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外观

01、PWM 简介 ​

📢 PWM（脉宽调制）是一种常用的技术，可以通过调节信号的占空比来控制设备的工作状态。比如可以用PWM调节电机转速（如控制风扇快慢），或者调整LCD屏幕的背光亮度。

相关技术文档可参考：./Documentation/devicetree/bindings/pwm/pwm-rockchip.txt。

一、什么是PWM ​

PWM 全称是 Pulse Width Modulation，也就是脉冲宽度调制，PWM 信号如图：

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  • PWM 全称为 Pulse Width Modulation， 翻译成中文为脉冲宽度调制， 它是一种数字信号控制模拟电路的技术， 可以通过改变高/低电平的占空比来控制平均电压或功率,从而达到对模拟量的控制目的。

  • PWM 信号由一个矩形波组成，它包括高电平时间和低电平时间， PWM 信号可以由周期和占空比两个单位进行描述，两个单位的具体描述如下所示：

    • 周期(T)： 指一个完整的高低电平循环所需要的时间,而频率为周期的倒数， 指在 1 秒钟有多少个周期， 单位为 Hz， 例如一个周期是 20ms， 那么一秒钟就有 50 次 PWM 周期。
    • 占空比(Duty Cycle)： 是指高电平时间与周期的比例，通常以百分比表示， 例如周期为 20ms，高电平所占的时间为 10ms， 那占空比就是 50%。

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案例：

例如 RK3568 IO 口高电平为 3.3V,低电平为 0V。 如果我们想要输出不同的模拟电压,就可以利用 PWM 的面积等效原理技术来实现， 通过改变 PWM 信号的占空比,可以调节输出信号的平均电压。

  • 当占空比为 50%时,高电平时间和低电平时间相等,平均输出电压为 1.65V (3.3V × 50%)。
  • 占空比为 75%时,高电平时间占总周期的 75%,平均输出电压为 2.47V (3.3V × 75%)。

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二、瑞芯微 PWM ​

2.1、PWM 通道与引脚 ​

在  数据手册中可以找到关于 PWM 接口的介绍， 具体如下所示：

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这款芯片有16个独立的PWM信号输出口，每个口都能自己生成PWM波形。所有PWM功能都由硬件直接操控，能实时处理突发信号。

每个通道调节频率分两步：先设置基础时钟频率，再进一步调整细分频率。内部用了32位计时器，能精确控制时间参数。

这些通道不仅能发送信号，还能测量外部输入信号的脉冲宽度等参数。输出方式有两种：一种是持续循环发送，另一种是一次性完成发送。用户还能通过参考模式生成不同占空比的波形。

特别说明：3、7、11、15号这四个通道经过特殊优化，特别适合用来控制红外设备。

2.2、PWM 简介 ​

RK3566芯片共有4个PWM模块，每个模块的功能相同，具体特性如下：

  1. 基础配置
    每个PWM模块包含4个独立通道，可以同时控制4路PWM信号。
  2. 捕获模式功能
  • 可测量输入信号的高电平和低电平持续时间（即周期）。
  • 当输入信号电平（高低）发生变化时，会触发中断通知CPU。
  • 内置32位寄存器分别记录高电平、低电平的捕获数据，以及当前计数值。
  • 捕获的数据会暂存在FIFO缓存中（最多存8组数据），可通过CPU或DMA读取处理。
  1. 输出模式功能
    支持连续输出或单次触发输出：
  • 通过32位寄存器设置PWM周期和占空比参数。
  • 可调节PWM波的高低电平输出极性（如默认高电平还是低电平）。
  • 支持两种波形对齐方式：中心对称模式（占空比对称分布在周期中间）或左对齐模式（占空比从周期起点开始）。

每个通道的当前状态可通过32位寄存器实时查看。

2.3、PWM 设备节点 ​

RK3566芯片的PWM设备树配置说明文档位于Documentation/devicetree/bindings/pwm/pwm-rockchip.txt。以下是PWM节点的核心配置要点：

  1. 基础配置项：
  • compatible：必须设置为"rockchip,rk3568-pwm"，指定芯片型号
  • reg：定义PWM控制器的寄存器地址范围
  • clocks：列出PWM控制器所需的时钟源
  1. 可选配置项：
  • #pwm-cells：通常设为3，表示PWM通道配置参数的格式
  • pwms：用于描述其他设备使用PWM时的引用方式
  • status：启用设备时设为"okay"
  1. 通道配置： 每个PWM通道需要单独配置，包含：
  • 基准时钟频率
  • 支持的最大占空比
  • 引脚复用功能设置

这些配置项定义了PWM控制器的硬件资源和工作参数，确保系统能正确识别和控制PWM功能。

rk3568.dtsi

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rk3568-pinctrl.dtsi

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uart4m0_xfer

pwm9m0_pins

关注PWM 对应PIN 的复用冲突情况。

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三、PWM 方案 ​

3.1 硬件PWM ​

实现方式：硬件PWM通过专门的PWM芯片模块生成PWM信号。

优点：

  • 省CPU资源：信号由硬件自动处理，CPU不用参与。
  • 高频高精度：频率可达MHz级别，精度可到纳秒级。
  • 稳定性强：信号不受CPU任务繁忙的影响。

缺点：

  • 成本高：需要额外硬件支持。
  • 接口限制：只能在特定引脚输出信号。

3.2 软件PWM（基于定时器的模拟方案） ​

实现方式：软件PWM通过程序控制实现。利用定时器触发中断或循环计数，手动切换GPIO的高低电平，生成PWM波形。

优点：

  • 灵活通用：可在任意GPIO引脚生成PWM信号。
  • 成本低：无需额外硬件，直接用现有GPIO即可。

缺点：

  • 占用CPU资源多：需要CPU频繁处理中断或循环。
  • 性能受限：频率和精度受CPU速度和任务响应时间限制。
  • 实时性要求高：对CPU的即时反应能力要求严格。

补充说明：
如果硬件PWM接口不够用，可以用GPIO模拟PWM（即软件PWM）。但软件方案更适合低频、对精度要求不高的场景。