CW32數(shù)字電壓電流表軟件教程-實驗一：LED原理與驅(qū)動

2.1.LED燈基礎知識

2.1.1.LED燈結(jié)構(gòu)組成

LED燈，也稱發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的內(nèi)部是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，整個晶片環(huán)-氧樹脂封裝起來。常見的LED燈如圖2-1所示。

圖2-1 常見LED燈

2.1.2.LED燈發(fā)光原理

半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，另一端是N型半導體。這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成了一個P-N結(jié)。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED燈發(fā)光的原理。

2.1.3.LED燈驅(qū)動原理

LED 驅(qū)動指的是通過穩(wěn)定的電源為 LED 提供合適的電流和電壓，使其正常工作點亮。LED 驅(qū)動方式主要有恒流和恒壓兩種。限定電流的恒流驅(qū)動是最常見的方式，因為 LED 燈對電流敏感，電流大于其額定值可能導致?lián)p壞。恒流驅(qū)動保證了穩(wěn)定的電流，從而確保了 LED 安全。

LED 燈的驅(qū)動比較簡單，只需要給將對應的正負極接到單片機的正負極即可驅(qū)動。LED的接法也分有兩種，灌入電流和輸出電流。

圖2-2 LED接法示例

• 灌入電流指的是LED的供電電流是由外部提供電流，將電流灌入我們的MCU；風險是當外部電源出現(xiàn)變化時，會導致MCU的引腳燒壞。
• 輸出電流指的是由MCU提供電壓電流，將電流輸出給LED；如果使用 MCU的GPIO 直接驅(qū)動 LED，則驅(qū)動能力較弱，可能無法提供足夠的電流驅(qū)動 LED。

需要注意的 是 LED 燈的顏色不同，對應的電壓也不同。電流不可過大，通常需要接入220歐姆到10K歐姆左右的限流電阻，限流電阻的阻值越大，LED的亮度越暗。

2.2.LED燈原理圖

CW32F003小藍板關于LED燈的原理圖如圖2-3所示

圖 2-3 小藍板LED燈原理圖

2.3.LED燈驅(qū)動流程（庫函數(shù)）

通過上面的原理圖可以了解到，LED2中負極接到了電源地，LED2的正極經(jīng)限流電阻R3連接到電源正。當核心板上電時，使LED2導通，這時便有電流流過發(fā)光二極管LED2，使LED2發(fā)光指示電源接入；

LED1的正極經(jīng)限流電阻R5接到電源正極，LED1的負極連接到單片機的GPIO口上，通過LED燈的驅(qū)動原理，只需要將相應GPIO（PC0）配置為低電平即可點亮LED1。CW32F003小藍板的LED部分實物圖如圖2-4所示

圖 2-4 小藍板LED實物圖

2.3.1.配置流程

一般我們使用GPIO的端口，都需要有以下幾個步驟。

• 開啟GPIO的端口時鐘
• 配置GPIO的模式
• 配置GPIO的輸出

從開發(fā)板原理圖了解到LED2接的是單片機的PC0。我們要使能LED就需要配置GPIOC端口。下面我們就以LED1接的PC0進行介紹。

2.3.1.1.開啟CW32F003系統(tǒng)內(nèi)部時鐘

CW32的系統(tǒng)內(nèi)部時鐘默認并不是我們想要的運行頻率,在使用CW32之前我們需要先配置內(nèi)部時鐘樹。查找CW32F003的用戶手冊可以找到系統(tǒng)內(nèi)部時鐘樹如下圖：

圖2-5 CW32F003內(nèi)部時鐘樹

在CW32的庫函數(shù)中找到cw32f003_rcc.h，頭文件中有時鐘樹相關配置的函數(shù)，如下圖：

圖2-6 時鐘樹相關配置函數(shù)

复制void RCC_Configuration(void)
{
  FLASH_SetLatency(FLASH_Latency_2); // 設置主頻為48MHZ需要注意，F(xiàn)lah的訪問周期需要更改為FLASH_Latency_2。
  RCC_HSI_Enable(RCC_HSIOSC_DIV1);   // 設置頻率為48M
  RCC_SYSCLKSRC_Config(RCC_SYSCLKSRC_HSI);  //選擇SYSCLK時鐘源  48MHz
  RCC_HCLKPRS_Config(RCC_HCLK_DIV1);  //配置SYSTICK到HCLK分頻系數(shù)  48MHz
  RCC_PCLKPRS_Config(RCC_PCLK_DIV8); //配置HCLK 到 PCLK的分頻系數(shù)  6MHz
}

