基于STM32的呼吸燈

1、 word格式. 課程名稱 選題名稱 選題性質(zhì) 學號姓名 專業(yè)名稱 所在院系 完成時間 HUBEI NORMAL UNIVERSITY 電工電子實驗報告 STM32課程設(shè)計 呼吸燈 仿真與實踐 35喬智慧 電子信息科學與技術(shù) 物理與電子科學學院 2015年6月03日 電工電子中心2015年6月繪制 word格式. STM32呼吸燈設(shè)計 一 任務(wù)解析 呼吸燈，指燈光設(shè)備的亮度隨著時間由暗到亮逐漸增強，再由亮到暗 逐漸衰減，很有節(jié)奏感地一起一伏，就像是在呼吸一樣。本設(shè)計要求通過 STM32，實現(xiàn)呼吸周期為3秒，即吸氣時間（亮度上升時間）1.5秒，呼氣 時間（亮度衰減時間）1.5秒的呼吸燈。 二方案

2、論證 要使用數(shù)字器件控制燈光的強弱，我們很自然就想到PWM （脈沖寬度 調(diào)制）技術(shù)。假如以LED作為燈光設(shè)備，且由控制器輸出的PWM信號可以直 接驅(qū)動LED，PWM信號中的低電平可點亮LED燈。由于視覺暫留效應(yīng)，人眼 可以看不到LED燈的閃爍現(xiàn)象，反映到人眼中的是亮度的差別，因此我們需 要LED以較高的頻率進行開關(guān)（亮滅）切換。因此，我們可以使用高頻率的 PWM信號，通過調(diào)制信號的占空比，控制LED燈的亮度。根據(jù)以上思路，提 出如下兩個方案O 方案一：用常見的數(shù)學函數(shù)來表示亮度隨著實踐逐漸變強再衰弱，把 函數(shù)值賦值到數(shù)組中，用調(diào)制的方法，每個循環(huán)給閃爍的熄滅時間加一，燈 就會慢慢變暗，在設(shè)置熄

3、滅時間加到一定程度就開始減一，就會漸漸變亮了， 如此循環(huán)。 方案二：把函數(shù)值賦值到數(shù)組中，對數(shù)組中的每一個值進行重復而快 速的掃描，當遍歷完P(guān)WM表中的元素時，再重頭開始遍歷PWM表。即以一定 的時間長度為周期，LED燈亮的平均時間越長，亮度就越高，反之越暗。利 word格式. 用STM32定時器的PWM輸出功能，實現(xiàn)呼吸燈。 經(jīng)分析比較與初步測試，方案二更能很好地實現(xiàn)呼吸燈效果，因此選 擇方案二。 三方案實施 STEP1生成表示亮度的數(shù)學函數(shù) 亮度隨著時間逐漸變強再衰減，可以用兩種常見的數(shù)學函數(shù)表示，分別是半個 周期的正弦函數(shù)與指數(shù)上升曲線基期對稱得到的下降曲線。如圖示： 正點原子STM32

4、開發(fā)板上的LED燈是低電平點亮 因此，比較上述兩個函數(shù)圖像我們可以發(fā)現(xiàn)，下凹函數(shù)曲線燈光處于暗的狀態(tài) 更長，所以指數(shù)函數(shù)的曲線更符合我們呼吸燈的亮度變化要求。 STEP2配置工程環(huán)境 在實驗中我們用到了 GPIO, RCC,TIM外設(shè)，還使用了中斷，所以我們先要把 以下庫文件添加到工程：stm32fl0 x_gpio. c, stm32f 10 x_rcc. c, stm32fl0 x_tim. c, mi sc. c,新建 pwm_output. c 及 pwm_output. h 文件并在 stm32fl0 x_conf.h中把使用到的ST庫的頭文件注釋去掉。代碼如下： #include

5、Mstm32fl0 x_gpio. h #include stm32f1Ox_rcc. h #include stm32fl0 x_tim. h #include Hmisc. h STEP3 main 文件 本工程的main函數(shù)十分簡單，僅僅調(diào)用了 一個初始化呼吸燈的函數(shù) TIM3_Breathing_Init()，代碼如下： int main(void) TIM3_Breath i ng_In i t(); while(l); STEP4 配置定時器輸出PWM 初始化呼吸燈的函數(shù)TIM3_Breathing_Init按步驟調(diào)用為GPIO初始化函數(shù) TIM3_GP10_Config和定時器模

6、式初始化函數(shù)TIM3_Mode_Config,代碼如下： void TIM3_Breathing_Init(void) TIM3_GPI0_Config(); TIM3_Mode_Config(); STEP5生成指數(shù)曲線PWM數(shù)據(jù) 要實現(xiàn)LED亮度隨著指數(shù)曲線變化，我們需要使用占空比呈指數(shù)曲線變化 的PWM信號，而這樣的信號由定時器經(jīng)過查表產(chǎn)生。這個表的數(shù)據(jù)存儲在程序 中的數(shù)組indexWave中，代碼如下： uint8_t indexWave = 1,1,2, 2, 3,4, 6,8,10,14,19, 25, 33,44, 59,80, 107,143,191,255, 255,191,

