如何使用PWM技术控制LED的亮度或直流风扇的速度

在本教程中，我们将了解STM32中的PWM（脉宽调制），以及如何使用PWM技术控制LED的亮度或直流风扇的速度。

我们知道有两种类型的信号：模拟和数字。模拟信号具有（3V，1V...等）和数字信号有（1'和0）。传感器输出为模拟信号，这些模拟信号使用ADC转换为数字信号，因为微控制器只能理解数字信号。处理完这些ADC值后，需要再次将输出转换为模拟形式以驱动模拟器件。为此，我们使用某些方法，例如PWM，数模（DAC）转换器等。

什么是PWM（带调制的脉冲）？

PWM是一种使用数字值控制模拟设备的方法，例如控制电机的速度，LED的亮度等。我们知道电机和LED在模拟信号上工作。但是PWM不提供纯模拟输出，PWM看起来像由短脉冲产生的模拟信号，而短脉冲是由占空比提供的。

PWM 的占空比

PWM信号保持高电平（导通时间）的时间百分比称为占空比。如果信号始终为ON，则处于100%占空比，如果始终关闭，则为0%占空比。

Duty Cycle =Turn ON time/ (Turn ON time + Turn OFF time)

采用STM32封装的PWM

STM32F103C8具有15个PWM引脚和10个ADC引脚。有 7 个定时器，每个 PWM 输出由连接到 4 个定时器的通道提供。它具有 16 位 PWM 分辨率 （216），即计数器和变量可以大到 65535。在 72MHz 时钟速率下，PWM 输出的最大周期约为 1 毫秒。

因此，值 65535 给出了 LED 的全亮度和直流风扇的全速（100% 占空比）

同样，32767 的值给出了 LED 的一半亮度和直流风扇的一半速度（50% 占空比）

值 13107 给出 （20%） 亮度和 （20%） 速度（20% 占空比）

在本教程中，我们使用电位计和STM32通过PWM技术改变LED的亮度和直流风扇的速度。16x2 LCD用于显示ADC值（0-4095）和输出的修改变量（PWM值）（0-65535）。

以下是其他微控制器的几个PWM示例：

使用带有MPLAB和XC8的PIC微控制器生成PWM

带树莓派的伺服电机控制

基于 Arduino 的 LED 调光器，使用 PWM

使用 MSP430G2 的脉宽调制 （PWM）

在此处查看所有与PWM相关的项目。

所需组件

STM32F103C8

直流风扇

ULN2003 电机驱动器 IC

指示灯（红色）

液晶显示器 （16x2）

电位计

面包板

电池 9V

跳线

直流风扇：这里使用的直流风扇是来自旧PC的BLDC风扇。它需要外部电源，因此我们使用 9V 直流电池。

ULN2003 电机驱动器 IC：它用于在一个方向上驱动电机，因为电机是单向的，风扇也需要外部电源。在此处了解有关基于 ULN2003 的电机驱动器电路的更多信息。以下是ULN2003的图片图：

引脚（IN1 到 IN7）是输入引脚，（OUT 1 到 OUT 7）是相应的输出引脚。COM 被赋予输出设备所需的正源电压。

发光二极管：使用红色 LED 发出红光。可以使用任何颜色。

电位器：使用两个电位器，一个用于ADC模拟输入的分压器，另一个用于控制LED的亮度。

STM32的引脚详细信息

正如我们所看到的，PWM引脚以波形格式（~）表示，有15个这样的引脚，ADC引脚以绿色表示，10个ADC引脚用于模拟输入。

电路图和连接

STM32与各种组件的连接说明如下：

STM32，带模拟输入（ADC）

电路左侧的电位计用作稳压器，用于调节来自3.3V引脚的电压。电位计的输出，即电位计的中心引脚连接到STM32的ADC引脚（PA4）。

STM32 带指示灯

STM32 PWM输出引脚（PA9）通过串联电阻和电容连接到LED的正极引脚。

带电阻器和电容器的LED

串联电阻和并联电容器与 LED 连接，以从 PWM 输出产生正确的模拟波，因为模拟输出与直接从 PWM 引脚生成时不是纯净的。

STM32 带 ULN2003 和 ULN2003 带风扇

STM32 PWM输出引脚（PA8）连接到ULN2003 IC的输入引脚（IN1），ULN2003的相应输出引脚（OUT1）连接到直流风扇的负极线。

直流风扇的正极引脚连接到 ULN2003 IC 的 COM 引脚，外部电池 （9V DC） 也连接到 ULN2003 IC 的同一 COM 引脚。ULN2003的接地引脚连接到STM32的接地引脚，电池负极连接到同一接地引脚。

STM32 带液晶显示器 （16x2）

液晶屏引脚编号	液晶屏引脚名称	STM32 引脚名称
1	地面（锭）	地面 （G）
2	可变资本公司	5V
3	维伊	电位计中心的引脚
4	寄存器选择 （RS）	PB11
5	读/写 （RW）	地面 （G）
6	启用 （英文）	PB10
7	数据位 0 （DB0）	无连接（常闭）
8	数据位 1 （DB1）	无连接（常闭）
9	数据位 2 （DB2）	无连接（常闭）
10	数据位 3 （DB3）	无连接（常闭）
11	数据位 4 （DB4）	PB0
12	数据位 5 （DB5）	PB1
13	数据位 6 （DB6）	电脑13
14	数据位 7 （DB7）	电脑14
15	正极指示灯	5V
16	负极指示灯	地面 （G）

