PWM
在本章中，我们将学习如何在应用层中使用 PWM。
示例程序：Code.zip
1.PWM
PWM，全称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），是一种通过控制信号的脉冲宽度来实现模拟信号输出的技术。它常用于嵌入式系统和电子设备中，用于控制电机速度、LED 亮度、音频信号生成等应用。
在 Linux 系统中，PWM 设备通常通过 sysfs 文件系统进行管理和配置，其设备目录通常位于 /sys/class/pwm/ 目录下。
2.控制PWM（Shell）
2.1 引脚分布
LuckFox Pico Ultra/Ultra W 引脚图：
2.2 打开 PWM
使用 luckfox-config 打开相关配置：
- 键盘上的↑、↓键进行菜单项目的选择，enter键进入，←、→键或者Tab进行 OK和 cancel 按钮的选择，Esc 键取消返回，空格键为选择定选项，任何更改都将在重新启动后生效。注意：ADB登录无法使用 方向键和 Tab，只能使用数字选择选项，enter确认。
在终端打开 luckfox-config 工具：
luckfox-config选择 Advanced Options：
选择 PWM：
选择想要打开的 PWM 接口，这里以 PWM7_M1 为例：
选择
enable，当选择回车确认后，按esc退出：
重启开发板
reboot
2.3 设备目录
在 /sys/class/pwm/ 目录中，每个 PWM 设备都有一个独立的子目录，其名称通常以 pwmchipX 的形式命名，其中 X 是 PWM 设备的编号。您可使用如下命令查看：
[root@luckfox root]$ ls -l /sys/class/pwm
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jan 1 1970 pwmchip1 -> ../../devices/platform/ff350010.pwm/pwm/pwmchip1
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Jun 13 13:28 pwmchip7 -> ../../devices/platform/ff360030.pwm/pwm/pwmchip7
2.4 设备属性
在成功导出 PWM 的一个通道后，会在该 PWM 的设备目录下生成单个通道的目录，其中有这个通道对应的属性文件，用户可以通过修改这些文件的内容来配置和控制特定 PWM 通道的各个参数，以实现对 PWM 信号的精确控制。这提供了一个方便的接口，使用户能够与 PWM 硬件进行交互并调整 PWM 信号的特性。
查看PWM10单个通道的属性文件
# ls /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/
uevent capture duty_cycle output_type
polarity enable power period属性文件
通过使用这些属性文件，您可以轻松地配置和控制 PWM 通道，使其适应不同的应用场景和需求。其中一些关键的属性如下：
enable：用于启用或禁用PWM通道。period：用于设置PWM信号的周期时间。duty_cycle：用于设置PWM信号的占空比。polarity：用于配置PWM信号的极性。power/control：用于启用或禁用PWM通道的电源管理（通常用于省电模式）。
2.5 控制PWM
测试 PWM。将PWM10_M1(GPIO1_C6_d)导出到用户空间
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip10/export设置PWM周期单位为ns，比如 1KHz 频率的周期就是 1000000ns（注意，在任何的情况下都得保证 period 的值大于等于 duty_cycle 的值）
echo 1000000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/period设置占空比（小于等于 period ）
echo 100000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 200000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 300000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 400000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 500000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 600000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 700000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 800000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 900000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 1000000 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle设置PWM极性正常或翻转
echo "normal" > /sys/class/pwm/pwmchip1/pwm0/polarity
echo "inversed" > /sys/class/pwm/pwmchip1/pwm0/polarity使能和关闭PWM
echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip1/pwm0/enable
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip1/pwm0/enable取消导出PWM到用户空间
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip10/unexport
