STM32 输出比较输出PWM控制呼吸灯小实验（2种实现 铁头山羊与江协科技）

呼吸灯实验

实验目标与原理（铁头山羊）

• 实验目标：在面包板上用两颗开发套件包中的 LED（红、蓝）连接定时器一通道一，产生互补 PWM 信号驱动 LED 实现呼吸灯效果。

• 工作原理：让 LED 亮度连续变化类似正弦函数，将标准正弦函数 y = sin2πt 通过加 1、乘以 0.5 变换到 0 到 1 范围，通过调节 PWM 占空比模拟正弦信号，使 LED 两端电压按此函数变化。

• 周期设定：PWM 信号周期设为 1 毫秒，通过配置定时器让其输出该周期且占空比按规律变化的 PWM 波。

  我们将占空比设置为这个正弦函数（这样就可以实现呼吸灯的效果），并且假设周期为1ms。

• 输出 PWM 波形分析
  • 电路结构：通用定时器输出比较部分电路左边是 CNT 和 CCR 比较结果，右边是输出比较电路，通过 Tim CH1 输出到 GPL 引脚，有四个同样单元分别输出到 CH2、CH3、CH4。
  • 输出模式控制器：输入是 CNT 和 CCR 大小关系，输出是 REF 高低电平，有 8 种模式可通过寄存器配置，如冻结模式可暂停输出，匹配时电平翻转模式可输出频率可调占空比 50% 的 PWM 波形，PWM 模式一和 PWM 模式 2 可输出频率和占空比都可调的 PWM 波形。
  • 工作流程：以 PWM 模式一为例，配置好定时器单元使 CNT 自增，CNT 与 CCR 比较，根据大小关系改变 REF 电平，经极性选择输出到 GPL 口完成 PWM 波形输出，占空比受 CCR 值调控。

参数计算

配置IO口

先查看要配置CH1和CH1N对应的IO口。

找到IO口之后，查看GPIO口的配置模式。

因为标准的正弦函数，频率为1HZ，是使PWM信号的占空比为这个正弦函数。

占空比等于 CRR1 / 周期 ，周期为 1000 ，所以CRR1等于 这个数值。

代码编写初始化

• 初始化函数声明：在模板工程的 main.c 文件中声明 app_pwm_init 函数初始化 PWM 波产生。

• IO 引脚初始化：开启 GPLA 时钟，声明变量设置 PA8 引脚模式为 GPL_mode_AFPP，最大输入速度两兆赫兹，调用 GPO_init 初始化；PB13 初始化代码类似，修改端口等参数。

• 定时器 1 初始化：开启定时器一时钟 ; 配置 时基单元参数，PSC 设为 71，arr 设为 999，计数方向上计数，RCR 设为 0；开启 arr 寄存器预加载；闭合开关使时基单元工作。

• 输出比较配置：配置输出比较通道一参数，模式选 PWM1，极性都选正，使能正常输出和互补输出开关；闭合 Moe 主开关。

设置CCR1的值：前面有进行过计算，设置为值之后 调用下面的比较函数就可以了。

完整的main.c函数

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "math.h"
#include "delay.h"
#include "OLED.h"void App_Pwm_Init(void);int arr[11]= {0, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000};
int main(void)
{App_Pwm_Init();OLED_Init();int i = 0;while(1){//		float t = GetTick()* 1.0e-3f;
//		OLED_ShowNum(1, 1, GetTick(), 6);
//		float duty = 0.5* (sin( 2*3.14*t)+1);
//		uint16_t CRR1 = duty * 1000;
//		OLED_ShowNum(1, 1, CRR1, 6);TIM_SetCompare1(TIM1, arr[(i++)%11]);Delay_ms(200);}
}
void App_Pwm_Init(void)
{//1. 配置GPIO口// 开启时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//配置 GPIOA - pin8GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);//配置GPIOB - pin13GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);//2. 配置时基单元参数//2.1 开启定时器1时钟信号RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);//2.2 配置时基单元参数（TIM）TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 71;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 999;TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseInitStruct);//2.3 开启自动重载寄存器预加载TIM_ARRPreloadConfig(TIM1, ENABLE);//2.4 开启总开关TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);//配置输出比较模块TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;//设置互补输出的极性TIM_OCInitStruct.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;//设置正常输出的极性TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;//使能后面的开关TIM_OCInitStruct.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;//捕获比较寄存器的初值 设置为0TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStruct);//3.闭合MOE总开关TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);// 开启比较寄存器预加载TIM_CCPreloadControl(TIM1, ENABLE);
}

江协科技PWM呼吸灯

设计思路：

• PWM 模块建立

  • 添加文件：在 hardware 文件夹右键添加名为 PWM 的 c 文件和 h 文件。
  • 文件初始化：在 c 文件中添加 STDM32 的头文件，开始编写 PWM 初始化函数 void PWM init void 。

• PWM 初始化步骤

  • 开启时钟：通过 RCC 开启 TIM 外设和 GPIO 外设的时钟。
  • 配置时机单元：包括时钟源选择和时基单元配置，可参考之前定时中断的代码进行复制修改。
  • 配置输出比较单元：使用 Tim OC1EMIT 等四个函数配置输出比较模块，用 Tim OC struct init 给输出比较结构体赋默认值，设置输出比较模式、极性、使能等参数。（一般有的参数这个模块中没有，可以使用这个结构体初始化函数，就如时基单元结构体中定时器一为高级定时器，有个功能其他定时器没有，就不需要配置，但是如果为高级定时器使用就会出现问题）
  • 配置 GPIO：将 PWM 对应的 GPIO 口初始化为复用推挽输出，根据引脚定义表确定 PWM 与 GPO 的对应关系。
  • 运行控制：启动计数器，输出 PWM。

