合肥中科深谷嵌入式项目实战——人工智能与机械臂（六）

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作者：爱吃饼干的小白鼠。Python领域优质创作者，2022年度博客新星top100入围，荣获多家平台专家称号。

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合肥中科深谷嵌入式项目实战——人工智能与机械臂（五）

🌟 最近更新

⭐️硬件PWM驱动呼吸灯

🌟PWM

🌟PWM原理

🌟pwm驱动呼吸灯

🌟什么是呼吸灯

🌟代码实现

🌟pwm.h文件

🌟pwm.c文件

🌟main.c文件

⭐️总结

⭐️硬件PWM驱动呼吸灯

我们前面和大家介绍了定时器原理和按键消抖的相关知识，今天，我们来说说硬件PWM驱动呼吸灯，下一篇，会介绍舵机的控制。

🌟PWM

我们既然学习硬件PWM驱动呼吸灯，那么什么是PWM呢。

PWM是Pulse Width Modulation的缩写，中文意思就是脉冲宽度调制，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，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最广泛应用的控制方式。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。 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，实现对一个模拟信号的电平进行编码，这个编码信号在范围上在0（包含0）到最大值（在更高位分辨率的情况下可以是小数）之间变化。具体来说，PWM是一种周期性重复的模拟信号，它通过调节开关的占空比来控制输出电平。

🌟PWM原理

以STM32单片机为例，其IO口只能输出高电平和低电平。

假设高电平为5V、低电平则为0V，那么要输出不同的模拟电压就要用到PWM。通过改变IO口输出的方波的占空比，从而获得使用数字信号模拟成的模拟电压信号。

电压是以一种脉冲序列被加到模拟负载上去的，接通时是高电平1，断开时是低电平0。接通时直流供电输出，断开时直流供电断开。通过对接通和断开时间的控制，理论上来讲，可以输出任意不大于最大电压值5V的模拟电压。

🌟pwm驱动呼吸灯

🌟什么是呼吸灯

在人眼辨识能力范围内，调节LED亮的时间，达到LED灯的亮度不同。例：给低电平LED就亮，如果一个脉冲中全是低电平那么LED最亮，如果一个脉冲一半是高电平，一半是低电平，那么LED就显得有点暗，这样调整脉冲中的高低电平的比例就可以达到LED的亮度调节。

通俗一点讲就是： LED灯逐渐由暗变亮，接着由亮变暗。

一般人眼睛对于80Hz以上刷新频率则完全没有闪烁感，那么我们平时见到的LED灯，当它的频率大于50Hz的时候，人眼就会产生视觉暂留效果，基本就看不到闪烁了，而是误以为是一个常亮的LED灯。

由于频率很高时看不到闪烁，占空比越大LED越亮，占空比越小LED越暗。所以，在频率一定时，可以用不同占空比改变LED灯的亮度，使其达到一个呼吸灯的效果。

🌟代码实现

总体思路：

开启时钟，开启定时器时钟和GPIO时钟。
初始化时基单元。初始化ARR和PSC的值。
初始化GPIO，PWM要通过GPIO输出，配置GPIO。
初始化输出比较模块。选择通道，初始化输出比较结构体。
启动定时器。启动后就开始输出PWM波形了。

🌟pwm.h文件

#ifndef __PWM_H_
#define __PWM_H_
#include "stm32f4xx.h"void Pwm_Init(void);#endif

