AI嵌入式K210项目（8）-PWM控制呼吸灯

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前言

上一章我们讲了定时器，本章我们来看一下PWM的功能，并实现一个呼吸灯的小实验；

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一、什么是PWM？

PWM控制的是脉冲输出的占空比，占空比是指在一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例。比如说，一个RGB灯在它一个工作周期中有一半时间被接通了，那么它的占空比就是50%，同时亮度也只有50%。如果加在该工作元件上的信号电压为3V，则实际的工作电压平均值或电压有效值就是1.5V。
详细介绍可以参考我的这篇博客，原理都是类似的STM32开发（6）----CubeMX配置PWM

二、K210的PWM

K210芯片定时器总共有3个，每个定时器有4路通道。每个定时器可以设置触发间隔，和定时器中断处理函数。定时器还可以设置为PWM输出的功能，但是如果设置PWM输出，则不可以使用定时的功能。
PWM 用于控制脉冲输出的占空比。其本质是一个定时器，所以注意设置 PWM 号与通道时不要与 TIMER定时器冲突。

PWM 模块具有以下功能：
• 配置 PWM 输出频率
• 配置 PWM 每个管脚的输出占空比

对应头文件 pwm.h
为用户提供以下接口
• pwm_init
• pwm_set_frequency
• pwm_set_enable

为了呈现实验效果，本文还使用RGB灯来观察现象

实验过程

新建pwm文件夹，在文件夹里新建main.c

注意包含头文件

#include "fpioa.h"
#include "sleep.h"
#include "gpio.h"
#include "sysctl.h"
#include "plic.h"
#include "timer.h"
#include "pwm.h"
/*****************************HARDWARE-PIN*********************************/
// 硬件IO口，与原理图对应
#define PIN_RGB_R             (12)
/*****************************SOFTWARE-GPIO********************************/
// 软件GPIO口，与程序对应
#define RGB_R_GPIONUM          (0)

/*****************************FUNC-GPIO************************************/
// GPIO口的功能，绑定到硬件IO口
#define FUNC_RGB_R             (FUNC_GPIO0 + RGB_R_GPIONUM)
void hardware_init(void)
{
    fpioa_set_function(PIN_RGB_R, FUNC_TIMER1_TOGGLE1);//绑定pwm function
}

/**
* Function       timer_timeout_cb
* @brief         定时器中断回调
* @param[in]     ctx
* @param[out]    void
* @retval        0
* @par History   无
*/
int timer_timeout_cb(void *ctx) {
    static double duty_cycle = 0.01;
    /* 0为渐增，1为渐减 */
    static int flag = 0;      
    /* 传入cycle的不同值，调节PWM的占用比，也就是调节灯的亮度 */
    pwm_set_frequency(PWM_DEVICE_1, PWM_CHANNEL_0, 200000, duty_cycle);
    /* 修改cycle的值，让其在区间（0,1）内渐增和渐减 */
    flag ? (duty_cycle -= 0.01): (duty_cycle += 0.01);
    if(duty_cycle > 1.0)
    {
        duty_cycle = 1.0;
        flag = 1;
    }
    else if (duty_cycle < 0.0)
    {
        duty_cycle = 0.0;
        flag = 0;
    }
    return 0;
}

/**
* Function       init_timer
* @brief         初始化定时器
* @param[in]     ctx
* @param[out]    void
* @retval        0
* @par History   无
*/
void init_timer(void) {
    /* 定时器初始化 */
    timer_init(TIMER_DEVICE_0);
    /* 设置定时器超时时间，单位为ns */
    timer_set_interval(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 10 * 1e6);
    /* 设置定时器中断回调 */
    timer_irq_register(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 0, 1, timer_timeout_cb, NULL);
    /* 使能定时器 */
    timer_set_enable(TIMER_DEVICE_0, TIMER_CHANNEL_0, 1);
}

/**
* Function       init_pwm
* @brief         初始化PWM
* @param[in]     void
* @param[out]    void
* @retval        void
* @par History   无
*/
void init_pwm(void)
{
    /* 初始化PWM */
    pwm_init(PWM_DEVICE_1);
    /* 设置PWM频率为200KHZ，占空比为0.5的方波 */
    pwm_set_frequency(PWM_DEVICE_1, PWM_CHANNEL_0, 200000, 0.5);
    /* 使能 PWM 输出 */
    pwm_set_enable(PWM_DEVICE_1, PWM_CHANNEL_0, 1);
}

/**
* Function       main
* @brief         主函数，程序的入口
* @param[in]     void
* @param[out]    void
* @retval        0
* @par History   无
*/
int main(void)
{
    /* 硬件引脚初始化 */
    hardware_init();

    /* 系统中断初始化和使能 */
    plic_init();
    sysctl_enable_irq();
    
    /* 初始化定时器 */
    init_timer();

    /* 初始化PWM */
    init_pwm();

    while(1);

    return 0;
}

代码写好后，我们开始编译，注意：如果你编译过程中出现错误，可以先make clean掉之前生成的过程文件，重新生成

cd build
//注意这里的目标文件目录改成gpio，和刚才新建的文件夹名称一致
cmake .. -DPROJ=timer  -G "MinGW Makefiles"
make

编译完成后，在build文件夹下会生成pwm.bin文件。

使用type-C数据线连接电脑与K210开发板，打开kflash，选择对应的设备，再将程序固件烧录到K210开发板上。

观察现象，可以看到红色灯渐渐点亮，然后渐渐熄灭

总结

本节介绍基于PWM的内部实现是基于定时器的定时功能，控制PWM的两个重要因素是频率和占空比，PWM输出修改的是占空比，也就是通电时间占总时间的百分比，改变了输出的有效值，从而改变了RGB灯的亮度。