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基于STM32定时器实现呼吸灯设计方案

来源: elecfans
2021-08-18
类别:工业控制
eye 5
文章创建人 拍明

原标题:基于STM32定时器实现呼吸灯设计方案

  实验目标

  利用STM32定时器产生PWM信号;

  利用PWM信号实现呼吸灯。

  什么是PWM信号呢?

  PWM,英文名Pulse Width Modulation。

  PWM信号是一种脉宽调制信号,广范用于LED和电机控制等场合。

  PWM信号其实类似于方波,只有0和1两种状态。

  PWM信号可以调节占空比。

  


  不同占空比可以使LED产生不同的亮度。

  占空比就是指在一个周期内, 信号处于高电平的时间占据整个信号周期的百分比, 例如上图中所示脉冲的占空比就是25%。

  PWM波可以由GPIO口产生,通过GPIO口输出高电平,延时,输出低电平,延时来产生PWM波。

  还可以使用定时器,利用比较寄存器形成PWM。

  本实验就是利用PWM信号这一特性控制LED产生不同亮度,从而实现呼吸灯的效果。

  PWM信号应用场景

  我们经常见到的就是交流调光电路,高电平占多一点,也就是占空比大一点亮度就亮一点,占空比小一点亮度就没有那么亮,前提是PWM的频率要大于我们人眼识别频率,要不然会出现闪烁现象。

  除了在调光电路应用,还有在直流斩波电路、蜂鸣器驱动、电机驱动、逆变电路、加湿机雾化量等都会有应用。

  PWM信号如何输出呢?

  STM32单片机就是标识如下形式:TIMx_CHy这样的形式,下图中所示的PWM引脚即占用TIM1的通道1。

  


  2)但是如果IC内部没有PWM功能模块,或者要求不是很高的话可以利用I/O口结合定时器输出PWM信号,因为PWM信号其实就是一高一低的一系列电平组合在一起。具体方法是给I/O加一个定时器,输出的PWM信号频率与你的定时器一致,用定时器中断来计数,但是这种方法一般不采用,除非对于精度、频率等要求不是很高可以这样实现。

  LED使用的引脚:

  


  原理图

  


  由上面的原理图可知,当LED1和LED2引脚为高电平的时候,LED灭;当引脚为低电平的时候,LED亮。

  一个周期内低电平占比越来越少,高电平占空比越来越高,LED越来越暗。

  具体实现

  1. LED引脚PB8、PB9初始化

  注意 GPIO_Mode 要设置为:GPIO_Mode_AF_PP

  voidLED_Init(void) { GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_8|GPIO_Pin_9; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure); }

  2. TIM4_CH3和TIM4_CH4初始化

  voidLed_PWM_Init(u16arr,u16psc) { TIM_TimeBaseInitTypeDefTIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDefTIM_OCInitStructure; NVIC_InitTypeDefNVIC_InitStructure; RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE); LED_Init(); TIM_DeInit(TIM4); /*TimeBaseconfiguration*/ TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_RepetitionCounter=0; TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseStructure); TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM2; TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=0; TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High; TIM_OC3Init(TIM4,&TIM_OCInitStructure); TIM_OC4Init(TIM4,&TIM_OCInitStructure); TIM_CtrlPWMOutputs(TIM4,ENABLE); TIM_OC3PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Enable); TIM_OC4PreloadConfig(TIM4,TIM_OCPreload_Enable); TIM_ARRPreloadConfig(TIM4,ENABLE); TIM_Cmd(TIM4,ENABLE); }

  其中参数arr为重载值,psc为TIMx时钟频率的预分频系数。

  设置定时器的周期:

  PWM的周期一般要设置到50Hz以上,否则,我们会看到明显的视觉闪烁。

  设置定时器的周期需要改变ARR和PSC两个寄存器的值来控制输出PWM的周期。

  在STM32的库函数中,

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period即设置的ARR寄存器,溢出计数值,(如有中断)达到这个值就中断,对应参数arr;

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler即设置的PSC寄存器,对应预分频系数参数psc。

  TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=arr; TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=psc; TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=0; TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; TIM_TimeBaseInit(TIM1,&TIM_TimeBaseStructure);

  应用

  Led_PWM_Init(899,0);

  psc为0,表示初始化PWM对应的定时器不分频,仍旧为72MHz,arr为899,代表PWM的频率为:72000/(899+1)=80KHz。周期等于频率的倒数,即1/80KHz=12.5us。

  while(1) { //呼吸灯 if(dir) led0pwmval++; else led0pwmval--; if(led0pwmval>900) dir=0; if(led0pwmval==0) dir=1; TIM_SetCompare3(TIM4,led0pwmval);//CH3绿色 TIM_SetCompare4(TIM4,led0pwmval);//CH4红色 delay_ms(1); }

  其中代码:

  TIM_SetCompare3(TIM4,led0pwmval);//CH3绿色 TIM_SetCompare4(TIM4,led0pwmval);//CH4红色

  就是调节定时器TIM4的通道3和通道4的占空比,当计数时间达到led0pwmval时电平翻转,比如默认0-arr都为高电平,如TIM_SetCompare的值为arr/2,就是0-arr/2 为低电平,arr/2-arr为高电平,占空比 50%。

  


  TIM_SetCompare设置的值就是设置的CCRx。由上面的图可知,CCRx/ARR就是占空比,由于占空比不能大于1,CCRx的值肯定不能大于ARR了。

  比如我们执行如下代码:

  TIM_SetCompare3(TIM4,450);//CH3绿色 TIM_SetCompare4(TIM4,450);//CH4红色

  示波器中可以看到如下效果:

  从上我们可以看到:

  脉冲频率是:80KHz

  周期是:12.50us

  占空比:50% (450/(899+1))

  跟上面的我们设置的值是一致的。

  实现的效果

  视频中的板子就是2020.06每月活动智能风扇使用的板子。

  由核心板+底板的形式组成,待月底全部功能实现并验证没有问题之后,开源原理图和PCB图给大家下载自行搭建测试。

  本文的PWM控制LED实现呼吸灯的原理,其实就是我们控制风扇转速的原理,有了本节课的知识,我们就可以控制风扇的转速了。

  原文标题:利用PWM原理,实现呼吸灯功能


责任编辑:David

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