基于 Zephyr RTOS，使用 STM32 定时器 PWM 驱动双 LED 呼吸效果

1. 概述

本项目使用 Zephyr 的 PWM LED 驱动 (pwm-leds) 控制 STM32 Nucleo-C562RE 板上的两个 LED（PA0 / PA1），产生"呼吸灯"效果 —— 两个 LED 的亮度按三角波规律交替变化，亮度的最高点彼此错开半个周期，形成亮度在两灯之间"流动"的视觉效果。

2. 硬件连接

                 ┌──────────────────────────┐
   PA0 (TIM2_CH1) ─► LED1 ──► GND
   PA1 (TIM2_CH2) ─► LED2 ──► GND
                 └──────────────────────────┘

注意：板载 LD1（PA5，对应 led0 alias）由板级 BSP 单独管理，本驱动不触碰它。PA2 在本板上为 USART2_TX，故意未使用。

3. 启用配置 (prj.conf)

CONFIG_GPIO=y
CONFIG_PWM=y
CONFIG_LED=y
CONFIG_LED_PWM=y        # pwm-leds 驱动
CONFIG_PWM_STM32=y      # STM32 的 PWM 后端

4. 设备树配置 (boards/nucleo_c562re.overlay)

4.1 关键节点

#include <zephyr/dt-bindings/pwm/pwm.h>
#include <zephyr/dt-bindings/pinctrl/stm32-pinctrl.h>

/ {
    aliases {
        led1 = &led_2;   /* 把应用可见的 led1/led2 指向 pwm_leds 子节点 */
        led2 = &led_3;
    };
};

&{/} {
    pwm_leds {
        compatible = "pwm-leds";

        led_2: led_2 {
            /* PA0 = TIM2_CH1, AF1 */
            pwms = <&pwm2 1 PWM_MSEC(1) 0>;
            label = "PA0_LED";
        };

        led_3: led_3 {
            /* PA1 = TIM2_CH2, AF1 */
            pwms = <&pwm2 2 PWM_MSEC(1) 0>;
            label = "PA1_LED";
        };
    };
};

&pinctrl {
    timers2_pwm_pa0: timers2_pwm_pa0 {
        pinmux = <STM32_PINMUX('A', 0, AF1)>;   /* TIM2_CH1 */
    };
    timers2_pwm_pa1: timers2_pwm_pa1 {
        pinmux = <STM32_PINMUX('A', 1, AF1)>;   /* TIM2_CH2 */
    };
};

&timers2 {
    status = "okay";
    st,prescaler = <0>;

    pwm2: pwm {
        pinctrl-0 = <&timers2_pwm_pa0 &timers2_pwm_pa1>;
        pinctrl-names = "default";
        status = "okay";
    };
};

4.2 pwms 属性详解

   pwms = <&pwm2     1     PWM_MSEC(1)       0>;
       │      │  │           │
       │      │  │           └─ 初始相位（0 = 与通道 0 同步）
       │      │  └───────────── 周期 = 1 ms
       │      └──────────────── 通道号 (1 = CH1, 2 = CH2)
       └─────────────────────── 控制器 phandle (pwm2 = TIM2)

• PWM_MSEC(1)：使用 <zephyr/dt-bindings/pwm/pwm.h> 中的宏，把 1 ms 转成对应定时器 ticks。

• 0：初始占空比（占空比由运行时 led_set_brightness_dt() 覆盖）。

• 周期最终由应用通过 led_set_brightness_dt() 间接决定 — 此处只是初始化默认值。

4.3 引脚配置说明

5. 应用代码解析 (src/main.c)

5.1 关键宏

#define LED_COUNT        2
#define BREATH_PERIOD_MS 2000   /* 一个完整呼吸 ≈ 2 s */
#define STEP_MS          20     /* 每步 20 ms → 一周期 100 步 */

#define LED1_NODE DT_ALIAS(led1)   /* = &led_2 (PA0) */
#define LED2_NODE DT_ALIAS(led2)   /* = &led_3 (PA1) */

