十八、PWM呼吸灯
1. 配置流程
我们外接一个LED灯进行PWM实现，注意一下要选择合适规格的LED。
DANGER
📌 连接天空星开发板的PA02引脚！！以PA02为Timer2的PWM输出引脚。
一般使用定时器PWM功能，都需要有以下几个步骤。
- 关闭寄存器保护
- 使能时钟
- 配置GPIO复用
- 配置定时器
- 配置PWM
- 使能TIMER和PWM
- 调整定时器比较值
1.1 关闭寄存器保护
HC32F4A0芯片有很多寄存器无法直接修改写入，要关闭一些相关寄存器的写保护。
// 关闭相关的寄存器写保护
LL_PERIPH_WE(LL_PERIPH_GPIO | LL_PERIPH_FCG | LL_PERIPH_PWC_CLK_RMU);2
1.2 使能时钟
首先LED灯连接在PA2引脚上，查找数据手册的第43页可知，PA2有好几个定时器通道的复用功能，如图1-1-1所示。
这里选择PA2的复用功能，也就是使用TimerA_5_CH1进行PWM输出。
使能时钟：
// 使能 TimerA 时钟
FCG_Fcg2PeriphClockCmd(FCG2_PERIPH_TMRA_5, ENABLE);2
1.3 配置GPIO复用
前面介绍过PWM输出是依赖于定时器的，所以要对定时器进行配置，但是我们不使用定时器的中断功能，顾不用对定时器的中断进行配置。
又因为我们使用的PA2是定时器A_5的通道1，所以我们要配置GPIO复用。
使用复用功能：
// 引脚复用
GPIO_SetFunc(GPIO_PORT_A, GPIO_PIN_02, GPIO_FUNC_5);2
第一个参数是GPIO端口，第二个参数是引脚。第三个参数是功能复用编号。 例如： 我想复用PA4引脚的Timer6_7的通道A，输出PWM，那我们的复用编号就是上面对应的编号：
1.4 配置定时器
要使用定时器参数配置有一个结构体，如图1-3-1所示。
这个结构体定义了 TimerA 的初始化参数，用于配置 TimerA 模块的工作模式、计数源、计数方式等。让我逐个解释这个结构体的各个成员：
u8CountSrc：计数源。这个参数指定了计数器的时钟源。可以是软件时钟源或者硬件时钟源，具体取决于你的硬件设计。通常，软件时钟源是来自内部时钟，而硬件时钟源则是外部引脚信号。sw_count：软件计数器配置。这个结构体包含了软件计数器的相关参数，包括时钟分频、计数模式和计数方向。
u8ClockDiv：软件时钟源的分频系数。用于设置软件时钟源的分频，以减小计数器的计数速度。u8CountMode：计数模式。这个参数指定了计数器的工作模式。u8CountDir：计数方向。指定了计数器的计数方向，可以是向上计数、向下计数或者向上/向下循环计数。
hw_count：硬件计数器配置。这个结构体包含了硬件计数器的相关参数，包括硬件计数器的上升条件和下降条件。这些条件通常用于配置外部引脚信号触发计数。
u16CountUpCond：硬件计数器的上升条件。用于指定触发计数器上升的外部条件。u16CountDownCond：硬件计数器的下降条件。用于指定触发计数器下降的外部条件。
u32PeriodValue：周期参考值。这个参数指定了计数器的周期值。具体的含义取决于计数器的工作模式和计数方式。通常情况下，这个值用于指定计数器计数到多少值后重新加载初始值。u8CountReload：计数重新加载使能。这个参数指定了计数器在溢出或者下溢时是继续计数还是停止计数。
结构体定义：
stc_tmra_init_t stcTmraInit;相关配置如下：
// 使用默认初始化参数，初始化 TimerA 结构体
(void)TMRA_StructInit(&stcTmraInit);
// 设定必要的 TimerA 结构体参数
stcTmraInit.sw_count.u8CountMode = TMRA_MD_SAWTOOTH; // 锯齿波
stcTmraInit.u8CountReload = TMRA_CNT_RELOAD_ENABLE; // 自动重新装填值
stcTmraInit.u8CountSrc = TMRA_CNT_SRC_SW; // 时钟源 PCLK
stcTmraInit.sw_count.u8CountDir = TMRA_DIR_UP; // 向上计数模式
stcTmraInit.u32PeriodValue = 10000; // 周期2
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初始化配置：
(void)TMRA_Init(CM_TMRA_5, &stcTmraInit);1.5 配置PWM
配置好TIMERA参数之后，需要配置PWM输出结构体。
