嵌入式驱动程序（1）IO口模拟PWM（呼吸灯）

市面上有很多产品都是都运用到了PWM的功能，比方说动态变化各种颜色的背光灯，渐明渐暗的呼吸灯等产品。

PWM就是在固定的周期内，改变IO口高电平和低电平的维持时间。其中 占空比 = 高电平时间/周期时间。通过调节占空比，就可以改变led灯的亮度，通过控制三色灯的不同亮度（权重）来实现不同颜色的显示。

如果led灯不停的高低电平切换。我们看到的不应该是一直在闪烁的灯吗？其实不是的，有一种现象叫做视觉暂留：人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”。物体在快速运动时, 当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像0.1-0.4秒左右的图像，同样的道理，在led亮起来的时候，然后让led短暂时间的熄灭，再亮起来，因为之前led亮的后像还没有消失，再次衔接led亮的动作，人眼就感觉不出led有过熄灭的动作。如果熄灭的时间超过了残留的后像时间人眼就会感觉到led闪烁。

但是物理上led灯的确有过短暂的时间熄灭过，这就会导致led看起来亮度没有一直亮着的led灯亮。

有些嵌入式芯片没有集成PWM功能，那么我们可以通过普通IO口模拟PWM功能。本文通过STM32硬件资源，通过普通IO口模拟PWM功能。代码也可以很容易移植到其他硬件平台。

1. 需要的资源

• 普通IO口
• 一个定时器中断，满足固定时间执行一次的调节（这里我们设置成100us）

2. 定义结构体

typedef struct
{
	unsigned char Cycle;		/* 周期计时 周期 = 每次执行的中断时间*0xff */
	unsigned char Duty;			/* 当前占空比 */
	void (*IO_HIGH)(void);		/* 高电平函数 */
	void (*IO_LOW)(void);		/* 低电平函数 */
}PWM_CONFIG;

3. 函数功能

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: PWM_Control
*	形    参: pwm
*	返 回 值: 无
*	功能说明:  周期计数Cycle从1到0xff，依次递增计时，每循环一次也就是一次周期完成，
			   当设置的当前占空比大于等于当前的周期计数的时候，IO设置成高电平，否则设置成低电平。
			   比方说，Duty设置成0x40，则Cycle 在[1,0x40]这范围内是高电平，[0x41,0xff]这范围内是低电平
*********************************************************************************************************
*/
void PWM_Control(PWM_CONFIG pwm)
{
	if(pwm.Duty >= pwm.Cycle)
		pwm.IO_HIGH();
	else
		pwm.IO_LOW();
	
	if(++pwm.Cycle > 0xff)
		pwm.Cycle = 1;
}


/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: PWM_Handler
*	形    参: 无
*	返 回 值: 无
*	功能说明: 将函数放在定时器中断里面，比方说100us的定时中断函数中，保证每100us调用一次
*********************************************************************************************************
*/
void PWM_Handler(void)
{
	PWM_Control(pwm_red_config);
	PWM_Control(pwm_green_config);
	PWM_Control(pwm_blue_config);
}



/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: PWM_SetColor
*	形    参: red，红色占空比；green，绿色占空比；blue，蓝色占空比
*	返 回 值: 无
*	功能说明: 通过设置每个灯的占空比，来设置三色灯的颜色
*********************************************************************************************************
*/
void PWM_SetColor(unsigned char red, unsigned char green, unsigned char blue)
{
	pwm_red_config.Duty = red;
	pwm_green_config.Duty = green;
	pwm_blue_config.Duty = blue;
}


/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: PWM_Init
*	形    参: 无
*	返 回 值: 无
*	功能说明: PWM的IO配置，初始化函数
*********************************************************************************************************
*/
void PWM_Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;//定义GPIO结构体
	
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//使能GPIOC的时钟
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_R_PIN;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(LED_R_PORT,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_G_PIN;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(LED_G_PORT,&GPIO_InitStruct);
	
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = LED_B_PIN;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(LED_B_PORT,&GPIO_InitStruct);	
}

4. RGB颜色对照表

通过调用函数PWM_SetColor，改变三个参数的占空比就可以实现，不同的颜色。可以参考RGB颜色对照表

5. 建议

• 周期可以根据实际需要更改，这里我们设置的是100us*0xff
• 实际运用中将三色灯，一直导通按理说应该是白色灯，但是实际情况可能会偏向其中一个颜色。比方说颜色偏红色，就把红的那一路通过加电阻减小电流或者软件调占空比减小，建议是在三色灯每个IO口串联一个电阻，用来调整亮度。
• 如果实际产品是和音频有关的注意走线，防止PWM对模拟信号的干扰。

6. 代码下载

io口模拟PWM驱动程序提取码：ihaf

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