7、143,107, 80, 59,44, 33, 25,19,14,10, 8, 6, 4, 3, 2, 2,1,1; 把這個表中的數(shù)據(jù)畫成圖，如下圖所示： I II11 250 - 200 150 100 4 50 - 0 2* 1 1 1 1 1*1- 1L 亠一,亠一 ( )24 6810121416 這個表有40個數(shù)字，從上圖中可以看到這些數(shù)據(jù)呈指數(shù)上升再衰減，正好 是呼吸燈的一個控制周期，數(shù)字的圍是0-255，即把LED的亮度分為0255個 等級。 假如我們把定時器的脈沖計數(shù)器TIMx.CNT 限設(shè)置為255，把這個表的數(shù)據(jù) 一個一個的賦到定時器的比較寄存器TIMx.CCR中，那么在每

8、個PWM周期中，當 TIMx.CNT的計數(shù)值小于比較寄存器TIMx.CCR值時，就會在通道中輸出低電平， 點亮LED。而隨著TIMx_CCR的值由LED亮度表得來，所以LED點亮的時間就會 呈圖中的曲線變化，實現(xiàn)呼吸燈的功能。 用于生成LED亮度表的MATLAB函數(shù)如下： clear; x = 0 : 8/19 : 8; up 二 2. x ; up = uint8(up); y = 8: -8/19 :0; down = 2/y ; down = uint8(down); line = 0:8/19:8,8:8/19:16 val = up , down dlmwriteC index_wa

9、ve. c, val); plotdine, val,. STEP6初始化GPIO 本設(shè)計使用PBO作為定時器PWM輸出通道，先對它初始化。作PWM輸出通道的 引腳需要被配置為復用推挽輸出模式。 static void TIM3_GPI0_Config(void) GPI0_lnitTypeDef GPI0_InitStructure; /* GPIOB clock enable */ RCC_APB2PeriphC1ockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPI0_InitStructure. GP10_Pin = GPIO_Pin_0 ; GPI0_In

10、itStructure. GPI0_Mode = GP10_Mode_AF_PP; GP10_InitStructure. GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPI0_Init(GPI0B, STEP7配置定時器的棋式 在TIM3_Mode_Config函數(shù)中，完成了呼吸燈所需要的定時器PWM輸出模式配 置，代碼如下： static void TIM3_Mode_Config(void) TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; / RC

11、C.APB1PeriphC1ockCmd(RCC.APB1Periph_TIM3, ENABLE); TIM_T i meBaseSt rue ture. TIM_Per i od = 255; TIM_TimeBaseStructure. TIM_Presca1er = 1999; TIM_TimeBaseStrueture. TIM_C1ockDivision 二 TIM_CKD_DIV1 ; TIM_TimeBaseStructure. TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up; /時基初始化 TIM_TimeBaseInit(TIM3, TIM_OCIn

12、itStructure. TIM.OCMode 二 TIM_OCMode_PWMl; TIM_OCIn i tStructure. TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; TIM_OCInitStructure. TIM_Pulse = 0; TIM_OCIn i tStructure. TIM_OCPo1ar i ty = TIM_OCPo1ar i ty_Low; TIM_OC3Init(TIM3, TIM_OC3Pre1oadConf ig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); TIM.ARRPreloadConfig(TI

13、M3, ENABLE); TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); TIM_ITConfig(TIM3,TIMT.Update, ENABLE); NVIC_Config_PW(); 定時器的模式配置主要分為三個部分，分別為時基初始化，輸出模式初始化和 中斷配置。 STEP8時基初始化 這部分主要負責配置定時器的定時周期，時鐘頻率，計數(shù)方式等。它使用 到庫函數(shù) TIM_TimeBaseInit,使用結(jié)構(gòu)體 TIM_TimeBaseInitTypeDef 進行配置 該結(jié)構(gòu)體有以下成員： 1) TIM.Period 定時周期，實質(zhì)是存儲到重載寄存器TIM.ARR的數(shù)值，脈沖計數(shù)器從0累計 到這

14、個值上溢或從這個值自減至0下溢。這個數(shù)值加然后乘以時鐘源周期就是 實質(zhì)定時器周期。 本設(shè)計向該成員賦值255 5既定時器周期為(255+1 ) *T，T為定時器的時鐘 周期。 2) TIM_Precaler 對定時器時鐘TIMxCLK的預分頻值，分頻后作為脈沖計數(shù)器TIMx.CNT的驅(qū) 動時鐘的到脈沖計數(shù)器的時鐘頻率為:Fck_cnt=Ftimx_cnt/(N+l),其中N為 既為賦給本成員的時鐘分頻值。 本設(shè)計給TIM_Preca 1 er成員賦值為1999，既對時鐘2000分頻，所以定時器 的時鐘周期T為2000/72000000 3) TIM_ClockDivision 時鐘分頻因子。要

