STM32 PWM呼吸灯实现详解（附完整工程代码）_stm32呼吸灯代码

STM32 PWM呼吸灯实现详解（附完整工程代码）

摘要：本文基于STM32的PWM技术实现LED呼吸灯效果，通过动态调节占空比控制LED亮度渐变。使用STM32CubeMX配置定时器TIM2，结合HAL库开发，完整解析硬件设计、软件实现及参数计算过程。

目录

1. 硬件设计原理
2. 软件实现关键代码
   • 系统时钟配置
   • TIM2初始化
   • GPIO配置
   • 主程序逻辑
3. 关键参数计算
4. 实验现象分析
5. 问题与优化方案
6. 总结与源码获取

一、硬件设计原理

1. 核心器件

   • 主控芯片：STM32F103C8T6（Cortex-M3内核，72MHz主频）
   • LED电路：PA0（TIM2_CH1）驱动LED，串联220Ω限流电阻
   • 时钟系统：8MHz外部晶振（HSE）通过PLL倍频

2. PWM呼吸灯原理
   利用脉冲宽度调制改变LED有效电压：
   V e f f = T o n T × V c c V_{eff} = \\frac{T_{on}}{T} \\times V_{cc} Veff​=TTon​​×Vcc​
   占空比从0%→100%→0%循环变化，实现LED渐亮渐灭的\"呼吸\"效果。

二、软件实现关键代码

1. 系统时钟配置（72MHz）

// main.c 中 SystemClock_Config()RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9; // HSE(8MHz)*9=72MHzRCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2; // APB1时钟36MHz

2. TIM2初始化（100Hz PWM）

// tim.c 中 MX_TIM2_Init()htim2.Init.Prescaler = 360-1; // 预分频360htim2.Init.Period = 2000-1; // 自动重载值2000// PWM频率 = 72MHz / (360*2000) = 100HzsConfigOC.Pulse = 200; // 通道1初始占空比10%sConfigOC.Pulse = 600; // 通道2初始占空比30%

3. GPIO配置（PWM输出模式）

// tim.c 中 HAL_TIM_MspPostInit()GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1; // PA0(通道1), PA1(通道2)GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP; // 复用推挽输出HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

4. 主程序动态调节占空比

// main.c 中主循环while (1) { HAL_Delay(100);  // 每100ms更新一次 pwm_value += step;  // 步进值±100 if(pwm_value==0) step = 100; // 到达最小值反转 if(pwm_value==2000) step = -100; // 到达最大值反转 user_pwm_setvalue(pwm_value); // 更新占空比}// PWM设置函数void user_pwm_setvalue(uint16_t value) { sConfigOC.Pulse = value; // 设置新占空比 HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1); // 需重启通道生效}

三、关键参数计算

1. PWM周期计算：
   T = ( P r e s c a l e r + 1 ) × ( P e r i o d + 1 ) S Y S C L K = 360 × 2000 72 × 10 6 = 0.01 s = 10 m s T = \\frac{(Prescaler+1) \\times (Period+1)}{SYSCLK} = \\frac{360 \\times 2000}{72 \\times 10^6} = 0.01s = 10ms T=SYSCLK(Prescaler+1)×(Period+1)​=72×106360×2000​=0.01s=10ms

2. 占空比调节特性：

   参数 值 说明 周期 2000 计数器最大值 最小步进 100 占空比变化分辨率5% 亮度变化周期 4秒 0→2000→0共40步

四、实验现象分析

1. 通道1（PA0）呼吸效果：

   • 上电初始亮度10%
   • 每100ms亮度增加5%，2秒达最亮
   • 每100ms亮度减少5%，2秒回最暗
   • 循环周期4秒

2. 通道2（PA1）状态：

   • 保持初始化30%占空比常亮
   • 因未在循环中更新，亮度恒定

五、问题与优化方案

1. 现存问题

• 通道2不受控：主循环仅更新通道1占空比
• 效率问题：每次更新都调用ConfigChannel+Start导致资源浪费
• 通道干扰：修改通道1配置时通道2参数被重置

2. 优化方案

// 优化后的PWM设置函数void user_pwm_setvalue(uint16_t ch1_val, uint16_t ch2_val) { // 直接修改CCR寄存器避免重新配置 TIM2->CCR1 = ch1_val; // 通道1捕获比较值 TIM2->CCR2 = ch2_val; // 通道2捕获比较值}// 主循环调整pwm_value += step;user_pwm_setvalue(pwm_value, 600); // 通道2固定30%

3. 参数改进建议

// 更平滑的呼吸效果#define PWM_MAX 2000 // 最大计数值#define PWM_STEP 20 // 步进值减至1%变化率HAL_Delay(20); // 更新间隔缩短至20ms

六、总结

实现要点总结

1. 时钟配置：HSE→PLL倍频→72MHz系统时钟
2. 定时器设置：
   • 预分频器：360-1
   • 自动重载值：2000-1
   • PWM模式1，高电平有效
3. 动态调光算法：线性增减CCR值实现渐变

知识延伸

• 可扩展多路PWM控制RGB彩灯
• 加入ADC采集实现光强反馈控制
• 使用DMA自动更新PWM参数

完整工程源码
GitHub仓库链接
包含STM32CubeMX配置文件和Keil工程

参考文献
[1] STM32F10xxx参考手册（RM0008）
[2] STM32CubeMX用户手册
[3] 野火《STM32库开发实战指南》