第36章 TIM-全彩呼吸灯
第三十六章 TIM-全彩呼吸灯
1. 硬件设计
与上一章一样
2. 软件设计
2.1 编程目标
-
在单色呼吸灯的基础上，增加PWM输出通道，三个通道分别控制红绿蓝颜色；
-
编写中断服务函数，增加对拟合波形幅值的控制；
-
计算获取新的PWM数据表；
2.2 代码分析
- 硬件相关宏定义
// 电压幅值等级数
#define AMPLITUDE_CLASS 256
// 控制输出波形的频率
extern __IO uint16_t period_class ;
// PWM表中的点数
extern uint16_t POINT_NUM;
// TIM3宏定义
#define BRE_TIMx TIM3
//中断相关
#define BRE_TIMx_IRQn TIM3_IRQn
#define BRE_TIMx_IRQHandler TIM3_IRQHandler
//时钟
#define BRE_TIM_APBxClock_FUN RCC_APB1PeriphClockCmd
#define BRE_TIM_CLK RCC_APB1Periph_TIM3
#define BRE_TIM_GPIO_CLK (RCC_APB2Periph_GPIOB|RCC_APB2Periph_AFIO)
// 红灯的引脚需要重映射
#define BRE_GPIO_REMAP_FUN() GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap_TIM3, ENABLE);
// 红灯
#define BRE_RED_TIM_LED_PORT GPIOB
#define BRE_RED_TIM_LED_PIN GPIO_Pin_5
#define BRE_RED_TIM_OCxInit TIM_OC2Init // 通道初始化函数
#define BRE_RED_TIM_OCxPreloadConfig TIM_OC2PreloadConfig // 通道重载配置函数
//通道比较寄存器，以TIMx->CCRx方式可访问该寄存器，设置新的比较值，控制占空比
//以宏封装后，使用这种形式：BRE_TIMx->BRE_RED_CCRx ，可访问该通道的比较寄存器
#define BRE_RED_CCRx CCR2
// 绿灯
#define BRE_GREEN_TIM_LED_PORT GPIOB
#define BRE_GREEN_TIM_LED_PIN GPIO_Pin_0
#define BRE_GREEN_TIM_OCxInit TIM_OC3Init // 通道初始化函数
#define BRE_GREEN_TIM_OCxPreloadConfig TIM_OC3PreloadConfig // 通道重载配置函数
#define BRE_GREEN_CCRx CCR3
// 蓝灯
#define BRE_BLUE_TIM_LED_PORT GPIOB
#define BRE_BLUE_TIM_LED_PIN GPIO_Pin_1
#define BRE_BLUE_TIM_OCxInit TIM_OC4Init // 通道初始化函数
#define BRE_BLUE_TIM_OCxPreloadConfig TIM_OC4PreloadConfig // 通道重载配置函数
#define BRE_BLUE_CCRx CCR4
- 初始化GPIO
// GPIO 初始化
static void TIMx_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(BRE_TIM_GPIO_CLK, ENABLE); // 定时器GPIO时钟使能
BRE_GPIO_REMAP_FUN(); // 引脚映射设置
// 配置LED灯用到的引脚
//红
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BRE_RED_TIM_LED_PIN ;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(BRE_RED_TIM_LED_PORT, &GPIO_InitStructure);
//绿
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BRE_GREEN_TIM_LED_PIN ;
GPIO_Init(BRE_GREEN_TIM_LED_PORT, &GPIO_InitStructure);
//蓝
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BRE_BLUE_TIM_LED_PIN ;
GPIO_Init(BRE_BLUE_TIM_LED_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
本实验对GPIO的初始化也相对单色呼吸灯实验作了修改，同时初始化三个通道。
- 定义PWM表
/********全彩呼吸灯实验的指数曲线表**********/
/* LED亮度等级 PWM表,指数曲线 ，
此表使用工程目录下的python脚本index_wave.py生成*/
const uint16_t indexWave[] = {
1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 2,
2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 5,
5, 5, 6, 6, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 10,
11, 12, 12, 13, 14, 15, 17, 18,
19, 20, 22, 23, 25, 27, 29, 31,
33, 36, 38, 41, 44, 47, 51, 54,
58, 63, 67, 72, 77, 83, 89, 95,
102, 110, 117, 126, 135, 145, 156,
167, 179, 192, 206, 221, 237, 254,
272, 292, 313, 336, 361, 387, 415,
445, 477, 512, 512, 477, 445, 415,
