ESE模块9 PWM 脉冲宽度调制
在mySTM32 light板上调光LED。脉冲宽度调制PWM是一种重要的技术，用于生成伪模拟值。通过相对较低的成本，例如使用一个RC电路，也可以从这个信号中生成真正的模拟值。 通常情况下，这并不是必需的，就像我们将在这个例子中真正看到的那样。实际上，我们应该说看不到。我们的眼睛不会察觉PWM信号由许多脉冲组成。PWM不仅用于驱动LED，还用于驱动直流电机、步进电机、伺服电机、逆变器、电加热器、电磁阀等，可能的应用案例列表相当长。因此，所有现代微控制器都具有使用硬件模块生成PWM信号的能力。定时器非常适合执行此任务。
任务
开发一种微控制器应用程序，LED逐渐淡入和淡出，以适合人眼观察。
准备
进行以下准备工作：
- 创建一个新的类图
- 目标语言ARM C ++
- 目标平台STM32F042 mySTM32板灯HAL
- 为PEC应用程序（XMC，STM32，AVR）的下载图模板应用程序框架
- 为STM32F0分配驱动程序包
- （可选）分配模板stm32F042_48Mhz
解决路径
任务是对LED进行平滑的渐变控制，让人眼感觉LED在渐亮和渐暗。为此，需要生成相应的PWM信号。PWM信号不是模拟信号，而是一系列脉冲，脉冲宽度不同。每个脉冲始终对应于完整的可用电压，即在我们的情况下是3.3V，脉冲之间的间隔相应为0V。高电平和低电平之间的比例产生了所需的有效电压。
几乎所有现代微控制器都具有定时器生成一个或多个PWM信号的功能。为此，硬件和软件开发人员需要在数据手册中了解可能的定时器、PWM通道和引脚分配。硬件PWM不能在任何引脚上使用。我们可以使用mySTM32 light参考卡来了解这些信息。mySTM32 light Referenzkarte
对于引脚B0，可以使用TIMER 3通道3。 在PEC框架中，我们可以使用库模块PecPwmChannel。该模块具有使LED变暗所需的所有功能。
UML设计图，帮助理清逻辑思维。
必须将特定的硬件定时器3、通道3、引脚B0相互连接。
MERKE: PWM = Timer + Channel + Pin 注意：PWM =计时器+通道+引脚
实现
实现应包括上述设计图中描述的元素。另外必须将Timer3，Channel3和PinB0的特定硬件连接。在资源管理器中搜索相应的元素，拖放到图中，并将其连接到Led类的Pwm。为使Led灯缓慢的变亮或变弱，我们需要一个变量作为计数器，在类控制器的属性里添加duty。由于库模块将PWM信号控制在0到1000之间，因此我们至少需要一个16位的值。使用以下表示形式可以帮助实现设计：
在这个例子中，需要初始化和启动具有所需PWM频率的定时器。PWM频率对于眼睛来说不应低于60 Hz，对于耳朵来说不应低于200 Hz（在实际应用中，功放会发出嗡嗡声），但也不应该太高。过高的频率可能会导致不希望的效果，取决于导线长度和被驱动的器件。因此，我们应该避免将频率设置得太高。请在Controller类的onStart()操作中补充以下代码。
Controller::onStart():void// boot sequence after start SysTick // Initialisierung PWM Channel // startet Timer mit gewünschter PWM Frequenz pwm.configHz(1000);
代码解释:
1. pwm.configHz(1000);：配置PWM通道的频率为1000 Hz。这意味着PWM信号将以1000赫兹的频率发出。
首先，我们开发一个简单的解决方案，以相对缓慢的速度增加PWM信号的占空比。为此，我们使用计数变量duty。PecPwmChannel库模块的setDuty(duty)操作预期的值范围是从0（LED关闭）到1000（LED最大亮度）。因此，计数器可以从0到1000递增。通过添加一个小的延迟，我们确保缓慢增加的过程确实足够慢，以供眼睛感知。请将以下代码记录在Controller类的onWork()操作中。
Controller::onWork():duty++; if (duty>=1000) { duty=0; } pwm.setDuty(duty); waitMs(1);
代码解析：
1. duty++;：增加duty变量的值，使PWM的占空比逐渐增加。
2. if (duty>=1000)：检查duty变量是否大于等于1000。
- 如果是，则执行以下操作：
- 将duty变量重置为0，以便重新开始PWM的占空比增加过程。
3. pwm.setDuty(duty);：设置PWM通道的占空比为当前duty变量的值。这确定了LED的亮度。
