应应用用指指南南

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应应用用指指南南

32位 Cortex™-M0 单片机 NuMicro ^® 系列

NUC1xx 中如何使用 PWM?

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1 简介

本文档讲述了如何利用PWM定时器产生一个特定频率的波形并输出到蜂鸣器，以及利用PWM捕捉功能捕捉输入波形的特性。根据IC型号不同PWM模块最多可有4套PWM产生器，可以配置为8个独立的 PWM 输出， PWM0~7 ，或 4 组互补的带可编程死区发生器的 PWM 输出 (PWM0, PWM1), (PWM2, PWM3), (PWM4, PWM5), (PWM6, PWM7) 。PWM定时器的另一个功能是输入捕捉功能，捕捉功能使能后，当输入通道电平有上升沿时PWM计数器将被锁存到上升捕捉锁存器中，当输入通道电平有下降沿时PWM计数器将被锁存到下降捕捉锁存器中。捕捉通道0和PWM通道0共用一个PWM计时器，捕捉通道1和PWM通道1共用一个PWM计时器，以此类推，所以PWM功能和捕捉功能不能在同一通道中同时使用。

1.1 PWM功能特性

• 4个PWM发生器，每个发生器有1个8位预分频器，1个时钟除频器，PWM定时器，1个死区发生器

以及两路输出.

• 最多8个PWM通道或4对PWM通道

• 16位分辨率

• 支持单次触发模式和自动重载模式

• 双缓存可以避免PWM输出无效波形

1.2

捕捉功能特性

• 捕捉功能与PWM共用定时器控制逻辑，如果捕捉功能使能，PWM输出转换为捕捉功能输入

• 8个捕捉输入通道

• 每个通道拥有1个上升锁存器，1个下降锁存器以及捕捉中断标志

1.3

结构

下图描述了一组PWM的结构，PWM0和1是一组，PWM2和3是一组以此类推

11 10 01 00 HCLK

32K 12M 22M

PWM01_S(CLKSEL1[29:28])

PWM01_EN(APBCLK[20])

PWM01_CLK

图 1 PWM 0&1 时钟源控制

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CSR1(CSR03[6:4]) 1

1/2 1/4 1/8 1/16

100

000 1 1/2 1/4 1/8 1/16

001

010

011

100

000 1 1/2 1/4 1/8 1/16

001

010

011 CSR0(CSR03[2:0])

8-bit Prescaler PPR.CP01

PWM- Timer0

Logic

PWM- Timer1

Logic

1

0 1

0

Dead Zone Generator 0

1

0 1

0 DZI01

DZEN01 CH0INV

CH1INV PWMIE0 PWMIF0

PWMIE1 PWMIF1 Clock

Divider

CNR1, CMR1, PCR CNR0, CMR0,

PCR

PWM01_CLK

(from clock controller)

POE.PWM0

1

0

GPIOA_DOUT[12]

GPIOA_MFP[12]

PA.12/PWM0

1

0

GPIOA_DOUT[13]

GPIOA_MFP[13]

PA.13/PWM1 POE.PWM1

图 2 PWM 0&1 结构图 1.4 PWM操作

1.4.1 PWM定时器操作

PWM向下计数器(CNR)和比较寄存器(CMR)决定了PWM周期和占空比。图4描述了PWM定时器时序操作。脉冲宽度调节遵循下面的公式，PWM比较器的原理也在图3中说明了，请注意相应的GPIO口必须设置为PWM输出

y PWM频率= PWMxy_CLK/(prescale+1)*(clock divider)/(CNR+1); 其中xy可以是01, 23, 45或67, 这取决于所选的PWM通道

y 占空比 = (CMR+1) / (CNR+1).

y CMR >= CNR: PWM 一直输出高

y CMR < CNR: PWM低脉冲宽度= (CNR-CMR) unit¹; PWM 高脉冲宽度= (CMR+1) unit.

y 如果CMR = 0: PWM低脉冲宽度 = (CNR) unit; PWM 高脉冲宽度= 1 unit

注意: 1. Unit = 1个PWM时钟周期

Note: x= 0~7.

图 3 PWM 定时器内部比较器输出

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图 4 PWM 定时器操作时序

1.4.2 PWM双缓存, 自动重载以及单次触发操作

NUC1XX 系列PWM定时器具有双缓存功能。寄存器预先设定的值，在一个周期完成后，可以自动重载而不影响当前定时器操作。PWM计数器值写入CNR0~7，并可从PDR0~7内读出当前计数器的值。

PWM 控制寄存器(PCR) 的CH0MOD 位定义PWM0是自动重载模式或是单触发模式。自动重载模式下，当PWM计数器计到0，MCU自动重载CNR0 值到PWM 计数器。如果CNR0 设定为0，PWM计数器计数到0后，将进入暂停状态。如果此时CH0MOD设定为0 ，计数器停止运行。PWM1~PWM7 运行状态与PWM0 相同.

