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PWM 驱动 LED ​

Author：余生

一、基本原理 ​

PWM 基本原理 ​

想象一下，你有一个灯，只能通过 “快速开关” 来控制它的亮度。你开一秒、关一秒，灯看起来就是半亮的。如果你开的时间更短，关的时间更长，灯看起来就更暗。

PWM（Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制）就是这个 “快速开关” 的技术。

它是怎么工作的？ ​

PWM 输出的是一个方波信号，也就是电压在高（比如 3.3V）和低（0V）之间来回切换。

它有两个关键参数：

  1. 频率（Frequency）：每秒开关多少次。
    1. 比如频率是 1kHz，就是每秒开关 1000 次，人眼根本看不出来闪烁。
    2. 频率一般固定不变。
  2. 占空比 **（Duty Cycle）**：在一个周期里，“高电平” 占的时间比例。
    1. 比如占空比 50%：一半时间开，一半时间关 → 灯半亮。
    2. 占空比 80%：80% 时间开，20% 时间关 → 灯很亮。
    3. 占空比 20%：灯就比较暗。

简单记：占空比越大，平均电压越高，灯越亮（或电机越快）。

举个生活例子 ​

你用花洒 watering 花，不能调水量，只能 “开一秒、关一秒” 来控制浇水量。

  • 开 1 秒、关 1 秒 → 平均浇了一半的水（50% 占空比）
  • 开 3 秒、关 1 秒 → 浇得多（75% 占空比）
  • 开得越久，花得到的水越多。

PWM 就是这个道理，只不过开关速度非常非常快！

在 STM32 里怎么用？ ​

STM32 的定时器（Timer）可以生成 PWM 信号。你只需要：

  1. 设置好频率（比如 1kHz）
  2. 设置占空比（比如 50%）
  3. STM32 就会自动从某个引脚输出 PWM 波

比如控制 LED 亮度、电机转速、舵机角度等，都靠它！

二、硬件连接 ​

三、代码编写 ​

先新建文件

PWM.h ​

cpp
#ifndef __PWM_H
#define __PWM_H

void PWM_Init(void);
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare);

#endif

PWM.c ​

cpp
#include "stm32f10x.h"  // Device header

void PWM_Init(void) {
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    //        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    //        GPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);
    //        GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;  // GPIO_Pin_15;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    TIM_InternalClockConfig(TIM2);

    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;     // ARR
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1;  // PSC
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;  // CCR
    TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare) { TIM_SetCompare1(TIM2, Compare); }

这个函数是干啥的？ ​

配置一个定时器（TIM2），让它产生一个 PWM 信号，从 PA0 引脚输出。

这个 PWM 信号可以用来控制一些外部设备，比如调节 LED 的亮度、电机的速度等。

详细解析 ​

1. 打开时钟电源 ​

cpp
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

类比：

“我要用 TIM2 定时器和 GPIOA，请给它们通电！”

  • RCC_APB1Periph_TIM2 是 TIM2 定时器的时钟
  • RCC_APB2Periph_GPIOA 是 GPIOA 端口的时钟

2. 配置 GPIOA 的 PA0 为复用推挽输出模式 ​

cpp
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; // 复用推挽输出
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;       // 使用PA0引脚
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

意思是：

把 PA0 引脚设置为 “复用推挽输出”，专门用来输出 TIM2 产生的 PWM 信号。

复用推挽输出：允许定时器控制该引脚的高低电平。

3. 初始化定时器 TIM2 的基本参数 ​

cpp
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 100 - 1;   // ARR = 99
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 720 - 1; // PSC = 719
TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;
TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

计算定时器频率：

  • STM32 主频：72MHz
  • 分频器（PSC）：719 → 72MHz / (719 + 1) = 100kHz
  • 自动重装载值（ARR）：99 → 100kHz / (99 + 1) = 1kHz

这意味着 定时器每 1ms 溢出一次，也就是 PWM 信号的周期是 1ms。

4. 配置 PWM 模式 ​

cpp
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
TIM_OCStructInit(&TIM_OCInitStructure);
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;  // CCR = 0
TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);

关键参数解释：

  • TIM_OCMode_PWM1 ：选择 PWM 模式 1（上升沿对齐）
  • TIM_OCPolarity_High ：输出极性为高电平有效
  • TIM_OutputState_Enable ：使能输出
  • TIM_Pulse = 0 ：初始占空比为 0%

PWM 模式 1：在每个周期开始时输出低电平，到达 CCR 值时切换为高电平，直到周期结束。

5. 启动定时器 ​

cpp
TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);

意思是：

“启动定时器 TIM2，开始计数！”

6. 设置占空比的函数 ​

cpp
void PWM_SetCompare1(uint16_t Compare)
{
    TIM_SetCompare1(TIM2, Compare);
}

这是一个方便的函数，用来动态调整 PWM 的占空比。

  • Compare 值决定了高电平持续的时间。
  • 最大值为 ARR（99），所以占空比 = Compare / ARR * 100%

例如：

  • 如果 Compare = 50 ，则占空比为 50/99 ≈ 50%
  • 如果 Compare = 99 ，则占空比为 99/99 = 100%

总结 ​

定时器 + PWM 就像一个自动开关灯的装置：

  1. 定时器决定灯亮灭的周期（比如 1ms）
  2. PWM 决定每次亮多久（占空比）
  3. 通过改变 CCR 值，你可以调整灯亮的时间比例

实际效果 ​

假设你调用了 PWM_SetCompare1(50); ，那么：

  • 周期：1ms（由 ARR=99 决定）
  • 占空比：50/99 ≈ 50%
  • 实际输出：PA0 引脚上会有 50% 时间是高电平，50% 时间是低电平

如果你把 Compare 改成其他值，比如 25 或 75 ，就能看到不同的占空比效果。

注意 ​

  • 占空比 = CCR / ARR * 100%
  • 周期 = (PSC + 1) * (ARR + 1) / fclk ，其中 fclk 是定时器的输入频率（这里是 72MHz）
  • 注意：如果想控制 LED 亮度或电机速度，可以通过改变 Compare 值来实现平滑调节

如果你想继续做：

  • 用按键调节 PWM 占空比
  • 结合 ADC 读取传感器值控制 PWM 输出
  • 显示当前占空比到 OLED 屏幕上

main.c ​

cpp
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "PWM.h"
#include "stm32f10x.h"  // Device header

uint8_t i;

int main(void) {
    OLED_Init();
    PWM_Init();

    while (1) {
        for (i = 0; i <= 100; i++) {
            PWM_SetCompare1(i);
            Delay_ms(10);
        }
        for (i = 0; i <= 100; i++) {
            PWM_SetCompare1(100 - i);
            Delay_ms(10);
        }
    }
}

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