FireBLE裸奔之三玄妙的PWM-电子芯吧客

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

东方青
LV4工程师
| 2015-09-15 19:00:10
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东方青学FireBle

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FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

-------东方青

关于PWM，这真是一个复杂而实用的东西，因为利用它，可以很好的用数字电平去控制模拟电平信号；也可以增加数字电平的稳定性从而增强驱动能力，比如使用PWM控制直流电机、多久、伺服电机等等。那么PWM到底是啥玩意呢？比较标准的解释如下：

PWM：PWM也称为脉冲宽度调制，它是一种对模拟信号进行数字编码的方法。通过使用定时器/计数器，调制方波的占空比来对一个具体的模拟信号的电平进行编码。PWM是数字的电平，在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么为高电平，要么为低电平。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲系列被加载到模拟负载上去，通的时候是直流供电被加载到负载上的时候，断的时候就是供电断开的时候，所以不停的周期性的通断形成的方波就是PWM了（取自度娘）。

所以，说白了，PWM就是一堆方波！通过控制方波的高电平和低电平的频率（出现的时间），就可以调整驱动能力（即电平的稳定性）。

那么，PWM的存在是有条件的，如下：

1、提供调制方波的定时器/计数器的周期，决定PWM的频率。

2、提供一个比较值，决定PWM占空比。

3、存在PWM的周期

满足以上三个条件，那输出PWM就不是事了！但是有必要解释一下：

定时器/计数器周期：就是定时器/计数器一次数绵羊的时间。

占空比：接通（高电平）时间与周期（PWM周期）之比就是占空比啦！

PWM周期：就是一个时间段啦！着这个时间段内，通过调节占空比（实际上是调节比较值）来确定高电平的时间和低电平的时间，高电平的时间和低电平的时间之和就是占空比啦！还有就是PWM的周期的倒数就是PWM的调制频率啦！通常外部设备使用在1KHz到200KHz的频率就差不多啦！

OK！关于PWM的解释就是这样了！通过分析FireBLE的硬件底板原理图可知，QN9021的两路PWM分别连接再板载的LED1和蜂鸣器上了！如下图：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

说到蜂鸣器！还有一些奇妙呢！

蜂鸣器分为有源蜂鸣器和无源蜂鸣器两种，有源蜂鸣器内部带有振荡源，所以只要正极和负极有一定的电压，就会滴滴滴的叫。无源蜂鸣器内部不带振荡源，所以使用直流信号是不能让它鸣叫的（因为声音的来源也是需要振动的）。必须需要使用方波去驱动无源蜂鸣器，才能使它鸣叫。并且无源蜂鸣器的声音是可控的，通过PWM可以让其发出“哆来咪法索拉西”基本音。基本音发出来了！奏乐不是有希望了？是的，就是这样。

根据FireBLE底板的原理图，可以使用两路PWM分别实现大众喜爱的呼吸灯和驱动蜂鸣器鸣叫（甚至让蜂鸣器奏乐）。但是在这里主要讲解PWM，所以，呼吸灯就不玩了！咱就玩蜂鸣器！嘿嘿！

无论怎么样，分析完了原理图，就得看看Datasheet，看看是否能得到一些有用的信息。如下图：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

有这么几个信息：驱动蜂鸣器的PWM通道为QN9021的PWM1，并且是由定时器2输出。这一点要注意了！

OK！分析完资源，就得码代码了！过程如下：

1、初始化PWM1（初始化蜂鸣器端口）：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

如上图可以看到，初始化太简单了，3句话解决，因为官方一个非常好的给我们封装了。还是老一套：配置复用P26口为PWM1通道、初始化PWM通道1，使能PWM1。就是这么简单！

简单只是外表的！作为驱动开发者，作为学习，在有时间有条件的情况下，还是有必要进去看看！那么有必要跟踪的就是pwm_init(PWM_CH1);函数了！原型如下：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

主要看的就是与PWM1有关的！那么如上蓝色框的预定义，再进一步跟踪宏CONFIG_PWM1_ENABLE_INTERRUPT的值，如下图：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

可以看到宏CONFIG_PWM1_ENABLE_INTERRUPT的值为假，即在我的这个工程中，PWM1是默认不打开中断的！

2、实现开关蜂鸣器

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

呵呵！还是很简单！一句话解决！其实就是设置PWM1的占空比啦！使用的是pwm_config(PWM_CH1, 119, PWM_COUNT_US(1000, 119), PWM_COUNT_US(500, 119));函数。那么对于这个函数，它包含的信息可不少呢！因为前面的PWM1初始化仅仅是配置选择了一下，然后打开功能！但是PWM的具体配置，比如定时器的计时周期，PWM的频率，PWM的比较值等等，还没发现在哪里设置！所以，猜的没错的话，就是在这个函数当中玩了！通过代码的跟踪，基本上就可以确定，这些参数的确是在这个函数中被设置的！但是，由于官方未给出参考手册，所以光是看函数原型无法也是操作一堆寄存器！那么我们就从注释入手吧！如下图：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

从原型函数名可以看到，产生有4个参数，含义如下：

Pwmch：PWM通道，取值为PWM_CH0, PWM_CH1。

Pscal：预分频数，取值为 0x0 ~ 0x3FF。

Periodcount：PWM的周期，取值为0x0 ~ 0xFF。

Pulsecount：脉冲数，什么意思呢？其实就是比较值啦！通过比较值就可以知道在一个周期内有多上时间是高电平和低电平。总的来说，其实就有占空比的意思了！这其实就是调节占空比。

从上图中可以看到，pulsecount的值必须小于periodcount的值，也就是比较值必须小于周期值啦！当两者等于或者比较值大于周期值时，就是永远都比较不成功或者刚好相对，那么就意味着在一个PWM周期能输出的全是一个电平，那么这还是PWM吗？这就不是PWM啦！所以，所以没所以了！！

在上图中还看到了，这个函数的使用示例，并且得知periodcount和pulsecount这两个值可以由宏PWM_COUNT_US(us, pscl_div)获取，OK！那就简单了！那就的看看是怎么获取这个参数的了！如下图：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

呵呵！看到上图，就知道这里包含的信息量可大了！那么在这里就拿我的调用来分析分析！

pwm_config(PWM_CH1, 119, PWM_COUNT_US(1000, 119), PWM_COUNT_US(500, 119));

PWM_CH1：代表配置的是PWM1通道。

119：表示将PWM的定时器的时钟进行119+1=120分频，查看Datasheet如下图：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

从时钟树可以得知PWM定时器的时钟来自于APB总线，再看初始化配置：

FireBLE裸奔之三玄妙的PWM

看到上面两个图！不用说了！定时器的时钟为8MHz，所以，要对其进行120分频，就得到66666Hz，约等于67KHz。那么计时周期就是1/66666 ≈ 15us，就是这样，15微秒。那么就意味着，每15us，PWM的端口就可以变换电平一次。

PWM_COUNT_US(1000, 119)：肯定是获取周期值啦！那么是怎么获取的呢？得解剖一下：PWM_COUNT_US(1000, 119)其实就等价于((1000) * PWM_CLK(TIMER_DIV, 119) / 1000000)也等价于((1000) * (8MHz / (119+1))/ 1000000)，呵呵！基本上就一般明白了！PWM周期为1000个定时器周期，而不是例程注释的1000us，这里得注意了。