這次繼續(xù)填坑，本次我們將介紹PWM功能的使用，實(shí)現(xiàn)呼吸燈的功能。那么接下來(lái)就直接開(kāi)始我們的實(shí)踐部分。

創(chuàng)建工程

在上篇文章中我是使用基于芯片創(chuàng)建的，我原本想著不通過(guò)BSP文件在教程中教大家一步一步的通過(guò)Kconfig+CubeMX配置出可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)開(kāi)發(fā)板所有外設(shè)的工程的。在社區(qū)前輩的提醒后才知道通過(guò)基于芯片創(chuàng)建工程是沒(méi)有辦法Kconfig配置的。因此我在之后的教程中我會(huì)基于RT-Thread提供的BSP文件stm32f407_robomaster_c來(lái)創(chuàng)建工程鏈接如下

rt-thread/bsp/stm32/stm32f407-robomaster-c at master · RT-Thread/rt-thread (github.com)

但是這個(gè)bsp文件暫時(shí)還沒(méi)有支持板上的所有外設(shè)，因此我計(jì)劃隨著教程的編寫(xiě)，我也會(huì)幫忙維護(hù)這個(gè)bsp文件，將我們使用到的外設(shè)增加支持。便于大家后續(xù)使用，也滿足我希望告訴大家Kconfig配置的計(jì)劃。下圖是目前bsp文件的外設(shè)支持情況。

下面就正式開(kāi)始創(chuàng)建工程。

我們這里點(diǎn)擊導(dǎo)入

之后選擇RT-Thread BSP到工作空間中

BSP根目錄選擇從Github下載下來(lái)的bsp文件路徑，點(diǎn)擊完成，即可創(chuàng)建工程。

點(diǎn)擊編譯，下載后根據(jù)BSP文件提供規(guī)范，下載后將實(shí)現(xiàn)LED燈閃爍的功能。如下圖LED_B閃爍說(shuō)明工程創(chuàng)建成功。

PWM教程之呼吸燈

CubeMX配置

首先我們來(lái)看一下開(kāi)發(fā)板原理圖，來(lái)看看LED引腳連接著哪一個(gè)定時(shí)器輸出引腳。

通過(guò)原理圖我們可以看到是TIM5的1、2、3通道。

設(shè)置重載值為65535。這里設(shè)置的原因我會(huì)在后面進(jìn)行頻率計(jì)算的時(shí)候再說(shuō)明。

原理講解（計(jì)算部分新手可視情況略過(guò)）

PWM簡(jiǎn)介

PWM即脈沖寬度調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

例如上圖中，矩形脈沖是 stm32 輸出的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)這個(gè)信號(hào)接到外設(shè)上時(shí)，效果可以等效為這個(gè)正弦波。

一個(gè)周期內(nèi)高電平的持續(xù)時(shí)間占總周期的比例成為占空比，通過(guò)修改占空比，可以改變輸出的等效模擬電壓。例如輸出占空比為 50%，頻率為 10Hz 的脈沖，高電平為 3.3V.則其輸出的模擬效果相當(dāng)于輸出一個(gè) 1.65V 的高電平。此外 PWM 輸出的頻率也會(huì)影響最終的 PWM輸出效果，PWM 輸出的頻率越高，最終輸出的“連續(xù)性”越好，越接近模擬信號(hào)的效果，頻率低則會(huì)增強(qiáng)離散性，最終的輸出效果會(huì)有比較強(qiáng)的“突變”感。

脈沖調(diào)制有兩個(gè)重要的參數(shù)，第一個(gè)就是輸出頻率，頻率越高，則模擬的效果越好。第二個(gè)就是占空比。占空比就是改變輸出模擬效果的電壓大小。占空比越大則模擬出的電壓越大。

