STM32定时器及输出PWM完成呼吸灯

一、STM32定时器原理

定时器就是计数器，定时器的作用就是设置一个时间，然后时间到后就会通过中断等方式通知STM32执行某些程序。定时器除了可以实现普通的定时功能，还可以实现捕获脉冲宽度，计算PWM占空比，输出PWM波形，编码器计数等。

STM32的定时器分为基本定时器、通用定时器和高等定时器。

1、基本定时器

功能：作为时基，定时功能。

2、通用定时器

STM32通用定时器TIMx（x=2，3，4，5）主要由时钟源、时钟单元、捕获和比较通道等构成，核心是可编程预分频驱动的16位自动装载计数器。

（1）时钟源

当定时器使用内部时钟时，定时器的时钟源统称为TIMxCLK。虽然在系统默认的配置中，TIMxCLK的时钟频率都是72MHz，但其时钟来源并不相同。

• 定时器TIM2~TIM7挂接在APB1上
• 定时器TIM1和TIM8挂接在APB2上

若外部晶振的频率为8MHz，则系统默认的时钟频率为72MHz

• APB1预分频器的分频系数设置为2，则PCLK1=36MHz；
• APB2预分频系数设置为1，则PCLK2=72MHz，TIM1和TIM8的时钟频率TIMxCLK=72MHz；
• Cortex系统时钟由AHB时钟（HCLK）8分频得到，即SysTick的频率为9MHz。

（2）预分频器PSC

可以以1～65535之间的任意数值对时钟源CK_PSC的时钟频率进行分频，输出CK_CNT脉冲供计数器CNT进行计数。

（3）计数器CNT

TIMxCNT是一个16位的寄存器，计数范围为1～65535，可以向上计数、向下计数或向下向上双向计数。
要得到想要的计数值，需要对输入时钟频率进行分频。
当计数值达到设定值时，便产生溢出事件，溢出时产生中断或DMA请求，然后再由自动装载寄存器进行重新加载或更新。
计数器溢出中断属于软件中断，执行相应的定时器中断服务程序。

（4）自动装载寄存器ARR

定时器的定时时间主要取决于定时周期和预分频因子，计算公式为：
定时时间=（ARR+1）×（预分频值PSC+1）/输入时钟频率
或 T=（TIM_Period +1）*（TIM_Prescaler +1）/TIMxCLK
这里ARR+1是因为计数器都是从0开始计数的。

3、高级定时器

功能：除具备通用定时器所有功能外，还具备带死区控制的互补信号输出、刹车输入等功能 (可用于电机控制、数字电源设计等)。

二、PWM工作原理

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）是一种利用脉冲宽度即占空比实现对模拟信号进行控制的技术，即是对模拟信号电平进行数字表示的方法。
占空比（Duty Cycle），是指在一个周期内，高电平时间占整个信号周期的百分比，即高电平时间与周期的比值：
占空比=Tp/T

• STM32的定时器除了TIM6和TIM7，其他定时器都可以用来产生PWM输出；
• STM32中每个定时器有4个输入通道：TIMx_CH1~TIMx_CH4；
• 每个通道对应1个捕获/比较寄存器TIMx_CRRx，将寄存器值和计数器值相比较，通过比较结果输出高低电平，从而得到PWM信号；
• 脉冲宽度调制模式可以产生一个由TIMx_ARR寄存器确定频率、由TIMx_CCRx寄存器确定占空比的信号。

在PWM的一个周期内，定时器从0开始向上计数，在0-t1时间段，定时器计数器TIMx_CNT值小于TIMx_CCRx值，输出低电平；
在t1-t2时间段，定时器计数器TIMx_CNT值大于TIMx_CCRx值，输出高电平；
当定时器计数器的值TIMx_CNT达到ARR时，定时器溢出，重新从0开始向上计数，如此循环。

三、控制LED以2s的频率周期性地亮-灭

使用STM32F103的 Tim2~Tim5其一定时器的某一个通道pin，连接一个LED，用定时器计数方式，控制LED以2s的频率周期性地亮-灭。

引脚：GPIOB14
定时器：Tim2

1、STM32CubeMX建立项目

（1）配置RCC

（2）配置SYS

（3）选择GPIO引脚

（4）配置定时器Timer

（5）配置时钟树

由上文定时器定时时间的计算方法可知：
T=（ARR+1）×（预分频值PSC+1）/输入时钟频率
此处 ARR=6399 PSC=4999 输入时钟频率=16
T=5000 x 6400/16=2000000us=2s

（6）创建文件

2、代码编写

（1）在main文件的main函数中 "/* USER CODE BEGIN 2 / … / USER CODE END 2 */"之间加入该代码（省略号部分）

 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

（2）在main文件的main函数中 "/* USER CODE BEGIN 4 / … / USER CODE END 4 */"之间加入该代码（省略号部分）

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    static unsigned char ledState = 0;
    if (htim == (&htim2))
    {
        if (ledState == 0)
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_RESET);
        else
            HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_14,GPIO_PIN_SET);
        ledState = !ledState;
    }
}

3、运行结果

四、STM32输出PWM完成呼吸灯

接上，采用定时器PWM模式，让 LED 以呼吸灯方式渐亮渐灭，周期为1~2秒，自己调整占空比变化到一个满意效果；使用Keil虚拟示波器，观察 PWM输出波形。

1、STM32CubeMX建立项目

（1）配置RCC
（2）配置SYS（前两步与上述一致）
（3）配置定时器Timer3

（4）配置时钟树

（5）创建文件

2、代码编写

main文件
占空比初始值为0，如果小于500（也就是PWM周期），设置每隔1毫秒，占空比加1；如果大于500，每隔一毫秒减1。

  /* USER CODE BEGIN 1 */
	
	uint16_t pwmVal=0;   //PWM占空比  
    uint8_t dir=1;  

  /* USER CODE END 1 */

  /* USER CODE BEGIN 2 */

  HAL_TIM_PWM_Start(&htim3,TIM_CHANNEL_1);

  /* USER CODE END 2 */

while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
	  while (pwmVal< 500)
	  {
		  pwmVal++;
		  __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal);    //修改比较值，修改占空比
//		  TIM3->CCR1 = pwmVal;    与上方相同
		  HAL_Delay(1);
	  }
	  while (pwmVal)
	  {
		  pwmVal--;
		  __HAL_TIM_SetCompare(&htim3, TIM_CHANNEL_1, pwmVal);    //修改比较值，修改占空比
//		  TIM3->CCR1 = pwmVal;     与上方相同
		  HAL_Delay(1);
	  }
	  HAL_Delay(200);

  }
  /* USER CODE END 3 */

3、运行结果

4、逻辑分析仪

波形

由波形变化可知：
波形宽度由宽变窄，又由窄变宽对应着LED灯的亮度由暗变亮，又从亮变暗，与实践结果一致

总结

通过本次实验，了解到了可以使用定时器实现时间的控制和如何用PWM完成呼吸灯的设置，开心！！！

参考资料

https://blog.csdn.net/Morzart/article/details/134123197?spm=1001.2014.3001.5506
https://blog.csdn.net/superSmart_Dong/article/details/134565102?spm=1001.2014.3001.5506
https://blog.csdn.net/weixin_55376063/article/details/127595225?spm=1001.2014.3001.5502