代码收藏家技术教程 2023-09-03

使用STM32的TIM PWM DMA控制WS2812灯带详解

开发环境

MCU:STM32F103c8t6
开发工具：STM32CubeMX

使用板子参考原理图：STM32F103C8T6最小系统板开源链接

PWM

脉宽调制（PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等但宽度不一致的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。

通过数据手册我们可以看到TIM2,TIM3,TIM4（通用定时器）挂载在APB2总线上，每个通用定时器都有独立的4个通道可以用来作为：输入捕获、输出比较、PWM输出、单脉冲模式输出等。

那么直接上STM32CUBEMX

这边选用了PB9作为TIM4_CH4通道用来做PWM输出(上述勾选去掉)

也就是外部时钟TCLK=72mhz

同时引进定时器的原理向上计数模式UP

ARR就是自动重装载值

CCRX为捕获/比较寄存器值

CNT为计数器当前值

那么其中的逻辑是这样的

当CNT小于CCRx时，TIMx_CHx通道输出设置的电平；

当CNT等于或大于CCRx时，TIMx_CHx通道输出与设置相反的电平。

设置的电平

那么我们直接配置好

在中加入使能代码

HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_4);

看下示波器效果

看的出来是低电平20% 高电平80% 频率2KHZ

那么是怎么配置出来的呢

看图可得出以下数据：

PSC=71

向上计数模式

ARR=499

>>>>>>

PWM 模式1

CCRX=100

>>>>>>

通道输出极性低电平

好的，我们得到这么多数据，还需要记住一些公式

Fpwm=TCLK/(ARR+1)*(PSC+1) =2000HZ

占空比=CCRX/（ARR+1）=100/(499+1)=20%

改CCR1可以修改占空比，修改arr可以修改频率

好的，这样简单的PWM配置就完成了，接下来模拟时序

WS2812时序讲解具体在这个博客，看完再跳回本页面

1码 2/3高电平 1/3低电平

0码 1/3高电平 2/3低电平

一个码的周期是1.25us,也就是800khz

无聊写了个代码，算对应的PSC和ARR

计算定时器arr和psc

随便选一组，怎么方便怎么来

选PSC=1,ARR=44，ch polarity high.

波形符合理论

引入新的方式：直接修改CCRx寄存器的值

htim4.Instance->CCR4 = 30

DMA

进入正题 TIM＋DMA配置

（HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback() 是一个回调函数，当DMA传输完成以后，就会调用这个函数，由于本文DMA传输模式选择为Circular，所以DMA需要手动关闭，否则DMA会不断的搬运数据。）

DMA传输位宽和定义的缓冲区位宽要一致

u32 对word

u16 对half word

u8 对 byte

然后生成文件，打开工程

新建一个 NEW GROUP

创建WS2812.h WS2812.c文件

#ifndef _WS2812_H
#define _WS2812_H
#endif
//标识的命名规则一般是头文件名全大写，前后加下划线，并把文件名中的“.”也变成下划线
//头文件区
#include "main.h"
#include "dma.h"
#include "tim.h"


//用户修改参数区
#define ONE_PULSE        (59)                           //1 码计数个数
#define ZERO_PULSE       (29)                           //0 码计数个数
#define RESET_PULSE      (48)                           //80 复位电平个数（不能低于40）
#define LED_NUMS         (4)                            //led 个数
#define LED_DATA_LEN     (24)                           //led 长度，单个需要24个字节
#define WS2812_DATA_LEN  (LED_NUMS*LED_DATA_LEN)        //ws2812灯条需要的数组长度



void ws2812_set_RGB(uint8_t R, uint8_t G, uint8_t B, uint16_t num);//设置彩灯颜色
void ws2812_example(void);
void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim);

uint16_t RGB_buffur[RESET_PULSE + WS2812_DATA_LEN] = { 0 };

WS2812_DATA_LEN ==(LED_NUMS*LED_DATA_LEN)

测试用的LED_NUMS=4,那么数组长度为4*24+reset_pulse

reset_pulse>=40

(DMA 每一个定时器周期就搬运一个0到定时器CCR中，定时器将产生一个1.25us的全低电平，40个为50us，这个50us的低电平作为ws2812的复位信号。)

#include "WS2812.h"


 uint16_t  RGB_buffur[RESET_PULSE + WS2812_DATA_LEN] = { 0 };


void ws2812_set_RGB(uint8_t R, uint8_t G, uint8_t B, uint16_t num)
{
    //指针偏移:需要跳过复位信号的N个0
    uint16_t* p = (RGB_buffur + RESET_PULSE) + (num * LED_DATA_LEN);
    
    for (uint16_t i = 0;i < 8;i++)
    {
        //填充数组
        p[i]      = (G << i) & (0x80)?ONE_PULSE:ZERO_PULSE;
        p[i + 8]  = (R << i) & (0x80)?ONE_PULSE:ZERO_PULSE;
        p[i + 16] = (B << i) & (0x80)?ONE_PULSE:ZERO_PULSE;
    }

}

void HAL_TIM_PWM_PulseFinishedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
//    HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&htim4,TIM_CHANNEL_4);
//    HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&htim1,TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Stop_DMA(&htim4,TIM_CHANNEL_3);//PA8
}

void ws2812_example(void)
{
    //#1.填充数组
    ws2812_set_RGB(0x22, 0x00, 0x00, 0);
    ws2812_set_RGB(0x00, 0x22, 0x00, 1);
    ws2812_set_RGB(0x00, 0x00, 0x22, 2);
    ws2812_set_RGB(0x22, 0x22, 0x22, 3);
    //#2.传输数据
//    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim4,TIM_CHANNEL_4,(uint32_t *)RGB_buffur,(176));  
//	  HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1,TIM_CHANNEL_1,(uint32_t *)RGB_buffur,(176));
	HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim4,TIM_CHANNEL_3,(uint32_t *)RGB_buffur,(176));
    //#3.延时：使效果可以被观察
    HAL_Delay(500);
    
    ws2812_set_RGB(0x22, 0x00, 0x00, 1);
    ws2812_set_RGB(0x00, 0x22, 0x00, 2);
    ws2812_set_RGB(0x00, 0x00, 0x22, 3);
    ws2812_set_RGB(0x22, 0x22, 0x22, 0);
    
//    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim4,TIM_CHANNEL_4,(uint32_t *)RGB_buffur,(176)); 
//    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1,TIM_CHANNEL_1,(uint32_t *)RGB_buffur,(176));
    HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim4,TIM_CHANNEL_3,(uint32_t *)RGB_buffur,(176));	
    HAL_Delay(500);
	}

(RGB_buffur + RESET_PULSE) + (num * LED_DATA_LEN)对应得是

RGB_buffur[RESET_PULSE + num * LED_DATA_LEN]的地址(num取值这里是0-3)

实际上就是跳过最开始的数组里面的RESET_PULSE

RGB_buffur[]={ RESET_PULSE ,NUM0数据，NUM1数据，NUM2数据，NUM3数据}

在main.c文件while中加入