ARM(13) - PWM控制LCD

一、PWM 基础概念

定义：脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，PWM），通过周期性的高低电平信号，利用 “高电平占空比” 模拟输出等效电压 / 功率，实现 “数字信号控制模拟量” 的效果。
核心参数：

• 周期（T）：PWM 信号一个完整高低电平循环的时间，对应频率 f = 1/T（如 T=1ms 时，f=1kHz）。
• 占空比（D）：一个周期内高电平时间占比（范围 0%~100%），公式：D = (高电平时间 / 周期) × 100%。
  典型应用：LED 调光（占空比越高越亮）、直流电机转速控制（占空比越高转速越快）、蜂鸣器音调调节（频率决定音调）、模拟电压输出（如占空比 50% 等效输出 1/2 电源电压）。

LCD引脚

二、IMX6ULL PWM 硬件特性

2.1 模块核心概况

• 通道数量：内置 8 个独立 PWM 通道（PWM1~PWM8），可同时输出多路独立波形。
• 工作模式：支持两种波形模式，满足不同场景需求：
  • 边缘对齐模式（默认）：计数器 “从 0 计数到最大值” 后清零，高电平在计数前半段（或后半段，取决于配置）。
  • 中心对齐模式：计数器 “从 0 计数到最大值，再从最大值减到 0”，高电平对称分布在周期中心（适合电机对称控制）。
• 时钟源可选：提供 4 种时钟源，需通过寄存器配置，覆盖不同频率需求：

  时钟源名称	典型频率（默认）	适用场景
  IPG_CLK	66MHz	中频率需求（如 1kHz~1MHz）
  IPG_CLK_HIGH	132MHz	较高频率需求
  AXI_CLK	264MHz	高频率需求（如 10MHz 以上）
  PER_CLK	66MHz	与外设时钟同步需求

• 中断支持：可配置周期中断（每次周期结束触发）、比较中断（计数到比较值时触发）、溢出中断，用于动态更新占空比 / 周期（无需轮询）。

2.2 关键硬件逻辑

PWM 波形生成的核心逻辑由 4 部分组成，需通过寄存器逐层配置：

1. 分频器：对选定的时钟源进行分频，得到 “PWM 计数器时钟”（频率 f_cnt），分频系数可通过寄存器设置（1~128 分频），决定 PWM 精度（分频系数越小，f_cnt 越高，精度越高）。
2. 周期寄存器（PWMPR）：设定计数器的 “计数上限”（记为 PR），计数器从 0 计数到 PR 为一个完整周期。周期计算公式：T = (PR + 1) / f_cnt（因计数包含 0~PR 共 PR+1 个时钟周期）。
3. 比较寄存器（PWMSAR）：设定 “高电平结束时刻”（记为 SAR），计数器计数到 SAR 时，PWM 输出从高电平切换为低电平（边缘对齐模式）。占空比计算公式：D = (SAR + 1) / (PR + 1) × 100%（需满足 SAR ≤ PR，否则占空比异常）。
4. 控制寄存器（PWMCR）：PWM 模块的 “总开关”，负责配置时钟源选择、分频系数、工作模式、软复位、PWM 输出使能等核心功能。

脉冲宽度调制器框图

三、核心寄存器解析（结合代码）

代码中核心操作的 PWM 寄存器如下，需结合《I.MX6ULL 参考手册》中 PWM 章节理解：

寄存器名	作用（代码中体现）	关键位含义
PWMCR	PWM 控制器配置寄存器	bit0：PWM 使能位；bit3：软件复位（SW_RST）；bit1~2：对齐模式；bit4~11：预分频系数；bit16：计数器模式；bit26：时钟源选择
PWMPR	周期寄存器（Period Register）	存储 PWM 周期的计数阈值，计数器从 0 计数到 PWMPR 时完成一个周期
PWMSAR	比较寄存器（Sample Register）	存储高电平计数阈值，计数器值≤PWMSAR 时输出高电平，否则低电平（占空比 = PWMSAR/PWMPR）
PWMSR	状态寄存器（Status Register）	bit3：周期匹配中断标志（代码中用于判断中断触发）；中断标志需 “写 1 清除”
PWMIR	中断使能寄存器（Interrupt Register）	bit0：使能周期匹配中断（代码中开启 PWM 中断的关键）