u32CompareValue：指定 TimerA 通道的比较值。这个值确定了 PWM 的占空比，通常是一个介于 0 和计数器最大值之间的值。在 32 位 TimerA 单元中，可以是介于 0 和 0xFFFFFFFF 之间的任意值；在 16 位 TimerA 单元中，可以是介于 0 和 0xFFFF 之间的任意值。u16StartPolarity：指定当计数器开始计数时的极性。这个参数用于确定计数器启动时输出的电平极性。可以是 TMRA_PWM_LOW（低电平有效）或者 TMRA_PWM_HIGH（高电平有效）。u16StopPolarity：指定当计数器停止计数时的极性。这个参数用于确定计数器停止时输出的电平极性。u16CompareMatchPolarity：指定当计数器匹配比较寄存器时的极性。u16PeriodMatchPolarity：指定当计数器匹配周期寄存器时的极性。
结构体定义如下：
stc_tmra_pwm_init_t stcPwmInit;结构体配置如下：
结构体默认配置如上图
// 使用默认参数初始化 PWM 结构体
(void)TMRA_PWM_StructInit(&stcPwmInit);
// 设置占空比对应的比较值
// 占空比的百分比为 stcPwmInit.u32CompareValue / stcTmraInit.u32PeriodValue * 100%
stcPwmInit.u32CompareValue = 2000;2
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初始化配置：
// 初始化 TimerA_5 CH1 PWM
(void)TMRA_PWM_Init(CM_TMRA_5, TMRA_CH1, &stcPwmInit);2
1.6 开启通道缓存
HC32F4A0芯片中，有一种PWM通道缓存功能，TimerA 的通道1和通道2之间的缓存关系是通过缓存控制寄存器（BCONRm）来实现的。具体来说，TimerA 共有四个比较基准寄存器（CMPARn），分为两组，每组包含两个寄存器。这些寄存器可以实现成对的缓存功能，即第二个寄存器作为第一个寄存器的缓存基准值。其中，第一个组是CMPAR1和CMPAR2，第二个组是CMPAR3和CMPAR4。
当缓存控制寄存器（BCONRm）的BEN位被置位时，缓存功能生效，即第二个寄存器的值会随着第一个寄存器的变化而变化。
在TimerA中，奇数通道和偶数通道之间的缓存关系是这样的：
偶数通道的比较基准寄存器（CMPARn）可以作为奇数通道相邻的比较基准寄存器的缓存基准值。
举个例子：
假设有通道1和通道2，其中通道2是偶数通道。如果通道2的比较基准寄存器（CMPAR2）作为通道1比较基准寄存器（CMPAR1）的缓存基准值，那么通道1的输出会跟随通道2的设置而变化。通道1的设置会实时地从通道2的缓存值中获取，从而实现两个通道之间的同步控制。
因此，当你控制通道2的PWM占空比时，通道1的PWM占空比会随之改变。
WARNING
📌 再举一个生活的小例子：
想象你在家里有两个灯泡，一个是台灯（通道1），另一个是房间的主灯（通道2）。你使用一个遥控器来控制这两个灯泡的亮度。遥控器上有两个调光按钮，分别对应台灯和主灯。
现在，你按下了遥控器上的台灯调光按钮（控制通道1），将台灯的亮度调高。这时，房间的主灯（通道2）也会跟着变亮。为什么会这样呢？
原因是，家里使用了智能调光系统，台灯和主灯之间有一种特殊的连接。当你调节台灯的亮度时，这个系统会自动将主灯的亮度同步调整，使得整个房间的亮度保持一致。这就好像 TimerA 中的通道1和通道2之间的缓存关系一样，通道1的亮度变化会影响到通道2，实现了整体亮度的同步调节。
设定缓存基准值功能开启：
//配置TimerA_5 CH1 PWM 占空比缓存
TMRA_SetCompareBufCond(CM_TMRA_5, TMRA_CH1, TMRA_BUF_TRANS_COND_VALLEY);
//使能TimerA_5 CH1 PWM 占空比缓存
TMRA_CompareBufCmd(CM_TMRA_5, TMRA_CH1, ENABLE);2
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1.7 使能TIMER和PWM
我们使用初始化函数：
// PWM 输出使能
TMRA_PWM_OutputCmd(CM_TMRA_5, TMRA_CH1, ENABLE);
// TimerA_5 开始工作
TMRA_Start(CM_TMRA_5);2
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1.8 调整定时器比较值
void TMRA_SetCompareValue(CM_TMRA_TypeDef *TMRAx, uint32_t u32Ch, uint32_t u32Value) 这个函数用于设置 TimerA 的比较值，即设置 PWM 波形的比较值，用来控制 PWM 的占空比。让我解释一下这个函数的参数和功能：