PWM Waveform

write a nonzero number to prescaler & setup clock dividor

Start CNR=150

CMR=50

151

51

200

50 CNR=199

CMR=49

CNR=99 CMR=0

100 1 CNR=0 CMR=XX

Stop

图 5 PWM双缓存示意图

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1.4.3 调制占空比

双缓存允许CMR在当前周期任意时刻改写，下一个周期写入值生效。

Modulate PWM controller ouput duty ratio (CNR = 150) Write

CMR=100 Write

CMR=50 Write

CMR=0

1 PWM cycle = 151 1 PWM cycle = 151 1 PWM cycle = 151

101 51 1

图 6 PWM 控制器输出占空比 1.4.4 死区发生器

NUC1XX 系列提供PWM死区发生器，用于保护电源器件。用户可通过设定PPRx.DZI定义在PWM的上升沿插入延迟时间

PWM_out1

PWM_out1_n

PWM_out1_DZ

PWM_out1_n_DZ

Dead zone interval

图 7 死区发生器操作图 1.4.5 捕捉操作

捕捉器0和PWM0使用同一个定时器，捕捉器1和PWM1使用另一组定时器，以此类推。当输入通道电平 有上升沿时PWM计数器将被锁存到CRLR 中，当输入通道电平有下降沿时PWM计数器将被锁存到 CFLR 中。设定CCR0[1] (上升沿触发中断有效)和CCR0[2](下降沿触发中断有效),可以设定捕捉器通道0

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产生中断的条件。同样设定CCR0[17] 和CCR0[18]，可以设定通道1，以此类推。一旦捕捉功能发出中断0/1/2...，PWN计数器0/1/2...将马上重载。注意在捕捉功能使能前，相应的管脚必须配置为输入模式 (GPIOA_OMD)。

8 7 6 5

3 2 1 8 7 6 5

PWM Counter

(CNRx) 4

1 7

Capture Input x

CFLRx

5 CRLRx

Set by H/W

Clear by S/W

CAPIFx CFL_IEx CRL_IEx CAPCHxEN

Set by H/W Clear by S/W

CFLRIx

Reload Reload

Set by H/W Clear by S/W

Note: X=0~3

CRLRIx

图 8 捕捉操作时序该例中，CNR为8:

1. 当上升沿与下降沿中断同时使能时，PWM计数器将在中断发生时重载 2. 通道低脉宽为(CNR – CRLR).

3. 通道高脉宽为(CNR– CFLR).

1.4.6 PWM定时器启动步骤 建议如下步骤启动PWM定时器 1. 设置时钟选择(CSR) 2. 设置预分频(PPR)

3. 设置反向开/关，死区发生器开/关，自动重载/单次触发模式以及PWM定时器关闭（PCR）

4. 根据PWM占空比设置比较寄存器(CMR)

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5. 根据PWM周期设置PWM计数器(CNR) 6. 设置中断使能寄存器(PIER)

7. 设置PWM输出使能(POE) 8. 设置相应的GPIO口为PWM功能 9. 使能PWM定时器(PCR)

1.4.7 PWM停止流程 方式1:

设定16位向下计数计数器(CNR)为0 ，并查看PDR状态，当PDR达到0 ，关闭PWM定时器 (PCR的 CHxEN位). (推荐)

方式2:

设定16位向下计数计数器(CNR)为0，当中断发生，在中断内关闭PWM定时器(PCR的CHxEN位). (推荐) 方式3:

直接关闭PWM定时器(PCR的CHxEN位). (不推荐)

1.4.8 捕捉启动流程

1. 设置时钟选择（CSR）

2. 设置预分频(PPR)

3. 设置通道使能，上升/下降沿中断使能及输入信号反向开/关(CCR0, CCR1) 4. 设置PWM计数器(CNR)

5. 设置捕捉输入使能寄存器(CAPENR) 6. 设置相应GPIO口为PWM功能 7. 使能PWM定时器(PCR)

(9)

2 代码部分

2.1

主函数(在Smpl_DrvPWM.c中)

下面的代码代表PWM定时器的两个主要功能：PWM功能和捕捉功能。首先是7个特定的频率波形从 PWM0输入蜂鸣器，接下来PWM3作为捕捉操作，捕捉PWM1输出的波形特性，并计算PWM1输出的低脉冲宽度，高脉冲宽度及周期

int32_t main (void) {

S_DRVPWM_TIME_DATA_T sPt;

STR_UART_T sParam;

uint8_t u8Item;

uint8_t u8Timer, u8CapTimer;

int32_t i32Loop = 1;

int32_t i32TestLoop = 1;

