
  28. return 0;
  29. }

  mypwm.c

  1. #include "mypwm.h"
  2. //LED初始化
  3. void LED_TIM3_Init(void)
  4. {
  5. GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  6. /* TIM3 clock enable */
  7. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
  8. /* GPIOA clock enable */
  9. RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
  10. /* GPIOC Configuration: TIM3 CH1 (PA6) */
  11. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
  12. GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
  13. GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  14. GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
  15. GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;
  16. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  17. /* GPIOC Configuration: TIM3 CH2 (PA7) */
  18. GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
  19. GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  20. /* Connect TIM3 pins to PA6 PA7 */
  21. GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource6, GPIO_AF_TIM3);
  22. GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource7, GPIO_AF_TIM3);
  23. //熄灭所有灯
  24. PAout(6) = 1;
  25. PAout(7) = 1;
  26. }
  27. //LED的PWM配置
  28. void LED_PWM1_Init(void)
  29. {
  30. //NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
  31. TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
  32. TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
  33. RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
  34. /* Time base configuration */
  35. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 100-1; //100Hz 定时时间的配置,也就是配置重载值,而重载值会传递给计数值
  36. TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 8400 - 1; //配置分频值,确定定时器的时钟频率
  37. TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上计数,0->TIM_Period就会触发中断请求
  38. TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
  39. /* PWM1 Mode configuration: Channel1 */
  40. TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
  41. TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
  42. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50;
  43. TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
  44. TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
  45. TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
  46. /* PWM1 Mode configuration: Channel2 */
  47. TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 50;
  48. TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
  49. /* TIM3 enable counter */
  50. TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
  51. // NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
  52. // NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
  53. // NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 1;
  54. // NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
  55. // NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
  56. }

mypwm.h

  1. #ifndef __MY_PWM_H
  2. #define __MY_PWM_H
  3. #include "stm32f4xx.h"
  4. //位带操作
  5. #define PAout(n) (*(uint32_t *)(0x42000000 +(GPIOA_BASE+0x14-0x40000000)*32 + n*4))
  6. #define PBout(n) (*(uint32_t *)(0x42000000 +(GPIOB_BASE+0x14-0x40000000)*32 + n*4))
  7. #define PCout(n) (*(uint32_t *)(0x42000000 +(GPIOC_BASE+0x14-0x40000000)*32 + n*4))
  8. #define PBin(n) (*(uint32_t *)(0x42000000 +(GPIOB_BASE+0x10-0x40000000)*32 + n*4))
  9. #define PCin(n) (*(uint32_t *)(0x42000000 +(GPIOC_BASE+0x10-0x40000000)*32 + n*4))
  10. void LED_Init(void);
  11. void LED_TIM3_Init(void);
  12. void LED_PWM1_Init(void);
  13. #endif

注意:并不是每个GPIO引脚都可以进行TIM定时器配置,需要看ST官方的芯片手册,是否有对应的引脚复用功能。如下图所示的为STM32F407VET6芯片的部分截图。

普通IO也可以输出PWM,很少直接用MCU的IO口直接输出,因为那样需要消耗大量的MCU资源。

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