TMRAx：指向 TimerA 实例寄存器基址的指针。这个参数用于指定要设置比较值的 TimerA 实例。u32Ch：TimerA 通道。指定要设置比较值的 TimerA 通道。TimerA 可能有多个通道，每个通道可以独立设置比较值。u32Value：要设置的比较值。这个值确定了 PWM 波形的高电平持续时间，即在一个周期内的高电平持续时间。 根据函数说明，u32Value的取值范围取决于 TimerA 实例的位数：- 如果 TimerA 实例是 32 位的，则
u32Value可以是 0 到 0xFFFFFFFF 之间的任意值。 - 如果 TimerA 实例是 16 位的，则
u32Value可以是 0 到 0xFFFF 之间的任意值。
通过调用这个函数，并传入相应的参数，你可以设置 TimerA 的比较值，从而控制 PWM 波形的占空比。
在PWM（脉冲宽度调制）应用中，可以通过改变Compare2的值来调整PWM信号的占空比。例如，增加Compare2的值会增加PWM高电平的持续时间，从而增加占空比。
占空比的百分比可以通过以下公式计算：
- 比较值（Compare Value）是指 PWM 波形的高电平持续时间，即在一个周期内的高电平持续时间。
- 周期值（Period Value）是指 PWM 波形的一个完整周期的总时间，包括高电平和低电平的持续时间。 在之前的代码中，stcPwmInit.u32CompareValue 表示比较值，而 stcTmraInit.u32PeriodValue 表示周期值。因此，你可以使用上述公式来计算占空比的百分比。
2. 呼吸灯函数
要实现一个呼吸灯的效果，首先我们来看呼吸灯产生的原理。呼吸灯产生的原理就是LED灯逐渐变亮再逐渐变暗，然后一直循环下去。控制LED灯的亮暗是通过改变PWM的占空比，占空比越大，LED灯越亮，占空比越小，LED灯越暗。所以，我们只需要调节PWM的占空比就可以实现呼吸灯的效果。设置PWM的占空比的函数在之前介绍过，编写呼吸灯代码如下：
/******************************************************************
* 函 数 名 称：pwm_breathing_lamp
* 函 数 说 明：呼吸灯函数，每调用一次就会呼吸一次
* 函 数 形 参：
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LCKFB-LP
* 备 注：
******************************************************************/
void pwm_breathing_lamp(void)
{
static uint32_t brightness;
uint32_t step = 10; // 亮度改变的步长
uint32_t delayTime = 1; // 延时时间
TMRA_SetCompareValue(CM_TMRA_5, TMRA_CH2, 0xFFFF);
// 逐渐增加亮度
for(brightness = 1000; brightness < 9000; brightness += step)
{
TMRA_SetCompareValue(CM_TMRA_5, TMRA_CH2, brightness);
printf("brightness UP : %d\r\n",brightness);
delay_ms(delayTime);
}
delay_ms(50);
// 逐渐减少亮度
for(brightness = 9000; brightness > 1000; brightness -= step)
{
TMRA_SetCompareValue(CM_TMRA_5, TMRA_CH2, brightness);
printf("brightness D : %d\r\n",brightness);
delay_ms(delayTime);
}
delay_ms(50);
}2
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- 初始化亮度和步长 ：亮度
brightness从0开始，表示灯光最暗。步长step设置为10，表示每次亮度变化的量。 - 逐渐增加亮度 ：通过一个for循环，从0逐渐增加亮度到1000（假设这是最大亮度值）。在每次循环中，使用
TMRA_SetCompareValue(CM_TMRA_5, TMRA_CH1, brightness)来设置PWM的占空比，从而调整亮度。每次亮度调整后，通过delay_ms(delayTime)函数暂停10毫秒，以便观察到亮度的逐渐变化。 - 逐渐减少亮度 ：亮度达到最大值后，通过另一个for循环逐渐减少亮度回到最暗。逻辑与增加亮度时相同，只是这次是减少亮度值。
3. 实验现象
烧写我们的代码之后，会观察到LED灯由暗变亮，继而由亮变暗的效果。