右侧的电位计用于控制LCD显示屏的对比度。上表显示了LCD和STM32之间的连接。

在此编码中，我们将从连接到左电位计中心引脚的ADC引脚（PA4）获取输入模拟值，然后将模拟值（0-3.3V）转换为数字或整数格式（0-4095）。该数字值进一步作为PWM输出提供，以控制LED亮度和直流风扇的速度。16x2 LCD用于显示ADC和映射值（PWM输出值）。

首先，我们需要包含LCD头文件，声明LCD引脚并使用以下代码初始化它们。

#include    // include the LCD library

const int rs = PB11, en = PB10, d4 = PB0, d5 = PB1, d6 = PC13, d7 = PC14;  //mention the pin                     names to with LCD is connected to

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);  //Initialize the LCD

接下来使用STM32的引脚声明和定义引脚名称

const int analoginput   = PA4;  // Input from potentiometer                          

const int led           = PA9;  // LED output

const int fan           = PA8;  // fan output

现在在setup（）中，我们需要显示一些消息并在几秒钟后清除它们，并指定输入引脚和PWM输出引脚

lcd.begin(16,2);          //Getting LCD ready

lcd.clear();          //Clears LCD

lcd.setCursor(0,0);          //Sets cursor at row0 and column0

lcd.print("CIRCUIT DIGEST");          //Displays Circuit Digest

lcd.setCursor(0,1);          //Sets Cursor at column0 and row1

lcd.print("PWM USING STM32");   //Displays PWM using STM32

delay(2000);          // Delay Time

lcd.clear();          // Clears LCD

pinMode(analoginput, INPUT);          // set pin mode analoginput as INPUT

pinMode(led, PWM);          // set pin mode led as PWM output

pinMode(fan, PWM);          // set pin mode fan as PWM output

模拟输入引脚（PA4）通过引脚模式（模拟输入，输入）设置为输入，LED引脚设置为PWM输出由引脚模式（led，PWM），风扇引脚设置为PWM输出由引脚模式（风扇，PWM）设置。此处，PWM 输出引脚连接到 LED （PA9） 和风扇 （PA8）。

接下来在void loop（）函数中，我们从ADC引脚（PA4）读取模拟信号并将其存储在一个整数变量中，该整数变量使用以下代码将模拟电压转换为数字整数值（0-4095） int valueadc = analogRead（analoginput）;

这里需要注意的重要一点是PWM引脚，即STM32的通道具有16位分辨率（0-65535），因此我们需要使用如下所示的映射功能将其与模拟值进行映射

int result = map(valueadc, 0, 4095, 0, 65535). 

如果不使用映射，我们将无法通过改变电位计来获得风扇的全速或LED的全亮度。

然后，我们使用pwmWrite（led，结果）将PWM输出写入LED，并使用pwmWrite（风扇，结果）函数将PWM输出写入风扇。

最后，我们使用以下命令在LCD显示屏上显示模拟输入值（ADC值）和输出值（PWM值）

lcd.setCursor(0,0);          //Sets cursor at row0 and column0

lcd.print("ADC value= ");           // prints the words “”

lcd.print(valueadc);          //displays valueadc

lcd.setCursor(0,1);           //Sets Cursor at column0 and row1

lcd.print("Output =   ");          //prints the words in ""

lcd.print(result);            //displays value result             

#include // include the LCD library

const int rs = PB11, en = PB10, d4 = PB0, d5 = PB1, d6 = PC13, d7 = PC14; //mention the pin names to with LCD is connected to

LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); //Initialize the LCD


const int analoginput = PA4; // Input from potentiometer

const int led = PA9; // LED output

const int fan = PA8; // fan output



void setup()

{

lcd.begin(16,2); //Getting LCD ready

lcd.clear(); //Clears LCD

lcd.setCursor(0,0); //Sets cursor at row0 and column0

lcd.print("CIRCUIT DIGEST"); //Displays Circuit Digest

lcd.setCursor(0,1); //Sets Cursor at column0 and row1

lcd.print("PWM USING STM32"); //Displays PWM using STM32

delay(2000); // Delay yime

lcd.clear(); // Clears LCD

pinMode(analoginput, INPUT); // set pin mode analoginput as INPUT

pinMode(led, PWM); // set pin mode led as PWM output

pinMode(fan, PWM); // set pin mode fan as PWM output

}




void loop()


{

int valueadc = analogRead(analoginput); //gets analog value from pot and store in variable,converts to digital

int result = map(valueadc, 0, 4095, 0, 65535); //maps the (0to4095 into 0to65535) and stores in result variable

pwmWrite(led, result); //puts resultin PWM form

pwmWrite(fan, result); //puts resultin PWM form

lcd.setCursor(0,0); //Sets cursor at row0 and column0

lcd.print("ADC value= "); // prints the words in ""

lcd.print(valueadc); //displays value

lcd.setCursor(0,1); //Sets Cursor at column0 and row1

lcd.print("Output = "); //prints the words in ""

lcd.print(result); //displays value result

}