STM32CubeMX+HAL+Keil5 PWM呼吸灯

文章目录

[1 准备材料](#1 准备材料)
[2 知识讲解](#2 知识讲解)
- [2.1 PWM 是什么](#2.1 PWM 是什么)
- [2.2 STM32 定时器产生 PWM 需要的四个关键参数](#2.2 STM32 定时器产生 PWM 需要的四个关键参数)
- [2.3 必记公式](#2.3 必记公式)
- [2.4 CNT 与 CCR 比较时的输出电平规则](#2.4 CNT 与 CCR 比较时的输出电平规则)
[3 实验](#3 实验)
- [3.1 低频 PWM 闪烁观察](#3.1 低频 PWM 闪烁观察)
- [3.2 PWM控制呼吸灯](#3.2 PWM控制呼吸灯)
- - [3.2.1 为PWM选择合适引脚](#3.2.1 为PWM选择合适引脚)
  - [3.2.2 CubeMX 配置](#3.2.2 CubeMX 配置)
  - [3.2.3 编写代码](#3.2.3 编写代码)
  - [3.2.4 硬件连接](#3.2.4 硬件连接)

1 准备材料

开发板（STM32F103C8T6）
STM32CubeMX软件（Version 6.15.0）
ST-LINK/V2 驱动
keil µVision5 IDE（MDK-Arm）

2 知识讲解

2.1 PWM 是什么

PWM（脉冲宽度调制） 是一种通过快速开关信号，并用 每个周期内高电平的时间比例 来控制平均输出电压（或亮度、速度等）的技术。

核心思想：开关速度快到人眼/负载反应不过来，只能感受到平均值。
两个关键参数 ：
- 频率：每秒开关的次数（单位 Hz）。频率越高，波动越小。
  - 频率（Hz）= 1 / 周期（秒）
  - 例如 1000 Hz → 周期 = 1/1000 秒 = 1 ms。
  - 例如 1 Hz → 周期 = 1 秒 = 1000 ms。
- 占空比：一个周期内高电平时间占整个周期的百分比。

举个 LED 例子 ：

频率 = 1000 Hz（每秒开关 1000 次），对应周期为1ms，占空比 = 50% → 每个周期内亮 0.5 ms、灭 0.5 ms，人眼看到半亮。

占空比越大，LED 越亮。

2.2 STM32 定时器产生 PWM 需要的四个关键参数

在 STM32 的通用定时器（如 TIM3）中，要产生 PWM 波形，需要配置 4 个数值：

参数	全称	作用	补充说明
PSC	Prescaler（预分频器）	控制每数一步的时间（计数时钟频率）	PSC 越大，每步时间越长，频率越低
ARR	Auto Reload Register（自动重装载值）	一个 PWM 周期内计数多少步	步数 = ARR+1，决定占空比分母
CCR	Capture/Compare Register（捕获/比较寄存器）	决定占空比	与 CNT 比较，决定输出有效电平的步数（极性 High 时有效电平为高电平）
占空比	Duty Cycle	实际效果：高电平时间 / 周期时间	CCR / (ARR+1)

注意：ARR 和 CCR 都是寄存器 ，通过 CubeMX 设置 ARR，通过 __HAL_TIM_SET_COMPARE 设置 CCR。

2.3 必记公式

PWM 频率 = 定时器时钟源频率 ÷ ( 预分频器 PSC + 1) ÷ ( 自动重装载值 ARR + 1)
占空比 = CCR ÷ (ARR + 1)

2.4 CNT 与 CCR 比较时的输出电平规则

在 STM32 定时器的 PWM 模式中，极性仅仅反转有效电平的定义：

CNT为定时器计数器值

极性设置	CNT< CCR	CNT ≥ CCR
High（高电平有效）	输出高电平	输出低电平
Low（低电平有效）	输出低电平	输出高电平

本次实验中使用极性 High，因此 CCR 越大，高电平时间越长，LED 越亮。

3 实验

3.1 低频 PWM 闪烁观察

目的：把 PWM 频率降低到人眼能分辨的范围（< 10 Hz），亲眼看到LED 在一个周期内"先亮后灭"（或"先灭后亮"）的完整过程，从而直观理解占空比 = 亮的时间 / 周期 的含义。

本次以1Hz为例

PWM 频率 = 定时器时钟源频率 ÷ ( 预分频器 PSC + 1) ÷ ( 自动重装载值 ARR + 1)

PSC = 35999 → PSC+1 = 36000

ARR = 1999 → ARR+1 = 2000

频率 = 72,000,000 ÷ 36000 ÷ 2000 = 1 Hz

周期 = 1 秒 = 1000 毫秒

系统时钟（定时器时钟源）	72MHz 1M = 1000千
PSC	35999
ARR	1999

占空比 = CCR ÷ (ARR + 1)