定時(shí)器觸發(fā)頻率計(jì)算

接下來(lái)給大家簡(jiǎn)單的講解一下定時(shí)器觸發(fā)頻率，以及PWM信號(hào)的周期和占空比的計(jì)算。

首先是定時(shí)器的觸發(fā)頻率，這里我們首先需要查看datasheet，看我們的TIM5是掛載在哪一條總線的。這里我們可以看到他是在APB1上的。

接著我們就要看CubeMX上我們配置的時(shí)鐘樹(shù)了，在整個(gè)時(shí)鐘樹(shù)的最右端，可以看到 APB1 和 APB2 兩個(gè)總線的時(shí)鐘頻率設(shè)置，其中 APBx peripheral clocks 為掛載在總線上的定時(shí)器以外的外設(shè)提供時(shí)鐘源，APBx timer clocks 為掛載在總線上的定時(shí)器提供時(shí)鐘源。那么這里我們就可以知道TIM5時(shí)鐘源頻率為84MHz，時(shí)鐘樹(shù)的配置在上篇文章有較為詳細(xì)的解釋?zhuān)@里就不重復(fù)了。這里解釋一下前面的倍頻為何是2，這里可以看到STM32F4xx中文參考手冊(cè)，我們這里APB1預(yù)分頻器為4，所以定時(shí)器時(shí)鐘頻率等于APB域的頻率的兩倍，所以倍頻為2

確定時(shí)鐘源頻率之后，我們就開(kāi)始計(jì)算定時(shí)器觸發(fā)頻率，我們前面設(shè)置TIM5_PSC為0，因此分頻值為1，因?yàn)榉诸l值為 TIMx_PSC 中的分頻值+1（畢竟分頻不可能為0），所以我們進(jìn)入的84MHz的頻率信號(hào)分頻后還是84MHz。

當(dāng) TIMx_CNT 的值增長(zhǎng)到 TIMx_ARR 中的值后，就會(huì)發(fā)生重載，并觸發(fā)中斷信號(hào)，相當(dāng)于使用 TIMx_ARR 中的值又進(jìn)行了一次分頻。因此產(chǎn)生這個(gè)中斷信號(hào)的頻率應(yīng)該為84MHz/（ARR+1）（需要加 1 是因?yàn)?CNT 是從0開(kāi)始計(jì)數(shù)的）。我們上面設(shè)置的重載值為65535。

因此定時(shí)器觸發(fā)頻率為84000000/65536=1281.7Hz，相當(dāng)于0.78ms會(huì)觸發(fā)一次中斷信號(hào)。這個(gè)中斷信號(hào)我們還可以用來(lái)做一些比如LED燈定時(shí)器亮滅等操作，由于篇幅原因中斷相關(guān)知識(shí)這里就不過(guò)多的展開(kāi)了。這里定時(shí)器中斷觸發(fā)時(shí)間也就是PWM信號(hào)周期。

占空比的計(jì)算

上文我們講到了PWM一大重要參數(shù)就是占空比，而我們?cè)O(shè)置占空比的重要方式就是設(shè)置比較寄存器的值。畢竟我們不能隨便重設(shè)重載值，這樣子PWM周期也會(huì)發(fā)生變化。那么比較值是起到怎樣的作用呢？下圖就可以解釋?zhuān)聢D為遞增計(jì)數(shù)模式的示意圖，當(dāng)定時(shí)器以 PWM 模式工作時(shí)，會(huì)自動(dòng)將 TIMx_CCRx 的值與 TIMx_CNT（計(jì)數(shù)寄存器）中的值做比較，當(dāng) TIMx_CNT 中的值小于 TIMx_CCRx 的值時(shí)，PWM 輸出引腳輸出高電平，大于時(shí)則輸出低電平。

那么我們就可以知道占空比的計(jì)算公式為CCRX/ARR*100%，比如重載值為50000，比較寄存器值為25000，那么占空比為50%。

原理部分就到此為止下面就講一下在RT-Thread Studio中的操作。

代碼實(shí)踐

首先我們選擇使用PWM設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序

然后我們需要在硬件中選擇使能PWM并且選擇相應(yīng)的定時(shí)器與通道，但是我們發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有我們需要的timer5，這時(shí)候我們就需要修改Kconfig文件了。