3.控制PWM（Python程序）
在前文中，我们演示了使用 echo 命令修改设备文件，以达到控制设备的目的。接下来，我们将使用 Python 程序实现 PWM 的控制。
3.1 示例程序
通过以下程序，可以实现控制PWM10输出。
from periphery import PWM
import time
pwm = PWM(10, 0)
try:
pwm.frequency = 1000
pwm.duty_cycle = 0
pwm.polarity = "normal"
pwm.enable()
direction = 1
while True:
pwm.duty_cycle += 0.01 * direction
pwm.duty_cycle = round(pwm.duty_cycle, 2)
if pwm.duty_cycle == 1.0:
direction = -1
elif pwm.duty_cycle == 0.0:
direction = 1
time.sleep(0.05)
except KeyboardInterrupt:
pass
finally:
pwm.close()
3.2 打开PWM设备
此代码段使用 periphery 库中的 PWM 类创建了一个 PWM 对象。在这个例子中，PWM 对象被初始化为 PWM10 。
pwm = PWM(10, 0)
3.3 配置PWM
在这个代码段中，配置了先前创建的 PWM 对象的一些属性。设置了 PWM 的频率为 1000 Hz，极性为正常（"normal"），并将占空比初始化为 0。
pwm.frequency = 1000
pwm.duty_cycle = 0
pwm.polarity = "normal"
3.4 PWM输出
这个代码段实现了一个简单的 PWM 输出。通过循环不断调整 PWM 的占空比，以实现呼吸灯效果。pwm.duty_cycle 每次增加 0.01（可以根据需要调整），并使用 round 函数将其保留两位小数。在达到最大或最小值时，反转方向。并在每次更新 PWM 值后，通过 time.sleep 控制呼吸灯的速度。
while True:
pwm.duty_cycle += 0.01 * direction
pwm.duty_cycle = round(pwm.duty_cycle, 2)
if pwm.duty_cycle == 1.0:
direction = -1
elif pwm.duty_cycle == 0.0:
direction = 1
print(pwm.duty_cycle)
time.sleep(0.05)
3.5 运行程序
使用 nano 工具在终端创建 py 文件，粘贴并保存 python 程序
# nano pwm.py运行程序
# python3 pwm.py实验现象
控制PWM10输出，实现呼吸灯
4.控制PWM（C程序）
在前文中，我们演示了如何使用 echo 命令和 Python 程序控制 PWM。实际上也可以使用 vi 编辑器对文件进行修改，修改时需注意用户权限。此外，我们还可以使用C库函数或系统调用来读写设备文件，以达到控制设备的目的。请注意，为了在特定的嵌入式系统上运行程序，通常需要使用交叉编译工具来编译代码，以生成可在目标开发板上执行的可执行文件。接下来，让我们一起探讨具体的实施步骤。
4.1 示例程序
通过以下程序，可以实现控制PWM10输出。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#define PWM_PATH "/sys/class/pwm/pwmchip10"
#define PERIOD_NS 1000000
#define MIN_DUTY_CYCLE_NS 0
#define MAX_DUTY_CYCLE_NS 1000000
int main() {
FILE *pwm_export = fopen(PWM_PATH "/export", "w");
if (!pwm_export) {
perror("Failed to open PWM export");
return 1;
}
fprintf(pwm_export, "0");
fclose(pwm_export);
FILE *period_file = fopen(PWM_PATH "/pwm0/period", "w");
if (!period_file) {
perror("Failed to open PWM period");
return 1;
}
fprintf(period_file, "%d", PERIOD_NS);
fclose(period_file);
FILE *enable_file = fopen(PWM_PATH "/pwm0/enable", "w");
if (!enable_file) {
perror("Failed to open PWM enable");
return 1;
}
fprintf(enable_file, "1");
fclose(enable_file);
int direction = 1;
int duty_cycle_ns = 0;
while (1) {
duty_cycle_ns += 10000 * direction;
if(duty_cycle_ns == MAX_DUTY_CYCLE_NS)
direction = -1;
else if(duty_cycle_ns == MIN_DUTY_CYCLE_NS)
direction = 1;
FILE *duty_cycle_file = fopen(PWM_PATH "/pwm0/duty_cycle", "w");
if (!duty_cycle_file) {
perror("Failed to open PWM duty cycle");
return 1;
}
fprintf(duty_cycle_file, "%d", duty_cycle_ns);
fclose(duty_cycle_file);
usleep(50000);
}
FILE *pwm_unexport = fopen(PWM_PATH "/unexport", "w");
if (!pwm_unexport) {
perror("Failed to open PWM unexport");
