[零基礎(chǔ)學(xué)習(xí)STM32]第八講:定時(shí)器PWM實(shí)驗(yàn)—呼吸燈

ID:278743 · 發(fā)表于 2018-3-14 13:28

本帖最后由 kkhkbb 于 2018-3-15 09:12 編輯

一、概述

1、 PWM簡(jiǎn)介

PWM即脈沖寬度調(diào)制，是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

PWM的主要應(yīng)用：在STM32中如調(diào)節(jié)屏幕亮度、音調(diào)等應(yīng)用都可以通過(guò)PWM控制占空比進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。下面我們會(huì)為大家舉例介紹如何利用PWM控制LED的亮暗，以實(shí)現(xiàn)呼吸燈的效果。

2、PWM的工作原理

脈寬調(diào)制基本原理:其控制方式就是對(duì)電路開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。

（1）脈寬調(diào)制原理

脈寬調(diào)制調(diào)制模式可以生產(chǎn)一個(gè)由TIMx_ARR寄存器確定頻率，由TIMx_CCRx確定占空比的信號(hào)。如下圖所示：

圖8_0脈寬調(diào)制原理示意圖

圖中可知0到t2為一個(gè)周期時(shí)間，而占空比由CCRx值決定。一個(gè)周期時(shí)間可以由以下公式計(jì)算：

其中：ARR為重新裝載值；PSC為預(yù)分頻系數(shù)；TCLK為定時(shí)器時(shí)鐘頻率。如本次實(shí)驗(yàn)中TCLk為84M，選擇ARR為499，PSC為83，其一個(gè)周期為0.5ms。

（2）脈寬調(diào)制原理

PWM主要工作過(guò)程如下：

圖8_1 PWM工作過(guò)程示意圖

PWM工作步驟解析：

a. CCR1捕獲比較值寄存器設(shè)置比較值，將其與當(dāng)前值寄存器的值比較,要說(shuō)明的是修改TIM_CCMR1寄存器的OC1M[2:0]位可控制 PWM模式，方法如下：

110：PWM模式1——向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無(wú)效電平；在向下計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時(shí)通道1為無(wú)效電平（OC1REF=0）,否則有效電平（OC1REF=1）。
111：PWM模式2——在向上計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1時(shí)通道1為無(wú)效電平，否則為有效電平；在向下計(jì)數(shù)時(shí)，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時(shí)通道1為有效電平，否則為無(wú)效電平。

b. 經(jīng)過(guò)輸出控制器后，得到OC1ref電平還要經(jīng)過(guò)一個(gè)選擇，其由TIMx_CCRE寄存器的CC1P位控制：輸入/捕獲1輸出極性。0：高電平有效。1：低電平有效

c. 選擇完成后經(jīng)過(guò)輸出電路來(lái)輸出，輸出電路由TIM_xCCRE寄存器的CC1E位控制。

控制方式為0：關(guān)閉 1：打開(kāi)。

二、實(shí)驗(yàn)原理

STM32的定時(shí)器有PWM功能，iCore3的三個(gè)LED都連接在定時(shí)器的輸出接口上，可以通過(guò)定時(shí)器的PWM輸出控制LED的亮度，從而實(shí)現(xiàn)呼吸燈的功能。硬件連接示意圖如下圖所示：

圖8_2 驅(qū)動(dòng)示意圖

三、源代碼

1、主函數(shù)

/*
* Name : main
* Description : ---
* Author : ysloveivy.
*
* History
* --------------------
* Rev : 0.00
* Date : 11/21/2015
*
* create.
* --------------------
*/
int main(void)
{
int i;
int brightness = 99;
pwm.initialize();
float temp = 0.0;
int data = 0;
//紅色LED燈循環(huán)由亮變暗，由暗變亮
while(1){
for(i = 0;i < 1000000;i++);
brightness ++;
if(brightness == 100){
brightness = 0;
}
temp = sin(PI / 99.0 * brightness) * 0.5 + 0.5;
temp *= 499;
data = (int)temp;
pwm.set_compare(data);
}
}

復(fù)制代碼

2.PWM初始化

以下是TIM8初始化及PWM設(shè)置程序：

/*
* Name : initialize
* Description : ---
* Author : ysloveivy.
*
* History
* -------------------
* Rev : 0.00
* Date : 11/21/2015
*
* create.
* -------------------
*/
static int initialize(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM8,ENABLE); //開(kāi)啟TIM8定時(shí)器的時(shí)鐘
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOI, ENABLE); //開(kāi)啟GPIOI的時(shí)鐘
GPIO_PinAFConfig(GPIOI,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_TIM8); //PI5復(fù)用為TIM8
//GPIO初始化設(shè)置
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF; //模式設(shè)為復(fù)用
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; //復(fù)用推挽輸出
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(GPIOI,&GPIO_InitStructure);
//TIM8初始化
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 83; //設(shè)置預(yù)分頻值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; //向上計(jì)數(shù)模式
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 499; //自動(dòng)重裝載值
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
//設(shè)置時(shí)鐘分割
TIM_TimeBaseInit(TIM8,&TIM_TimeBaseStructure);
//TIM8 CH1 LED_RED
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2; //設(shè)置為PWM模式2
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //比較輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable; //互補(bǔ)輸出使能
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; //設(shè)置待裝入捕獲比較寄存器的脈沖值
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; //當(dāng)定時(shí)器的值小于脈沖值時(shí)，輸出低電平
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
TIM_OC1Init(TIM8, &TIM_OCInitStructure);
TIM_OC1PreloadConfig(TIM8, TIM_OCPreload_Enable); //使能輸出比較預(yù)裝載
TIM_ARRPreloadConfig(TIM8,ENABLE); //使能TIM8自動(dòng)重裝載的預(yù)裝載寄存器允許位
TIM_Cmd(TIM8, ENABLE); //TIM8使能
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM8, ENABLE); //使能主輸出
return 0;
}

復(fù)制代碼

3.修改占空比函數(shù)

static int set_compare(int temp)
{
TIM_SetCompare1(TIM8,temp); //修改占空比
return 0;
}

復(fù)制代碼

4.小知識(shí)

在上面程序中有一段函數(shù)為：

GPIO_PinAFConfig(GPIOI,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_TIM8);

它的功能是將PI5復(fù)用為TIM8_CH1，初學(xué)者可能會(huì)問(wèn)了為什么PI5可以復(fù)用為TIM8_CH1，其他引角可不可以。這就要借助該芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)了，芯片上眾多引角他們往往帶有自己特殊的使命，如以下從數(shù)據(jù)手冊(cè)上的截屏：

圖8_3 芯片引腳功能示意圖

其在數(shù)據(jù)手冊(cè)的Pinouts and pin description——STM32F40xxx pin and ball definitions目錄下。前面六列為該芯片手冊(cè)包含的芯片類型，接下來(lái)第七列是引腳的名稱，第八列是引腳類型如可以輸入輸出的I/O口，第八列中有FT標(biāo)識(shí)的引腳表示能承受5V電壓，第九列是注釋，第十列為可復(fù)用功能如PI5要復(fù)用為TIM8_CH1功能則可通過(guò)剛剛介紹的函數(shù)實(shí)現(xiàn)，第十一列為可重映射功能。

四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

iCore3 雙核心板紅色LED燈亮度從亮到暗，然后從暗到亮。

五、代碼包下載鏈接

網(wǎng)盤：http://pan.baidu.com/s/1dEnH5dB

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