从零开始学嵌入式之STM32——27.基于STM32F103C8T6MCU的寄存器方式实现按键调整PWM占空比，调整输出功率

前言本文以项目的角度出发实现了一个简单的PWM占空比调整的功能。目录一、需求二、逻辑分析1.基础调节功能2. 调节规则定义3. 边界行为规则4. 暂不支持的功能三、功能模块与接口汇总四、硬件分析1.LED硬件电路2.独立按键电路五、代码实现1.PWM输出部分1涉及到的寄存器2配置代码2.按键检测部分3.主函数六、实际效果一、需求通过按键交互实现对 LED亦可扩展至电机转速、液晶屏背光亮度等负载的输出功率 / 亮度调节控制。二、逻辑分析1.基础调节功能亮度增加按下 “亮度 ” 按键时LED 亮度按固定步长提升亮度降低按下 “亮度 -” 按键时LED 亮度按固定步长下降。2. 调节规则定义调节范围亮度值量化为 0~100 的整数对应输出功率 0%~100%其中亮度值 0LED 无输出完全熄灭亮度值 100LED 满功率输出达到最大亮度。调节步长单次按键操作的亮度调节步长为 5兼顾调节实用性与亮度变化的连续性。3. 边界行为规则当亮度值已达到上限100时继续按下 “亮度 ” 按键亮度保持 100 不变当亮度值已达到下限0时继续按下 “亮度 -” 按键亮度保持 0 不变。4. 暂不支持的功能按键长按调节功能仅支持单次按键触发单次调节。三、功能模块与接口汇总序号功能模块具体功能函数接口1独立按键模块采集按键信号当按键按下时发出中断信号void Key_Init(void);中断服务函数2定时器模块按照输入的占空比数值产生PWM方波void TIM2_Init(void);void TIM2_CH2_Set_DutyCycle(uint8_t dutycycle);四、硬件分析1.LED硬件电路2.独立按键电路根据LED硬件电路的分析要点亮LED需要将GPIO引脚拉低也就是说PWM占空比为0的时候LED亮度达到峰值。根据独立按键硬件电路的分析按键按键按下后GPIO引脚会被接入到3.3V高电平因此检测按键的引脚需要工作在下拉输入模式。根据硬件信息机芯片的特性可以统计出本次使用到的GPIO引脚及其初始的工作状态序号引脚编号工作模式接入电路1PA1复用功能推挽输出模式CNF-10;MODE-11LED1_R2PA0下拉输入模式CNF-10;MODE-00SW13PC13下拉输入模式CNF-10;MODE-00SW2五、代码实现1.PWM输出部分1涉及到的寄存器本方案使用STM32F103C8T6这款非常通用的芯片作为MCU使用芯片自带的通用定时器中的PWM输出模块。在使用寄存器配置的方式实现输出PWM方波时需要使用到的寄存器统计如下序号寄存器 / 控制位名称功能配置值说明1预分频器 (PSC)对输入的时钟信号进行分频处理7199分频系数 PSC1720072MHz 输入时钟分频后得到 10KHz 的计数器计数频率2自动重装载寄存器 (ARR)与 PSC 配合实现时钟计数的溢出周期9910KHz 频率下计数 100 次0~99溢出PWM 频率 10KHz/100100Hz3CR1-ARPE控制 ARR 的预装载功能1使能预装载功能ARR 修改后需等待更新事件才生效保证 PWM 周期稳定4CR1-DIR控制寄存器的计数方向0向上计数DIR0计数器从 0 递增到 ARR匹配 PWM 模式 1 的常规使用逻辑5CCMR1-CC2S[1:0]配置定时器通道的输入 / 输出模式00二进制 00配置通道 2 为输出模式用于 PWM 输出6CCMR1-OC2M[2:0]配置通道输出模式下的工作模式110二进制 110配置为 PWM 模式 1向上计数时计数值 CCR2 输出有效电平反之无效7CCMR1-OC2PE控制 CCR2 的预装载功能1使能预装载功能CCR2 修改后需等待更新事件生效避免占空比中途突变8CCER-CC2E使能对应的通道开始输出1使能通道 2 的 PWM 输出功能9捕获 / 比较寄存器 (CCR2)比较值与 ARR 配合计算 PWM 占空比99占空比 CCR2/ARR×100%99/99×100%100%结合硬件逻辑 LED 亮度最低熄灭10EGR-UG产生更新事件同步预装载寄存器到影子寄存器1置 1 触发更新事件硬件自动清零将 ARR/CCR2 预装载值刷入影子寄存器11CR1-CEN使能定时器开始输出 PWM 波形1定时器主使能位置 1 后计数器开始计数通道 2 输出 PWM 波形2配置代码文件名tim2.c#include tim2.h // 初始化 void TIM2_Init(void) { // 1.