基于STM32的呼吸灯

STM32课程设计

呼吸灯

仿真与实践

35 乔智慧

电子信息科学与技术

物理与电子科学学院

2015年6月03日电工电子中心2015年6月绘制

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