stm32f103呼吸灯（PWM脉冲宽度调制）_stm32f103pwm输出分辨率

stm32呼吸灯（PWM脉冲宽度调制）

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任务简介
使用TIM3和TIM4，分别输出一个PWM波形，PWM的占空比随时间变化，去驱动你外接的一个LED以及最小开发板上已焊接的LED（固定接在 PC13 GPIO端口），实现两个 LED呼吸灯的效果。

实验工具：
（1）软件

• 标准库
• KEIL5：安装教程
• mcuisp(或者FlyMcu)： mcuisp百度网盘链接提取码：h2xc

（2）硬件

• STM32F103C8T6的最小核心板
• LED小灯

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一.输出比较简介

• OC（Output Compare）输出比较
• 输出比较可以通过比较CNT与CCR寄存器值的关系，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形
• 每个高级定时器和通用定时器(TIM)都拥有4个输出比较通道（CH1,CH2,CH3,CH4）
• *高级定时器的前3个通道额外拥有死区生成和互补输出的功能

• 我们需要记住的是如果要用TIM定时器产生PWM信号，则输出比较必不可少。

二.PWM简介

1.名称概念

• PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制，是一个数字输出信号。

2.原理

• 具有惯性的系统中，可以通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的模拟参量，常应用于电机控速等领域。

• 按理说，数字输出信号只能让LED灯完全亮和完全灭两种状态，但为什么PWM能让LED灯看起来有呼吸效果呢？
  
  
• 由于LED在熄灭的时候由于余晖和人眼视觉暂留现象，LED不会立马熄灭，而是会有一定的惯性，过一会儿才会熄灭，所以我们让LED不断地点亮熄灭，当点亮熄灭的频率足够大（也就是每次点亮熄灭的时间间隔很短的时候），在我们人眼看来LED就不会闪烁，而是会呈现一个与LED常亮时候不同的中等亮度。
  
  
• 当我们调控点亮和熄灭的时间比例的时候就能让LED呈现出不同的亮度级别。
  

3.PWM参数

①频率1/Ts：PWM频率等于TIM经过预分频后，计数器CNT随时间自增加到与自动重装器ARR值相等的频率。PWM频率越快，等效的模拟信号就越平稳但是性能开销就越大。
②占空比T(on)/T(s)：高电平时间相当于整个周期时间的比例，占空比越大，等效模拟电压越趋近于高电平，占空比越小，等效模拟电压越趋近于低电平。
③分辨率：占空比变化步距，也就是变化的细腻程度（也就是占空比变化的最小数值，例如占空比最小只能从1%跳到2%，那么分辨率就是1%）。

三.输出比较通道

• 由于实验功能简单，这里用不到高级定时器，所以我们只说明通用定时器的输出比较通道

这里先放图，下面解释工作流程

• 1.比较CNT计数器与CCR(自己设置的输出比较的一个参数值，后面会讲)。
• 2.根据比较的结果和输出模式来决定oc1的ref参考信号的值，这里给出PWM需要用到的输出控制的模式介绍。
  
• 3.接下来进入一个极性选择，当给这个极性选择的寄存器写0，信号不翻转，进来什么样出去就是什么样，当给这个寄存器写1，信号非门取反。电平翻转。（）

• 注意
  相当于可以由第二步的PWM输出模式和第三步的极性选择来灵活地控制，例如使用PWM1的正极性与PWM2的反极性最终的输出都是一样的

• 4.输出使能到OC1引脚，也就是CH1通道的引脚(可以在引脚的定义表里查看对应的是哪个gpio口)

四.PWM基本结构

CCR是我们自己设置的用来调整占空比的捕获/比较器
占空比受CCR调控**,CCR设置得大一些，占空比就变大，CCR设置得低一些，占空比就变小**
这样输出的REF就是频率可调，占空比也可调的PWM波形，在经过极性选择和输出使能输出到GPIO口

五.参数计算

• PWM频率： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
  

• PWM占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)
  

• PWM分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)

六.具体实现

1.实现步骤

• 第一步：RCC开启时钟，把要用的TIM外设和GPIO外设的时钟打开
• 第二步：配置时基单元
• 第三步：配置输出比较单元
• 第四步：配置GPIO，把PWM需要的GPIO口初始化为复用推挽的输出配置
• 第五步：运行控制

2.几个要点

①.计算参数

我们准备输出一个1KHz，占空比可任意调节，分辨率为1%的PWM波形

PWM频率： Freq = CK_PSC / (PSC + 1) / (ARR + 1)
这里CK_PSC是系统主频72MHz
即72M/(PSC+1)/(ARR+1)=1000
PWM占空比： Duty = CCR / (ARR + 1)
即CCR/(ARR+1)=50%
PWM分辨率： Reso = 1 / (ARR + 1)
即1/(ARR+1)=1%
CCR=50
PSC=719
ARR=99
我们可以调控CCR的值来控制占空比

