基于stm32的呼吸燈課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)下載

ID:363691 · 發(fā)表于 2018-7-3 09:45

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

課題名稱(chēng)：基于stm32的呼吸燈設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

學(xué) 院：機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院

專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械電子工程 3班

設(shè)計(jì)成員：胡*

學(xué) 號(hào)：201530300139

指導(dǎo)老師：張*

日期： 2018年6月20日

一、呼吸燈簡(jiǎn)介2

二、 PWM呼吸燈原理3

1.PWM簡(jiǎn)介3

2.PWM程序編寫(xiě)5

三、呼吸燈的設(shè)計(jì)9

1.程序設(shè)計(jì)9

2. 呼吸燈電路圖設(shè)計(jì)14

3.呼吸燈實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖 14

四、結(jié)論與心得15

五、參考文獻(xiàn)16

基于stm32的呼吸燈

1、呼吸燈簡(jiǎn)介

呼吸燈是指燈光在微電腦的控制之下完成由亮到暗的逐漸變化，感覺(jué)好像是人在呼吸。其廣泛應(yīng)用于手機(jī)之上，并成為各大品牌新款手機(jī)的賣(mài)點(diǎn)之一，起到一個(gè)通知提醒的作用。當(dāng)你的手機(jī)里面有未處理的通知，比如說(shuō)未接來(lái)電，未查收的短信等等，呼吸燈就會(huì)由暗到亮的變化，像呼吸一樣那么有節(jié)奏，起到一個(gè)通知提醒的作用。

要使用數(shù)字器件控制燈光的強(qiáng)弱，我們很自然就想到PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)。假如以L(fǎng)ED作為燈光設(shè)備，且由控制器輸出的PWM信號(hào)可以直接驅(qū)動(dòng)LED，PWM信號(hào)中的低電平可點(diǎn)亮LED燈。由于視覺(jué)暫留效應(yīng)，人眼可以看不到LED燈的閃爍現(xiàn)象，反應(yīng)到人眼中的是亮度的差別，因此我們需要LED以較高的頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)（亮滅）切換。因此我們可以使用高頻率的PWM信號(hào)，通過(guò)調(diào)制信號(hào)的占空比，控制LED燈的亮度。根據(jù)以上思路，根據(jù)上課和實(shí)驗(yàn)所學(xué)知識(shí)利用PWM實(shí)現(xiàn)呼吸燈設(shè)計(jì)。

2、PWM呼吸燈原理1.PWM簡(jiǎn)介

Pulse Width Modulation: 脈沖寬度調(diào)制(PWM)

脈沖：頻率，方波

脈沖寬度：占空比，高電平的寬度：在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)，高電平所占比例

頻率與周期：f = 1/T f:頻率（主頻） T：周期

脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就是對(duì)脈沖寬度的控制，PWM原理如圖：

圖中，我們假定定時(shí)器工作在向上計(jì)數(shù)PWM模式，且當(dāng)CNT<CCRx時(shí)，輸出0，CNT>=CCRx時(shí)輸出1。那么就可以得到如上的PWM示意圖：當(dāng)CNT值小于CCRx的時(shí)候IO輸出低電平(0)，當(dāng)CNT值大于等于CCRx的時(shí)候，IO輸出高電平(1)，當(dāng)CNT達(dá)到ARR值的時(shí)候，重新歸零，然后重新向上計(jì)數(shù)，依次循環(huán)。改變CCRx的值，就可以改變PWM輸出的占空比，改變ARR的值，就可以改變PWM輸出的頻率，這就是PWM輸出的原理。

控制PWM的三個(gè)寄存器：捕獲/比較模式寄存器（TIMx_CCMR1/2），捕獲/比較使能寄存器（TIMx_CCER），捕獲/比較寄存器（TIMx_CCR1~4）。這三個(gè)寄存器針對(duì)不同的定時(shí)器不同的輸出模式設(shè)置各不相同。

本次實(shí)驗(yàn)主要用到捕獲/比較寄存器（ TIMx_CCR1~4），該寄存器總共有 4 個(gè)，對(duì)應(yīng) 4 個(gè)輸通道 CH1~4。