这段代码的目的是声明一个函数Pwm_Init（），以供其他C文件使用，并在包含此头文件的任何源文件中都可用。

🌟pwm.c文件

#include "pwm.h"void Pwm_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef  	GPIO_InitStruct;TIM_OCInitTypeDef 	TIM_OCInitStruct;TIM_TimeBaseInitTypeDef  TIM_TimeBaseInitStruct;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM14,ENABLE);//初始化GPIOF组时钟RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//初始化PF10引脚GPIO_InitStruct.GPIO_Pin 	= GPIO_Pin_9;  		//引脚10 LED1GPIO_InitStruct.GPIO_Mode 	= GPIO_Mode_AF;		//复用GPIO_InitStruct.GPIO_Speed	= GPIO_Speed_50MHz; //速度GPIO_InitStruct.GPIO_OType	= GPIO_OType_PP; 	//推挽GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd	= GPIO_PuPd_UP;  	//上拉GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_InitStruct);	//3、引脚功能映射GPIO_PinAFConfig(GPIOF,GPIO_PinSource9,GPIO_AF_TIM14); //4、初始化定时器，配置ARR,PSC。TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Prescaler	= 84-1; 	//分频系统  84MHZ/84 = 1MHZ  每秒数1000 000数 1us数一个数 TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_Period		= 500-1; 	//重装值 500数，用时500usTIM_TimeBaseInitStruct.TIM_CounterMode	= TIM_CounterMode_Up; //向上计数TIM_TimeBaseInitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1; TIM_TimeBaseInit(TIM14,&TIM_TimeBaseInitStruct);		TIM_OCInitStruct.TIM_OCMode		=  TIM_OCMode_PWM1; 	  //PWM1模式TIM_OCInitStruct.TIM_OutputState=  TIM_OutputState_Enable;//输出使能TIM_OCInitStruct.TIM_OCPolarity =  TIM_OCPolarity_Low; 	  //极性低TIM_OC1Init(TIM14,&TIM_OCInitStruct);TIM_OC1PreloadConfig(TIM14, TIM_OCPreload_Enable); 	TIM_ARRPreloadConfig(TIM14,ENABLE);	//7、使能定时器。TIM_Cmd(TIM14,ENABLE);
}

我们这里是初始化一个PWM（脉宽调制）信号的函数，它使用STM32F4系列微控制器的TIM14定时器，并设置了一个LED连接到GPIOF的第9引脚。

🌟main.c文件

#include "stm32f4xx.h"
#include "led.h"
#include "pwm.h"//延时
void delay_ms(int ms)
{int i,j;for(i=0; i<ms; i++)for(j=0; j<10000;j++);
}//主函数
int main(void)
{int i;NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);LED_Init();//初始化LEDPwm_Init();//设置定时器4输出PWMwhile(1){//从暗到亮for(i=1; i<499; i++){TIM_SetCompare1(TIM14,i);delay_ms(20);}//从亮到暗for(i=499; i>0; i--){TIM_SetCompare1(TIM14,i);delay_ms(20);}}return 0;
}

这里的代码就比较简单了，我们先初始化灯，然后初始化PWM，在while里面实现呼吸灯效果，先从暗到灭，然后，从灭到亮。

⭐️总结

了解呼吸灯的工作原理：呼吸灯通常使用LED作为光源，通过控制LED的亮度变化来模拟呼吸的效果。为了实现这一效果，可以使用PWM（脉冲宽度调制）来控制LED的亮度。
选择合适的PWM引脚：选择一个具有PWM功能的GPIO引脚来控制呼吸灯。在STM32F4系列微控制器中，通常使用TIM14定时器来实现PWM。
配置GPIO引脚和定时器：在代码中，需要配置GPIOF的第9引脚为TIM14的通道，并初始化TIM14定时器，设置PWM的频率和占空比。
控制呼吸灯的亮度：通过改变PWM的占空比，可以控制LED的亮度。占空比越高，LED越亮；占空比越低，LED越暗。
实现呼吸效果：通过在程序中动态调整PWM的占空比，使LED的亮度从最大值逐渐降低到最小值，然后再逐渐恢复到最大值，从而模拟呼吸的效果。

总结起来，完成硬件PWM驱动呼吸灯项目需要了解呼吸灯的工作原理、选择合适的PWM引脚、配置GPIO引脚和定时器、控制呼吸灯的亮度、实现呼吸效果等方面的知识和技能。