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C語言實現(xiàn)呼吸燈(HAL庫)

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摘要:關(guān)于的塊不打算展開說,這里針對呼吸燈的詳細(xì)說明。描述定時器底層回調(diào)初始化參數(shù)無返回?zé)o描述定時器中斷處理函數(shù)參數(shù)無返回?zé)o呼吸燈注意由于產(chǎn)生中斷過快,反轉(zhuǎn)實現(xiàn)不了電平反轉(zhuǎn)上面代碼是中斷處理函數(shù),對呼吸燈的引腳電平反轉(zhuǎn)。

1. 呼吸燈原理

呼吸燈的實現(xiàn)可以通過控制燈的亮度連續(xù)變化,當(dāng)變化的頻率大于24幀時,肉眼看上去就會逐漸變暗,逐漸變亮。

2. PWM控制亮度

PWM通過設(shè)置亮度在一段時間內(nèi)的占空比,亮的百分比多,人眼看到的就亮,反之就是暗。
關(guān)于PWM的塊不打算展開說,這里針對呼吸燈的PWM詳細(xì)說明。

/* * 描述  :呼吸燈PWM初始化 * 參數(shù)  : *        無 * 返回  : *        無 */void bspBreathLedTIMInit(void){  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};  g_breathled_tim_handle.Instance = TIM2;  g_breathled_tim_handle.Init.Prescaler = 83;  g_breathled_tim_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;  g_breathled_tim_handle.Init.Period = (BREATHLED_PWM_VALUE - 1);  g_breathled_tim_handle.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;  g_breathled_tim_handle.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;  if (HAL_TIM_Base_Init(&g_breathled_tim_handle) != HAL_OK)  {    Error_Handler();  }  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&g_breathled_tim_handle, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)  {    Error_Handler();  }  if (HAL_TIM_PWM_Init(&g_breathled_tim_handle) != HAL_OK)  {    Error_Handler();  }  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&g_breathled_tim_handle, &sMasterConfig) != HAL_OK)  {    Error_Handler();  }  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;  sConfigOC.Pulse = 0;  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&g_breathled_tim_handle, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_4) != HAL_OK)  {    Error_Handler();  }  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;  BREATHLED_GPIO_CLK_ENABLE();  /* TIM2 GPIO Configuration   * PA3     ------> TIM2_CH4   */  GPIO_InitStruct.Pin = BREATHLED_GPIO_GREEN_PIN;  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_VERY_HIGH;  GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF1_TIM2;  HAL_GPIO_Init(BREATHLED_GPIO_TYPE, &GPIO_InitStruct);  HAL_TIM_Base_Start_IT(&g_breathled_tim_handle);}

我這里使用了PA3引腳,定時器2做實驗。時鐘頻率是84MHz,Prescaler設(shè)置(84 - 1) = 83,Period這里設(shè)置是(10000 - 1) = 9999,所以定時器是 (83 + 1) * (9999 + 1) / 84000000 = 0.01s = 10ms一個周期。
這個頻率各位可以根據(jù)實際情況去計算,盡量設(shè)置成看上去平滑,而且對系統(tǒng)也不會造成產(chǎn)生過多中斷。

/* * 描述  :定時器底層回調(diào)初始化 * 參數(shù)  : *        無 * 返回  : *        無 */void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim_base){  if (htim_base->Instance == TIM2)  {    __HAL_RCC_TIM2_CLK_ENABLE();    HAL_NVIC_SetPriority(TIM2_IRQn, 5, 0);    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM2_IRQn);  }}/* * 描述  :定時器中斷處理函數(shù) * 參數(shù)  : *        無 * 返回  : *        無 */void TIM2_IRQHandler(void){  HAL_TIM_IRQHandler(&g_breathled_tim_handle);	  HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(&g_breathled_tim_handle);	}void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim){  /* USER CODE BEGIN Callback 0 */  /* USER CODE END Callback 0 */  if (htim->Instance == TIM11) {    HAL_IncTick();  }  //呼吸燈  else if (htim->Instance == TIM2)  {    //注意由于產(chǎn)生中斷過快,反轉(zhuǎn)實現(xiàn)不了    //LED電平反轉(zhuǎn)    HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_3);  }  /* USER CODE BEGIN Callback 1 */  /* USER CODE END Callback 1 */}