TIMX_CCR包括捕獲輸入部分（數(shù)字濾波、多路復(fù)用和預(yù)分頻器）和比較輸出部分（比較器和輸出控制）。

捕獲輸入。在輸入時(shí)，捕獲/比較寄存器TIMx_CCR被用于黨捕獲（存儲(chǔ)）輸入脈沖在電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)加載脈沖計(jì)數(shù)器TIMx_CNT的當(dāng)前計(jì)數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)脈沖的頻率測(cè)量。
比較輸出。在輸出時(shí)，捕獲/比較寄存器TIMx_CCR用來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)脈沖數(shù)值，把這個(gè)數(shù)值與脈沖計(jì)數(shù)器TIMx_CNT的當(dāng)前計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行不同的電平輸出。

在輸出模式下，該寄存器的值與 CNT 的值比較，根據(jù)比較結(jié)果產(chǎn)生相應(yīng)動(dòng)作。通過(guò)修改這個(gè)寄存器的值，就可以控制 PWM 的輸出脈寬了。在呼吸燈設(shè)計(jì)過(guò)程中使用的是 TIM3的通道 1和2，需要修改 TIM3_CCR2 以實(shí)現(xiàn)脈寬控制 A6和A7的亮度。

2.PWM程序編寫(xiě)1）開(kāi)啟TIM3和GPIO時(shí)鐘，配置PA6、PA7選擇復(fù)用功能AF9（TIM3）輸出。

RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); //使能定時(shí)器TIM3時(shí)鐘

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能引腳PA6和PA7的時(shí)鐘

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //選擇輸出模式為復(fù)用推挽輸出

2）初始化TIM3，設(shè)置TIM3的ARR和PSC等參數(shù)。

在開(kāi)啟了 TIM3 的時(shí)鐘之后，要設(shè)置 ARR 和 PSC 兩個(gè)寄存器的值來(lái)控制輸出 PWM 的周期。當(dāng) PWM 周期太慢（低于 50Hz）的時(shí)候，就會(huì)明顯感覺(jué)到閃爍了。因此， PWM 周期在這里不宜設(shè)置的太小。這在庫(kù)函數(shù)是TIM_TimeBaseInit 函數(shù)實(shí)現(xiàn)的，調(diào)用的格式為：

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1000-1; //設(shè)置自動(dòng)重裝載寄存器周期的值。

TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=0; //設(shè)置用來(lái)作為T(mén)IMx時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻數(shù)。

TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時(shí)鐘分割。

TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //選擇計(jì)數(shù)器模式，向上計(jì)數(shù)。

TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure); //將設(shè)置好的參數(shù)初始化。

3）設(shè)置TIM3_CHX的PWM模式，使能TIM3的輸出。

要設(shè)置 TIM3_CH2 為 PWM 模式（默認(rèn)是凍結(jié)的），因?yàn)?LED是低電平亮，而當(dāng) CCR2 的值小的時(shí)候，D9 就暗，CCR2 值大的時(shí)候， D9 就亮，所以通過(guò)配置 TIM3_CCMR1 的相關(guān)位來(lái)控制 TIM3_CH2 的模式。在庫(kù)函數(shù)中，PWM 通道設(shè)置是通過(guò)函數(shù)TIM_OC1Init()~TIM_OC4Init()來(lái)設(shè)置的，不同的通道的設(shè)置函數(shù)不一樣，通道 1時(shí)，使用的函數(shù)為T(mén)IM_OC1Init()；通道2時(shí)，使用的函數(shù)為T(mén)IM_OC2Init（）。

結(jié)構(gòu)體TIM_OCInitTypeDef的定義：

typedef struct

{

uint16_t TIM_OCMode; /

uint16_t TIM_OutputState; /

uint16_t TIM_OutputNState; /

uint16_t TIM_Pulse; /

uint16_t TIM_OCPolarity; /

uint16_t TIM_OCNPolarity; /

uint16_t TIM_OCIdleState; /

uint16_t TIM_OCNIdleState; /

} TIM_OCInitTypeDef;

參數(shù) TIM_OCMode 設(shè)置模式是 PWM 還是輸出比較，這里我們是 PWM 模式。
參數(shù) TIM_OutputState 用來(lái)設(shè)置比較輸出使能，也就是使能 PWM 輸出到端口。
參數(shù) TIM_OCPolarity 用來(lái)設(shè)置極性是高還是低。
其他的參數(shù) TIM_OutputNState， TIM_OCNPolarity， TIM_OCIdleState 和 TIM_OCNIdleState 是高級(jí)定時(shí)器 TIM1 和 TIM8 才用到的。

主函數(shù)中設(shè)置如下：

TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //設(shè)置一個(gè)TIM_OCInitStructure結(jié)構(gòu)體來(lái)初始化外設(shè) TIMx。

TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; //設(shè)置TIM輸出模式為PWM1。

TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; //比較輸出使能。
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High;; //TIM輸出比較級(jí)極性高。
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //將設(shè)定好的參數(shù)初始化給通道1。

TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); //初始化通道2。

4）使能TIM3.

TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); //使能 TIM3的外設(shè)。

5）修改TIM14_CCR1來(lái)控制占空比。

通過(guò)修改 TIM3_CCR1和TIM3_CCR2 可以控制通道1和通道2的輸出占空比。繼而控制 PA6和PA7 的亮度。

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR1_Val; //設(shè)置了待裝入捕獲比較寄存器的脈沖值。

TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR1上的預(yù)裝載寄存器

TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR2_Val; //設(shè)置了待裝入捕獲比較寄存器的脈沖值。

TIM_OC2PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR2上的預(yù)裝載寄存器。

呼吸燈電路圖設(shè)計(jì)

圖部分硬件仿真電路圖

3.呼吸燈實(shí)驗(yàn)實(shí)物圖

四、結(jié)論與心得

1.一開(kāi)始老師布置作業(yè)時(shí)是無(wú)限制的自由發(fā)揮，一頭霧水不知道自己該從哪里下手該干什么，后來(lái)因?yàn)樵跈C(jī)電傳動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)中正好學(xué)習(xí)了直流電機(jī)PWM調(diào)速實(shí)驗(yàn)，由此得到啟發(fā)覺(jué)得可以通過(guò)PWM控制燈泡的閃爍頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)燈光的亮度變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)呼吸燈的效果。

2.編寫(xiě)程序過(guò)程中還存在許多問(wèn)題，一開(kāi)始是直接在實(shí)驗(yàn)例程PWM輸出實(shí)驗(yàn)中修改，因?yàn)闆](méi)有硬件設(shè)備，只能通過(guò)仿真，仿真一直不成功，后經(jīng)過(guò)在網(wǎng)上搜集資料、查看相關(guān)書(shū)籍和詢(xún)問(wèn)同學(xué)完成本次實(shí)驗(yàn)的程序，實(shí)驗(yàn)程序中沒(méi)有LED程序，而是直接在輸出引腳輸出高低電平從而實(shí)現(xiàn)燈泡的閃爍。對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，一定要認(rèn)真分析其原因之所在，然后查閱資料通過(guò)各種方法解決實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的這些問(wèn)題，做完實(shí)驗(yàn)之后要做好相關(guān)總結(jié)，這樣才能把一個(gè)實(shí)驗(yàn)做完美，對(duì)以后的實(shí)驗(yàn)也有著一定的幫助作用。

在本次實(shí)驗(yàn)中當(dāng)決定好做什么內(nèi)容時(shí)，一定要先仔細(xì)分析整個(gè)實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目標(biāo)要求，然后做出總體設(shè)計(jì)方案將程序編寫(xiě)細(xì)化到每一部分，這樣就不容易出錯(cuò)，而且在檢查錯(cuò)誤問(wèn)題時(shí)也會(huì)稍微容易一點(diǎn)。
通過(guò)這次綜合實(shí)驗(yàn)讓我對(duì)stm32有了更進(jìn)一步的熟悉和了解，一個(gè)看似很簡(jiǎn)單的東西，到動(dòng)手把它設(shè)計(jì)出來(lái)就比較困難了，所以在今后的學(xué)習(xí)中我們要注意這一點(diǎn)，要把課堂上所學(xué)到的知識(shí)和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，同時(shí)通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)讓我對(duì)課本理論知識(shí)有了深入實(shí)際的理解，也會(huì)在調(diào)試中出現(xiàn)的錯(cuò)誤結(jié)合理論知識(shí)尋找問(wèn)題所在的原因，一步步檢查調(diào)試，直到完成實(shí)驗(yàn)最終目的。
通過(guò)設(shè)計(jì)大作業(yè)，讓我明白任何實(shí)驗(yàn)都是基于理論的，理論知識(shí)學(xué)扎實(shí)了，才能在程序編寫(xiě)上和調(diào)試上快速準(zhǔn)確的完成實(shí)驗(yàn)，以此警示自己在后期的學(xué)習(xí)中一定要注意理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

