使用STM8单片机的PWM功能实现控制LED的亮度

woshi_ziyu

脉宽调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）是一种模拟调制技术，其中脉冲的持续时间或宽度随时间而变化。这种技术常用于产生具有特定频率和占空比的连续脉冲信号。简而言之，PWM就是在保持频率不变的同时改变脉冲宽度。

通过PWM信号，您可以轻松控制伺服电机的速度或LED的亮度。由于通用微控制器只能在其输出引脚上提供高电平或低电平，因此除非内置了数模转换器（DAC）或在外部连接DAC，否则它们无法提供变化的模拟电压。在这种情况下，微控制器可以被编程为输出具有变化的占空比的脉冲宽度调制（PWM），然后可以将其转换为变化的模拟电压。

因此，在本篇文章中，我们将一个LED连接到通用STM8S微控制器，该LED由微控制器生成的PWM信号进行控制，并且我们将使用STVD和Cosmic C编译器对微控制器进行编程。在此之前，让我们了解PWM信号的一些基础知识。

PWM信号的基础知识

您可能已经听说过，PWM代表脉宽调制。这是一种模拟调制技术，可用于多种不同的应用程序和项目。 PWM信号如下所示。

上图是打开时间和关闭时间一样的通用方波。现在，假设方波的总周期为1秒，这意味着方波的开启时间和方波的关闭时间都是500ms。因此，如果我们连接一个LED并用此方波为其供电，则LED将在整个周期的一半时间内处于开启状态，而在一半的周期内处于关闭状态。看起来LED正在以一半的亮度发光。

在上图中，我们减小了占空比，如果考虑相同的1S周期，则开通时间为250ms，关断时间为750ms。现在，如果我们连接相同的LED，将观察到LED将变得更加暗淡，因为占空比降低了。

STM8S PWM发生器电路的硬件设置和要求

当我们使用PWM控制LED时，需要将LED与STM8S开发板连接。由于STM8S开发板上有一个LED，我将用它进行演示。我们还需要STM8S开发板以及ST-LINK编程器。除此之外，我们需要5V电源为板供电，由于开发板带有板载微型USB电缆，我们将使用它为板供电。

基于STM8S单片机的LED调光器的电路图

为了对电路进行编程，我们将ST-Link V2编程器连接至3.3V，SWIM和STM8S开发板的接地引脚。关于STM8微控制器，最有趣的是它只需要一个引脚即SWIM引脚即可对微控制器进行编程。

如您在上面的示意图中所见，开发板上连接了一个测试LED，并将其连接到开发板最左侧的端口1.4。

STM8S微控制器上的PWM引脚

STM8S有20个引脚，其中8个引脚可以配置为PWM。下图显示了红色方框中标记的PWM引脚。这些引脚也是GPIO引脚，可用于其他功能。

如上图所示，标记的引脚可以产生PWM信号。因此，我们将使用开发板上的其中之一来产生PWM信号。但是，启用PWM将禁用其他功能，因此我们需要注意选择将哪个引脚配置为PWM。本文我们将使用PIN D4生成PWM信号。

woshi_ziyu

编程STM8微控制器生成PWM信号

首先我们创建一个工作区和一个新项目。您可以添加所有头文件和源文件，也可以仅添加gpio、timer2、config和stm8s文件。打开main.c文件，然后开始编写程序。

确保已包含头文件，如上图所示。打开main.c文件并开始编写代码。可以从此处下载项目文件。代码说明如下。

在开始编码过程之前，您需要包括stm8s_gpio.c、stm8s_tim2.c，并且在源文件夹和头文件夹中，您需要包括stm8s_gpio.h、stm8s_tim2.h。您可以从STM8S103F3P6 SPL GitHub存储库中获取这些头文件。一旦完成，我们首先在代码中包含所有必需的库，并定义所有必需的变量。对于此实验代码，我们只需要将PWM值保存在单个变量中，这就是为什么我们包含一个名为pwm_duty的变量的原因。

1. #include "STM8S.h"
   
2. signed int pwm_duty = 0;

复制代码

声明了所有库和变量之后，就需要构建延迟函数，因为cosmic c编译器不提供任何预定义的延迟函数。我们将使用仅占用一个时钟周期的汇编指令NOP。而且由于微控制器的内核以2MHz的频率运行，因此我们可以轻松地估算延迟。因此，我们将延迟与两个for循环一起使用。这是使用C编译器制作延时函数最简单准确的方法。

1. void delay_ms (int ms) //Function Definition
   
2. {
   
3.             for (int i=0; i<=ms; i++)
   
4.                         for (int j=0; j<120; j++) // Nop = Fosc/4
   
5.                                     _asm("nop"); //Perform no operation //assembly code
   
6. }

复制代码

接下来，我们看一下main函数。我们在main函数中取消初始化GPIO引脚和Timer2。如果GPIO或Timer先前已用于其他应用程序，则应在使用它们之前对其进行初始化。这不是强制性的，但这是一个好习惯。

1. GPIO_DeInit(GPIOD);
   
2. TIM2_DeInit();

复制代码

接下来，我们必须将引脚声明为输出，借助TIM2_OC1Init()函数设置Timer2，并在定时器中使用预分频器以实现4KHz的PWM频率。我们通过在TIM2_TimeBaseInit()函数实现。完成此操作后，我们将使用TIM2_Cmd(ENABLE)函数启用计时器。对于这个项目，我们决定在板上使用PIN D4，它是具有PWM功能的PIN。

1. GPIO_DeInit(GPIOD);
   
2. TIM2_DeInit();         
   
3. GPIO_Init(GPIOD,GPIO_PIN_4,GPIO_MODE_OUT_PP_HIGH_FAST);           
   
4. TIM2_OC1Init(TIM2_OCMODE_PWM1, TIM2_OUTPUTSTATE_ENABLE, 1000,
   
5.                    TIM2_OCPOLARITY_HIGH);           
   
6. TIM2_TimeBaseInit(TIM2_PRESCALER_1, 500);
   
7. TIM2_Cmd(ENABLE);

复制代码

接下来，我们定义无限循环函数，在循环中，我们设置了for循环，并启用了捕获和比较语句，这些语句将使我们能够设置PWM通道。

1.   while(TRUE){                  
   
2.     for(pwm_duty = 0; pwm_duty < 1000; pwm_duty += 2){
   
3.       TIM2_SetCompare1(pwm_duty);
   
4.       delay_ms(10);
   
5.                         }                     
   
6.     for(pwm_duty = 1000; pwm_duty > 0; pwm_duty -= 2){
   
7.       TIM2_SetCompare1(pwm_duty);
   
8.       delay_ms(10);
   
9.     }
   
10.   }

复制代码

使用上面的代码负责生成PWM信号，因为在第一个for循环中，PWM信号将从高电平变为低电平，并且由于下一个for循环，PWM信号将从低电平变为高电平，并且该周期将继续。

使用STM8S生成PWM信号

编译代码并将其上传到您的STM8S开发板上。如果遇到任何编译错误，请确保已添加所有头文件和源文件。上载代码后，您应该会看到引脚D4上连接的LED的亮度将改变。

完成所有操作后，我们可以在示波器中观察该PWM信号。