基于STM32的呼吸灯

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它STM32呼吸灯设计一．任务解析呼吸灯，指灯光设备的亮度随着时间由暗到亮逐渐增强，再由亮到暗逐渐衰减，很有节奏感地一起一伏，就像是在呼吸一样。

本设计要求通过STM32，实现呼吸周期为3秒，即吸气时间（亮度上升时间）1.5秒，呼气时间（亮度衰减时间）1.5秒的呼吸灯。

二．方案论证要使用数字器件控制灯光的强弱，我们很自然就想到PWM （脉冲宽度调制）技术。

假如以LED作为灯光设备，且由控制器输出的PWM信号可以直接驱动LED，PWM信号中的低电平可点亮LED灯。

由于视觉暂留效应，人眼可以看不到LED灯的闪烁现象，反映到人眼中的是亮度的差别，因此我们需要LED以较高的频率进行开关（亮灭）切换。

因此，我们可以使用高频率的PWM信号，通过调制信号的占空比，控制LED灯的亮度。

根据以上思路，提出如下两个方案。

方案一：用常见的数学函数来表示亮度随着实践逐渐变强再衰弱，把函数值赋值到数组中，用调制的方法，每个循环给闪烁的熄灭时间加一，灯就会慢慢变暗，在设置熄灭时间加到一定程度就开始减一，就会渐渐变亮了，如此循环。

方案二：把函数值赋值到数组中，对数组中的每一个值进行重复而快速的扫描，当遍历完PWM表中的元素时，再重头开始遍历PWM表。

即以一定的时间长度为周期，LED灯亮的平均时间越长，亮度就越高，反之越暗。

利用STM32定时器的PWM输出功能，实现呼吸灯。

经分析比较与初步测试，方案二更能很好地实现呼吸灯效果，因此选择方案二。

三．方案实施STEP1 生成表示亮度的数学函数亮度随着时间逐渐变强再衰减，可以用两种常见的数学函数表示，分别是半个周期的正弦函数与指数上升曲线基期对称得到的下降曲线。

如图示：正点原子STM32开发板上的LED灯是低电平点亮因此，比较上述两个函数图像我们可以发现，下凹函数曲线灯光处于暗的状态更长，所以指数函数的曲线更符合我们呼吸灯的亮度变化要求。

STEP2 配置工程环境在实验中我们用到了GPIO,RCC,TIM外设，还使用了中断，所以我们先要把以下库文件添加到工程：stm32f10x_gpio.c,stm32f10x_rcc.c, stm32f10x_tim.c,misc.c,新建pwm_output.c及pwm_output.h文件，并在stm32f10x_conf.h中把使用到的ST库的头文件注释去掉。

代码如下：#include "stm32f10x_gpio.h"#include "stm32f10x_rcc.h"#include "stm32f10x_tim.h"#include "misc.h"STEP3 main文件本工程的main函数十分简单，仅仅调用了一个初始化呼吸灯的函数TIM3_Breathing_Init( ),代码如下：int main(void){TIM3_Breathing_Init();while(1);}STEP4 配置定时器输出PWM初始化呼吸灯的函数TIM3_Breathing_Init按步骤调用为GPIO初始化函数TIM3_GPIO_Config和定时器模式初始化函数TIM3_Mode_Config,代码如下：void TIM3_Breathing_Init(void){TIM3_GPIO_Config();TIM3_Mode_Config();}STEP5 生成指数曲线PWM数据要实现LED亮度随着指数曲线变化，我们需要使用占空比呈指数曲线变化的PWM信号，而这样的信号由定时器经过查表产生。

这个表的数据存储在程序中的数组indexWave中，代码如下：uint8_t indexWave[] = {1,1,2,2,3,4,6,8,10,14,19,25,33,44,59,80, 107,143,191,255,255,191,143,107,80,59,44,33,25,19,14,10,8,6,4,3,2,2,1 ,1};把这个表中的数据画成图，如下图所示：这个表有40个数字，从上图中可以看到这些数据呈指数上升再衰减，正好是呼吸灯的一个控制周期，数字的范围是0-255，即把LED 的亮度分为0—255个等级。

假如我们把定时器的脉冲计数器TIMx_CNT上限设置为255，把这个表的数据一个一个的赋到定时器的比较寄存器TIMx_CCR中，那么在每个PWM周期中，当TIMx_CNT的计数值小于比较寄存器TIMx_CCR 值时，就会在通道中输出低电平，点亮LED。

而随着TIMx_CCR的值由LED亮度表得来，所以LED点亮的时间就会呈图中的曲线变化，实现呼吸灯的功能。

用于生成LED亮度表的MATLAB函数如下：clear;x = [0 : 8/19 : 8];up = 2.^x ;up = uint8(up);y = [8: -8/19 :0];down = 2.^y ;down = uint8(down);line = [[0:8/19:8],[8:8/19:16]]val = [up , down]dlmwrite('index_wave.c',val);plot(line,val,'.');STEP6 初始化GPIO本设计使用PB0作为定时器PWM输出通道，先对它初始化。

作PWM输出通道的引脚需要被配置为复用推挽输出模式。

static void TIM3_GPIO_Config(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;/* GPIOB clock enable */RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 ; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);}STEP7 配置定时器的模式在TIM3_Mode_Config函数中，完成了呼吸灯所需要的定时器PWM输出模式配置，代码如下：static void TIM3_Mode_Config(void){TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseStructure;TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;//RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);TIM_TimeBaseStructure.TIM_Period = 255;TIM_TimeBaseStructure.TIM_Prescaler = 1999;TIM_TimeBaseStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1 ;TIM_TimeBaseStructure.TIM_CounterMode =TIM_CounterMode_Up;//时基初始化TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseStructure);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_Low;TIM_OC3Init(TIM3, &TIM_OCInitStructure);TIM_OC3PreloadConfig(TIM3, TIM_OCPreload_Enable);TIM_ARRPreloadConfig(TIM3, ENABLE);TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);TIM_ITConfig(TIM3,TIM_IT_Update, ENABLE);NVIC_Config_PWM();}定时器的模式配置主要分为三个部分，分别为时基初始化，输出模式初始化和中断配置。