15、注意這個TlM_ClockDivision和上面的TIM_Precaler是 不一樣的。TIM_Precaler預分頻配置是對TIMxCLK進行分頻，分頻后的時鐘被 輸入到脈沖計數(shù)器TIM.CNTTIM.ClockDivision雖然是對TIMxCLK進行分頻。 但它的分頻后的時鐘頻率為Fdts,是被輸出到定時器ETRP數(shù)字濾波器部分，會 影響濾波器的采樣速率。TIALClockDivision可被配置為1分頻、2分頻及4分 頻。ETRP數(shù)字濾波器的作用是對外部時鐘TIM.ETR進行濾波。 本設(shè)計中是使用部時鐘TIM.CLK作為定時器時鐘源，沒有進行濾波所以配 置TIM.ClockDivisi

16、on為任何數(shù)值都沒有影響。 4) TIM_CounterMode 本成員配置的為脈沖計數(shù)器TIMx_CNT的計數(shù)模式，分別為向上計數(shù)，向下 計數(shù)，及中央對齊模式，向上計數(shù)既TIMx_CNT從0向上累加到TIM_Period的 值（重載寄存器TIMx_ARR），產(chǎn)生上溢事件。向下計數(shù)既TIMx.CNT從TIM_PeCod 的值累減至0，（重載寄存器TIMx.ARR），產(chǎn)生下溢事件。而中央對齊模式向 上向下計數(shù)的合體*TIMx_CNT從0累加到TIM_Period的值減1時，產(chǎn)生一個上 溢事件，然后向下計數(shù)到1時，產(chǎn)生一個計時器下溢事件，再從0開始重新計 數(shù)。 本設(shè)計中TIM_CounterMod

17、e成員被賦值為TIM_CounterMode_up（向上計數(shù)模 式）。 填充完配置參數(shù)后，調(diào)用庫函數(shù)TIM_TimeBaseInit（）把這些控制參數(shù)寫到寄 存器中，定時器的時基就配置完成了。 STEP9輸出棋式配置 通用寄存器的輸出模式由TIM_OCLinitTypeDef類型結(jié)構(gòu)體的以下幾個成員 來設(shè)置： 1）TlM_OCMode 輸出模式配置，主要使用的為PWM1和PWM2模式。 PWM模式是:向上計數(shù)時，當TIMx_CNTTIMx_CCRn時，通道n輸出為無效電平，否則為無效電平。 PWM2模式跟PWM1模式相反。 其中的有效電平和無效電平并不是對應(yīng)地對應(yīng)高電平和低電平，也是需要配 置

18、的，由下面介紹的TIM_OCPolai*ity成員配置。 本設(shè)計使用PWM1輸出模式。 2) TIM_OutputState 配置輸出模式狀態(tài)使能或關(guān)閉或輸出。 本設(shè)計想該成員賦值為TIM_OutputState_Enable (使能輸出) 3) TIM.OCPolairty 有效電平的極性，把PWM模式中的有效電平設(shè)置為高電平或低電平。 本設(shè)計中向該成員賦值為TIM_OCPolairty_ 1 ow 因為在上面吧輸出配置為PWM1 模式，向上計數(shù)，所以在TIMx_CNT= 10) TIM3-CCR3 = i ndexWavepwm_ i ndex; pwm_i ndex+;/標志PWM表的下

19、一個元素 if( putd_index = 40) pwm_index=0; period_cnt=0; 重置周期計數(shù)標志 TIM.ClearlTPendingBit (TIM3, TIM_IT_Update);/必須要清 除中斷標志位 本中斷服務(wù)函數(shù)在每次定時器更新事件發(fā)生時執(zhí)行一次(即256個定時器時 鐘周期)。本代碼的目的是每10次定時器中斷更新一次PWM表中的數(shù)據(jù)到比較 寄存器TIMx_CCR中，當遍歷完P(guān)WM表的40個元素時，再重頭開始遍歷PWM表， 周而復始，重復LED的呼吸過程。 四 實驗現(xiàn)象 現(xiàn)展示三組呼吸過程如下圖所示： 低亮度 高亮度 中等亮度 五經(jīng)驗總結(jié) 1、初次寫完該實驗代碼后，自己的呼吸燈呼吸的過程是帶有微弱的閃爍的，并 不是想象中一般的連貫，而找了各種原因也無法找出，后來經(jīng)過自己不懈的努 力（就是每10次定時器中斷更新一次PWM表中的數(shù)據(jù)到比較寄存器TIMx.CCR 中）問題才得以解決，但具體為什么這樣改就可以，自己目前還不是徹底明白， 不過自己從中得出，在實驗中遇到困難，不要