嵌入式-stm32-用PWM点亮LED实现呼吸灯
一：知识前置
1.1、LED灯怎么才能亮？
答：LED需要低电平才能亮，高电平是灯灭。
1.2、LED灯为什么可以越来越亮，越来越暗？
答：这是用到不同占空比来实现的，控制LED实现呼吸灯，就是通过占空比的高低电平和其持续时间来实现。
1.3、如何计算周期/频率？
①例如，要定时500ms，则：PSC=7199，ARR=4999，Tclk=72Mhz。
②假如频率为 2kHz ，则：PSC=71，ARR=499,
频率和周期是描述波形的两个基本概念，它们之间存在着确定的数学关系。频率是指在单位时间内信号中所包含的周期个数，单位为赫兹（Hz），周期则是每个完整波形所用的时间，单位为秒（s）。
频率 = 1 ÷ 周期
周期 = 1 ÷ 频率
2khz=1/2000s
1.4、PWM介绍
STM32F103C8T6 PWM资源
高级定时器（TIM1）:7路
通用定时器（TIM2-TIM4）:各4路
pwm输出模式（硬件规定，这是游戏规则，记住就好）：
横坐标是CNT
pwm模式1：在向上计数时，一旦CNT
pwm模式2：在向上计数时，一旦CNT
这里CNT和CCRx比较的时间长度就是占空比的持续时间长度(横坐标的长度)。
所以上文总结下来一句话：PWM占空比是由TIMx_CCRx寄存器决定。
1.5、那么CCRx寄存器是什么？
答：在嵌入式系统中，PWM（脉冲宽度调制）是一种常见的控制技术，用于产生模拟信号或控制电机、灯光等设备。CCR（Capture/Compare Register）寄存器是与PWM相关的一种寄存器，用于设置比较值或捕获值。
在PWM模块中，CCR寄存器通常用于存储用于比较的值。对于基于比较的PWM模式，CCR寄存器的值将与定时器计数器的值进行比较，以确定何时改变PWM输出的状态。另外，在输入捕获模式中，CCR寄存器可以用于存储捕获到的定时器计数器的值。
总之，CCR寄存器在PWM模块中扮演着关键的角色，用于控制PWM波形的生成和捕获。
二：实验-用PWM点亮LED实现呼吸灯（hal库）
2.1、需求：使用PWM点亮LED1实现呼吸灯效果。
呼吸灯效果：呼吸灯效果的原理是通过改变光源的亮度来实现。
光源会在一个周期内逐渐从低亮度到高亮度再到低亮度的循环变化。这个周期可以根据具体需求进行调整，通常在几秒钟到几十秒之间。**简单来说就是灯从暗到亮，从亮到暗，只是两者持续的时间可以控制，这个时间就是由占空比也就是PWM控制。**
2.2、读芯片引脚原理图
找LED灯是哪个引脚控制，如图右侧PB8
2.3、学会看产品手册
LED1连接到哪个定时器的哪一路？
由STM32F103xx产品手册可以知道引脚PB8是由定时器TIM4的第三个通道3决定的.
这是强大的hal库帮我们封装好的,我们会调用就行了
温馨提示：STM近年来主推且不断更新HAI库和LL库，反而标准库已经好几年不更新了，这样子用stm板子开发速度很快，就是换国产芯片做产品时还是得用标准库
//修改比较值，修改占空比
__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);
在这段代码中，`pwmVal`代表着PWM信号的占空比（Duty Cycle）。
占空比是指高电平时间与周期之比，通常以百分比表示。在使用脉冲宽度调制（PWM）技术控制光源亮度或执行其他需要精确控制的任务时，可以通过修改占空比来调整输出信号的特性。
`__HAL_TIM_SetCompare()`函数是针对STM32系列微控制器的HAL库函数，用于设置定时器的比较值，从而改变PWM信号的占空比。
具体而言，`&htim4`表示对定时器4进行操作，`TIM_CHANNEL_3`表示选择第3个通道（channel），而`pwmVal`则是要设置的占空比值。
通过修改`pwmVal`的数值，可以调整PWM信号的占空比，进而控制光源的亮度或其他相关功能。
通常，当`pwmVal`为0时，输出信号的占空比为0%，即完全低电平；当`pwmVal`为最大值时，输出信号的占空比为100%，即完全高电平；在中间取值，则可以实现不同亮度或特定需求下的占空比控制。
三：stm32CubeMX实现步骤以及细节
3.1、打开Stm32CubeMX,界面如图
3.2、选芯片：stm32f103c8t6
3.3、读芯片引脚原理图
找LED灯是哪个引脚控制，如图右侧PB8
3.4、先把LED灯设置为高电平模式
这样子上电之后，灯默认就是关的，这时候代码控制外设翻转高低电平，就可以点灯了（这步以第二张为准，3.7有写）
这里需要注意的是当在TIM4里面设置之后PB8就变了
3.5、设置时钟
配置时钟频率
3.6、RCC配置
3.7、定时器
记得把极性设置为Low，因为LED灯是低电平才亮。
3.8、代码自动设置生成的文件
3.9、图形化最后一步
项目名称：pwm_study
四：编写业务代码
4.1、在初始化完成的代码之后添加业务代码
下面是所有需要添加的代码，主要看添加的位置，全文只增加了三处代码，其余都没变
uint16_t pwmVal=0; //调整PWM占空比
uint8_t dir=1; //设置改变方向。1：占空比越来越大；0：占空比越来越小
// ②使能 Timer4 第3通道 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);
// ③while循环实现呼吸灯效果
while (1)
{
HAL_Delay(1);
if (dir)
pwmVal++;
else
pwmVal--;
if (pwmVal > 500)
dir = 0;
if (pwmVal == 0)
dir =1;
//修改比较值，修改占空比
__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);
}
4.2 、定义变量
在main.c函数中添加定义变量代码pwmVal和dir
/* USER CODE BEGIN 1 */
uint16_t pwmVal = 0;//调整占空比
uint8_t dir = 1;//设置改变方向，等于1越来越亮（占空比越来越大），
// 等于0就是越来越暗（占空比越来越小）
/* USER CODE END 1 */
4.3、初始化完成后打开PWM
在main中，当GPIO和TIM4初始化之后，才打开PWM
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开pwm要在初始化之后打开
/* USER CODE END 2 */
4.4、在while(1)循环中添加pwmVal占空比代码
用if语句判断灯亮灯灭，在pwm模式1中，看counter和CCRx比较
/* USER CODE END WHILE */
HAL_Delay(1);
if(dir)
pwmVal++;
else
pwmVal--;
if(pwmVal > 500)
dir = 0;
if(pwmVal == 0)
dir = 1;
//修改比较值，修改占空比
__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);
4.5、main.c总代码，直接复制可用
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* Copyright (c) 2023 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
* in the root directory of this software component.
* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "tim.h"
#include "gpio.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
uint16_t pwmVal = 0;//调整占空比
uint8_t dir = 1;//设置改变方向，等于1越来越亮（占空比越来越大），
// 等于0就是越来越暗（占空比越来越小）
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_TIM4_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//打开pwm要在初始化之后打开
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
HAL_Delay(1);
if(dir)
pwmVal++;
else
pwmVal--;
if(pwmVal > 500)
dir = 0;
if(pwmVal == 0)
dir = 1;
//修改比较值，修改占空比
__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
__disable_irq();
while (1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
4.6、呼吸灯效果
1.代码编译，烧录之后
2.LED灯在500ms内慢慢从亮到灭，从灭到亮
以上，完