return 1;
}
fprintf(pwm_unexport, "0");
fclose(pwm_unexport);
return 0;
}
4.2 导出PWM通道到用户空间
这段代码通过向 /sys/class/pwm/pwmchip10/export 写入设备索引（通常为0），以导出指定的PWM通道供用户空间控制。
FILE *pwm_export = fopen(PWM_PATH "/export", "w");
if (!pwm_export) {
perror("Failed to open PWM export");
return 1;
}
fprintf(pwm_export, "0");
fclose(pwm_export);
4.3 设置PWM周期
这段代码通过向 /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/period 写入周期值 “1000000”（以纳秒为单位），以设置PWM的周期为1KHZ。
FILE *period_file = fopen(PWM_PATH "/pwm0/period", "w");
if (!period_file) {
perror("Failed to open PWM period");
return 1;
}
fprintf(period_file, "%d", PERIOD_NS);
fclose(period_file);
4.4 使能PWM
这段代码通过向 /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/enable 文件写入值"1"，以启用PWM信号的输出。
FILE *enable_file = fopen(PWM_PATH "/pwm0/enable", "w");
if (!enable_file) {
perror("Failed to open PWM enable");
return 1;
}
fprintf(enable_file, "1");
fclose(enable_file);
4.5 使用PWM实现呼吸灯
这段代码打开 /sys/class/pwm/pwmchip10/pwm0/duty_cycle 文件，并且通过不断改变 duty_cycle_ns 变量的值，实现了PWM占空比从0%逐渐增加到100%，然后再从100%逐渐减小到0%的呼吸灯效果。duty_cycle_ns 的变化在0到1000000之间，以控制占空比的变化。当占空比达到最小值或最大值时，它会反转方向，以实现往复运动。此外，usleep(50000) 函数用于控制呼吸灯的速度，您可以根据需要调整此值以改变呼吸速度。
int direction = 1;
int duty_cycle_ns = 0;
while (1) {
duty_cycle_ns += 10000 * direction;
if(duty_cycle_ns == MAX_DUTY_CYCLE_NS)
direction = -1;
else if(duty_cycle_ns == MIN_DUTY_CYCLE_NS)
direction = 1;
FILE *duty_cycle_file = fopen(PWM_PATH "/pwm0/duty_cycle", "w");
if (!duty_cycle_file) {
perror("Failed to open PWM duty cycle");
return 1;
}
fprintf(duty_cycle_file, "%d", duty_cycle_ns);
fclose(duty_cycle_file);
usleep(50000);
}
4.6 取消导出PWM通道到用户空间
这段代码通过向 /sys/class/pwm/pwmchip10/unexport 写入设备索引，取消导出指定的PWM通道到用户空间。
FILE *pwm_unexport = fopen(PWM_PATH "/unexport", "w");
if (!pwm_unexport) {
perror("Failed to open PWM unexport");
return 1;
}
fprintf(pwm_unexport, "0");
fclose(pwm_unexport);
4.7 交叉编译
指定交叉编译工具
首先，我们要将交叉编译工具的路径添加到系统的
PATH环境变量中，以便可以在任何地方使用交叉编译工具，您可以在shell配置文件中添加以下行（通常是~/.bashrc或~/.bash_profile或~/.zshrc，具体取决于您使用的shell），注意PATH=后的路径为交叉编译工具所在的目录。gcc路径
<SDK Directory>/tools/linux/toolchain/arm-rockchip830-linux-uclibcgnueabihf/bin/arm-rockchip830-linux-uclibcgnueabihf-gcc打开shell配置文件
vi ~/.bashrc将交叉编译工具的路径添加到系统的PATH环境变量中，将 <SDK Directory> 修改为自己的 SDK 路径，如
/home/luckfox/luckfox-pico/export PATH=<SDK Directory>/tools/linux/toolchain/arm-rockchip830-linux-uclibcgnueabihf/bin:$PATH重新加载shell配置文件，使更改生效
source ~/.bashrc
使用交叉编译工具编译程序
arm-rockchip830-linux-uclibcgnueabihf-gcc pwm.c -o pwm交叉编译成功后，将在当前目录下生成可在开发板运行的可执行文件
#ls
pwm pwm.c
4.8 运行程序
文件传输
先将
pwm从虚拟机传输到 Windows，再通过 TFTP 或 ADB 传输到开发板，将文件从 Windows 通过 ADB 将文件传输到开发板的步骤如下：adb push 文件所在路径 开发板存储路径
eg:(将当前目录下pwm文件传输到开发板的根目录)
adb push pwm /运行程序
修改
pwm文件的操作权限后运行程序# chmod 777 pwm
# ./pwm实验现象
控制PWM10输出，实现呼吸灯