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開啟PWM調光之門，一起來做呼吸燈
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PWM作為一種靈活且高效的信號調制手段，在電氣設備的性能控制和調節中發揮著重要作用，常用于電機控制、燈光調光、音頻信號生成、加熱控制等應用。
本文將以低功耗4G模組Air780E為例，展示PWM（脈沖寬度調制）輸出呼吸燈的實現方法，幫助大家深入理解如何在項目中應用PWM技術。
一、PWM概述
1.1 pwm是什么
脈沖寬度調制PWM，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡稱脈寬調制，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。
PWM具有高效、控制精度高及實現簡便等優點，但PWM信號可能產生高頻噪聲，需要濾波以減小干擾。另外，某些應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的相關參數：
- PWM的頻率：
是指1秒鐘內信號從高電平到低電平再回到高電平的次數（一個周期），也就是說一秒鐘PWM有多少個周期。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：
是一個脈沖周期內，高電平的時間占整個周期時間的比例。單位：% (0%-100%)；例：一個周期10ms，高電平占8ms，那么此占空比就是8/10=80%。
1.2 PWM原理
單片機的IO引腳輸出的是數字信號，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應該怎么操作？
此時要用到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，也就是高電平時間占整個周期的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產品手冊GPIO復用表：
https://docs.openluat.com/air780e/product/
當前版本為：
《Air780E_GPIO_table_20240812.pdf》
由上方GPIO復用表可知：
Air780E的實際可用PWM通道有4個（0/1/2/4）， 但每個都有3種配置。
PWM3/PWM5已經被底層使用，例如PWM1和PWM11都使用硬件通道1，只能選其中一個使用。啟用PWM1就不能啟用PWM11，調用PWM庫的API時，填軟件通道id。
相關注意事項：
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, 而且已經枚舉了全部可用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，外接發光二極管來查看呼吸燈效果。
三、準備硬件環境
本文使用Air780E核心板進行演示；
3.2 數據通信線
USB轉Type-C數據線一根；
四、準備軟件環境
4.1 下載調試工具
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
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數據線連接電腦：
1）按住下載模式按鍵（boot 鍵）不放，同時再長按開機鍵開機，這時開發板會進入下載模式，Luatools下載進度條會開始跑，這時可以松開boot按鍵。直到工具提示下載完成。
2）如果未能成功進入下載模式，而是進入正常開機模式，這時可以按住 boot 鍵，再短按復位按鍵，讓開發板重啟，重新進入下載模式。
如何判斷有沒有進入下載模式：
可以通過PC端的設備管理器中虛擬出來的USB端口數量來判斷。
正常開機模式：
下載模式：
六、代碼示例介紹
本例使用Air780E核心板上的NetLed（網絡狀態燈），pwm通道id=4，打開pwm4通道的pwm輸出，設置不同的占空比，小燈會有不同的亮度。
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，很有節奏感地一起一伏，”感覺，好像人在呼吸“，我們可以通過不斷調高占空比讓小燈一點點亮起，再不斷調低占空比讓小燈一點點熄滅從而達到此效果。
6.2.1 硬件接線
GPIO24 --------發光二極管正極
GND -----------發光二極管負極
6.2.2 代碼介紹
6.2.3 效果展示
外接發光二極管，效果如下圖所示：
也可用Air780E核心板上的NetLed（網絡狀態燈）來觀察呼吸燈效果，但demo里的PWM通道要改成相應的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. 如何驗證所產生的PWM信號？
可以使用示波器檢測PWM輸出，查看頻率、占空比和波形的完整性。確保波形按照設計參數正常工作，必要時進行調整。
2. PWM的信號的頻率如何選擇？
頻率的選擇通常取決于具體應用，根據自己的項目需要來選擇：
電機控制：常用頻率為1kHz到20kHz，以確保足夠的反應速度和控制精度。
LED調光：頻率通常在1kHz以上，以避免人眼感知到閃爍。
音頻信號：頻率設置應高于音頻信號的最高頻率（例如，至少為20kHz）
3. 什么是占空比，如何計算PWM的占空比？
占空比即是一個脈沖周期內，高電平的時間占整個周期。
例如：
如果PWM信號的高電平時間為2ms，周期為10ms。
則：占空比 = (2 / 10) × 100 = 20%
今天的內容就分享到這里了~