 电气特性

 设置周期寄存器（周期计数值 = 1000-2，实际周期 = (计数值+2)*时钟周期）

四、代码

1、pwm.c

1 引脚复用配置（PWM 输出引脚初始化）

IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO08_PWM1_OUT, 0);  // 引脚复用：GPIO1_IO08 → PWM1_OUT
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO08_PWM1_OUT, 0xB9);  // 引脚电气属性配置

• 引脚复用原理：I.MX6ULL 的引脚是 “多功能复用” 的，需通过IOMUXC_SetPinMux指定引脚功能（此处为 PWM1 输出），第二个参数 “0” 表示不使用 GPIO 中断。
• 电气属性配置：IOMUXC_SetPinConfig配置引脚的驱动能力、上下拉 / 浮空状态，0xB9对应配置：
  • 驱动能力：R0（最大驱动电流）
  • fast rate：快速

2 PWM 控制器初始化（pwm1_init 函数）

初始化流程：软件复位 → 配置控制器 → 配置周期 / 占空比 → 使能中断 → 使能 PWM

步骤 1：PWM 软件复位

• 软件复位的目的：清除寄存器旧值，确保初始化从 “干净状态” 开始。

步骤 2：配置 PWMCR（核心控制位）

各 bit 配置含义：

• 1<<26：选择时钟源为 IPG_CLK（默认时钟，需确保 clock_init 已初始化 IPG 时钟）
• 1<<16：计数器工作在 “递增模式”（从 0 计数到 PWMPR）
• 65<<4：预分频系数 = 65（实际分频比 = 65+1=66，因为预分频器是 “+1” 计数）
• 3<<1：对齐模式为 “左对齐”（高电平从周期开始持续到 PWMSAR，符合常规 PWM 输出）

步骤 3：配置周期与初始占空比

• PWM 频率计算：假设 IPG_CLK 频率 = 66MHz（默认），则：
  分频后时钟频率 = 66MHz / (65+1) = 1MHz
  PWM 周期 = 999 × (1/1MHz) = 999μs ≈ 1ms
  PWM 频率 = 1 / 1ms = 1kHz
• set_ratio(0.5)：初始占空比 50%，即高电平持续时间 = 999μs × 0.5 ≈ 500μs。

步骤 4：PWM 中断配置

// 1. 使能PWM周期匹配中断（PWMSR的bit3触发）
PWM1->PWMIR |= (1 << 0);  
// 2. 注册中断处理函数（绑定PWM1_IRQn中断线与pwm1_irq_handler）
system_interrupt_register(PWM1_IRQn, pwm1_irq_handler);  
// 3. GIC中断控制器配置（使能中断+设置优先级）
GIC_EnableIRQ(PWM1_IRQn);  // 使能GIC中的PWM1中断
GIC_SetPriority(PWM1_IRQn, 0);  // 优先级0（最高，可根据需求调整）

• 中断作用：代码中通过 “周期匹配中断” 确保每次 PWM 周期更新时，重新设置占空比（避免占空比更新不及时）。

3 占空比设置函数（set_ratio）

• 循环 4 次写入的原因：I.MX6ULL 的 PWMSAR 是 “影子寄存器”，需多次写入确保值被正确更新（硬件要求，避免单次写入失败）。
• 边界处理：代码中未显式限制 x 的范围，实际开发中需添加x = (x>1.0)?1.0:(x<0.0)?0.0:x;，防止占空比超出 0%~100%。

4 PWM 中断处理函数（pwm1_irq_handler）

        中断标志清除：I.MX6ULL 的 PWM 中断标志需 “写 1 清除”