4. waitMs(1);：等待1毫秒。这个语句是为了控制PWM信号变化的速度，使其不要太快。
测试
翻译程序。将可执行程序传送到控制器的程序存储器中。
- 1.将红色LED连接到引脚B0
- 2.创建应用程序（编译和链接）
- 3.传输（烧录）
- 4.测试应用程序
另一种变体
第一个简单的解决方案生成以下波形：
通过信号线波，可以很好地看到LED的闪烁。 下一个解决方案是实现LED的缓慢调光。 我们需要生成以下波形：
因此必须使用计数器，在上升之后，下降的信号曲线也随之变化。
更改Controller类的onWork（）操作的代码，如下所示：
Controller::onWork():voidduty++; if (duty<1000) { pwm.setDuty(duty); } else if (duty<2000) { pwm.setDuty(2000-duty); } else { duty=0; } waitMs(1);
解析代码：
1. duty++;：递增duty变量的值，以便控制PWM的占空比。
2. if (duty<1000)：检查duty变量是否小于1000。
- 如果是，则执行以下操作：
- 使用当前的duty值设置PWM通道的占空比。
3. else if (duty<2000)：如果duty大于或等于1000，但小于2000，则执行以下操作：
- 使用2000减去duty的值来设置PWM通道的占空比。这样做的效果是，LED的亮度会在duty达到1000后逐渐减小。
4. else：如果duty大于等于2000，则执行以下操作：
- 将duty重置为0，以便重新开始PWM的占空比调整过程。
5. waitMs(1);：等待1毫秒。是为了控制PWM信号的变化速度，使其不要太快。
创建，传输和再测试此应用程序。
可以清楚地看到LED的变化。
但是，即使是这种信号波形对我们的眼睛来说也并不是非常舒适的。这是因为我们对亮度的感知不是线性的。在低亮度范围内，我们的眼睛可以很好地感知到亮度的小变化。
但是从至少50%开始，我们几乎无法感知到亮度的变化。一种解决方法是将信号波形不是线性地而是指数地调整。这可能看起来是这样的,如下图信号曲线所示：
使用公式POTENCE（X，Y），可以在Excel中以1000个步骤实验确定所需的信号曲线。 结果大约为POTENCY（1.00693; step）。相应的C / C ++函数是pow（x，y），可以在#include“ math.h”中找到。 为此，必须在Controller类中进行相应的输入。选择控制器类，然后在上下文菜单（鼠标右键）中选择菜单项“定义…”。 在“声明/实现”对话框中，添加以下内容：
现在我们可以使用math.h中的函数pow（x，y）。 更改Controller类的onWork（）操作的代码，如下所示：
这段代码实现了一个呼吸灯效果，使用了指数函数作为PWM的占空比。下面是代码的解析：
1. duty++;：递增duty变量的值，以便控制PWM的占空比。
2. if (duty<1000)：检查duty变量是否小于1000。
- 如果是，则执行以下操作：
- 使用pow函数计算以1.00693为底的duty次幂，并将结果作为PWM的占空比。这样做的效果是，LED的亮度会根据duty的增加呈指数增加。
3. else if (duty<2000)：如果duty大于或等于1000，但小于2000，则执行以下操作：
- 使用pow函数计算以1.00693为底的(2000-duty)次幂，并将结果作为PWM的占空比。这样做的效果是，LED的亮度会根据duty的减小呈指数减小。
4. else：如果duty大于等于2000，则执行以下操作：
- 将duty重置为0，以便重新开始PWM的占空比调整过程。
5. waitMs(1);：等待1毫秒。是为了控制PWM信号的变化速度，使其不要太快。
创建，传输和测试此应用程序变体。
现在可以清楚地看到LED柔和灯光变化，LED呼吸灯。
总结
- 1.创建并打开类图
- 2.选择用于PEC应用程序的图模板，为STM32F0加载并插入驱动程序包
- 3.在资源管理器/导航器中找到所需的块并拖到图中
- 4. 聚合类
- 5.创建类的属性和操作
- 6.将类和模板组装到组件中
- 7.在操作中创建必要的源代码
- 8.在类图中创建并刻录ARM应用程序
- 9.配置和使用SiSy ControlCenter
视频总结
练习 7
扩展应用程序以通过19200波特率与SiSy控制中心建立UART连接。将用于LED驱动的PWM值作为8位数字发送到SiSy控制中心。
在控制中心的示波器视图中跟踪信号波形。