387, 361, 336, 313, 292, 272, 254,
237, 221, 206, 192, 179, 167, 156,
145, 135, 126, 117, 110, 102, 95,
89, 83, 77, 72, 67, 63, 58, 54, 51,
47, 44, 41, 38, 36, 33, 31, 29, 27,
25, 23, 22, 20, 19, 18, 17, 15, 14,
13, 12, 12, 11, 10, 9, 9, 8, 8, 7, 7,
6, 6, 5, 5, 5, 4, 4, 4, 4, 3, 3, 3,
3, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 1, 1, 1
};
/*********SPWM实验的正弦曲线表*************/
/* SPWM表,正弦曲线，此表使用工程目录下的python脚本sin_wave.py生成*/
const uint16_t indexWave[] = {
0, 9, 18, 27, 36, 45, 54, 63, 72, 81, 89, 98,
107, 116, 125, 133, 142, 151, 159, 168, 176,
184, 193, 201, 209, 218, 226, 234, 242, 249,
257, 265, 273, 280, 288, 295, 302, 310, 317,
324, 331, 337, 344, 351, 357, 364, 370, 376,
382, 388, 394, 399, 405, 410, 416, 421, 426,
431, 436, 440, 445, 449, 454, 458, 462, 465,
469, 473, 476, 479, 482, 485, 488, 491, 493,
496, 498, 500, 502, 503, 505, 506, 508, 509,
510, 510, 511, 512, 512, 512, 512, 512, 512,
511, 510, 510, 509, 508, 506, 505, 503, 502,
500, 498, 496, 493, 491, 488, 485, 482, 479,
476, 473, 469, 465, 462, 458, 454, 449, 445,
440, 436, 431, 426, 421, 416, 410, 405, 399,
394, 388, 382, 376, 370, 364, 357, 351, 344,
337, 331, 324, 317, 310, 302, 295, 288, 280,
273, 265, 257, 249, 242, 234, 226, 218, 209,
201, 193, 184, 176, 168, 159, 151, 142, 133,
125, 116, 107, 98, 89, 81, 72, 63, 54, 45, 36,
27, 18, 9, 0
};
//计算PWM表有多少个元素
uint16_t POINT_NUM = sizeof(indexWave)/sizeof(indexWave[0]);
代码中列出的PWM表内元素的最大值均为512，元素个数均为128， 把两个表绘制成成曲线如图：呼吸曲线和正弦曲线
- NVIC配置
// 配置NVIC中断优先级
static void NVIC_Config_PWM(void)
{
NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_1); // 设置中断优先级组1
// 配置TIM3_IRQ中断为中断源
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = BRE_TIMx_IRQn; // 选择中断源
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0; // 抢占优先级0
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 2; // 子优先级2
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE; // 使能中断
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); // 初始化
}
- 定时器PWM配置
static void TIMx_Mode_Config(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
// 设置TIMCLK 时钟
BRE_TIM_APBxClock_FUN(BRE_TIM_CLK, ENABLE);
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = (512-1); // 当定时器从0计数到 TIM_Period+1 为一个定时周期
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = (10-1); // 设置预分频
TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ; // 设置时钟分频系数：不分频(这里用不到)
TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;// 向上计数模式
TIM_TimeBaseInit(BRE_TIMx, &TIM_TimeBaseStructure); // 初始化定时器
// PWM模式配置
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1; // 配置为PWM模式1
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;// 使能输出
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0; // 设置初始PWM脉冲宽度为0
