STM32输出PWM完成呼吸灯

最新推荐文章于 2025-05-02 16:23:32 发布

m0_74181342

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文章标签： stm32 嵌入式硬件单片机

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/m0_74181342/article/details/144347217

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一、PWM介绍

1.定义

PWM（Pulse Width Modulation）即脉冲宽度调制，简称脉宽调制。它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术；它是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。

2.基本原理

PWM就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也可以这样理解，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用 PWM 进行编码。该信号在预定义的时间和速度中设置为高（5v或3.3v）和低（0v）。通常，我们将PWM的高电平称为1，低电平为0。

3.优点及应用范围

由于其控制简单、灵活和动态响应好等优点而成为电力电子技术应用最广泛的控制方式，其应用领域包括测量，通信，功率控制与变换，电动机控制、伺服控制、调光、开关电源，甚至某些音频放大器，因此学习PWM具有十分重要的现实意义。

4.主要参数

1、PWM占空比：
PWM信号保持高电平的时间百分比称为占空比。如果信号始终为高电平，则它处于100％占空比，如果它始终处于低电平，则占空比为0％。

2、PWM的频率：
PWM信号的频率决定PWM完成一个周期的速度。STM32的MDK编译器可以选择5MHZ,10MHZ,20MHZ和50MHZ。

5.PWM的产生

STM32的定时器除了TIM6和7，其他的定时器都可以用来产生PWM输出。其中高级定时器TIM1和TIM8可以同时产生多达 7 路的 PWM 输出。而通用定时器也能同时产生多达 4路的 PWM 输出，这样，STM32 最多可以同时产生 30 路 PWM 输出。
通过STM32控制板，有两种方式能产生PWM，第一是利用普通IO口输出PWM，第二种是利用定时器的PWM的IO口或复用IO口。一般能够输出PWM的端口都会在主要功能那一栏出现CHx的标志，而普通定时器没有出现这种标志。

注意：一般而言，尽量选用PWM口进行PWM输出，因为普通IO口模拟PWM的输出频率越高，进入定时器中断的次数就越快，中断间隔的时间越短，如果再有其他类型的中断也要处理时，会因为中断的优先级嵌套等待响应，影响控制精度，PWM输出误差增大，也会影响其他如ADC等中断处理，甚至会较出现单片机逻辑出错，死机或者跑飞的情况。

6.PWM输出的模式区别

PWM模式1：在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为无效电平(OC1REF=0)，否则为有效电平(OC1REF=1)

PWM模式2：在向上计数时，一旦TIMx_CNT<TIMx_CCR1时通道1为无效电平，否则为有效电平；在向下计数时，一旦TIMx_CNT>TIMx_CCR1时通道1为有效电平，否则为无效电平
注意：PWM的模式只是区别什么时候是有效电平，但并没有确定是高电平有效还是低电平有效。这需要结合CCER寄存器的CCxP位的值来确定。

例如：若PWM模式1，且CCER寄存器的CCxP位为0，则当TIMx_CNT<TIMx_CCR1时，输出高电平；同样的，若PWM模式1，且CCER寄存器的CCxP位为2，则当TIMx_CNT<TIMx_CCR1时，输出低电平。

二、工程建立

（1）创建新项目

在这里插入图片描述

（2）芯片选择

双击STM32F103C8
在这里插入图片描述

（3）配置RCC

在这里插入图片描述

（4）配置SYS

在这里插入图片描述

（5）配置定时器3和定时器4

选择定时器3和定时器4来实现定时的功位置3，分频系数为71，向上计数模式，计数周期为500，使能自动重载模式。通道1选择：PWM Generation CH1（PWM输出通道1）
设置分频系数为71，计数周期为500，其它默认。
设置占空比初始值为10
在这里插入图片描述

（6）时钟配置

在这里插入图片描述

（7）配置项目设置

在这里插入图片描述

（8）生成项目

在这里插入图片描述

三、代码编写

1.设置占空比

打开工程，主要修改main.c文件。首先定义一个变量，用来存储占空比：初值设为10。

uint16_t duty_num3 = 10;
uint16_t duty_num4 = 10;

在这里插入图片描述

2.开启PWM信道

开始TIM3的通道3，输出PWM。
开始TIM4的通道4，输出PWM。

	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_1);

在这里插入图片描述

3.调用代码

设置为每隔50毫秒，占空比加10，如果超过500（也就是PWM周期），自动变成0。（即灯会从亮倒暗，逐渐变化）

  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
 HAL_Delay(50);
		duty_num3 = duty_num3 + 10;
			duty_num4 = duty_num4 + 10;
		if(duty_num3 > 500)
		{
			duty_num3 = 0;
		}
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim3,TIM_CHANNEL_1,duty_num3);
			if(duty_num4 > 500)
		{
			duty_num4 = 0;
		}
		__HAL_TIM_SetCompare(&htim4,TIM_CHANNEL_1,duty_num4);
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

在这里插入图片描述

四、硬件连接

1.查手册

查询数据手册可发现定时器3,4的一通道分别对应引脚PA6 PB6,然后题目要求还需要直接驱动PC13(最小开发板上已焊接的LED（固定接在 PC13 GPIO端口）),故而我们将对应PWM波作为输入，连接其对应引脚即可实现所需完成功能。
在这里插入图片描述

2.线路连接

3V3 —> 3V3
GND —> GND
RXD —>P A9
TXD —> PA10
LED灯短脚 —> A6
LED灯长脚 —> 3V3
PB6 —> PC13

五、结果演示

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总结

深入学习了 STM32 定时器的工作模式以及如何利用其产生精确的 PWM 信号。理解了预分频系数、自动重装载值等参数对 PWM 频率和占空比的影响，能够根据实际需求灵活配置定时器以生成合适的 PWM 波形。例如，通过调整预分频系数来控制定时器的时钟频率，进而改变 PWM 的周期，而改变自动重装载值和比较值则可精确控制占空比，实现从暗到亮再到暗的呼吸灯效果。