三、呼吸燈的設(shè)計(jì)
1.程序設(shè)計(jì)

/*延時(shí)函數(shù)*/
void Delay(__IO u32 nCount)
{
while(nCount--);
}
u16 CCR1_Val=1000;
u16 CCR2_Val=0;
u8 a=0;
/*主函數(shù)*/
int main(void)
{
RCC_Config();
TIM3_GPIO_Config();
TIM3_Mode_Config();
while(1)
{
if(CCR1_Val>0&&a<40&&CCR2_Val<1000)
{
CCR1_Val-=25; //通過(guò)改變脈沖值，實(shí)現(xiàn)燈泡的亮度
CCR2_Val+=25;
TIM3_Mode_Config();
a++;
Delay(0XFFFF);
Delay(0XFFFF);
Delay(0XFFFF);
Delay(0XFFFF);
}
else
{
CCR1_Val+=25;
CCR2_Val-=25;
TIM3_Mode_Config();
Delay(0XFFFF);
Delay(0XFFFF);
a++;
if(a==80)a=0;
}
}
}
/*使能時(shí)鐘*/
void RCC_Config(void)
{
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3,ENABLE); //使能定時(shí)器TIM3時(shí)鐘。
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); //使能引腳PA的時(shí)鐘。
}
/*配置 GPIO 的模式和 IO 口*/
void TIM3_GPIO_Config(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; //設(shè)置一個(gè)GPIO_InitStructure結(jié)構(gòu)體。
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7; //選擇引腳PA6和PA7。
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AF_PP; //選擇輸出模式為復(fù)用推挽模式。
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz; //設(shè)置引腳最高輸出速率為50MHZ。
GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure); //將設(shè)定好的參數(shù)初始化。
}
/* 設(shè)置TIM3 */
void TIM3_Mode_Config(void)
{
TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure; //設(shè)置一個(gè)TIM_TimeBaseStructure結(jié)構(gòu)體。
TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure; //設(shè)置一個(gè)TIM_OCInitStructure結(jié)構(gòu)體。 TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period=1000-1; //設(shè)置自動(dòng)重裝載寄存器周期的值。
TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler=0; //設(shè)置用來(lái)作為T(mén)IMx時(shí)鐘頻率除數(shù)的預(yù)分頻值。 TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision=TIM_CKD_DIV1; //設(shè)置時(shí)鐘分割。 TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode=TIM_CounterMode_Up; //選擇了計(jì)數(shù)器模式，向上計(jì)數(shù)。
TIM_TimeBaseInit(TIM3,&TIM_TimeBaseStructure); //將設(shè)置好的參數(shù)初始化。
TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode=TIM_OCMode_PWM1; //設(shè)置TIM輸出模式為PWM1。
TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState=TIM_OutputState_Enable; //使能輸出比較
TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity=TIM_OCPolarity_High; /TIM輸出比較劑型高
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR1_Val; //設(shè)置了待裝入捕獲比較寄存器的脈沖值
TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure); //將設(shè)定好的參數(shù)初始化給通道1
TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable); //使能TIM3在CCR1上的預(yù)裝載寄存器
TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse=CCR2_Val;
TIM_OC2Init(TIM3,&TIM_OCInitStructure); //通道2
TIM_OC2PreloadConfig(TIM3,TIM_OCPreload_Enable);
TIM_ARRPreloadConfig(TIM3,ENABLE); //使能TIM3在ARR上的預(yù)裝載寄存器
TIM_Cmd(TIM3,ENABLE); //使能TIM3的外設(shè)
}

復(fù)制代碼

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

教學(xué)模板-庫(kù)函數(shù)操作.rar (460.43 KB, 下載次數(shù): 53)

ID:539103 · 發(fā)表于 2019-5-15 17:37

很有幫助，謝謝

ID:800070 · 發(fā)表于 2020-7-8 23:20

您好，請(qǐng)問(wèn)您能不能教一下電路圖完整該怎么畫(huà)嗎

，我們學(xué)校沒(méi)要求板子上做出來(lái)，但是要在proteus中仿真出來(lái)，拜托🙏🏻了

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