stm32之定时器运用———呼吸灯

呼吸灯原理

1.在模拟电路中，呼吸灯的实现可以通过一个呈现正弦的电压控制，这个电压是连续变化的，所以肉眼看上去就是逐渐变暗，逐渐变亮。

2.而在数字电路中如何实现这种效果呢？就需要通过pwm，也就是脉冲宽度调制，将模拟量转换为数字量。只要能够用连续电压控制的东西都是可以通过pwm方式来驱动，效果是一样的。

3.

上面一块区域的面积等于对应下来的矩形的面积，当然，取得块的间隔越小（即pwm的周期越小），效果越好。这时，如果周期定了，就可以通过改变占空比来实现面积的改变，从而模拟出上面那张图的电压的连续变化。

注意：pwm波的高度是一定的，所以只能通过改变宽度（占空比）来实现面积的改变

4.说明：观察这张图，会发现下面的pwm波是中心与上面的对齐（即pwm中心为高电平），然后左右扩展，每个波的周期还是一样。当然这时可以的。但更多的是运用左对齐（起始为高电平），然后向右扩展直到面积到达要求。

5.stm32实现pwm输出的原理：设点一个值为a，然后在设置一个重装值b，b>a.开始计数，当计数值小于a时，输出高电平，当计数值大于a时，输出低电平，直到计数到b，到b后又重复来一遍。所以改变这个a就可以改变占空比、

6.PWM 的输出其实就是对外输出脉宽可调(即占空比调节)的方波信号,信号频率是由自动重装寄存器 ARR 的值决定,占空比由比较寄存器 CCR 的值决定。其示意图如图 19.1.2 所示:

从图 19.1.2 中可以看到,PWM 输出频率是不变的,改变的是 CCR 寄存器内的值,此值的改变将导致 PWM 输出信号占空比的改变。占空比其实就是一个周期内高电平时间与周期的比值。PWM 输出比较模式总共有 8 种,具体由寄存器 CCMRx 的位 OCxM[2:0]配置。我们这里只讲解最常用的两种 PWM 输出模式:PWM1 和 PWM2,PWM1 和 PWM2 这两种模式用法差不多,区别之处就是输出电平的极性不同。如图 19.1.3 所示:

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pwm输出配置步骤

其实 PWM 输出和上一章一样也是通用定时器的一个功能,因此还是要用到定时器的相关配置函数

1.因为pwm是由定时器输出的，既然用到定时器，就先要使能定时器的时钟：

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE);//我们用的为tim14定时器

2.因为用到io作为输出，所以要打开io口的时钟：

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);//注意：io口的外设均是挂在AHB1总线上的

3.通过看手册，TIM14 的 CH1 通道对应的管脚是 PF9，而pf9有很多复用功能，所以要选择pf9的输出模式：通过函数：

void GPIO_PinAFConfig(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_PinSource,
uint8_t GPIO_AF);//前两个参数不说了。第三个参数为复用为哪种功能，这里我们使用的是 TIM14 功能,所以参数为 GPIO_AF_TIM14

所以函数为：GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_TIM14);//AF就是复用的意思

4.配置io口，同之前led时一样，只不过参数有些变化：

      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;//PF9 管脚模式配置为复用输出
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;//速度不变
      GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//推完输出不变
      GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//上啦输出不变
      GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);

5.初始化定时器参数,包含自动重装值,分频系数,计数方式等.同前面使用定时器中断

      TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = pre;//预装值，这里依然通过参数传递进来
      TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;//预分频系数
      TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//固定不变
      TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//向上计数
      TIM_TimeBaseInit(TIM14,&TIM_TimeBaseInitStructure);

6.定时器基本的参数配置完了，但是还没设置它为pwm输出模式：
用到的函数为：

void TIM_OCxInit(TIM_TypeDef* TIMx,TIM_OCInitTypeDef* TIM_OCInitStruct);//

注意：我们知道每个通用定时器有多达 4 路 PWM 输出通道(对于 TIM9-TIM14 最多有 2 路),所以TIM_OCxInit 函数名中的 x 值可以为 1/2/3/4。函数的第一个参数相信大家一看就清楚,是用来选择定时器的。第二个参数是一个结构体指针变量：

typedef struct
{
uint16_t TIM_OCMode; //比较输出模式
uint16_t TIM_OutputState; //比较输出使能
uint16_t TIM_OutputNState; //比较互补输出使能
uint32_t TIM_Pulse; //脉冲宽度
uint16_t TIM_OCPolarity; //输出极性
uint16_t TIM_OCNPolarity; //互补比较输出极性
uint16_t TIM_OCIdleState; //空闲状态下比较输出状态
uint16_t TIM_OCNIdleState; //空闲状态下比较输出状态
}

这里我们比较常用的 PWM 模式所需的成员变量:
TIM_OCMode:比较输出模式选择,总共有 8 种,最常用的是 PWM1 和 PWM2。
TIM_OutputState:比较输出使能,用来使能 PWM 输出到 IO 口。
TIM_OCPolarity:输出极性,用来设定输出通道电平的极性,是高电平还是低电平。
结 构 体 内 其 他 的 成 员 变 量 TIM_OutputNState , TIM_OCNPolarity ,
TIM_OCIdleState 和 TIM_OCNIdleState 是高级定时器才用到的。

所以配置完为：

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;     
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
TIM_OC1Init(TIM14,&TIM_OCInitStructure);

7.开启定时器

TIM_Cmd(TIM14,ENABLE);

8.修改 TIMx_CCRx 的值控制占空比（这一步写在主函数中，因为要实时去改变占空比）.