上面代碼是中斷處理函數(shù),對呼吸燈的引腳電平反轉(zhuǎn)。是通過設(shè)置占空比的參數(shù),定時器自動觸發(fā)中斷后反轉(zhuǎn)電平。

3. 呼吸燈亮度曲線

//PWM設(shè)置的Period值#define BREATHLED_PWM_VALUE                10000//呼吸燈x軸變暗或變亮步數(shù)#define BREATHLED_X_DIVIDE                 100//呼吸燈x軸總步數(shù)#define BREATHLED_X_TOTAL                 (BREATHLED_X_DIVIDE * 2)//呼吸燈y軸比例#define BREATHLED_Y_RATIO                 (BREATHLED_PWM_VALUE / BREATHLED_X_DIVIDE)//亮度變化頻率,也就是幀數(shù),單位毫秒#define BREATHLED_FRAMES_MS											10

一些宏定義,BREATHLED_PWM_VALUE值是上面PWM設(shè)置的Period值。
BREATHLED_X_DIVIDE是x軸,變暗或變亮?xí)r,x軸的步數(shù)。
BREATHLED_X_TOTAL是x軸變暗加上變亮一個周期的總步數(shù)。
BREATHLED_Y_RATIO是y軸比例。
BREATHLED_FRAMES_MS亮度變化頻率,注意這個值必須大于24幀,也就是小于40毫秒的時間,為了更加平滑,可以適量提高幀數(shù),這樣看起來呼吸燈更加流暢。

3.1 線性折線

y = 10000時代表占空比100%,x軸為時間。

/* * 描述  :呼吸燈函數(shù),由x軸得出y軸值 * 參數(shù)  : *        [in]  x     x軸,時間 * 返回  : *        y軸值,PWM值 */static unsigned int breathLedCurve(unsigned int x){  unsigned int y;  if (x < BREATHLED_X_DIVIDE)  {    y = BREATHLED_Y_RATIO * x;  }  else  {    y = -BREATHLED_Y_RATIO * (x - BREATHLED_X_TOTAL);  }  return y;}/* * 描述  :呼吸燈過程 * 參數(shù)  : *        無 * 返回  : *        無 */void breathLedProgress(void){  static unsigned int time_x = 0;  unsigned int pwm_value_y = 0;  while (1)  {    time_x = (time_x + 1) % BREATHLED_X_TOTAL;    pwm_value_y = breathLedCurve(time_x);    //修改占空比    __HAL_TIM_SetCompare(&g_breathled_tim_handle, TIM_CHANNEL_4, pwm_value_y);			     sysDelay(BREATHLED_FRAMES_MS);    if (time_x % BREATHLED_X_DIVIDE == 0)    {      sysDelay(500);    }  }}

實現(xiàn)方式可以參考上面的,但是人眼感受的卻不是線性的,是由于在燈光微亮區(qū),很小的光通量改變也讓人眼感到光通量變化很大,而在光通量比較大的區(qū)域,很大的光通量跳躍,人眼感覺到的光通量變化不大,簡單理解為,人眼對亮度暗的比較敏感,而對亮度量的不敏感。
所以你嘗試后發(fā)現(xiàn),當(dāng)由亮變暗時感覺時間長,由暗變亮?xí)r時間短,會有突然變亮的感覺。這個曲線是有缺陷的。

3.2 呼吸燈曲線


由上圖可知,當(dāng)亮度由暗變亮?xí)r,程序的呼吸燈曲線需要如同圖3。
為了方便我這里使用一元二次曲線,有條件的可以使用sin函數(shù),但是效果或許看起來會差不多。但是sin函數(shù)計算量會比一元二次方程大的多,所以衡量之下,選擇通過一元二次曲線來實現(xiàn)。

通過這個曲線,你可能感覺到和線性折線差不多的效果。所以還需要降低由暗變亮?xí)r的亮度變化頻率,即可讓人眼看上去平滑。

有需要的可以移步呼吸燈曲線代碼下載。或者有能力的可以自行參考上面代碼,實現(xiàn)該曲線

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