在STM32上利用PWM原理實現呼吸燈效果

在ST32項目中第一次接觸到PWM這個概念，PWM是Plus width modulation的英文縮寫，百度百科有詳細介紹。

因為介紹的太詳細了，對於做軟件開發的人員來說看着還是有些暈乎，知道了一個大概。最后我簡化理解為高中物理中的方波，

將一個方波周期分解問n份，1份代表一個高電平，這樣我們就可以得到n+1個值，0個高電平，1個高電平，2個高電平，...,n個高電平。

不能將高電平理解為計算機軟件中的1，低電平為0，如果按照這個理解n份代表的是2^n個數。作為軟件開發人員比較容易理解為2^n. 

現在想想開始不太理解PWM的原因可能就是2^n的搞得鬼。

大概理解PWM概念后，就是關於頻率和Duty Circle的概念。頻率容易理解就是高中物理的平路，周期數/秒 。 T = 1/f. Duty Circle說的就是一個周期內高電平份數。

在嵌入式開發中PWM能用來做什么呢？這也是我個人的理解，應該是很不全面的。

1. 控制風扇，燈等設備的檔位：由於我們將方波一個周期分為n個Duty Circle(高電平)，這樣就將GPIO的有效電壓輸出分為0...n(n+1)份，再通過一些放大電路就可以將風扇、燈等設備分為n擋進行數字化控制了。呼吸燈也是這個原理，將燈分為n擋，然后在周期性的調整Duty Circle的值達到呼吸燈的效果。
2. 用PWM波模擬數字化的0,1對燈帶等設備進行控制，這樣做的優點是僅僅需要兩根線就可以控制燈帶設備了。例如將PWM周期分為三份，1個Duty Circle表示二進制的0,2個Duty Circle表示二進制的1，這樣就可以發送24bit的色彩值給燈帶控制芯片控制燈帶顏色了，也可以做跟復雜的事情了。

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這里開始介紹如何在STM32上實現呼吸燈效果，參考英文的教程 https://breiteneder.me/?p=424&amp=1&lang=en

這個英文教程用的是Timer中斷來控制LED燈值的變化，實現呼吸燈的效果。由於僅僅是呼吸燈效果，

不需要嚴格控制每個周期的Duty Circle值（上文的PWM第二種作用），我這里使用的freertos的task來控制Duty Circle的數值，相對簡單一些。

我將代碼放到Github上了，有興趣的可以自取。https://github.com/magicduan/demo_pwm

開發板：STM32G431Rb 開發環境：STM32 Cube IDE 1.8

• Step1:將開發板配置為freertos. 可以參考這篇英文文章.
• Step2:STM32G431Rb板上的LED等對應的GPIO為PA5，將PA5管腳配置為TIM2_CH1

            

• Step3:配置Timer2,將 Clock Source 設置為“Internal Clock”，Channel1 設置為“PWM Generation CH1”. 

**注意：板子的不同你能選擇的TIMER和Channel都可能不同，上面給的英文的文章配置的就是TIM2_CH2，如果配置的是TIM2_CH2就需要將Channel 2設為PWM

• Step4: 設置TIM2的周期，Duty Circle等參數。“Parameter Setting”

1. 1. Prescale -->就是對Timer的頻率進行降頻處理，在Clock Configuration中可以看到APB1, APB2的timer頻率值為170MHZ（每個板子可能不同），這里我將Prescale的值設置為68，這樣我們我們得到頻率為170MHZ/68 = 2MHZ的頻率。
   2. Counter Period-> 就是上面說的高電平的份數（Duty Circle）設置為100，也就是將LED燈的亮度切割為0...100個值
   3. PWM Generation Channel 1中"Fast Mode” 設置為Enable（為什么要設置為Enable，還沒有去深究）, Plus（32bits value）設置為100，這個值無所謂，就是初始的Duty Circle 值，0 ~ 100之間都可以。

         

         

 

• Step5 配置完成，利用STM32 Cube IDE生成代碼。
• Step6 生成代碼后，進行最后的編程處理
  • main.c 中main函數中啟動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中加入全局變量pwm_plus_value就是Duty Circle的值，pwm_dir表示呼吸燈值是變大還是變小，其實也可以不用全局變量的。

  • /* 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的處理函數，就是達到最大值100后，改為遞減，達到最小值0時，變為遞增。設置TIM2的PWM的Duty Circle值的寄存器

  • 我們這里用的是Channel1,設置的就是CCR1,前面英文的文章中用的是Channel 2,設置的是CCR2,以此類推。

  • /* 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中周期調用update_pwm_value()函數就可以實現效果了

  • 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 */
    }