一直有朋友問我怎么打造個(gè)性化呼吸燈，本文我將以合宙低功耗4G模組經(jīng)典型號(hào)——Air780E為例，展示PWM輸出呼吸燈的實(shí)現(xiàn)方法，幫助大家深入理解如何在項(xiàng)目中應(yīng)用PWM技術(shù)。

一、PWM概述

1.1 PWM是什么

脈沖寬度調(diào)制PWM，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。

PWM具有高效、控制精度高及實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但PWM信號(hào)可能產(chǎn)生高頻噪聲，需要濾波以減小干擾。另外，某些應(yīng)用需要特定的硬件支持，如支持PWM輸入的微控制器或電路。

要想使用PWM，還需先了解PWM的相關(guān)參數(shù)：

PWM的頻率：
是指1秒鐘內(nèi)信號(hào)從高電平到低電平再回到高電平的次數(shù)（一個(gè)周期），也就是說一秒鐘PWM有多少個(gè)周期。單位：Hz。

PWM的周期：
T=1/f 周期=1/頻率例：如果頻率為50Hz，T=1/50=0.02s，也就是說一個(gè)周期是20ms；

1s=1000ms，那么一秒鐘就有50次PWM周期。

PWM的占空比：
是一個(gè)脈沖周期內(nèi)，高電平的時(shí)間占整個(gè)周期時(shí)間的比例。單位：% (0%-100%)

例：一個(gè)周期10ms，高電平占8ms，那么此占空比就是8/10=80%。

1.2 PWM原理

單片機(jī)的IO引腳輸出的是數(shù)字信號(hào)，且只能輸出1和0。那如果TTL電平中，高電平為5V，低電平為0V，但是我們想要輸出不同的模擬電壓，比如輸出3.75V應(yīng)該怎么操作？

此時(shí)要用到PWM，通過改變IO口輸出方波的占空比，得到不同的模擬電壓。

3.75/5=0.75，也就是高電平時(shí)間占整個(gè)周期的75%，即占空比為75%，可得到模擬電壓3.75V。

注意上圖中藍(lán)線，代表著輸出的模擬電壓，占空比越大，則模擬電壓也越大。

1.3 PWM通道說明

詳見Air780E產(chǎn)品手冊(cè)GPIO復(fù)用表：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

當(dāng)前版本為：

《Air780E_GPIO_table_20240812.pdf》

由上方GPIO復(fù)用表可知：

Air780E的實(shí)際可用PWM通道有4個(gè)（0/1/2/4）， 但每個(gè)都有3種配置。

PWM3/PWM5已經(jīng)被底層使用，例如PWM1和PWM11都使用硬件通道1，只能選其中一個(gè)使用。啟用PWM1就不能啟用PWM11，調(diào)用PWM庫(kù)的API時(shí)，填軟件通道id。

相關(guān)注意事項(xiàng)：

軟件通道10/11/12/14需要V1002以上的固件，即20221219之后編譯的版本。

軟件通道20/21/22需要V1016以上的固件，即20230330之后編譯的版本。

上述映射是固定的，mcu.iomux也沒有配置項(xiàng), 而且已經(jīng)枚舉了全部可用PWM通道。

二、演示功能概述

接下來本文將用兩個(gè)示例，演示如何使用Air780E的PWM功能：

PWM輸出：

控制Air780E核心板pwm4通道的pwm輸出，設(shè)置不同的占空比，讓小燈有不同的亮度；

呼吸燈效果：

使用Air780E核心板的pwm1通道，外接發(fā)光二極管來查看呼吸燈效果。

三、準(zhǔn)備硬件環(huán)境

3.1 開發(fā)板準(zhǔn)備

本文使用Air780E核心板進(jìn)行演示：

詳見Air780E產(chǎn)品手冊(cè)開發(fā)板使用說明：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