2.3.1.2.開啟GPIO的端口時鐘

CW32的外時鐘默認是全部關閉,使用GPIO外設之前我們需要先開啟對應的時鐘。

在CW32提供的庫函數(shù)中找到cw32f003_rcc.h，這個頭文件包含了所有時鐘相關的函數(shù)接口。外設時鐘的接口如下圖所示:

圖2-7 GPIO配置相關函數(shù)

LED1的控制IO是PC0,因此需要打開GPIOC對應的時鐘,代碼如下:

复制__RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();//打開GPIOC的時鐘

2.3.1.3.配置GPIO初始化

GPIO初始化包含了模式,中斷使能,io引腳位號。CW32的GPIO初始化是先把所有初始化項寫在一個結(jié)構(gòu)體里面，然后把結(jié)構(gòu)體傳入帶初始化函數(shù)里，完成初始化功能。與GPIO相關的函數(shù)接口都在cw32f003_gpio.h頭文件里面，我們先看GPIO模式有哪些，如下圖所示：

圖2-8 GPIO模式

GPIO模式包含了模擬輸入，數(shù)字輸入，數(shù)字上拉輸入，數(shù)字下拉輸入，數(shù)字推挽輸出，數(shù)字開漏輸出模式。根據(jù)發(fā)光二極管控制原理，PC0接在LED的反向端，因此PC0為低電平時，LED點亮。我們需要PC0輸出高低電平，模式需要選擇數(shù)字輸出模式，由于開漏模式需要外部有上拉或者下拉電阻才可輸出高低電平，所以我們選擇推挽模式。代碼如下：

复制GPIO_Init_Struct.IT = GPIO_IT_NONE;

GPIO位號如下圖所示：

圖2-10 GPIO位腳

LED的控制端為PC0，最后的這個0就是位號，配置代碼如下：

复制GPIO_Init_Struct.Pins = GPIO_PIN_0;

以上配置就完成了GPIO的結(jié)構(gòu)體初始化，然后我們需要調(diào)用初始化函數(shù)，在cw32f003_rcc.h里找到void GPIO_Init(GPIO_TypeDef *GPIOx, GPIO_InitTypeDef *GPIO_Init);包含了兩個參數(shù)，第一個參數(shù)是GPIO的基地址，第二個參數(shù)是初始化配置結(jié)構(gòu)體。調(diào)用代碼如下：

复制GPIO_Init(CW_GPIOC, &GPIO_Init_Struct);

結(jié)合以上配置，完整代碼如下：

复制GPIO_InitTypeDef GPIO_Init_Struct;
  __RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
  GPIO_Init_Struct.IT   = GPIO_IT_NONE;
  GPIO_Init_Struct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_Init_Struct.Pins = GPIO_PIN_0;
  GPIO_Init(CW_GPIOC, &GPIO_Init_Struct);

2.3.1.4.配置LED輸出

配置好GPIO之后，就可以進行點燈了。就是讓PC0輸出高低電平。在cw32f003_gpio.h頭文件中可以找到函數(shù)

复制GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pins, GPIO_PinState PinState);

傳參有三個，第一個是第一個參數(shù)是GPIO的基地址，第二個參數(shù)是引腳位號，第三個參數(shù)是輸出狀態(tài)。

复制GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_Pin_SET);//PC0輸出高電平
GPIO_WritePin(CW_GPIOC,GPIO_PIN_0,GPIO_Pin_RESET);//PC0輸出低電平

我們要點亮LED1根據(jù)上文的電路圖可知要將PC0置低。2.3.1.5.程序下載接線我們使用DAP-Link作為程序下載媒介，DAP-Link的接線圖如下。其中藍色（3.3V）、綠色（GND）、紫色（數(shù)據(jù)線SWD）、灰色（時鐘信號線SCK），與圖2-12一一對應。

圖2-11 DAP-Link接線圖

圖2-12 CW32F003程序下載接線

2.3.2.實驗效果

最終的實驗效果如下圖所示：

圖2-13 LED點亮實驗現(xiàn)象

審核編輯 黃宇