實驗目標
利用STM32定時器產生PWM信號；
利用PWM信號實現(xiàn)呼吸燈。
什么是PWM信號呢？
PWM，英文名Pulse Width Modulation。
PWM信號是一種脈寬調制信號，廣范用于LED和電機控制等場合。
PWM信號其實類似于方波，只有0和1兩種狀態(tài)。
PWM信號可以調節(jié)占空比。
不同占空比可以使LED產生不同的亮度。
占空比就是指在一個周期內， 信號處于高電平的時間占據整個信號周期的百分比， 例如上圖中所示脈沖的占空比就是25%。
PWM波可以由GPIO口產生，通過GPIO口輸出高電平，延時，輸出低電平，延時來產生PWM波。
還可以使用定時器，利用比較寄存器形成PWM。
本實驗就是利用PWM信號這一特性控制LED產生不同亮度，從而實現(xiàn)呼吸燈的效果。
PWM信號應用場景
我們經常見到的就是交流調光電路，高電平占多一點，也就是占空比大一點亮度就亮一點，占空比小一點亮度就沒有那么亮，前提是PWM的頻率要大于我們人眼識別頻率，要不然會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。
除了在調光電路應用，還有在直流斬波電路、蜂鳴器驅動、電機驅動、逆變電路、加濕機霧化量等都會有應用。
PWM信號如何輸出呢？
1）可以直接通過芯片內部模塊輸出PWM信號，前提是這個I/O口要有PWM集成模塊，自帶PWM功能的芯片只需要簡單幾步操作即可實現(xiàn)PWM功能。這種自帶有PWM輸出的功能模塊在程序設計更簡便，同時數據更精確。如下圖，一般的IO口都會標明這個GPIO是否是PWM口；
STM32單片機就是標識如下形式：TIMx_CHy這樣的形式，下圖中所示的PWM引腳即占用TIM1的通道1。
2）但是如果IC內部沒有PWM功能模塊，或者要求不是很高的話可以利用I/O口結合定時器輸出PWM信號，因為PWM信號其實就是一高一低的一系列電平組合在一起。具體方法是給I/O加一個定時器，輸出的PWM信號頻率與你的定時器一致，用定時器中斷來計數，但是這種方法一般不采用，除非對于精度、頻率等要求不是很高可以這樣實現(xiàn)。
LED使用的引腳：
原理圖
由上面的原理圖可知，當LED1和LED2引腳為高電平的時候，LED滅；當引腳為低電平的時候，LED亮。
一個周期內低電平占比越來越少，高電平占空比越來越高，LED越來越暗。
具體實現(xiàn)
1. LED引腳PB8、PB9初始化
注意 GPIO_Mode 要設置為：GPIO_Mode_AF_PP
void LED_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
}
2. TIM4_CH3和TIM4_CH4初始化
void Led_PWM_Init(u16 arr,u16 psc)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4, ENABLE);
LED_Init();
TIM_DeInit(TIM4);
/* Time Base configuration */
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = psc;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM4, &TIM_TimeBaseStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC3Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OC4Init(TIM4, &TIM_OCInitStructure);
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM4, ENABLE);
TIM_OC3PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);
TIM_OC4PreloadConfig(TIM4, TIM_OCPreload_Enable);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM4, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM4, ENABLE);
}
其中參數arr為重載值，psc為TIMx時鐘頻率的預分頻系數。
設置定時器的周期：
PWM的周期一般要設置到50Hz以上，否則，我們會看到明顯的視覺閃爍。
設置定時器的周期需要改變ARR和PSC兩個寄存器的值來控制輸出PWM的周期。
在STM32的庫函數中，
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period即設置的ARR寄存器，溢出計數值，（如有中斷）達到這個值就中斷，對應參數arr；
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler即設置的PSC寄存器，對應預分頻系數參數psc。
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0;
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseStructure);
-
應用
Led_PWM_Init(899, 0);
psc為0，表示初始化PWM對應的定時器不分頻，仍舊為72MHz，arr為899，代表PWM的頻率為：72000/(899+1)=80KHz。周期等于頻率的倒數，即1/80KHz=12.5us。
while(1)
{
//呼吸燈
if(dir)
led0pwmval++;
else
led0pwmval--;
if(led0pwmval>900)
dir=0;
if(led0pwmval==0)
dir=1;
TIM_SetCompare3(TIM4,led0pwmval); //CH3 綠色
TIM_SetCompare4(TIM4,led0pwmval); //CH4 紅色
delay_ms(1);
}
其中代碼:
TIM_SetCompare3(TIM4,led0pwmval); //CH3 綠色
TIM_SetCompare4(TIM4,led0pwmval); //CH4 紅色
就是調節(jié)定時器TIM4的通道3和通道4的占空比，當計數時間達到led0pwmval時電平翻轉，比如默認0-arr都為高電平，如TIM_SetCompare的值為arr/2，就是0-arr/2 為低電平，arr/2-arr為高電平，占空比 50%。
TIM_SetCompare設置的值就是設置的CCRx。由上面的圖可知，CCRx/ARR就是占空比，由于占空比不能大于1，CCRx的值肯定不能大于ARR了。
比如我們執(zhí)行如下代碼：
TIM_SetCompare3(TIM4,450); //CH3 綠色
TIM_SetCompare4(TIM4,450); //CH4 紅色
示波器中可以看到如下效果：
從上我們可以看到：
脈沖頻率是：80KHz
周期是：12.50us
占空比：50% (450/(899+1))
跟上面的我們設置的值是一致的。
實現(xiàn)的效果
視頻中的板子就是2020.06每月活動智能風扇使用的板子。
由核心板+底板的形式組成，待月底全部功能實現(xiàn)并驗證沒有問題之后，開源原理圖和PCB圖給大家下載自行搭建測試。
本文的PWM控制LED實現(xiàn)呼吸燈的原理，其實就是我們控制風扇轉速的原理，有了本節(jié)課的知識，我們就可以控制風扇的轉速了。
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