寫這篇文章時(shí)最新版本的使用說明為：
<<開發(fā)板Core_Air780E使用說明 V1.0.5.pdf>>

核心板使用過程中遇到任何問題，可以直接參考這份使用說明pdf文檔。

3.2 數(shù)據(jù)通信線

USB轉(zhuǎn)Type-C數(shù)據(jù)線一根；

3.3 PC電腦

Win7及其以上版本的Windows系統(tǒng)。

四、準(zhǔn)備軟件環(huán)境

4.1 下載調(diào)試工具

https://docs.openluat.com/Luatools/

4.2 源碼及固件

最新固件下載：
https://docs.openluat.com/air780e/luatos/firmware/

固件詳見core_V1112壓縮包：
LuatOS-SoC_V1112_EC618_FULL.soc

最新demo源碼下載：
https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air780E/tree/master/demo/pwm

五、PWM軟硬件資料

5.1 API接口介紹

本教程使用API接口詳見：
https://wiki.luatos.com/api/pwm.html?highlight=pwm

5.2 Air780E燒錄說明

將Air780E通過USB數(shù)據(jù)線連接電腦：

1）按住下載模式按鍵（boot 鍵）不放，同時(shí)再長(zhǎng)按開機(jī)鍵開機(jī)，這時(shí)開發(fā)板會(huì)進(jìn)入下載模式，Luatools下載進(jìn)度條會(huì)開始跑，這時(shí)可以松開boot按鍵。直到工具提示下載完成。

2）如果未能成功進(jìn)入下載模式，而是進(jìn)入正常開機(jī)模式，這時(shí)可以按住 boot 鍵，再短按復(fù)位按鍵，讓開發(fā)板重啟，重新進(jìn)入下載模式。

如何判斷有沒有進(jìn)入下載模式：
可以通過PC端的設(shè)備管理器中虛擬出來的USB端口數(shù)量來判斷。

正常開機(jī)模式：

下載模式：

六、代碼示例介紹

6.1 PWM輸出

本例使用Air780E核心板上的NetLed（網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)燈），pwm通道id=4，打開pwm4通道的pwm輸出，設(shè)置不同的占空比，小燈會(huì)有不同的亮度。

6.1.1 代碼介紹

6.1.2 效果展示

6.2 呼吸燈效果

本例使用Air780E核心板的pwm1通道，外接發(fā)光二極管來查看呼吸燈效果：

呼吸燈效果就是小燈由亮到暗逐漸變化，很有節(jié)奏感地一起一伏，”感覺，好像人在呼吸“，我們可以通過不斷調(diào)高占空比讓小燈一點(diǎn)點(diǎn)亮起，再不斷調(diào)低占空比讓小燈一點(diǎn)點(diǎn)熄滅從而達(dá)到此效果。

6.2.1 硬件接線

GPIO24 --------發(fā)光二極管正極

GND -----------發(fā)光二極管負(fù)極

6.2.2 代碼介紹

6.2.3 效果展示

外接發(fā)光二極管，效果如下圖所示：

也可用Air780E核心板上的NetLed（網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)燈）來觀察呼吸燈效果，但demo里的PWM通道要改成相應(yīng)的id，可查看上文的PWM通道說明。

我們通過示波器查看PWM的輸出波形，可以看到占空比在10%-90%之間變化。

七、常見問題

1. 如何驗(yàn)證所產(chǎn)生的PWM信號(hào)？

可以使用示波器檢測(cè)PWM輸出，查看頻率、占空比和波形的完整性。確保波形按照設(shè)計(jì)參數(shù)正常工作，必要時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

2. PWM的信號(hào)的頻率如何選擇？

頻率的選擇通常取決于具體應(yīng)用，根據(jù)自己的項(xiàng)目需要來選擇：

電機(jī)控制：常用頻率為1kHz到20kHz，以確保足夠的反應(yīng)速度和控制精度。

LED調(diào)光：頻率通常在1kHz以上，以避免人眼感知到閃爍。

音頻信號(hào)：頻率設(shè)置應(yīng)高于音頻信號(hào)的最高頻率（例如，至少為20kHz）。

3. 什么是占空比，如何計(jì)算PWM的占空比？

占空比即是一個(gè)脈沖周期內(nèi)，高電平的時(shí)間占整個(gè)周期。

例如：
如果PWM信號(hào)的高電平時(shí)間為2ms，周期為10ms。
則：占空比 = (2 / 10) × 100 = 20%

今天的內(nèi)容就分享到這里了