4G模组PWM调光入门：打造个性化呼吸灯

一直有朋友问我怎么打造个性化呼吸灯，本文我将以合宙低功耗4G模组经典型号——Air780E为例，展示PWM输出呼吸灯的实现方法，帮助大家深入理解如何在项目中应用PWM技术。

一、PWM概述

1.1 PWM是什么

脉冲宽度调制PWM，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟威廉希尔官方网站 进行控制的一种非常有效的技术。

PWM具有高效、控制精度高及实现简便等优点，但PWM信号可能产生高频噪声，需要滤波以减小干扰。另外，某些应用需要特定的硬件支持，如支持PWM输入的微控制器或威廉希尔官方网站 。

要想使用PWM，还需先了解PWM的相关参数：

PWM的频率：
是指1秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数（一个周期），也就是说一秒钟PWM有多少个周期。单位：Hz。

PWM的周期：
T=1/f 周期=1/频率例：如果频率为50Hz，T=1/50=0.02s，也就是说一个周期是20ms；

1s=1000ms，那么一秒钟就有50次PWM周期。

PWM的占空比：
是一个脉冲周期内，高电平的时间占整个周期时间的比例。单位：% (0%-100%)

例：一个周期10ms，高电平占8ms，那么此占空比就是8/10=80%。

1.2 PWM原理

单片机的IO引脚输出的是数字信号，且只能输出1和0。那如果TTL电平中，高电平为5V，低电平为0V，但是我们想要输出不同的模拟电压，比如输出3.75V应该怎么操作？

此时要用到PWM，通过改变IO口输出方波的占空比，得到不同的模拟电压。

3.75/5=0.75，也就是高电平时间占整个周期的75%，即占空比为75%，可得到模拟电压3.75V。

注意上图中蓝线，代表着输出的模拟电压，占空比越大，则模拟电压也越大。

1.3 PWM通道说明

详见Air780E产品手册GPIO复用表：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

当前版本为：

《Air780E_GPIO_table_20240812.pdf》

由上方GPIO复用表可知：

Air780E的实际可用PWM通道有4个（0/1/2/4）， 但每个都有3种配置。

PWM3/PWM5已经被底层使用，例如PWM1和PWM11都使用硬件通道1，只能选其中一个使用。启用PWM1就不能启用PWM11，调用PWM库的API时，填软件通道id。

相关注意事项：

软件通道10/11/12/14需要V1002以上的固件，即20221219之后编译的版本。

软件通道20/21/22需要V1016以上的固件，即20230330之后编译的版本。

上述映射是固定的，mcu.iomux也没有配置项, 而且已经枚举了全部可用PWM通道。

二、演示功能概述

接下来本文将用两个示例，演示如何使用Air780E的PWM功能：

PWM输出：

控制Air780E核心板pwm4通道的pwm输出，设置不同的占空比，让小灯有不同的亮度；

呼吸灯效果：

使用Air780E核心板的pwm1通道，外接发光二极管来查看呼吸灯效果。

三、准备硬件环境

3.1 开发板准备

本文使用Air780E核心板进行演示：

详见Air780E产品手册开发板使用说明：
https://docs.openluat.com/air780e/product/

写这篇文章时最新版本的使用说明为：
<<开发板Core_Air780E使用说明 V1.0.5.pdf>>

核心板使用过程中遇到任何问题，可以直接参考这份使用说明pdf文档。

3.2 数据通信线

USB转Type-C数据线一根；

3.3 PC电脑

Win7及其以上版本的Windows系统。

四、准备软件环境

4.1 下载调试工具

https://docs.openluat.com/Luatools/

4.2 源码及固件

最新固件下载：
https://docs.openluat.com/air780e/luatos/firmware/

固件详见core_V1112压缩包：
LuatOS-SoC_V1112_EC618_FULL.soc

最新demo源码下载：
https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air780E/tree/master/demo/pwm

五、PWM软硬件资料

5.1 API接口介绍

本教程使用API接口详见：
https://wiki.luatos.com/api/pwm.html?highlight=pwm

5.2 Air780E烧录说明

将Air780E通过USB数据线连接电脑：

1）按住下载模式按键（boot 键）不放，同时再长按开机键开机，这时开发板会进入下载模式，Luatools下载进度条会开始跑，这时可以松开boot按键。直到工具提示下载完成。

2）如果未能成功进入下载模式，而是进入正常开机模式，这时可以按住 boot 键，再短按复位按键，让开发板重启，重新进入下载模式。

如何判断有没有进入下载模式：
可以通过PC端的设备管理器中虚拟出来的USB端口数量来判断。

正常开机模式：

下载模式：

六、代码示例介绍

6.1 PWM输出

本例使用Air780E核心板上的NetLed（网络状态灯），pwm通道id=4，打开pwm4通道的pwm输出，设置不同的占空比，小灯会有不同的亮度。

6.1.1 代码介绍

6.1.2 效果展示

6.2 呼吸灯效果

本例使用Air780E核心板的pwm1通道，外接发光二极管来查看呼吸灯效果：

呼吸灯效果就是小灯由亮到暗逐渐变化，很有节奏感地一起一伏，”感觉，好像人在呼吸“，我们可以通过不断调高占空比让小灯一点点亮起，再不断调低占空比让小灯一点点熄灭从而达到此效果。

6.2.1 硬件接线

GPIO24 --------发光二极管正极

GND -----------发光二极管负极

6.2.2 代码介绍

6.2.3 效果展示

外接发光二极管，效果如下图所示：

也可用Air780E核心板上的NetLed（网络状态灯）来观察呼吸灯效果，但demo里的PWM通道要改成相应的id，可查看上文的PWM通道说明。

我们通过示波器查看PWM的输出波形，可以看到占空比在10%-90%之间变化。

七、常见问题

1. 如何验证所产生的PWM信号？

可以使用示波器检测PWM输出，查看频率、占空比和波形的完整性。确保波形按照设计参数正常工作，必要时进行调整。

2. PWM的信号的频率如何选择？

频率的选择通常取决于具体应用，根据自己的项目需要来选择：

电机控制：常用频率为1kHz到20kHz，以确保足够的反应速度和控制精度。

LED调光：频率通常在1kHz以上，以避免人眼感知到闪烁。

音频信号：频率设置应高于音频信号的最高频率（例如，至少为20kHz）。

3. 什么是占空比，如何计算PWM的占空比？

占空比即是一个脉冲周期内，高电平的时间占整个周期。

例如：
如果PWM信号的高电平时间为2ms，周期为10ms。
则：占空比 = (2 / 10) × 100 = 20%

今天的内容就分享到这里了