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[零基礎(chǔ)學習STM32]第八講:定時器PWM實驗—呼吸燈

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ID:278743 發(fā)表于 2018-3-14 13:28 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
本帖最后由 kkhkbb 于 2018-3-15 09:12 編輯

一、 概述
1、 PWM簡介
      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)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，來實現(xiàn)晶體管或MOS管導通時間的改變，從而實現(xiàn)開關(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保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對模擬電路進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PWM控制占空比進行實現(xiàn)。下面我們會為大家舉例介紹如何利用PWM控制LED的亮暗，以實現(xiàn)呼吸燈的效果。
2、PWM的工作原理
      脈寬調(diào)制基本原理:其控制方式就是對電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，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)則對各脈沖的寬度進行調(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)一個由TIMx_ARR寄存器確定頻率，由TIMx_CCRx確定占空比的信號。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為一個周期時間，而占空比由CCRx值決定。一個周期時間可以由以下公式計算：
        其中：ARR為重新裝載值；PSC為預分頻系數(shù)；TCLK為定時器時鐘頻率。如本次實驗中TCLk為84M，選擇ARR為499，PSC為83，其一個周期為0.5ms。
   （2）脈寬調(diào)制原理
          PWM主要工作過程如下：

                             圖8_1 PWM工作過程示意圖
     PWM工作步驟解析：        
    a. CCR1捕獲比較值寄存器設(shè)置比較值，將其與當前值寄存器的值比較,要說明的是修改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——向上計數(shù)時，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1時通道1為有效電平，否則為無效電平；在向下計數(shù)時，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時通道1為無效電平（OC1REF=0）,否則有效電平（OC1REF=1）。
  • 111：PWM模式2——在向上計數(shù)時，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1時通道1為無效電平，否則為有效電平；在向下計數(shù)時，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1時通道1為有效電平，否則為無效電平。
   b. 經(jīng)過輸出控制器后，得到OC1ref電平還要經(jīng)過一個選擇，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)過輸出電路來輸出，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。

二、 實驗原理

       STM32的定時器有PWM功能，iCore3的三個LED都連接在定時器的輸出接口上，可以通過定時器的PWM輸出控制LED的亮度，從而實現(xiàn)呼吸燈的功能。硬件連接示意圖如下圖所示：
                        圖8_2  驅(qū)動示意圖

三、源代碼

1、主函數(shù)

  1. /*
  2. * Name                : main
  3. * Description         : ---
  4. * Author              : ysloveivy.
  5. *
  6. * History
  7. * --------------------
  8. * Rev                 : 0.00
  9. * Date                : 11/21/2015
  10. *
  11. * create.
  12. * --------------------
  13. */
  14. int main(void)
  15. {
  16.         int i;
  17.         int brightness = 99;
  18.         pwm.initialize();
  19.         float temp = 0.0;
  20.         int data = 0;

  22.         //紅色LED燈循環(huán)由亮變暗，由暗變亮
  23.         while(1){
  24.                 for(i = 0;i < 1000000;i++);
  25.                 brightness ++;
  26.                 if(brightness == 100){
  27.                         brightness = 0;
  28.                 }

  30.                 temp = sin(PI / 99.0 * brightness) * 0.5 + 0.5;
  31.                 temp *= 499;
  32.                 data = (int)temp;

  34.                 pwm.set_compare(data);
  35.         }
  36. }
復制代碼
2.PWM初始化
   以下是TIM8初始化及PWM設(shè)置程序：
  1. /*
  2. * Name               : initialize
  3. * Description        : ---
  4. * Author             : ysloveivy.
  5. *
  6. * History
  7. * -------------------
  8. * Rev                : 0.00
  9. * Date               : 11/21/2015
  10. *
  11. * create.
  12. * -------------------
  13. */
  14. static int initialize(void)
  15. {  
  16.         GPIO_InitTypeDef           GPIO_InitStructure;
  17.         TIM_TimeBaseInitTypeDef   TIM_TimeBaseStructure;
  18.         TIM_OCInitTypeDef          TIM_OCInitStructure;

  20.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM8,ENABLE);                       //開啟TIM8定時器的時鐘
  21.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOI, ENABLE);                     //開啟GPIOI的時鐘
  22.         GPIO_PinAFConfig(GPIOI,GPIO_PinSource5,GPIO_AF_TIM8);                     //PI5復用為TIM8
  23.         //GPIO初始化設(shè)置
  24.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
  25.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;                              //模式設(shè)為復用
  26.         GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
  27.         GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;                            //復用推挽輸出
  28.         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
  29.         GPIO_Init(GPIOI,&GPIO_InitStructure);
  30.         //TIM8初始化
  31.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 83;                                 //設(shè)置預分頻值
  32.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;               //向上計數(shù)模式
  33.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 499;                                   //自動重裝載值
  34.         TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;   
  35.        //設(shè)置時鐘分割           
  36.         TIM_TimeBaseInit(TIM8,&TIM_TimeBaseStructure);
  37.         //TIM8 CH1 LED_RED
  38.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM2;                         //設(shè)置為PWM模式2
  39.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;             //比較輸出使能
  40.         TIM_OCInitStructure.TIM_OutputNState = TIM_OutputNState_Enable;                //互補輸出使能
  41.         TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;                                        //設(shè)置待裝入捕獲比較寄存器的脈沖值
  42.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low;                  //當定時器的值小于脈沖值時，輸出低電平
  43.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCNPolarity = TIM_OCNPolarity_High;
  44.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCIdleState = TIM_OCIdleState_Set;
  45.         TIM_OCInitStructure.TIM_OCNIdleState = TIM_OCIdleState_Reset;
  46.         TIM_OC1Init(TIM8, &TIM_OCInitStructure);

  48.         TIM_OC1PreloadConfig(TIM8, TIM_OCPreload_Enable);                         //使能輸出比較預裝載

  50.         TIM_ARRPreloadConfig(TIM8,ENABLE);                                      //使能TIM8自動重裝載的預裝載寄存器允許位
  51.         TIM_Cmd(TIM8, ENABLE);                                                    //TIM8使能
  52.         TIM_CtrlPWMOutputs(TIM8, ENABLE);                                         //使能主輸出

  54.         return 0;
  55. }
復制代碼
3.修改占空比函數(shù)
  1. static int set_compare(int temp)
  2. {
  3.         TIM_SetCompare1(TIM8,temp);                                                      //修改占空比
  4.         return 0;
  5. }
復制代碼
4.小知識
   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復用為TIM8_CH1，初學者可能會問了為什么PI5可以復用為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)手冊上的截屏：
                  圖8_3 芯片引腳功能示意圖
      其在數(shù)據(jù)手冊的Pinouts and pin description——STM32F40xxx pin and ball definitions目錄下。前面六列為該芯片手冊包含的芯片類型，接下來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標識的引腳表示能承受5V電壓，第九列是注釋，第十列為可復用功能如PI5要復用為TIM8_CH1功能則可通過剛剛介紹的函數(shù)實現(xiàn)，第十一列為可重映射功能。
四、 實驗現(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


iCore3_8_PWM.rar

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