RVMCU課堂「16」: 手把手教你玩轉RVSTAR—PWM使用篇

PWM（脈沖寬度調(diào)制）可用于電機的調(diào)速、LED的亮度調(diào)節(jié)、無源蜂鳴器輸出音調(diào)等，是嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中經(jīng)常采用的方法。本期內(nèi)容以一個用無源蜂鳴器播放音樂的例子，帶領大家了解使用定時器PWM輸出功能的方法。

系統(tǒng)環(huán)境

Windows 10-64bit

軟件平臺

NucleiStudio IDE 202102版

或 PlatformIO IDE

硬件需求

RV-STAR開發(fā)板

無源蜂鳴器

脈沖寬度調(diào)制

脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）是利用微控制器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。

PWM的控制方式就是對逆變電路開關器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。其中，一個周期內(nèi)脈沖時間占總時間的比值稱為占空比。

簡言之，如果你想讓電機的速度變慢或者控制的LED變暗，只需降低PWM的占空比，這使得原本需要控制模擬電壓或電流才能達到的效果，通過數(shù)字方式也能夠實現(xiàn)，這樣可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。

無源蜂鳴器

無源蜂鳴器是很常見的一個電子元件，相信讀者朋友們都見過可以播放生日歌的電子蠟燭，那個就是靠無源蜂鳴器來播放的。無源蜂鳴器的內(nèi)部不帶振蕩源，通過使用50%占空比、頻率500Hz~4.5kHz的PWM驅動，就可以播放出不同音調(diào)的聲音。

GD32VF103的定時器

GD32VF103的定時器分為三種類型，分別是基本定時器、通用定時器和高級定時器，其中普通定時器和高級定時器都支持PWM輸出功能，在本次的實驗中使用TIMER2（普通定時器）來進行PWM輸出實驗。

實驗部分

首先通過NucleiStudio或者PlatformIO等開發(fā)工具創(chuàng)建工程，然后在工程目錄中添加“tone.h”和“main.c”文件，然后開始進行代碼的編寫。

首先，我們要為蜂鳴器發(fā)出的不同音調(diào)所需要的頻率進行預先的定義，以下的經(jīng)調(diào)音測試后的D調(diào)的不同音符所對應的頻率，直接復制到“tone.h”中即可：

#define NTD0 -1
#define NTD1 293
#define NTD2 329
#define NTD3 368
#define NTD4 390
#define NTD5 438
#define NTD6 492
#define NTD7 554

#define NTDL1 147
#define NTDL2 166
#define NTDL3 185
#define NTDL4 196
#define NTDL5 221
#define NTDL6 248
#define NTDL7 278

#define NTDH1 585
#define NTDH2 657
#define NTDH3 700
#define NTDH4 781
#define NTDH5 882
#define NTDH6 990
#define NTDH7 1112

然后，在“main.c”中，我們要實現(xiàn)三個函數(shù)：

• buzzer_init() -- 初始化蜂鳴器
• buzzer_on(int freq) -- 蜂鳴器根據(jù)頻率發(fā)聲
• buzzer_off() -- 關閉蜂鳴器

下面依次進行講解，首先是buzzer_init()，我們使用的是PB1引腳，它對應著TIMER2的CH3通道，要依次使能端口時鐘、復用時鐘、定時器時鐘，然后把引腳初始化為推挽輸出模式。
void buzzer_init()
{
rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOB);
rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
rcu_periph_clock_enable(RCU_TIMER2);

gpio_init(GPIOB, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_1);
}

然后是buzzer_on(int freq)，它接收不同的頻率參數(shù)，對定時器進行配置，輸出50%占空比的不同頻率的PWM波，進而控制蜂鳴器發(fā)聲。實現(xiàn)方法參考下方代碼，其中要注意的是預分頻系數(shù)、周期以及PWM輸出的占空比等幾個參數(shù)的配置。

void buzzer_on(int freq)
{
timer_oc_parameter_struct timer_ocinitpara;
timer_parameter_struct timer_initpara;
timer_deinit(TIMER2);
/* initialize TIMER init parameter struct */
timer_struct_para_init(