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PWM 相关知识整理

news 来源：原创 2025/6/6 18:55:53

一、PWM 相关术语

概念	含义
频率	1 秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数，即 1 秒钟 PWM 的周期数，单位为 Hz
周期	一个脉冲信号的时间，1 秒内的周期次数等于频率，周期 = 1 / 频率（T=1/f）
脉宽时间	高电平持续的时间
占空比	一个脉冲周期内，高电平时间与整个周期时间的比例

举例：方波的占空比为 50%；若周期为 20ms，脉宽时间为 5ms，则占空比为 25%。

二、PWM 信号应用领域

调光电路：通过调节占空比可实现呼吸灯效果。
电机控制：利用占空比调节电机转速。
舵机控制：以固定频率搭配不同占空比来控制舵机的转角。
其他领域：还可用于直流斩波电路、蜂鸣器驱动、逆变电路、加湿机雾化量控制等。

三、Exynos 4412 PWM 特性

该芯片的 SCP 具备五个 32 位脉冲宽度调制（PWM）定时器。
有 2 个 8 位 PCLK 分频器用于一级预分频，5 个 2 级分频器对外部时钟进行预分。
支持可编程选择 PWM 独立通道，拥有 4 个独立的可编程控制且支持校验的 PWM 通道。
具备静态配置（PWM 停止）和动态配置（PWM 启动）两种模式。
支持自动重装模式及触发脉冲模式，设有一个外部启动引脚。
两个 PWM 输出可配备 Dead-Zone（死区）发生器，还具备中断发生器。

四、PWM 工作步骤

当时钟 PCLK 被使能后，定时器计数缓冲寄存器（TCNTBn）会将计数器初始值下载到递减计数器中。
定时器比较缓冲寄存器（TCMPBn）把其初始值下载到比较寄存器，并将该值与递减计数器的值进行比较，当两者值相同时，输出电平翻转。
递减计数器减至 0 后，输出电平再次翻转，完成一个输出周期。
当递减计数器计数值达到 0 时，产生定时器中断请求通知 CPU 定时器操作完成。若将定时器 0 设置为自动重载功能（TCONbit [3]=1），相应的 TCNTBn 的值会自动重载到递减计数器以继续下次操作。
若定时器停止工作（清除定时器控制寄存器 TCON 中的定时器使能位），则 TCNTBn 的值不会被重载到递减计数器。
TCMPBn 的值用于脉冲宽度调制，当定时器递减计数器的值和比较寄存器的值相匹配时，定时器控制逻辑改变输出电平，比较寄存器决定 PWM 输出的开关时间。

四、PWM 工作流程(精简)

时钟使能：PCLK 开启后，计数缓冲寄存器（TCNTBn）将初始值加载到递减计数器。
比较触发：比较缓冲寄存器（TCMPBn）值与递减计数器值匹配时，输出电平翻转。
周期结束：计数器减至 0 时，输出电平再次翻转，完成一个周期，并触发中断（若启用）。
自动重载：若设置自动重载模式（TCON [3]=1），TCNTBn 值会重新加载到计数器，循环运行。

五、寄存器配置实例

目标：生成周期 159 个时钟周期、高电平 109 个时钟周期的 PWM 波形（低电平 50 周期）。

初始化寄存器：
- TCNTBn = 159（周期总时长），TCMPBn = 109（高电平时长）。
启动定时器：
- 设置 TCON 寄存器使能位，TCNTBn 值加载到递减计数器，输出引脚初始化为低电平。
电平翻转逻辑：
- 计数器从 159 递减至 109 时，输出由低变高；递减至 0 时，输出由高变低，同时触发中断。
自动重载：若启用该模式，计数器自动重新加载 159，进入下一个周期。

六、时钟配置寄存器（TCFG0/TCFG1）

TCFG0 寄存器（预分频配置）：
- 功能：设置一级预分频比（8 位，范围 1~255），公式为：预分频后时钟=预分频值+1PCLK
- 示例：若 PCLK=66MHz，预分频值 = 99，则预分频后时钟为 660kHz（66M/(99+1)）。

TCFG1 寄存器（二级分频配置）：

功能：选择二级分频比（1/1、1/2、1/4、1/8、1/16），决定最终输入定时器的时钟频率：定时器输入时钟=分频比预分频后时钟

配置示例：

运行

// 设置TCFG0预分频值为248（0xF9），TCFG1分频比为1/16（0x4）
PWM.TCFG0 = (PWM.TCFG0 & ~0xFF) | 0xF9;  // 预分频值=248，PCLK/(248+1)=66M/249≈265kHz
PWM.TCFG1 = (PWM.TCFG1 & ~0xF) | 0x4;    // 二级分频比1/16，最终时钟=265k/16≈16.5kHz

时钟计算与分辨率：
- 公式：ftimer=(prescaler+1)×dividerPCLK
- 人耳可识别频率：20Hz~20kHz，需据此配置时钟参数。

七、关键寄存器地址与功能

寄存器	地址（基址 + 偏移）	功能
TCNTB0	0x000C	定时器 0 计数缓冲寄存器，存储周期总时长。
TCMPB0	0x0010	定时器 0 比较缓冲寄存器，决定高电平时长（占空比）。

注：所有配置需结合芯片手册具体地址和寄存器位定义，以上示例基于 Exynos 4412 架构。