开启时钟 RCC-APB1ENR | RCC_APB1ENR_TIM2EN; RCC-APB2ENR | RCC_APB2ENR_IOPAEN; // 2.设置GPIOA1引脚的工作模式PWM方波输出引脚需要工作在复用功能推挽输出模式CNF-10;MODE-11; GPIOA-CRL GPIO_CRL_CNF1_0; GPIOA-CRL | GPIO_CRL_CNF1_1; GPIOA-CRL | GPIO_CRL_MODE1; // 3.设置TIM2定时器为了使得LED刷新频率可以达到合适的效果需要考虑人眼的余晖效应这里将频率定为100Hz // 3.1.设置定时器的输入频率假设ARR的值为99100次计数输出100Hz的频率在输入的时钟频率为72MHz的前提下PSC的值的计算过程为 // 输出频率 1 / [(1 / (定时器输入时钟频率 / (PSC1))) * (ARR 1)] // 由频率计算公式推到出周期计算公式 // 输出时钟周期 (1 / (定时器输入时钟频率 / (PSC1))) * (ARR 1) // 已知输如频率 72MHz ARR1 100; 计算PSC // 1/100Hz (1 / (72MHz / (PSC1))) * 100 // 72MHz / (PSC1) 100Hz * 100 // 72MHz / (100Hz * 100) (PSC1) // PSC1 7200 // PSC 7199 // 不开启预装载功能默认 TIM2-CR1 ~TIM_CR1_ARPE; TIM2-PSC 7199; // 3.2.设置预装载寄存器的值为了方便调整PWM的占空比这个值设定为99也就是计数100次后溢出。 TIM2-ARR 99; // 3.3.设置定时器的计数方向,0代表向上计数 TIM2-CR1 ~TIM_CR1_DIR; // 3.4.设置定时器的通道方向输出,CCxS-00 TIM2-CCMR1 ~TIM_CCMR1_CC2S; // 3.5.配置定时2器通道2的输出模式PWM模式1 TIM2-CCMR1 ~TIM_CCMR1_OC2M_0; TIM2-CCMR1 | TIM_CCMR1_OC2M_1; TIM2-CCMR1 | TIM_CCMR1_OC2M_2; // 3.6.配置一个默认的占空比99%因为LED是共阳因此占空比高代表LED暗。 TIM2-CCR2 99; // 3.7.开启定时器通道输出使能 TIM2-CCER | TIM_CCER_CC2E; } // 开启定时器开始输出PWM方波 void TIM2_Start(void) { TIM2-CR1 | TIM_CR1_CEN; } // 停止定时器停止输出PWM方波 void TIM2_Stop(void) { TIM2-CR1 ~TIM_CR1_CEN; } // 设置PWM占空比 void SET_DutyCycle(uint8_t dutycycle) { TIM2-CCR2 dutycycle; }头文件tim2.h#ifndef __TIME2_H #define __TIME2_H #include stm32f10x.h // 函数声明 // 初始化 void TIM2_Init(void); // 开启定时器开始输出PWM方波 void TIM2_Start(void); // 停止定时器停止输出PWM方波 void TIM2_Stop(void); // 设置PWM占空比 void SET_DutyCycle(uint8_t dutycycle); #endif2.按键检测部分文件名key.c#include key.h void Key_Init(void) { // 1.打开对应的时钟 RCC-APB2ENR | RCC_APB2ENR_IOPAEN; RCC-APB2ENR | RCC_APB2ENR_IOPCEN; RCC-APB2ENR | RCC_APB2ENR_AFIOEN; // 2.