/*---Deleted---*/

/* Enable PWM clock */

DrvPWM_Open();

/* Set PWM pins */

DrvGPIO_InitFunction(FUNC_PWM01);

UNLOCKREG();

DrvSYS_SetHCLKSource(0);

LOCKREG();

/*---Deleted---*/

/* PWM Timer property */

sPt.u8Mode = DRVPWM_TOGGLE_MODE;

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sPt.u32Frequency = g_u16Frequency;

sPt.u8HighPulseRatio = 1; /* High Pulse peroid : Total Pulse peroid = 1 : 100 */

sPt.i32Inverter = 0;

u8Timer = DRVPWM_TIMER0;

/* Select PWM engine clock */

DrvPWM_SelectClockSource(u8Timer, DRVPWM_HCLK);

/* Set PWM Timer0 Configuration */

DrvPWM_SetTimerClk(u8Timer, &sPt);

/* Enable Output for PWM Timer0 */

DrvPWM_SetTimerIO(u8Timer, 1);

/* Enable Interrupt Sources of PWM Timer0 and install call back function */

DrvPWM_EnableInt(u8Timer, 0, DRVPWM_PwmIRQHandler);

/* Enable the PWM Timer 0 */

DrvPWM_Enable(u8Timer, 1);

while (g_u8PWMCount);

/*---*/

/* Stop PWM Timer0 (Recommended procedure method 2) */

/* Set PWM Timer counter as 0, When interrupt request happen,

disable PWM Timer */

/* Set PWM Timer counter as 0 in Call back function */

/*---*/

/* Disable the PWM Timer 0 */

(11)

printf("PWM Capture Test\n");

printf("Use PWM Capture 3 to capture the PWM Timer1 Waveform\n");

/*---*/

/* Set the PWM Timer1 as output function. */

/*---*/

/* PWM Timer property for Output waveform */

sPt.u32Frequency = 250; /* 250 Hz */

sPt.u8HighPulseRatio = 30; /* High Pulse peroid : Total Pulse peroid = 30 : 100 */

u8Timer = DRVPWM_TIMER1;

/* Select PWM01 engine clock */

DrvPWM_SelectClockSource(u8Timer, DRVPWM_HCLK);

/* Set PWM Timer1 Configuration */

DrvPWM_SetTimerClk(u8Timer, &sPt);

/* Enable Output for PWM Timer1 */

/* Enable the PWM Timer1 */

/*---*/

/* Set the PWM Capture 3 for capture function */

/*---*/

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/* PWM Timer property for Capture */

sPt.u32Frequency = 100; /* Set the proper frequency to capture data (Less than the input data)*/

sPt.u8HighPulseRatio = 50; /* High Pulse peroid : Total Pulse peroid = 50 : 100 (Set a non-zero value) */

sPt.u32Duty = 0x10000; /* Set the counter to the maximum value */

u8CapTimer = DRVPWM_CAP3;

/* Select PWM engine clock */

DrvPWM_SelectClockSource(u8CapTimer, DRVPWM_HCLK);

/* Set PWM Timer 3 for Capture */

DrvPWM_SetTimerClk(u8CapTimer, &sPt);

/* Enable Interrupt Sources of PWM Capture3 */

DrvPWM_EnableInt(u8CapTimer, DRVPWM_CAP_FALLING_INT, NULL);

/* Enable Input function for PWM Capture 3 */

DrvPWM_SetTimerIO(u8CapTimer, 1);

/* Enable the PWM Capture3 */

DrvPWM_Enable(u8CapTimer, 1);

/* Capture the Input Waveform Data */

CalPeriodTime(u8CapTimer);

/*---*/

/* Stop PWM Timer 1 (Recommended procedure method 1) */

/* Set PWM Timer counter as 0, When PWM internal counter reaches

to 0, disable PWM Timer*/

/*---*/

/* Set PWM Timer 1 counter as 0 */

DrvPWM_SetTimerCounter(u8Timer, 0);

(13)

/* Wait PWM Timer1 Interrupt */

while (DrvPWM_GetTimerCounter(u8Timer));

/* Disable PWM Timer 1 */

/* Disable Output function for PWM Timer 1 */

/*---*/

/* Stop PWM Timer 3 (Recommended procedure method 1) */

/* Set PWM Timer counter as 0, When PWM internal counter reaches

to 0, disable PWM Timer*/

/*---*/

/* Set PWM Capture 3 counter as 0 */

DrvPWM_SetTimerCounter(u8CapTimer & 0x0F, 0);

/* Wait PWM Capture 3 Counter reach to 0 */

while (DrvPWM_GetTimerCounter(u8CapTimer));

/* Clear the PWM Capture 3 Interrupt */

DrvPWM_ClearInt(u8CapTimer);