• 库函数介绍

  • 输出比较配置函数：Tim OC1init 等四个函数用于配置输出比较模块，Tim OC struct init 用于给输出比较结构体赋默认值。
  • 其他小功能函数：
    • TIM_ForcedOC1Config 1234 等函数用于配置强制输出模式等小功能，一般了解即可。
    • TIM_OC1PreloadConfig 输出比较函数预加载功能配置
    • TIM_OC1FastConfig配置定时器的输出比较快速模式
    • TIM_ClearOC1Ref 清除定时器通道 1 的参考信号（OC1REF）状态。该函数主要用于高级定时器（如 TIM1、TIM8）的互补输出控制，在故障处理或特定应用场景下需要手动清除参考信号时使用。
    • TIM_OC1NPolarityConfig 高级定时器互补通道的极性 TIM_OC1PolarityConfig 正常模式的极性
    • TIM_GetCapture1 会将当前计数器的值锁存到捕获寄存器（CCR1）中。TIM_GetCapture1 函数的作用就是读取这个锁存值，从而计算外部信号的时间参数 就是上升沿或者下降沿时的捕获数据可以用来计算PWM脉宽 和 频率等数据
  • 运行更改参数函数：TIM_SetCompare11234 这四个函数用于单独更改 CCR 寄存器值，运行时更改占空比需要用到，较为重要。

• 代码编写

  • 实际单元初始化：复制定时器定时中断工程的初始化代码，去掉打开中断和配置 NV IC 的部分，保留启动定时器部分。
  • 输出比较单元初始化：使用 Tim OCE init 函数初始化 PA0 口对应的第一个输出比较通道，给结构体变量赋初始值并配置相关参数。
  • GPR 初始化：复制 LED 点 c 文件的初始化代码，更改 GPL PIN 和 GPL 模式为复用推挽输出。
  • 设置 PWM 参数：根据公式计算并设置 ARR、PSC 和 CCR 参数，产生特定频率、占空比和分辨率的 PWM 波形。
  • 验证参数：通过示波器采集波形验证参数设置是否正确，调节 CCR 值可改变占空比和 LED 亮度。
  • 实现呼吸灯效果：封装 Tim set compare 一函数，在主循环中通过不断改变 CCR 值实现 LED 呼吸灯效果。

• 引脚重映射

  • 开启时钟：使用 AFIO 进行引脚重映射，需先开启 AFIO 的时钟。

  • 重映射配置：使用 gplo pin remap config 函数进行重映射配置，根据手册选择合适的重映射方式，如将 Tim 2 的 CG1 从 PA0 挪到 PA15 可选择部分重映射一或完全重映射。

  • 解除调试端口复用：若重映射引脚是调试端口，需使用 GPIO PIN remap configure 函数的相关参数 如果引脚默认有其他功能解除调试端口复用，下面几个函数使用需谨慎。

    • 第一个函数 关闭JTRST调试 使用后 PB4变为正常的Io口
    • 第二个 关闭 JTAG 使用后 PA15 PB3 Pb4 变为正常的Io口
    • 第三个 关闭所有调试功能 SWD 和 JTAG 调试端口全部解除 就没有调试功能 下载之后就没有调试端口 ，之后就不能使用STLink下载进去程序 就要使用串口，下载有调试端口的程序 才可以恢复

• 验证重映射：编译下载代码，验证引脚重映射是否成功，成功后 PA0 的呼吸灯不亮，PA15 接上 LED 可实现呼吸灯效果 。

  // PWM.c
  #include "stm32f10x.h"                  // Device header
  void Pwm_Init(void)
  {//配置时基单元和比较输出//定时器2在总线1上RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);//将定时器配置为 内部时钟 ，也可以不写 默认为内部时钟TIM_InternalClockConfig(TIM2);//配置时钟选择模式为 内部时钟模式TIM_InternalClockConfig(TIM2);//配置时基单元结构体TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;//滤波的原理是固定f的频率下进行猜样，如果连续N个采样点都相同就说明输入稳定，//如果不相同就说明不稳定就会进行处理，f的来源有两个 内部时钟直接而来，一个就是经过分频器分频来//所以和时基单元关系不大TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;//这里要配置 1KHZ 占空比为50% 频率为1%的PWM波形TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = 100-1;	// ARRTIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = 720-1;  // PSCTIM_TimeBaseInitStruct.TIM_RepetitionCounter = 0;TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStruct);//TIM_TimeBaseInit 会触发一次update事件 将值写入，所以函数过后将中断标志位清除TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);//开始时钟使能TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);//配置比较输出模块TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct);//配置比较输出模式TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; //ccr 比较器的值 后面会变化 所以配置为0TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = 0;  //CCRTIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStruct);TIM_CCPreloadControl(TIM2, ENABLE);//配置GPIo口 查看引脚 对应GPIo A0//配置GPIO口 定时器2的ETR外部时钟模式2 的gpio引脚映射是gpioA0RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//查看Io配置 需要将io口配置为 推挽复用输出GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
  }void Pwm_compare(uint16_t compare)
  {TIM_SetCompare1(TIM2, compare);
  }
  

  //main.c
  #include "stm32f10x.h"                  // Device header
  #include "Delay.h"
  #include "OLED.h"
  #include "Pwm.h"
  uint16_t i;
  int main(void)
  {OLED_Init();Pwm_Init();while(1){//周期为100for(i = 0; i < 100; i++){Pwm_compare(i);Delay_ms(20);}//周期为100for(i = 0; i < 100; i++){Pwm_compare(100-i);Delay_ms(20);}}
  }