__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 1000); 这个函数的作用是：设置定时器 TIM3 的通道 1 的比较值（也就是占空比的控制值）为 1000 其中占空比比例为 1000 /（ARR+1）=1000 / （1999+1）= 50%

即可以肉眼观察到led亮0.5s，灭0.5s的过程

可以尝试修改 CCR 为 500（25% 占空比）或 1500（75% 占空比），观察亮灭时间的变化。

3.2 PWM控制呼吸灯

3.2.1 为PWM选择合适引脚

第一步：查看数据手册中的引脚定义表

关键点 ：在 "默认复用功能" 列中，如果某个引脚标注了 TIMx_CHy（比如 TIM3_CH1），就表示它可以作为定时器 TIM3 的通道 y 输出 PWM。

第二步：理解命名规则

TIMx：定时器编号，如 TIM1、TIM2、TIM3、TIM4 等。
CHy：通道编号，每个定时器通常有 1~4 个通道（CH1~CH4）。

例如 TIM3_CH1 表示：定时器 3 的通道 1。

第三步：确认定时器时钟来源

不同的定时器挂在不同的总线上：

TIM2、TIM3、TIM4 挂在 APB1 总线上
TIM1、TIM8 挂在 APB2 总线上

本次我们使用引脚PA6演示

3.2.2 CubeMX 配置

新建工程：打开 STM32CubeMX，选择你的 MCU 型号（如 STM32F103C8T6）
配置调试接口：进入 Pinout & Configuration 视图，点击 SYS，Debug 选择 Serial Wire（避免 JTAG 引脚冲突影响调试）
配置时钟源：点击 RCC，High Speed Clock (HSE) 选择 Crystal/Ceramic Resonator
配置时钟树：将 HCLK 设为 72MHz（STM32F103 最高主频），系统会自动计算各总线分频
配置 TIM3 PWM 输出：
- 在 Pinout 视图中找到 PA6 引脚，点击选择 TIM3_CH1
- 点击 TIM3，勾选 Channel 1 为 PWM Generation CH1
- Clock Source 选择 Internal Clock
- Parameter Settings 中配置：
  - Prescaler：71（预分频值）
  - Counter Mode：Up（向上计数）
  - Counter Period：999（自动重装载值 ARR）
  - Auto-reload preload：Enable
- PWM Generation Channel 1 中配置：
  - Mode：PWM mode 1
  - Pulse：0（初始占空比）
  - CH Polarity：High（高电平有效）
PWM 频率计算公式：频率 = 72MHz / (Prescaler+1) / (Counter Period+1) = 72000000 / 72 / 1000 = 1000Hz
配置 GPIO ：CubeMX 会自动将 PA6 设为复用推挽输出模式，无需手动调整
生成代码：
- Project Manager 中设置工程名、保存路径、Toolchain/IDE（如 MDK-ARM）
- 勾选 "Generate peripheral initialization as a pair of '.c/.h' files"
- 点击 GENERATE CODE

3.2.3 编写代码

在生成的工程中，找到 main.c，在 /* USER CODE BEGIN */ 和 /* USER CODE END */ 注释块之间添加代码，注意不要写在注释块外面，否则重新生成代码时会被覆盖。

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 0 */
uint16_t dutyCycle = 0;      // 占空比变量
uint8_t direction = 1;       // 1=渐亮, 0=渐暗
/* USER CODE END 0 */

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 2 */
// 启动 TIM3 通道 1 的 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
/* USER CODE END 2 */

c 复制代码

/* USER CODE BEGIN 3 */
while (1)
{
    // 逐渐改变占空比，实现呼吸效果
    if (direction == 1)      // 渐亮
    {
        dutyCycle += 5;
        if (dutyCycle >= 990)  // 到达最亮后切换方向
        {
            dutyCycle = 990;
            direction = 0;
        }
    }
    else                     // 渐暗
    {
        dutyCycle -= 5;
        if (dutyCycle <= 10)   // 到达最暗后切换方向
        {
            dutyCycle = 10;
            direction = 1;
        }
    }
    
    // 设置比较寄存器值，改变占空比
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, dutyCycle);
    
    HAL_Delay(7);           // 控制呼吸速度
}
/* USER CODE END 3 */

代码说明：定时器的自动重装载值 ARR 设置为 999，因此 dutyCycle 取值范围为 0 到 999，对应占空比 0% 到 100%。这里设置 dutyCycle 范围为 10 到 990，保留一定的亮暗余量，避免 LED 完全熄灭或过亮。

3.2.4 硬件连接

组件	连接点
STM32 PA6 引脚	限流电阻一端
限流电阻（220Ω~1kΩ）另一端	LED 正极（阳极）
LED 负极（阴极）	GND

最终效果如下：

组件	连接点
STM32 PA6 引脚	限流电阻一端
限流电阻（220Ω~1kΩ）另一端	LED 正极（阳极）
LED 负极（阴极）	GND

最终效果如下：