📚 课程目录第4章 PWM输出与呼吸灯

4. PWM输出与呼吸灯

任务目标

使用STM32定时器的PWM模式，通过调节占空比控制LED亮度，实现呼吸灯效果（亮度从暗到亮再回到暗的周期性变化）。

硬件与依赖

STM32F103系列开发板（以C8T6为例）
板载LED连接在PC13（或PB1，根据实际板卡调整）
使用定时器TIM3的通道2（PA7）输出PWM，或使用TIM2通道1（PA0）——本案例以TIM3_CH2（PA7）为例
标准外设库（SPL）或HAL库均可，本实现使用寄存器方式，无需额外库依赖

核心实现

呼吸灯的关键在于PWM频率（约1kHz以上避免闪烁）和占空比按正弦或三角波规律变化。以下代码使用TIM3_CH2输出PWM，主循环中通过软件延时改变比较寄存器值，实现约2秒周期的呼吸效果。

// PWM呼吸灯 - STM32F103寄存器版
#include "stm32f10x.h"

void TIM3_PWM_Init(void) {
    // 1. 使能时钟：GPIOA和TIM3
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2ENR_IOPAEN;
    RCC->APB1ENR |= RCC_APB1ENR_TIM3EN;
    
    // 2. PA7配置为复用推挽输出，50MHz
    GPIOA->CRL &= ~(0xF << 28);   // 清除CNF7和MODE7
    GPIOA->CRL |= (0xB << 28);    // CNF=10(复用推挽), MODE=11(50MHz)
    
    // 3. TIM3时钟 = 72MHz，分频72 → 1MHz计数频率
    TIM3->PSC = 72 - 1;           // 预分频
    TIM3->ARR = 1000 - 1;         // 自动重载，PWM频率 = 1MHz/1000 = 1kHz
    
    // 4. 通道2配置为PWM模式1，输出比较
    TIM3->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC2M_1 | TIM_CCMR1_OC2M_2;  // PWM模式1 (110)
    TIM3->CCMR1 |= TIM_CCMR1_OC2PE;                      // 输出比较预装载使能
    TIM3->CCER |= TIM_CCER_CC2E;                         // 使能通道2输出
    
    // 5. 初始占空比0%
    TIM3->CCR2 = 0;
    
    // 6. 使能自动重载预装载，启动定时器
    TIM3->CR1 |= TIM_CR1_ARPE;
    TIM3->CR1 |= TIM_CR1_CEN;
}

// 简易延时（约1ms @72MHz，不精确但足够呼吸灯使用）
void Delay_ms(uint32_t ms) {
    for (uint32_t i = 0; i < ms * 4000; i++) {
        __NOP();
    }
}

int main(void) {
    TIM3_PWM_Init();
    
    uint16_t duty = 0;
    int8_t direction = 1;  // 1=变亮, -1=变暗
    
    while (1) {
        TIM3->CCR2 = duty;   // 更新占空比
        
        // 三角波变化：0→1000→0，步进5，每步延时2ms → 周期约0.8s
        duty += direction * 5;
        if (duty >= 1000) {
            duty = 1000;
            direction = -1;
        } else if (duty == 0) {
            direction = 1;
        }
        
        Delay_ms(2);
    }
}

编译与烧录

使用Keil MDK或STM32CubeIDE创建空工程，芯片选择STM32F103C8。
将上述代码复制到main.c中，替换默认生成的main函数。
编译工程，通过ST-Link或串口ISP烧录生成的hex文件。

验证方法

硬件连接：将PA7引脚通过限流电阻（约100Ω）连接LED阳极，阴极接地。若使用板载LED（如PC13），需修改代码将PWM输出到对应引脚，或直接外接LED到PA7。
观察现象：上电后LED亮度应从暗逐渐变亮，再逐渐变暗，循环往复，周期约0.8秒。
示波器验证（可选）：将示波器探头接PA7，应看到频率约1kHz、占空比周期性变化的方波信号。
判定通过：LED呈现平滑的呼吸效果，无肉眼可见闪烁，亮度变化连续。

关键说明

PWM频率由 72MHz / (PSC+1) / (ARR+1) 决定，本配置为1kHz，高于人眼闪烁感知阈值。
呼吸周期由步进值和延时共同决定：1000/5 * 2ms * 2 = 800ms。调整步进或延时即可改变呼吸速度。
若LED接在PA7但亮度变化不明显，检查限流电阻是否过大（建议100~330Ω），或确认TIM3_CH2复用映射是否正确（默认PA7无需重映射）。