/* Disable PWM Capture 3 */

DrvPWM_Enable(u8CapTimer, 0);

/* Disable Input function for PWM Capture 3 */

DrvPWM_SetTimerIO(u8CapTimer, 0);

/*---Deleted---*/

printf("PWM sample is complete.\n");

DrvPWM_Close();

return 0;

(14)

}

2.2 PWM回调函数

回调函数用来计算PWM脉冲，当脉冲计数器达到一个特定值时，回调函数将设置CNR为0并清除停止定时器的标志。

/*---*/

/* PWM Timer Callback function */

/*---*/

void DRVPWM_PwmIRQHandler() {

if (s_u32Pulse == 1 * g_u16Frequency /10) {

/*---*/

/* Stop PWM Timer 0 (Recommended procedure method 2) */

/* Set PWM Timer counter as 0, When interrupt request happen,

disable PWM Timer */

/*---*/

DrvPWM_SetTimerCounter(DRVPWM_TIMER0, 0);

}

if (s_u32Pulse == 1 * g_u16Frequency /10 + 1) g_u8PWMCount = 0;

s_u32Pulse++;

}

2.3

捕捉功能

捕捉功能用来计算输入波形的信息

注意：当下降或上升沿中断使能时，CAPIFx, x=0~7 位被硬件置位，软件可以通过对该位写1清零，如果此位没有清零，PWM计数器将不会在下一个捕捉中断发生时重载。

void CalPeriodTime(uint8_t u8Capture) {

uint16_t u32Count[4];

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uint32_t u32i;

uint16_t u16RisingTime, u16FallingTime, u16HighPeroid, u16LowPeroid, u16TotalPeroid;

/* Clear the Capture Interrupt Flag (Time A) */

DrvPWM_ClearCaptureIntStatus(u8Capture, DRVPWM_CAP_FALLING_FLAG);

/* Wait for Interrupt Flag (Falling) */

while (DrvPWM_GetCaptureIntStatus(u8Capture, DRVPWM_CAP_FALLING_FLAG) != 1);

/* Clear the Capture Interrupt Flag (Time B)*/

u32i = 0;

while (u32i < 4) {

/* Wait for Interrupt Flag (Falling) */

while(DrvPWM_GetCaptureIntStatus(u8Capture, DRVPWM_CAP_FALLING_FLAG) != 1);

/* Clear the Capture Interrupt Flag */

/* Clear the Capture Rising Interrupt Flag */

DrvPWM_ClearCaptureIntStatus(u8Capture, DRVPWM_CAP_RISING_FLAG);

/* Get the Falling Counter Data */

u32Count[u32i++] = DrvPWM_GetFallingCounter(u8Capture);

/* Wait for Capture Rising Interrupt Flag */

(16)

while(DrvPWM_GetCaptureIntStatus(u8Capture, DRVPWM_CAP_RISING_FLAG) != 1);

/* Clear the Capture Rising Interrupt Flag */

DrvPWM_ClearCaptureIntStatus(u8Capture, DRVPWM_CAP_RISING_FLAG);

/* Get the Rising Counter Data */

u32Count[u32i++] = DrvPWM_GetRisingCounter(u8Capture);

}

u16RisingTime = u32Count[1];

u16FallingTime = u32Count[0];

u16HighPeroid = u32Count[1] - u32Count[2];

u16LowPeroid = 0x10000 - u32Count[1];

u16TotalPeroid = 0x10000 - u32Count[2];

printf("Test Result:\nRising Time = %d, Falling Time = %d.\nHigh Period =

%d, Low Period = %d, Total Period = %d.\n\n",

u16RisingTime, u16FallingTime, u16HighPeroid, u16LowPeroid, u16TotalPeroid);

}

2.4 API使用参考

• PWM Driver Reference Guide.doc

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3 运行环境设置及结果

3.1

测试Smpl_DrvPWM

PWM示例程序，Smpl_DrvPWM,可以通过Keil MDK工具编译并通过ICE下载到NUC1xx系列DEV板，用户可以在ICE环境下执行代码或复位DEV板执行已经下载到片内Flash的程序，然后根据提示选择测试项，PWM波形测试和PWM捕捉测试

3.2 PWM波形测试结果

蜂鸣器中可以听到不同音符的频率(Do, Re, Mi, Fa, Sol, La, 和Si)，或者用示波器测试GPIO A12的波形，频率和占空比将与选择的音调一致

3.3 PWM捕捉测试结果

PWM3用来测试PWM1输出波形特性，首先将GPIO A13 (PWM1功能脚)与GPIO A15 (PWM3功能脚)连接，PWM3将在上升/下降沿时获得计数器的值，根据这些值计算出波形特性：周期，占空比等等

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4 修订历史

版本日期描述

0.01 2010，3 初次发布

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