在STM32上利用PWM原理实现呼吸灯效果

在ST32项目中第一次接触到PWM这个概念，PWM是Plus width modulation的英文缩写，百度百科有详细介绍。

因为介绍的太详细了，对于做软件开发的人员来说看着还是有些晕乎，知道了一个大概。最后我简化理解为高中物理中的方波，

将一个方波周期分解问n份，1份代表一个高电平，这样我们就可以得到n+1个值，0个高电平，1个高电平，2个高电平，...,n个高电平。

不能将高电平理解为计算机软件中的1，低电平为0，如果按照这个理解n份代表的是2^n个数。作为软件开发人员比较容易理解为2^n. 

现在想想开始不太理解PWM的原因可能就是2^n的搞得鬼。

大概理解PWM概念后，就是关于频率和Duty Circle的概念。频率容易理解就是高中物理的平路，周期数/秒 。 T = 1/f. Duty Circle说的就是一个周期内高电平份数。

在嵌入式开发中PWM能用来做什么呢？这也是我个人的理解，应该是很不全面的。

1. 控制风扇，灯等设备的档位：由于我们将方波一个周期分为n个Duty Circle(高电平)，这样就将GPIO的有效电压输出分为0...n(n+1)份，再通过一些放大电路就可以将风扇、灯等设备分为n挡进行数字化控制了。呼吸灯也是这个原理，将灯分为n挡，然后在周期性的调整Duty Circle的值达到呼吸灯的效果。
2. 用PWM波模拟数字化的0,1对灯带等设备进行控制，这样做的优点是仅仅需要两根线就可以控制灯带设备了。例如将PWM周期分为三份，1个Duty Circle表示二进制的0,2个Duty Circle表示二进制的1，这样就可以发送24bit的色彩值给灯带控制芯片控制灯带颜色了，也可以做跟复杂的事情了。

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这里开始介绍如何在STM32上实现呼吸灯效果，参考英文的教程 https://breiteneder.me/?p=424&amp=1&lang=en

这个英文教程用的是Timer中断来控制LED灯值的变化，实现呼吸灯的效果。由于仅仅是呼吸灯效果，

不需要严格控制每个周期的Duty Circle值（上文的PWM第二种作用），我这里使用的freertos的task来控制Duty Circle的数值，相对简单一些。

我将代码放到Github上了，有兴趣的可以自取。https://github.com/magicduan/demo_pwm

开发板：STM32G431Rb 开发环境：STM32 Cube IDE 1.8

• Step1:将开发板配置为freertos. 可以参考这篇英文文章.
• Step2:STM32G431Rb板上的LED等对应的GPIO为PA5，将PA5管脚配置为TIM2_CH1

            

• Step3:配置Timer2,将 Clock Source 设置为“Internal Clock”，Channel1 设置为“PWM Generation CH1”. 

**注意：板子的不同你能选择的TIMER和Channel都可能不同，上面给的英文的文章配置的就是TIM2_CH2，如果配置的是TIM2_CH2就需要将Channel 2设为PWM

• Step4: 设置TIM2的周期，Duty Circle等参数。“Parameter Setting”

1. 1. Prescale -->就是对Timer的频率进行降频处理，在Clock Configuration中可以看到APB1, APB2的timer频率值为170MHZ（每个板子可能不同），这里我将Prescale的值设置为68，这样我们我们得到频率为170MHZ/68 = 2MHZ的频率。
   2. Counter Period-> 就是上面说的高电平的份数（Duty Circle）设置为100，也就是将LED灯的亮度切割为0...100个值
   3. PWM Generation Channel 1中"Fast Mode” 设置为Enable（为什么要设置为Enable，还没有去深究）, Plus（32bits value）设置为100，这个值无所谓，就是初始的Duty Circle 值，0 ~ 100之间都可以。

         

         

 

• Step5 配置完成，利用STM32 Cube IDE生成代码。
• Step6 生成代码后，进行最后的编程处理
  • main.c 中main函数中启动PWM波 HAL_TIM_PWM_Start(&html2,TIM_CHANNEL_1)

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_TIM2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim2,TIM_CHANNEL_1);

  /* USER CODE END 2 */

  /* Init scheduler */
  osKernelInitialize();

• • main.c中加入全局变量pwm_plus_value就是Duty Circle的值，pwm_dir表示呼吸灯值是变大还是变小，其实也可以不用全局变量的。

  • /* USER CODE BEGIN PFP */
    uint8_t pwm_plus_value = 50;
    uint8_t pwm_dir = 0; // 0 for UP, 1 for Down
    
    /* USER CODE END PFP */

    main.c中加入修改pwm_plus_value的处理函数，就是达到最大值100后，改为递减，达到最小值0时，变为递增。设置TIM2的PWM的Duty Circle值的寄存器

  • 我们这里用的是Channel1,设置的就是CCR1,前面英文的文章中用的是Channel 2,设置的是CCR2,以此类推。

  • /* USER CODE BEGIN 4 */
    void update_pwm_value()
    {
      if (pwm_dir == 0){
        pwm_plus_value++;
      }else{
        pwm_plus_value--;
      }
      if (pwm_plus_value >= 100){
        pwm_dir = 1;
      }else if (pwm_plus_value <= 0){
        pwm_dir =0;
      }
      htim2.Instance->CCR1 = (htim2.Init.Period*pwm_plus_value)/100u;
    
    }
    /* USER CODE END 4 */

    在defaultTask中周期调用update_pwm_value()函数就可以实现效果了

  • void StartDefaultTask(void *argument)
    {
      /* USER CODE BEGIN 5 */
      /* Infinite loop */
      for(;;)
      {
        update_pwm_value();
    //    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA,GPIO_PIN_5);
        osDelay(5);
      }
      /* USER CODE END 5 */
    }