PWM 实现调光

一、项目效果

预期（没有相关经验）

达到的目的（是实际能做到的）

通过 PWM 驱动扩展板上的冷光 LED 和暖光 LED，
并通过红外遥控器调节占空比来实现调节色温和调节亮度的功能。
这里也可以使用普通的，调节普通的led灯珠的亮度

使用 CH+/-键设置灯光的色温
使用+/-键设置灯光亮度
使用 EQ 键控制灯光开启或者关闭
（是基于成功做出，遥控器的实验）
通过串口打印此时的亮度和色温百分比

二、原理说明

调光原理

学习物联网最经典的案例就是实现一款智能灯，
用户可以对其进行色温、亮度、颜色（下一章讲解）的控制，
色温就是指灯光的颜色是偏白（冷光源）还是偏黄（暖光源），
单位是K（开尔文），色温值越高光源颜色就越白反之色温越低，光源颜色就越黄。
通常使用冷光灯和暖光灯配合的方式，通过调节各自的亮度来实现色温的任意调节。

调节灯光亮度的原理就是通过 PWM 的占空比来设置灯光亮暗，
调节灯光色温则是在当前亮度值（占空比）基础上再次进行比例的分配

这便是调光原理

硬件连接

开发板上使用的冷光灯色温为 6000K，暖光灯为 3000K，
上图这种情况下对应的色温值为 3900K，另外为了保证色温恒定在固定值，通常亮度不能设置为 0，
而是有一个保底的最小值，比如 10%。
还需要注意的是，为了大家方便理解今后不使用 K 作为色温单位，
而是像亮度那样使用百分比值，范围 0-100，值越大，灯光越白

开发板上的两颗高亮 LED 分别是暖光 LED 和冷光 LED

其中使用这两个引脚（PA15和PB5）的注意点
PA15上电后，该引脚默认是 JTAG 的 JTDI，因此需要将其引脚重映射为 TIM2 的通道 1，
PB3 上电默认功能是 JTAG 的 JTDO，所以也需要 PB3 重映射为 TIM2 的通道 1，
这两个引脚的功能映射图

配置定时器 2 的通道 1/2 作为 PWM 输出的步骤

重映射 TIM2 的 1/2 通道到 PA15 和 PB3 引脚，并初始化为复用输出
初始化定时器，主要是设置定时器周期和重装载寄存器
分别初始化定时器 2 的输出比较通道 1/2

总结

难点就在于将亮度和色温值最终转换为占空比的计算公式上。

程序说明

灯光初始化函数

/*** 功能：初始灯光* 参数：*          brightness:初始化亮度 10-100*          colortemp:初始化色温 0-100         * 返回值：None*/
void initLight(u8 brightness,u8 colortemp)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_GPIOB | RCC_APB2Periph_AFIO,ENABLE);GPIO_PinRemapConfig(GPIO_Remap_SWJ_JTAGDisable, ENABLE);    //禁止JTAG保留SWDGPIO_PinRemapConfig(GPIO_PartialRemap1_TIM2, ENABLE);         //设置JTAG为定时器2部分映射,只使用SWD模式/*设置冷光灯*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_15;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure); /*设置暖光灯*/GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure); setLight(brightness,colortemp);
}

结合代码来理解这句话
灯光初始化函数实现了复用功能重映射，
并初始化冷光灯和暖光灯的控制引脚为复用输出。

设置灯光函数

/*** 功能：设置灯光亮度和色温* 参数：*          brightness:亮度 10-100*          colortemp:色温 0-100         * 返回值：None*/
void setLight(u8 brightness,u8 colortemp)
{/*** 无论是亮度还是色温，最终都体现在LED的亮度上* LED最终的亮度计算公式为：满占空比(重装载值) * 亮度百分比 * 色温百分比* 并且要保证冷光和暖光的色温比值之和为100%* */TIM_SetCompare1(TIM2,getPeriod(TIM2)*brightness/100*colortemp/100);         //设置冷光 对应PA15 TIM2_CH1TIM_SetCompare2(TIM2,getPeriod(TIM2)*brightness/100*(100-colortemp)/100);   //设置暖光 对应PB3  TIM2_CH2
}