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_Low; // 当定时器计数值小于CCR_Val时为低电平
// RGB通道
// 红色
BRE_RED_TIM_OCxInit(BRE_TIMx, &TIM_OCInitStructure);
BRE_RED_TIM_OCxPreloadConfig(BRE_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); // 使能预装载
// 绿色
BRE_GREEN_TIM_OCxInit(BRE_TIMx, &TIM_OCInitStructure);
BRE_GREEN_TIM_OCxPreloadConfig(BRE_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); // 使能预装载
// 蓝色
BRE_BLUE_TIM_OCxInit(BRE_TIMx, &TIM_OCInitStructure);
BRE_BLUE_TIM_OCxPreloadConfig(BRE_TIMx, TIM_OCPreload_Enable); // 使能预装载
TIM_ARRPreloadConfig(BRE_TIMx, ENABLE); // 使能TIM重载寄存器ARR
TIM_Cmd(BRE_TIMx, ENABLE); // 使能定时器
TIM_ITConfig(BRE_TIMx, TIM_IT_Update, ENABLE); // 使能update中断
NVIC_Config_PWM(); // 配置中断优先级
}
本配置中同时使能三个PWM通道，而定时器初始化中的TIM_Period成员被配置为(512-1)，即PWM表元素的极大值，TIM_Prescaler被配置为(10-1)， 相对于单色呼吸灯实验，提高了定时器的时钟频率。
3. 小结
本章与上面一章单色呼吸灯大同小异，就是多加两个通道，用来进行混色，下面我们来复盘一下：
实验步骤：
- 硬件连接：
- 连接LED的红、绿、蓝引脚到STM32F103的PWM输出引脚（如TIM1、TIM2等）。
- 通过适当的电阻限流。
- 配置时钟：
- 配置系统时钟，确保TIM的时钟频率正确。
- 配置定时器（TIM）：
- 设置TIM为PWM模式。
- 配置TIM的预分频器和自动重装载寄存器（ARR）以获得所需的PWM频率。
- 配置通道1、2和3来控制红、绿、蓝LED。
- 编写代码：
- 初始化TIM。
- 设置PWM输出。
- 实现呼吸灯效果的逻辑，通过调整PWM占空比来实现渐变效果。
代码详解：
#include "stm32f10x.h"
// 定义周期和预分频器的值
#define PERIOD 1000
#define PRESCALER 72
// 初始化TIM
void TIM_Config(void) {
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct;
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler = PRESCALER - 1;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period = PERIOD - 1;
TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseInitStruct);
TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStruct.TIM_Pulse = PERIOD / 2; // 初始占空比50%
TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStruct);
TIM_OC2Init(TIM1, &TIM_OCInitStruct);
TIM_OC3Init(TIM1, &TIM_OCInitStruct);
TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);
TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
}
// 设置PWM占空比
void SetPWM_Pulse(uint32_t channel, uint32_t pulse) {
if (channel == TIM_Channel_1) TIM1->CCR1 = pulse;
if (channel == TIM_Channel_2) TIM1->CCR2 = pulse;
if (channel == TIM_Channel_3) TIM1->CCR3 = pulse;
}
// 呼吸灯效果
void BreathingLight(void) {
uint32_t pulse;
while (1) {
for (pulse = 0; pulse < PERIOD; pulse++) {
SetPWM_Pulse(TIM_Channel_1, pulse);
SetPWM_Pulse(TIM_Channel_2, PERIOD - pulse);
SetPWM_Pulse(TIM_Channel_3, (pulse + PERIOD / 2) % PERIOD); // 简单变化的蓝色
Delay(10); // 延时函数，根据需要调整
}
}
}
// 简单延时函数
void Delay(uint32_t time) {
for (volatile uint32_t i = 0; i < time * 1000; i++);
}
int main(void) {
SystemInit();
TIM_Config();
BreathingLight();
while (1);
}
代码说明：
TIM_Config: 配置定时器TIM1为PWM模式，设置预分频器和周期。TIM_OCInitStruct用于配置PWM的占空比和极性。SetPWM_Pulse: 调节指定通道的PWM占空比。BreathingLight: 实现呼吸灯效果，通过调整PWM占空比来使LED颜色变化。Delay: 一个简单的延时函数，用于调整亮度变化的速度。
2024.9.18 第一次修订，后期不再维护
