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STM32 | 定时器 PWM 呼吸灯

news 2025/7/17 5:11:13

硬件连接：

PB5 是STM32单片机的定时器3的通道2，TIM3 可以用定时器来产生 PWM 输出，因为刚好PB5连接着LED，PWM会控制LED的亮度，从而形成呼吸灯现象。

原理：

灯光的亮度与通过的平均电流成正比。PWM 通过快速切换灯光的 “亮”（高电平，有电流）和 “灭”（低电平，无电流）状态，利用人眼的 “视觉暂留效应”，将高频脉冲信号的 “平均能量” 转化为感知到的亮度。

占空比与亮度的关系：

占空比 100%：高电平持续整个周期，灯光最亮；
占空比 0%：低电平持续整个周期，灯光熄灭；
占空比从 0% 逐渐增加到 100%：灯光从暗逐渐变亮；
占空比从 100% 逐渐降低到 0%：灯光从亮逐渐变暗。

STM32程序中，使用TIM_SetCompareX 不断改变比较值CCRx，达到不同的占空比效果，从而使灯有不同的亮度。

典型应用场景

LED 调光：通过调整 CCR2 寄存器的值改变占空比，实现 LED 亮度的平滑调节。
电机控制：控制直流电机或步进电机的转速。
音频合成：生成特定频率和占空比的 PWM 信号，通过滤波后转换为模拟音频。

程序：

初始化

时钟使能：GPIO B的时钟，TIM3的时钟
重映射功能：使用定时器 3 的部分重映射功能，将 TIM3_CH2 通道映射到 GPIOB.5 引脚。
GPIO 配置：将 GPIOB.5 引脚配置为复用推挽输出模式，用于输出 PWM 。
定时器配置：设置 TIM3 为 PWM 模式，输入【自动重装载值】和【预分频值】，配置为向上计数模式（从 0 递增到 arr）。
配置PWM模式：当计数器值小于 CCR2 时输出低电平，否则输出高电平

/*
arr：自动重装载值，决定 PWM 周期。
psc：预分频值，用于降低定时器时钟频率。
*/
void TIM3_PWM_Init(u16 arr, u16 psc)
{  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);	//使能定时器3时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB  | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);  //使能GPIO外设和AFIO复用功能模块时钟GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE); 	//Timer3部分重映射  TIM3_CH2->PB5    //设置该引脚为复用输出功能,输出TIM3 CH2的PWM脉冲波形	GPIOB.5GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5; 			//TIM_CH2GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;  	//复用推挽输出GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);				//初始化GPIO//初始化TIM3TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = arr; 			//设置在下一个更新事件装入活动的自动重装载寄存器周期的值TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler =psc; 			//设置用来作为TIMx时钟频率除数的预分频值 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = 0; 		//设置时钟分割:TDTS = Tck_timTIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;  //TIM向上计数模式TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure); 	//根据TIM_TimeBaseInitStruct中指定的参数初始化TIMx的时间基数单位//初始化TIM3 Channel2 PWM模式	 TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; 				//选择定时器模式:TIM脉冲宽度调制模式2TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; 	//比较输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High; 		//输出极性:TIM输出比较极性高TIM_OC2Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);  						//根据T指定的参数初始化外设TIM3 OC2TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);  //使能TIM3在CCR2上的预装载寄存器TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);  //使能TIM3}

调用时：

//不分频。PWM频率=72000000/900=80Khz
TIM3_PWM_Init(899,0);

所以ARR最大值是899。

不同亮度的灯

使用 TIM_SetCompare2 来设置定时器 2 通道的捕获 / 比较寄存器（CCR2）的值

我们限制CCR2的值在0~600中，不过于接近最大值899，因为当占空比过高时，LED 可能过亮，继续增加占空比对视觉效果提升有限，也有可能造成损坏。

	while(1){// 不同的亮度TIM_SetCompare2(TIM3, 0);delay_ms(100);TIM_SetCompare2(TIM3, 100);delay_ms(200);TIM_SetCompare2(TIM3, 200);delay_ms(300);TIM_SetCompare2(TIM3, 300);delay_ms(500);}

再次回到上面的图：

可以理解为不同占空比，通过LED的平均电流不同，所以灯的亮度不同

呼吸灯程序

通过逐渐调整 PWM 信号占空比，实现 LED "从暗到亮,再从亮到暗" 的循环变化，模拟呼吸效果。

ledPwmValue的变化步长可以加速呼吸的快慢
做好范围控制，以免过亮
direction 作为方向标志：1表示亮度增加，0表示亮度降低


void PWM_LED_Task(void *pvParameters)
{u16 ledPwmValue=0;	        // PWM比较值（占空比控制量），范围0-600u8 direction =1;			// 方向标志：1表示亮度增加，0表示亮度降低const int MAX_PWM_VALUE = 600;while(1){printf("PWM_LED_Task \r\n");delay_ms(10);	 if( direction ){// ledPwmValue++;	// 亮度增加// 加快ledPwmValue +=3;}else{//ledPwmValue--;	// 亮度降低ledPwmValue -=3;} // 边界判断：达到最大亮度时切换方向if( ledPwmValue > MAX_PWM_VALUE ){direction = 0;}// 边界判断：达到最小亮度时切换方向if( ledPwmValue < 10 ){direction = 1;}// 设置PWM占空比		// TIM_SetCompare2 函数主要用于设置定时器 2 通道的捕获 / 比较寄存器（CCR2）的值					 TIM_SetCompare2(TIM3, ledPwmValue);		   }
}

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