我們?cè)赽oard/Kconfig中添加如下代碼，這里我們簡(jiǎn)單的修改其他PWM配置即可。

之后我們使用Env工具進(jìn)入工程所在目錄后輸入scons --pyconfig即可進(jìn)入編輯界面。

這里我們就可以看到我們?cè)贙config中添加的外設(shè)，點(diǎn)擊使能，保存修改。

之后輸入scons --target=eclipse重新構(gòu)建工程，等號(hào)后面的參數(shù)取決于你使用的IDE，比如我原來(lái)使用的是Clion那么就輸入scons --target=cmake，RT-Thread Studio是基于eclipse的所以這里選擇scons --target=eclipse

回到RT-Thread Setting可以看到我們?cè)黾拥耐庠O(shè)了。

關(guān)于基于開(kāi)發(fā)板工程添加外設(shè)相關(guān)操作大家可以參考這篇文章。

rt-thread/STM32系列外設(shè)驅(qū)動(dòng)添加指南.md at master · RT-Thread/rt-thread (github.com)

之后我們就可以在main函數(shù)中編寫(xiě)代碼，實(shí)現(xiàn)呼吸燈的功能了。

這里就是簡(jiǎn)單的修改了官方的PWM例程代碼，我自己就不過(guò)多的說(shuō)明了，大家可以看看注釋以及官方文檔PWM設(shè)備 (rt-thread.org)

 1/*
 2*Copyright(c)2006-2021,RT-ThreadDevelopmentTeam
 3*
 4*SPDX-License-Identifier:Apache-2.0
 5*
 6*ChangeLogs:
 7*DateAuthorNotes
 8*2018-11-06SummerGiftfirstversion
 9*2021-06-30craztmodifyforrobomasterCboard
10*/
11#include
12#include
13#include
14#definePWM_DEV_NAME"pwm5"/*PWM設(shè)備名稱*/
15#definePWM_DEV_CHANNEL1/*PWM通道*/
16structrt_device_pwm*pwm_dev;/*PWM設(shè)備句柄*/
17intmain(void)
18{
19rt_uint32_tperiod,pulse,dir;
20period=500000;/*周期為0.5ms，單位為納秒ns*/
21dir=1;/*PWM脈沖寬度值的增減方向*/
22pulse=0;/*PWM脈沖寬度值，單位為納秒ns*/
23/*查找設(shè)備*/
24pwm_dev=(structrt_device_pwm*)rt_device_find(PWM_DEV_NAME);
25if(pwm_dev==RT_NULL)
26{
27rt_kprintf("pwmsamplerunfailed!can'tfind%sdevice!
",PWM_DEV_NAME);
28returnRT_ERROR;
29}
30/*設(shè)置PWM周期和脈沖寬度默認(rèn)值*/
31rt_pwm_set(pwm_dev,PWM_DEV_CHANNEL,period,pulse);
32/*使能設(shè)備*/
33rt_pwm_enable(pwm_dev,PWM_DEV_CHANNEL);
34while(1)
35{
36rt_thread_mdelay(50);
37if(dir)
38{
39pulse+=5000;/*從0值開(kāi)始每次增加5000ns*/
40}
41else
42{
43pulse-=5000;/*從最大值開(kāi)始每次減少5000ns*/
44}
45if(pulse>=period/2)/*經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)占空比超過(guò)50%后對(duì)于亮度的影響較小因此就設(shè)置死區(qū)*/
46{
47dir=0;
48}
49if(0==pulse)
50{
51dir=1;
52}
53/*設(shè)置PWM周期和脈沖寬度*/
54rt_pwm_set(pwm_dev,PWM_DEV_CHANNEL,period,pulse);
55}
56returnRT_EOK;
57}

最終燒錄效果為藍(lán)燈進(jìn)行呼吸燈操作。

后續(xù)有空的話，我會(huì)寫(xiě)一篇小文章擴(kuò)展教大家PWM進(jìn)行呼吸燈aRGB調(diào)色，以及蜂鳴器唱歌的。

本次教程就講到這里謝謝大家。

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