基于RoboMasterC板的RT-Thread使用分享—PWM使用

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BSP文件在教程中教大家一步一步的通過Kconfig+CubeMX配置出可以驅(qū)動整個開發(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基于芯片創(chuàng)建工程是沒有辦法Kconfig配置的。

因此我在之后的教程中我會基于RT-Thread提供的BSP文件stm32f407_robomaster_c來創(chuàng)建工程

但是這個bsp文件暫時還沒有支持板上的所有外設(shè)，因此我計劃隨著教程的編寫，我也會幫忙維護這個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配置的計劃。下圖是目前bsp文件的外設(shè)支持情況。

下面就正式開始創(chuàng)建工程。

我們這里點擊導入

之后選擇RT-Thread BSP到工作空間中

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

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

PWM教程之呼吸燈

CubeMX配置

首先我們來看一下開發(fā)板原理圖，來看看LED引腳連接著哪一個定時器輸出引腳。

通過原理圖我們可以看到是TIM5的1、2、3通道。

接下來我們就在CubeMX中查看相關(guān)引腳的配置。我們需要把TIM5的通道1、2、3設(shè)置為PWM模式，并且勾選Internal Clock。

設(shè)置重載值為65535。這里設(shè)置的原因我會在后面進行頻率計算的時候再說明。

原理講解（計算部分新手可視情況略過）

PWM簡介

PWM即脈沖寬度調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進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，當這個信號接到外設(shè)上時，效果可以等效為這個正弦波。

一個周期內(nèi)高電平的持續(xù)時間占總周期的比例成為占空比，通過修改占空比，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于輸出一個 1.65V 的高電平。此外 PWM 輸出的頻率也會影響最終的 PWM輸出效果，PWM 輸出的頻率越高，最終輸出的“連續(xù)性”越好，越接近模擬信號的效果，頻率低則會增強離散性，最終的輸出效果會有比較強的“突變”感。

脈沖調(diào)制有兩個重要的參數(shù)，第一個就是輸出頻率，頻率越高，則模擬的效果越好。第二個就是占空比。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。

定時器觸發(fā)頻率計算
接下來給大家簡單的講解一下定時器觸發(fā)頻率，以及PWM信號的周期和占空比的計算。

首先是定時器的觸發(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上我們配置的時鐘樹了，在整個時鐘樹的最右端，可以看到 APB1 和 APB2 兩個總線的時鐘頻率設(shè)置，其中 APBx peripheral clocks 為掛載在總線上的定時器以外的外設(shè)提供時鐘源，APBx timer clocks 為掛載在總線上的定時器提供時鐘源。那么這里我們就可以知道TIM5時鐘源頻率為84MHz，時鐘樹的配置在上篇文章有較為詳細的解釋，這里就不重復了。

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，我們這里APB1預分頻器為4，所以定時器時鐘頻率等于APB域的頻率的兩倍，所以倍頻為2

確定時鐘源頻率之后，我們就開始計算定時器觸發(fā)頻率，我們前面設(shè)置TIM5_PSC為0，因此分頻值為1，因為分頻值為 TIMx_PSC 中的分頻值+1（畢竟分頻不可能為0），所以我們進入的84MHz的頻率信號分頻后還是84MHz。

當 TIMx_CNT 的值增長到 TIMx_ARR 中的值后，就會發(fā)生重載，并觸發(fā)中斷信號，相當于使用 TIMx_ARR 中的值又進行了一次分頻。因此產(chǎn)生這個中斷信號的頻率應該為84MHz/（ARR+1）（需要加 1 是因為 CNT 是從0開始計數(shù)的）。我們上面設(shè)置的重載值為65535。

因此定時器觸發(fā)頻率為84000000/65536=1281.7Hz，相當于0.78ms會觸發(fā)一次中斷信號。這個中斷信號我們還可以用來做一些比如LED燈定時器亮滅等操作，由于篇幅原因中斷相關(guān)知識這里就不過多的展開了。這里定時器中斷觸發(fā)時間也就是PWM信號周期。

占空比的計算
上文我們講到了PWM一大重要參數(shù)就是占空比，而我們設(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，下圖為遞增計數(shù)模式的示意圖，當定時器以 PWM 模式工作時，會自動將 TIMx_CCRx 的值與 TIMx_CNT（計數(shù)寄存器）中的值做比較，當 TIMx_CNT 中的值小于 TIMx_CCRx 的值時，PWM 輸出引腳輸出高電平，大于時則輸出低電平。

那么我們就可以知道占空比的計算公式為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。

代碼實踐
首先我們選擇使用PWM設(shè)備驅(qū)動程序

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

我們在board/Kconfig中添加如下代碼，這里我們簡單的修改其他PWM配置即可。

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

這里我們就可以看到我們在Kconfig中添加的外設(shè)，點擊使能，保存修改。

之后輸入scons --target=eclipse重新構(gòu)建工程，等號后面的參數(shù)取決于你使用的IDE，比如我原來使用的是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可以看到我們增加的外設(shè)了。

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

這里就是簡單的修改了官方的PWM例程代碼

/*

Copyright (c) 2006-2021, RT-Thread Development Team

SPDX-License-Identifier: Apache-2.0

Change Logs:
Date Author Notes
2018-11-06 SummerGift first version
2021-06-30 crazt modify for robomaster C board
/
#include
#include
#include
#define PWM_DEV_NAME "pwm5" / PWM設(shè)備名稱 /
#define PWM_DEV_CHANNEL 1 / PWM通道 */
struct rt_device_pwm pwm_dev; / PWM設(shè)備句柄 /
int main(void)
{
rt_uint32_t period, pulse, dir;
period = 500000; / 周期為0.5ms，單位為納秒ns /
dir = 1; / PWM脈沖寬度值的增減方向 /
pulse = 0; / PWM脈沖寬度值，單位為納秒ns /
/ 查找設(shè)備 */
pwm_dev = (struct rt_device_pwm )rt_device_find(PWM_DEV_NAME);
if (pwm_dev == RT_NULL)
{
rt_kprintf("pwm sample run failed! can't find %s device!n", PWM_DEV_NAME);
return RT_ERROR;
}
/ 設(shè)置PWM周期和脈沖寬度默認值 /
rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, period, pulse);
/ 使能設(shè)備 /
rt_pwm_enable(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL);
while (1)
{
rt_thread_mdelay(50);
if (dir)
{
pulse += 5000; / 從0值開始每次增加5000ns /
}
else
{
pulse -= 5000; / 從最大值開始每次減少5000ns /
}
if (pulse >= period/2) / 經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)占空比超過50%后對于亮度的影響較小因此就設(shè)置死區(qū) /
{
dir = 0;
}
if (0 == pulse)
{
dir = 1;
}
/ 設(shè)置PWM周期和脈沖寬度 */
rt_pwm_set(pwm_dev, PWM_DEV_CHANNEL, period, pulse);
}
return RT_EOK;
}

最終燒錄效果為藍燈進行呼吸燈操作。