文章目录
- 摘要
- 1. 引言
- 1.1 呼吸灯应用场景
- 1.2 PWM技术原理
- 2. 硬件准备
- 2.1 所需材料清单
- 2.2 STM32引脚分配
- 2.3 连接示意图
- 3. 开发环境搭建
- 3.1 软件安装步骤
- 3.2 CubeMX关键配置
- 4. PWM配置详解
- 4.1 定时器参数计算
- 5. 代码实现
- 5.1 文件结构
- 5.2 核心代码：`main.c`
- 5.3 PWM初始化：`tim.c`
- 6. 烧录与调试
- 6.1 烧录流程
- 6.2 常见问题解决
- 7. 优化
- 7.1高级优化方案
- 8. 技术图谱总结
摘要
本文详细讲解如何使用STM32的PWM功能实现呼吸灯效果，涵盖硬件连接、CubeMX配置、代码编写及调试技巧，通过定时器控制LED亮度渐变，提供完整可复现的嵌入式开发案例。
1. 引言
1.1 呼吸灯应用场景
呼吸灯通过亮度平滑变化模拟呼吸节奏，广泛应用于设备状态指示（如手机通知）、装饰照明等领域。其核心是通过PWM（脉冲宽度调制）控制LED的导通时间。
1.2 PWM技术原理
PWM通过调节脉冲占空比（高电平时间占总周期的比例）控制平均电压输出。公式为：
V_avg = (t_on / T) × V_cc其中：
t_on：高电平时间T：PWM周期V_cc：电源电压
2. 硬件准备
2.1 所需材料清单
| 组件 | 规格 | 数量 |
|---|---|---|
| STM32开发板 | STM32F103C8T6 | 1 |
| LED灯 | 5mm 红色 | 1 |
| 电阻 | 220Ω | 1 |
| 杜邦线 | 20cm | 若干 |
2.2 STM32引脚分配
| 功能 | 引脚 | 复用功能 |
|---|---|---|
| PWM输出 | PA8 | TIM1_CH1 |
| LED阳极 | 通过电阻接PA8 | - |
| LED阴极 | GND | - |
2.3 连接示意图
3. 开发环境搭建
3.1 软件安装步骤
- 下载Keil MDK5（官网链接）
- 安装STM32CubeMX（ST官网）
- 安装ST-Link驱动
3.2 CubeMX关键配置
4. PWM配置详解
4.1 定时器参数计算
目标：100Hz PWM频率，72MHz系统时钟
计算步骤：
预分频值 = 时钟频率 / (计数器周期 * PWM频率) - 1 = 72,000,000 / (1000 * 100) - 1 = 71CubeMX设置：
- Prescaler: 71
- Counter Period: 999 (ARR值)
- Pulse: 初始占空比0
5. 代码实现
5.1 文件结构
Breathing_LED/ ├── Core/ │ ├── Src/ │ │ ├── main.c # 主程序 │ │ └── tim.c # 定时器配置 ├── Drivers/ └── STM32F103C8Tx_FLASH.ld # 链接脚本5.2 核心代码：main.c
/* 文件名：main.c */#include"main.h"#include"tim.h"TIM_HandleTypeDef htim1;// TIM1句柄intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_TIM1_Init();HAL_TIM_PWM_Start(&htim1,TIM_CHANNEL_1);// 启动PWMuint16_tduty=0;// 当前占空比int8_tdir=1;// 方向：1递增，-1递减while(1){HAL_Delay(10);// 10ms更新一次// 更新占空比值if(dir==1){if(++duty>=1000)dir=-1;}else{if(--duty==0)dir=1;}// 更新PWM脉宽__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1,TIM_CHANNEL_1,duty);}}5.3 PWM初始化：tim.c
/* 文件名：tim.c */voidMX_TIM1_Init(void){TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig={0};TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig={0};TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC={0};htim1.Instance=TIM1;htim1.Init.Prescaler=71;// 预分频值htim1.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;htim1.Init.Period=999;// 自动重装载值htim1.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;HAL_TIM_Base_Init(&htim1);// PWM配置sConfigOC.OCMode=TIM_OCMODE_PWM1;sConfigOC.Pulse=0;// 初始占空比sConfigOC.OCPolarity=TIM_OCPOLARITY_HIGH;sConfigOC.OCFastMode=TIM_OCFAST_DISABLE;HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1,&sConfigOC,TIM_CHANNEL_1);HAL_TIM_MspPostInit(&htim1);}6. 烧录与调试
6.1 烧录流程
6.2 常见问题解决
| 问题现象 | 解决方案 |
|---|---|
| LED不亮 | 检查PA8-GND电压是否变化 |
| 亮度不渐变 | 确认HAL_Delay()是否生效 |
| 呼吸频率过快 | 增大HAL_Delay()参数 |
7. 优化
7.1高级优化方案
- 使用正弦波表实现更自然的亮度变化：
constuint16_tsine_table[100]={/* 预计算值 */};duty=sine_table[counter++%100];- 启用DMA自动更新占空比，减少CPU占用
8. 技术图谱总结
通过本教程，您已掌握：
- PWM原理及定时器配置方法
- STM32CubeMX可视化开发流程
- 呼吸灯算法实现技巧
- 嵌入式系统调试关键