编译期保护：若 led1/led2 alias 缺失，编译直接报错。

#if !DT_NODE_HAS_STATUS(LED1_NODE, okay) || \
    !DT_NODE_HAS_STATUS(LED2_NODE, okay)
#error "overlay not effective: led1/led2 aliases missing"
#endif

5.2 获取 LED spec

static const struct led_dt_spec leds[] = {
    LED_DT_SPEC_GET(LED1_NODE), /* PA0 = TIM2_CH1 */
    LED_DT_SPEC_GET(LED2_NODE), /* PA1 = TIM2_CH2 */
};

led_dt_spec 由 LED_DT_SPEC_GET() 在编译期从 devicetree 提取（控制器指针、通道、周期）。

5.3 三角波亮度

static inline uint8_t triangle_brightness(uint16_t phase, uint16_t steps)
{
    if (phase < steps / 2) {
        return (uint8_t)((100U * phase) / (steps / 2));
    } else {
        return (uint8_t)(100U - (100U * (phase - steps / 2)) / (steps / 2));
    }
}

输入 phase ∈ [0, steps)，输出 0→100→0 的对称三角波。

5.4 主循环

uint16_t phase = 0;
while (1) {
    for (size_t i = 0; i < LED_COUNT; i++) {
        uint16_t p = (phase + i * phase_offset) % steps;
        uint8_t  b = triangle_brightness(p, steps);
        led_set_brightness_dt(&leds[i], b);
    }
    phase = (phase + 1) % steps;
    k_msleep(STEP_MS);
}

• phase_offset = (steps / 2) / LED_COUNT = 25：两灯之间错开 1/4 周期，视觉上呈"流动"。

• 每次循环 phase++ 并 k_msleep(20)，整周期 100 × 20 ms = 2000 ms。

6. 关键 API 速查

led_set_brightness 内部流程

应用 (0..100)
   │  led_set_brightness_dt()
   ▼
led_pwm driver
   │  duty = brightness / max_duty  × period
   ▼
pwm_set_pulse_dt(&pwm_spec, pulse)
   │  controller = stm32_pwm
   ▼
stm32_pwm: 配置 TIM2_CCRx
   │
   ▼
硬件: 比较匹配翻转 / PWM 模式 1

7. 编译与烧录

# 在工程根目录
west build -b nucleo_c562re -p auto
west flash
west espressif monitor   # 或任何 minicom, picocom, 串口工具

启动后串口应打印：

breathing-LED (PWM) startup: PA0 <-> PA1, period 2000ms, step 20ms

板子上的 PA0 / PA1 两个 LED 即可看到呼吸效果，亮度此起彼伏。

8. 自定义指南

8.1 改变呼吸速度

修改 main.c 顶部宏：

#define BREATH_PERIOD_MS 4000   /* 改成 4 s 一周期 */
#define STEP_MS     10     /* 改成 10 ms 一步 → 颗粒更细 */

8.2 增加 LED 数量

1. 在 overlay 添加 led_4、led_5 ... 节点（pwms = <&pwm2 N PWM_MSEC(1) 0>;）。

2. 在 overlay aliases 添加 led3 = &led_4;。

3. LED_COUNT 改为实际数量，phase_offset 自动按 half / LED_COUNT 计算。

8.3 换用其他定时器

将 overlay 中的 &pwm2 改为 &pwm3、&timers2 改为 &timers3，对应引脚换为该定时器支持的复用引脚（参考芯片 datasheet alternate function 表）。

8.4 改占空比分辨率

led_set_brightness_dt() 的第二个参数是百分比 0~100。底层 pwm_set_pulse_dt() 才接受 ticks。若需更高精度，应直接使用 pwm API 而非 led API。

8.5 关闭呼吸，关断输出

led_off_dt(&leds[0]);
led_off_dt(&leds[1]);

9. 常见问题 (FAQ)

10. 文件清单

11. 实现效果