其实经过前面几个步骤的配置,PWM 已经开始输出了,只是占空比和频率是固定的,例如本章要实现呼吸灯效果,那么就需要调节 TIM14 通道 1 的占空比,通过修改 TIM14_CCR1 值控制。调节占空比函数是:

void TIM_SetCompare1(TIM_TypeDef* TIMx, uint32_t Compare1);//对 于 其 他 通 道 , 分 别 有 对 应 的 函 数 名 , 函 数 格 式 是 TIM_SetComparex(x=1/2/3/4)。

分析：第一个参数不说了，第二个参数是计数值。。注意：这个计数值一定要小于前面设定定时器时总的预装载值（TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = pre）；

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代码：

pwm.c

#include "pwm.h"

void TIM14_PWM_Init(u16 pre,u16 psc)
{
      GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
      TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
      TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;


      RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE);//´ٍ؟ھ¶¨ت±ئ÷µؤت±ضس
          RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF,ENABLE);//زٍخھسأµ½¶ث؟ع£¬ثùزشزھت¹ؤـ¶ث؟عت¼ت±ضس£¬ءيحâioµؤحâة趼تا¹ز½سشعAHB1×ـدكةدµؤ

          GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_TIM14);

      GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF;
          GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_9;
      GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_100MHz;//ثظ¶ب
      GPIO_InitStructure.GPIO_OType=GPIO_OType_PP;//حئحئحىتن³ِ
      GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd=GPIO_PuPd_UP;//ةدہ­
      GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStructure);//شع³ُت¼»¯ز»دآ

          TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = pre;//ةèضأ¶¨ت±ئ÷µؤضـئع£¬ز²¾حت£×¢زâ£؛صâہïخھ´«µؤ²خت‎
      TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;//¶¨ت±ئ÷ش¤·ضئµدµت‎
          TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//ح¨³£²»ذق¸ؤثû£¬¹ج¶¨µؤ£¬ز»°مآج²¨µؤت±؛ٍسأ
      TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//دٍةد¼ئت‎£¬´سءم؟ھت¼¼ئت‎£¬¼ئت‎µ½ضط×°ضµ
      TIM_TimeBaseInit(TIM14,&TIM_TimeBaseInitStructure);//³ُت¼»¯ز»دآ

          TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1;
        TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_Low;
          TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable;
        TIM_OC1Init(TIM14,&TIM_OCInitStructure);

        TIM_Cmd(TIM14,ENABLE);

}

mian.c

int main()
{
    u8 fx = 0;
    u32 i = 0;//ำรภดภผำ
    RCC_HSE_Config(8,336,2,7);
    Beep_Init();
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    SysTick_Init(168);
    key_init();
    LED_Init();
    TIM14_PWM_Init(500-1,84-1);//2000hz,ึฦฺถจมห,0.5MS

    //while(1)
    //{
        //  if(fx==0)
            //{
                //  i++;
                //  if(i==300)
                //  {
                    //      fx=1;
                //  }
            //}

            //else
            //{
            //      i--;
                //if(i==0)
            //  {
                //      fx=0;
                //}
            //}
         // TIM_SetCompare1(TIM14,i);
            //delay_ms(10);
    //}


    /********the second code*****/
        while(1)
        {
           while(i<=300)
           {
              TIM_SetCompare1(TIM14,i);
              delay_ms(10);
              i++;
           }

           while(i!=0)
           {
              TIM_SetCompare1(TIM14,i);
              delay_ms(10);
              i--;
           }
      }
}

补充：
1.主函数中注释代码是官方的代码，下面是我自己原创的代码。官方代码是引用了一个变量来判断方向。

2.观察主函数的代码，我们设定的定时器为0.5ms，意思就是pwm波的周期为0.5ms，而每次执行完TIM_SetCompare1(TIM14,i);波形（占空比）就会改变，而后面写的delay_ms(10);是为了维持这一个波形一段时间，反映在模拟信号上就是电压变化的很平缓，很慢，自然亮度的变化也就很缓慢自然。自然，这个延迟时间知道要大于你定时时间好几倍吧-.-

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扩展

试试用pwm输出来控制板子上的蜂鸣器来实现控制他的声音大小

提示：看电路图发现beep连在pf9上，而pf9本来就是tim13的复用口。所以只需在这个代码基础上修改定时器的标号为tim13即可