②.输出模式

为什么选择复用推挽输出？
如果选择普通开漏推挽输出，引脚的控制权来自于输出寄存器，如果想让定时器控制引脚，则选择复用推挽输出，这时候与输出寄存器断开，控制权移交给片上外设。这里就是CH1通道。

3.代码部分

• PWM.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void PWM_Init(void)
{
	//第一步开启TIM时钟
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE);
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM4,ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE);
	
	
	 
	//选择时基单元时钟,选择内部时钟   如果不调用也是默认调用
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);
	TIM_InternalClockConfig(TIM4);

	//第二步配置时基单元
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct1;
	TIM_TimeBaseInitStruct1.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//这里的值关系不大
	TIM_TimeBaseInitStruct1.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStruct1.TIM_Period = 100-1;//自动重装计时器的值 ARR
	TIM_TimeBaseInitStruct1.TIM_Prescaler = 7200-1;  //预分频器的值 PSC
	TIM_TimeBaseInitStruct1.TIM_RepetitionCounter = 0; //重复计数器的值，高级定时器才有，这里直接给0
	TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseInitStruct1);
	//-----------------------------------------------------------------------
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStruct2;
	TIM_TimeBaseInitStruct2.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;//这里的值关系不大
	TIM_TimeBaseInitStruct2.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
	TIM_TimeBaseInitStruct2.TIM_Period = 100-1;//自动重装计时器的值 ARR
	TIM_TimeBaseInitStruct2.TIM_Prescaler = 7200-1;  //预分频器的值 PSC
	TIM_TimeBaseInitStruct2.TIM_RepetitionCounter = 0; //重复计数器的值，高级定时器才有，这里直接给0
	TIM_TimeBaseInit(TIM4,&TIM_TimeBaseInitStruct2);
	


	//第三步设置输出比较单元
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct1;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct1);//先给这个结构体赋初值，如果不赋初值后面我们也不给所有成员变量赋值的话，会出现问题
	TIM_OCInitStruct1.TIM_OCMode =  TIM_OCMode_PWM1 ; //设置输出比较模式
	TIM_OCInitStruct1.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  //设置输出比较的极性,High值高极性，极性不翻转，REF直接输出
	TIM_OCInitStruct1.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //设置输出使能
	TIM_OCInitStruct1.TIM_Pulse =10;   //设置CCR的寄存器值
	TIM_OC1Init(TIM3,&TIM_OCInitStruct1);
	//--------------------------------------------------
	TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStruct2;
	TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStruct2);//献给这个结构体赋初值，如果不赋初值后面我们也不给所有成员变量赋值的话，会出现问题
	TIM_OCInitStruct2.TIM_OCMode =  TIM_OCMode_PWM1 ; //设置输出比较模式
	TIM_OCInitStruct2.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;  //设置输出比较的极性,High值高极性，极性不翻转，REF直接输出
	TIM_OCInitStruct2.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //设置输出使能
	TIM_OCInitStruct2.TIM_Pulse =10;   //设置CCR的寄存器值
	TIM_OC1Init(TIM4,&TIM_OCInitStruct2);
	
	
	//第四步配置GPIO，把PWM需要的GPIO口初始化为复用推挽的输出配置
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure1;
	GPIO_InitStructure1.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure1.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure1.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure1);
	//---------------------------------------------------
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure2;
	GPIO_InitStructure2.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
	GPIO_InitStructure2.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
	GPIO_InitStructure2.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure2);

	
	//启动定时器
	TIM_Cmd(TIM3,ENABLE);
	TIM_Cmd(TIM4,ENABLE);
}
 

//TIM3设置CH1通道的CCR的值
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM3,Compare);
}
//TIM4设置CH1通道的CCR的值
void PWM_SetCompare4(uint16_t Compare)
{
	TIM_SetCompare1(TIM4,Compare);
}
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• PWM.h

#ifndef  _PWM_H
#define _PWM_H
void PWM_Init(void);
void PWM_SetCompare3(uint16_t Compare);
void PWM_SetCompare4(uint16_t Compare);
#endif


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• main.c

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "Delay.h"
#include "PWM.h"

uint8_t i;

int main(void)
{
	PWM_Init();
	
	while(1)
	{
	//循环调用修改CCR的值，可以通过调整延时函数的值来控制呼吸快慢
		for(i = 0; i<=100;i++)
		{
			PWM_SetCompare3(i);
			PWM_SetCompare4(i);
			Delay_ms(5);
		}
		
		for(i = 0; i<=100;i++)
		{
			PWM_SetCompare3(100-i);
			PWM_SetCompare4(100-i);
			Delay_ms(5);
		}
		
	}
}

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七.电路连接即实验结果