PWM 使用指南

PWM 使用指南

PWM（脉冲宽度调制）是一种常用的电子控制技术，广泛应用于各种电子设备中。本文将详细介绍PWM的基本概念、工作原理以及在Luban系统中的具体应用，帮助读者更好地理解和使用PWM技术。

术语定义

PWM 工作原理

PWM 信号

PWM信号通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比可以调节。用数字输出来控制PWM占空比，占空比提高意味着高电平脉宽增大，输出的能量就会增加，PWM就相当于一个功率版的DA转换模块。下图是一个典型的PWM信号波形：

图1. 典型的PWM信号波形

占空比的计算方法：
占空比=(脉宽时间/周期)*100%

结合上图，我们可以说：脉宽时间1相比脉宽时间2提供较小的占空比。PWM通常用于背光亮度调节、电机控制、舵机控制等。本文仅限于PWM调节背光的功能，通过调节PWM中的占空比，达到控制LED背光电流的通和断，进而可调整背光亮度。

增模式

为了灵活调节PWM信号的占空比，要先想办法产生一个递增、或者递减的锯齿波信号，另外再结合一个比较器来跟一个阈值进行比较，当满足条件时进行电平反转，这样达到的效果就是通过调节“阈值”来调节了占空比。

下图是由一个递增变化的锯齿波产生PWM信号的过程：

图2. 由增模式锯齿波产生PWM信号的过程示意图

图中Tpwm表示PWM信号的周期值，另外有三个关键的时间点（下文简称关键时点）（标注橙色圆圈，为了简洁只标注了最后一个周期）在下文中会频繁使用：

• ZRO：Zero Point的缩写，锯齿波的起始点
• PRD：Preiod Point的缩写，锯齿波到达一个满周期的时间点
• CMP：Compare Point的缩写，锯齿波到达了阈值的时间点，如上图中的CMP值为7。

提示：
实际上，PWM模块支持设置两个CMP值：CMPA和CMPB。受限于OS中PWM子系统架构的接口设计，根据duty参数计算只能得到一个CMP值，所以CMPB和CMPA实际上数值保持一致。这些关键时点的触发行为Action有四种类型，详见PWM配置

减模式

下图是由一个递减变化的锯齿波产生PWM信号的过程：

图3. 由减模式锯齿波产生PWM信号的过程示意图

增减模式

下图是由一个同时有递减、递减变化的锯齿波产生PWM信号的过程：

图4. 由增减模式锯齿波产生PWM信号的过程示意图

比较以上三种模式的PWM产生过程，可以看到：

• 三种模式可以产生同样效果的PWM信号
• 配置ZRO、CMP（增减模式中有两处CMP）、PRD的触发行为（Action），可产生不同的PWM信号
• CMP的取值，直接决定了占空比，所以用户看到的调节占空比就是通过调节CMP值来实现
• PRD的值，决定了PWM信号的周期值Tpwm

提示：
2.
具体选择哪一种模式，要依据用户场景的需求特点，建议按从简原则：首选相对简单的单斜率模式。
4.
为了简化使用，RTOS中默认只使用增模式。

PWM 功能简介

PWM的硬件设计，使用时基计数器产生上述的锯齿波信号，使用一个比较器可同时产生两路PWM信号。PWM模块的硬件原理图可简化如下：

图5.简化的PWM硬件框图

PWM模块共支持4个PWM通道，上图只画出了其中一个PWM通道，每个通道有PWMx0和PWMx1两个输出信号，对应DTS参数中的action0和action1配置。PWM配置
PWM模块支持的功能特性有：

• 每个PWM通道可以产生PWMx0和PWMx1输出信号，配置规则如下：
  注：
  在用户手册>接口>PWM模块中，上述两个PWM输出信号被称作PWMxA和PWMxB。为了避免和阈值CMPA和CMPB混淆，软件设计中将两个输出信号称作PWMx0和PWMx1。
• 两个独立的单边输出
• 两个独立的双边对称输出
• 一个独立的双边非对称输出
• 专用的16位可配置周期和频率的时基计数器（Time Base Counter）
• 系统时钟100 MHz
• 多种事件可配置产生对应的中断

在CMPA和CMPB同时使用的情况下，锯齿波就会有两次和阈值的比较，共产生4个关键时点：

以增减模式的锯齿波为例，共6个关键时点：

图6. 增减模式的6个关键时点

表2.增减模式下关机时点的触发行为配置

关于行为类型定义，见PWM配置。