为了方便理解，没有把占空比计算公式进行合并。
我们通过 TIM_setCompare1()和 TIM_setCompare2()函数
对定时器 2 的捕获/比较寄存器 1/2 赋值来改变 PWM 占空比，
传入函数的第二个参数就是亮度-色温的计算公式，
在公式中先获取了重装载寄存器中的值（满占空比对应的计数值），
然后乘上亮度的百分比得到我们想要的亮度，最后在此基础上又将亮度值乘上色温百分比，
这里要注意，冷/暖光的色温比值之和是 100%，
这就保证了无论亮度值是多少，最终呈现出来的色温是不受影响的。

PWM 初始化函数

初始化定时器2输出比较通道1来生成PWM 对应冷光

/*** 功能：初始化定时器2输出比较通道1来生成PWM 对应冷光* 参数：*      duty：设置PWM输出的占空比* 返回值：None*/
void initTIM2OC1(u16 duty)
{TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;                           //定义输出比较初始化结构体            TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;           //设置PWM1模式TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = duty;                       //设置捕获比较寄存器的值TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;     //设置有效电平为高电平TIM_OC1Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                    //生效初始化设置TIM_OC1PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);              //使能输出比较预装载，即更改完输入捕获寄存器的值要等到更新事件发生才生效,该行加不加无所谓
}

初始化定时器2输出比较通道2来生成PWM 对应暖光

/*** 功能：初始化定时器2输出比较通道2来生成PWM 对应暖光* 参数：*      duty：设置PWM输出的占空比* 返回值：None*/
void initTIM2OC2(u16 duty)
{TIM_OCInitTypeDef  TIM_OCInitStructure;                           //定义输出比较初始化结构体            TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;           //设置PWM1模式TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable; //输出使能TIM_OCInitStructure.TIM_Pulse = duty;                       //设置捕获比较寄存器的值TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;     //设置有效电平为高电平TIM_OC2Init(TIM2, &TIM_OCInitStructure);                    //生效初始化设置TIM_OC2PreloadConfig(TIM2, TIM_OCPreload_Enable);              //使能输出比较预装载，即更改完输入捕获寄存器的值要等到更新事件发生才生效,该行加不加无所谓
}

主函数

int main(void)
{u8 light_power = 1;       //默认开机s8 brightness = 100; //亮度s8 colortemp = 50;     //色温/*初始化各外设*/ initSysTick();                          initLED();initUART();initNVIC(NVIC_PriorityGroup_2);/*初始化NEC*/ initNEC();/*定时器4时钟周期10us,中断周期200ms,使能更新中断和捕获通道3中断*/initTIMx(TIM4,719,19999,TIM_IT_Update|TIM_IT_CC3,ENABLE);/*设置下降沿触发捕获*/initTIM4IC3(TIM_ICPolarity_Falling);  /*设置定时器2时钟为10us,1KHz*/initTIMx(TIM2,719,99,TIM_IT_Update,DISABLE);initTIM2OC1(50);initTIM2OC2(50);/*亮度10%,色温50%*/initLight(100,50);    while(1){if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x45)        //CH-键按下{NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0;          //清除键值colortemp -= 10;if(colortemp<0)                      {colortemp = 0;}setLight(brightness,colortemp);}else if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x47) //CH+键按下{NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0;          //清除键值colortemp += 10;if(colortemp>100)        {colortemp = 100;}   setLight(brightness,colortemp);}else if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x07) //-键按下                                        {NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0;       //清除键值brightness -= 10;if(brightness<10)                       {brightness = 10;                       //保底值}setLight(brightness,colortemp);}else if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x15) //+键按下{NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0;          //清除键值brightness += 10;if(brightness>100)                         {brightness = 100;                       }setLight(brightness,colortemp);         }else if(NEC_DataStructure.CmdCode_H == 0x09) //EQ键按下{NEC_DataStructure.CmdCode_H = 0;         //清除键值light_power = !light_power;                  //开关机状态取反if(light_power == 0){setLight(0,0);                          //关灯}else {setLight(brightness,colortemp);       //开灯}                  }else {}printf("brightness is :%d%%\n",brightness);printf("color temperature is :%d%%\n",colortemp);toggleLED();Delay_ms(100);        }
}

代码很长，主要实现的是
定时器 2 设置的时钟周期为 10us，则 1KHz（1ms）需要计数 100 个。
然后初始化 PWM 并设置灯光开机默认最大亮度，色温 50%。
在用户逻辑循环中不断的判断此时红外键值，并根据键值做出相应的灯光控制动作。

最终效果