#include "pwm.h"          // PWM相关的宏定义或函数声明
#include "MCIMX6Y2.h"     // i.MX6Y2处理器的寄存器定义（核心头文件）
#include "fsl_iomuxc.h"   // 引脚复用配置库（用于配置GPIO为PWM功能）
#include "interrupt.h"    // 中断相关函数声明/*** @brief 设置PWM占空比* @param x 占空比（0.0~1.0，对应0%~100%）* @note 占空比 = 比较寄存器值 / 周期寄存器值，通过修改比较寄存器实现占空比调节*/
void set_ratio(float x) 
{// 读取PWM周期寄存器（PWMPR）的值，该值决定PWM周期unsigned short t = PWM1->PWMPR;  int i = 0;// 多次写入比较寄存器（PWMSAR），确保硬件正确接收（部分芯片需要多次写入生效）for(i = 0;i < 4;i++){// 设置比较寄存器值 = 周期值 * 占空比，决定高电平持续时间PWM1->PWMSAR = t * x;            }
}// 全局变量：占空比参数（初始值50%），主循环中会动态修改
float g_f = 0.5;/*** @brief PWM1中断处理函数* @note 当PWM周期结束时触发中断，在中断中更新占空比*/
void pwm1_irq_handler(void)
{// 检查是否是PWM周期结束中断（第3位为周期结束标志位，具体需参考芯片手册）if ((PWM1->PWMSR & (1 << 3)) != 0){// 用全局变量g_f更新占空比set_ratio(g_f);// 清除中断标志位（写入1清除，具体需参考芯片手册）PWM1->PWMSR |= (1 << 3);} 
}/*** @brief 初始化PWM1外设* @note 包含引脚复用配置、PWM控制器配置、中断使能等*/
void pwm1_init(void)
{// 1. 配置引脚复用：将GPIO1_IO08复用为PWM1输出功能// 参数1：复用选择（GPIO1_IO08 -> PWM1_OUT）；参数2：关闭GPIO功能（0表示禁用GPIO）IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_GPIO1_IO08_PWM1_OUT, 0);// 2. 配置引脚电气属性：上拉/下拉、驱动强度、速率等// 0xB9对应配置：使能上拉、100K欧姆上拉电阻、驱动强度最大IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_GPIO1_IO08_PWM1_OUT, 0xB9);// 3. 配置PWM控制器（PWMCR为控制寄存器）// 先将PWM置于软件复位状态（第3位为复位位）PWM1->PWMCR |= (1 << 3);// 等待复位完成（复位位自动清零）while((PWM1->PWMCR & (1 << 3)) != 0);// 4. 配置PWM核心参数（清除原有配置后重新设置）PWM1->PWMCR = 0;  // 先清零// 配置PWMCR关键位：// (1 << 26)：使能比较寄存器自动重载（周期结束后更新比较值）// (1 << 16)：使能PWM输出（输出使能位）// (65 << 4)：预分频系数=65（时钟源分频后作为PWM计数时钟）// (3 << 1)：计数模式=递增计数（从0到周期值后复位）PWM1->PWMCR |= (1 << 26) | (1 << 16) | (65 << 4) | (3 << 1);// 清除第18-19位（设置PWM时钟源为IPG_CLK，具体需参考芯片手册）PWM1->PWMCR &= ~(3 << 18);// 5. 配置PWM中断（PWMIR为中断寄存器）// 使能周期结束中断（第0位为周期结束中断使能位）PWM1->PWMIR |= (1 << 0);// 6. 设置PWM周期和初始占空比PWM1->PWMPR = 1000 - 2;  // 周期寄存器值=998，决定PWM周期（周期= (998+2)/PWM时钟频率）set_ratio(0.5);  // 初始占空比50%// 7. 配置中断控制器（GIC）// 注册PWM1中断处理函数到中断向量表system_interrupt_register(PWM1_IRQn, pwm1_irq_handler);// 使能GIC中PWM1中断通道GIC_EnableIRQ(PWM1_IRQn);// 设置PWM1中断优先级为0（最高优先级）GIC_SetPriority(PWM1_IRQn, 0);// 8. 使能PWM（第0位为PWM使能位）PWM1->PWMCR |= (1 << 0);
}

2、main 函数

int main(void)
{// 1. 初始化外设（时钟、中断、LED、PWM等）clock_init();        // 初始化系统时钟（含IPG_CLK，PWM依赖此时钟）system_interrupt_init();  // 初始化中断控制器（GIC）// ... 其他外设初始化 ...pwm1_init();         // 初始化PWM1// 2. 主循环：周期性调整占空比（0%→50%→100%→0%循环）while (1){g_f += 0.5;      // 每次增加0.5（占空比+50%）if(g_f >= 1){g_f = 0;     // 超过100%则重置为0%}delay_ms(1000);  // 每隔1秒调整一次}
}

现象

• 功能效果：PWM1 输出 1kHz 信号，占空比每 1 秒切换一次（50%→100%→50%→0%...），若接LCD 则会看到 “亮→最亮→亮→灭” 的渐变效果。