配置GPIO引脚模式 // 检测按键下拉输入模式CNF-10;MODE-00 GPIOA-CRL ~GPIO_CRL_CNF0_0; GPIOA-CRL | GPIO_CRL_CNF0_1; GPIOA-CRL ~GPIO_CRL_MODE0; GPIOC-CRH ~GPIO_CRH_CNF13_0; GPIOC-CRH | GPIO_CRH_CNF13_1; GPIOC-CRH ~GPIO_CRH_MODE13; // 初始化GPIO引脚为低电平 GPIOA-ODR GPIO_ODR_ODR0; GPIOC-ODR GPIO_ODR_ODR13; // 3.配置AFIO复用功能选择 AFIO-EXTICR[0] | AFIO_EXTICR1_EXTI0_PA; AFIO-EXTICR[3] | AFIO_EXTICR4_EXTI13_PC; // 4.配置中断触发条件上升沿触发 EXTI-RTSR | EXTI_RTSR_TR0; EXTI-RTSR | EXTI_RTSR_TR13; // 5.关闭对应的中断标志位 EXTI-IMR | EXTI_IMR_MR0; EXTI-IMR | EXTI_IMR_MR13; // 6.配置NVIC中断分组及优先级并开启中断 NVIC_SetPriorityGrouping(3); NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, 3); NVIC_SetPriority(EXTI15_10_IRQn, 3); NVIC_EnableIRQ(EXTI0_IRQn); NVIC_EnableIRQ(EXTI15_10_IRQn); } // 按键中断服务函数 void EXTI0_IRQHandler(void) { // 判断中断源 if((EXTI-PR EXTI_PR_PR0) ! 0) { // 清除中断挂起标志(置1清除) EXTI-PR | EXTI_PR_PR0; // 延时消抖 Delay_nms(10); if(GPIOA-IDR GPIO_IDR_IDR0) { add 1; } } } // 按键中断服务函数 void EXTI15_10_IRQHandler(void) { // 判断中断源 if((EXTI-PR EXTI_PR_PR13) ! 0) { // 清除中断挂起标志(置1清除) EXTI-PR | EXTI_PR_PR13; // 延时消抖 Delay_nms(10); if(GPIOC-IDR GPIO_IDR_IDR13) { sub 1; } } }头文件key.h#ifndef __KEY_H #define __KEY_H #include stm32f10x.h #include delay.h // 引入外部变量 extern uint8_t add; extern uint8_t sub; // 函数声明 // 初始化 void Key_Init(void); #endif3.主函数文件名main.c#include tim2.h #include delay.h #include key.h // 定义全局变量用于检测按键的状态 uint8_t add 0; uint8_t sub 0; int main(void) { // 初始化定时器2 TIM2_Init(); // 开启定时器 TIM2_Start(); // 初始化按键 Key_Init(); // 定义占空比的初始值 int8_t dutycycle 100; while(1) { if(add) // 按下增加按键 { dutycycle 5; // 判断当前的占空比的值是否超过边界并作调整 if(dutycycle 100) { dutycycle 100; } // 清除标志位 add 0; } if(sub) // 按下增加按键 { dutycycle - 5; // 判断当前的占空比的值是否超过边界并作调整 if(dutycycle 0) { dutycycle 0; } // 清除标志位 sub 0; } // 占空比调整 SET_DutyCycle(dutycycle); } }六、实际效果https://mp.csdn.net/mp_others/manage/video