📚 课程目录第2章通用定时器PWM输出呼吸灯

2. 通用定时器PWM输出呼吸灯

任务目标

使用STM32通用定时器TIM3的PWM输出通道，驱动LED实现呼吸灯效果。通过不断调整PWM占空比，使LED亮度从暗到亮再回到暗，循环往复，从而理解PWM调光的基本原理。

硬件与依赖

硬件：STM32F103系列开发板（如最小系统板）、LED（接在TIM3_CH1对应的PB4引脚，需串联220Ω限流电阻）
软件：STM32标准外设库（或HAL库，本案例使用标准库）、Keil MDK或IAR编译环境
时钟：系统时钟72MHz，APB1定时器时钟72MHz（若APB1分频为2，则定时器时钟为72MHz）

实现原理

TIM3的CH1输出PWM波形，通过修改捕获/比较寄存器CCR1的值来改变占空比。呼吸灯效果需要占空比按正弦或三角波规律变化。本案例采用三角波方式：占空比从0%逐步增加到100%，再逐步减小到0%，循环执行。使用TIM3的更新中断来定时调整CCR1，实现平滑过渡。

关键完整代码

// main.c 核心代码
#include "stm32f10x.h"

// PWM周期 = 72MHz / (72-1) / (500-1) ≈ 2kHz
#define PWM_PERIOD     500
#define STEP_DELAY     10      // 每步延时(ms)，控制呼吸速度

volatile uint16_t pwm_duty = 0;
volatile uint8_t direction = 1;  // 1=增亮, 0=变暗

void TIM3_PWM_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    
    // 使能时钟
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);
    
    // PB4配置为复用推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // TIM3时基配置：72MHz/(72-1)=1MHz, 1MHz/500=2kHz
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = PWM_PERIOD - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 72 - 1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);
    
    // PWM模式1，输出极性高
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = 0;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;
    TIM_OC1Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);
    TIM_OC1PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);
    
    // 更新中断配置
    TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    
    TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

// 简单延时函数（不精确，仅用于主循环节奏控制）
void Delay_ms(uint32_t ms) {
    uint32_t i;
    while(ms--) {
        for(i = 0; i < 8000; i++);
    }
}

int main(void) {
    TIM3_PWM_Init();
    
    while(1) {
        // 每10ms调整一次占空比，步进1/500
        if(direction) {
            pwm_duty++;
            if(pwm_duty >= PWM_PERIOD) direction = 0;
        } else {
            pwm_duty--;
            if(pwm_duty == 0) direction = 1;
        }
        Delay_ms(STEP_DELAY);
    }
}

// TIM3更新中断：更新CCR1值
void TIM3_IRQHandler(void) {
    if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) {
        TIM_SetCompare1(TIM3, pwm_duty);
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
    }
}

编译与运行

在Keil中创建工程，选择对应型号的STM32芯片，添加上述代码及标准外设库源文件。
编译工程，通过ST-Link或J-Link下载到开发板。
确认PB4引脚已连接LED（正极接PB4，负极经电阻接地）。

验证方法

观察LED亮度变化：应呈现从熄灭逐渐变亮到最亮，再逐渐变暗到熄灭的循环过程，每个完整周期约1秒（500步×10ms×2）。若LED常亮或常灭，检查PB4引脚连接是否正确；若亮度无变化但LED亮着，检查TIM_SetCompare1是否在中断中被正确调用；若LED完全不亮，用示波器或逻辑分析仪测量PB4引脚是否有2kHz的PWM波形输出。

常见问题

LED不亮：检查GPIO时钟是否使能、PB4是否被JTAG占用（PB4默认是JTAG引脚，需禁用JTAG或使用SWD模式）。在GPIO初始化前添加GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);。
呼吸频率过快/过慢：调整STEP_DELAY的值，增大则变慢，减小则变快。
亮度跳变不连续：确认TIM_SetCompare1在中断中执行，且中断优先级未被其他中断阻塞。