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【FRA156测评DM-MCX】- PWM模块

发布于 2025-02-28 23:26:22 浏览：218 订阅该版

[tocm]

# 【FRA156测评DM-MCX】- PWM模块
> 如何让我们愉快的进行代码编写与烧录呢？点击下面链接进行观看环境配置过程。

***[环境配置篇](https://club.rt-thread.org/ask/article/98f8b06a918aa7de.html)***

FRDM-MCXA156 是一款小巧且可扩展的开发板，专为 MCX A144/5/6 和 A154/5/6 系列 MCU 的快速原型开发设计。该开发板提供了业界标准的接口引脚，方便访问 MCU 的所有 I/O 端口，集成了开放标准的Arduino/MicroBus/PMOD接口、FlexIO, 摄像头接口、板载加速度计以及板载 MCU-Link 调试器。
> 板外观如下图所示：

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250228/418e23e425d773084a8e711790fe3e96.png.webp)

> 该开发版常用的板载资源如下图：

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250228/01ee9946024b815538c1de3916844ecf.png.webp)

# 功能模块的硬件介绍
## 什么是pwm
脉冲宽度调制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中

主要参数：
* 频率
* 占空比

## 频率
* 1秒种内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数（一个周期）,一秒钟pwm有多少个周期
* 单位	Hz
* 表示方式：50Hz 100Hz

* 计算公式：
	* T = 1/f

* 例子：
	* 在50Hz下， 一个周期是20ms,一秒钟有50次pwm周期

## 占空比
* 一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例
* 单位 %（0%- 100%）
	* 表示方式：20%

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250228/fdad0a9b694940ad8c3669dcbd178eb9.png)

* 对部分参数进行解释
	* 周期：一个脉冲信号的时间
	* 频率：1s内周期次数
	* 脉宽时间： 高电平时间
	* 占空比：脉宽时间占总周期的时间的比例
> 于上图，脉宽时间占总周期时间的比例，就是占空比

* 例：
	* T=10ms ，脉宽时间为8ms， 低电平时间为2ms，求其占空比
	* 8/(8+2) = 80%;齐为为80%的占空比

##  pwm原理
> 引入面积等效原理：

等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同

> 例图：

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250228/2be516369687d136cc9ec4c63daa120f.png.webp)

> 参考文献：目前能找到的出处：《电力电子技术王兆安》

## 计数器对pwm输出的控制
PWM(Pulse Width Modulation , 脉冲宽度调制) 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过不同频率的脉冲使用方波的占空比用来对一个具体模拟信号的电平进行编码，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要波形的设备。

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250228/e1a6ff47d2397ae7f22b01272b2af4e3.png)

上图是一个简单的 PWM 原理示意图，假定定时器工作模式为向上计数，当计数值小于阈值时，则输出一种电平状态，比如高电平，当计数值大于阈值时则输出相反的电平状态，比如低电平。当计数值达到最大值是，计数器从0开始重新计数，又回到最初的电平状态。高电平持续时间（脉冲宽度）和周期时间的比值就是占空比，范围为0~100%。上图高电平的持续时间刚好是周期时间的一半，所以占空比为50%。

# PWM模块使用示例：

## fsl层 pwm 测试

***本测试设置为1Khz频率，占空比每次循环递增，当>=100时，重新赋值占空比并递增***

[fsl pwm 测试视频](https://www.bilibili.com/video/BV1hp9tYgErT?vd_source=d5ee3e266fe4d6633f3a89949e9f48bf)

代码下载链接：

> 项目百度网盘链接通过网盘分享的文件：frdm-mcxa156.zip
链接: https://pan.baidu.com/s/1zkcEqfNAly_hscGxh7iCVA?pwd=xwtt 提取码: xwtt 
--来自百度网盘超级会员v4的分享

### 使用注意事项
#### 测试代码：
```c
/*
 * Copyright (c) 2015, Freescale Semiconductor, Inc.
 * Copyright 2016-2022 NXP
 * All rights reserved.
 *
 * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
 */

#include "rtthread.h"
#include "board.h"
#include "fsl_pwm.h"

/*******************************************************************************
 * Definitions
 ******************************************************************************/
/* Definition for default PWM frequence in hz. */
#ifndef APP_DEFAULT_PWM_FREQUENCY
#define APP_DEFAULT_PWM_FREQUENCY (1000UL)
#endif
#define BOARD_PWM_BASEADDR     (FLEXPWM0)
#define PWM_SRC_CLK_FREQ       (CLOCK_GetFreq(kCLOCK_BusClk))
#define DEMO_PWM_CLOCK_DEVIDER (kPWM_Prescale_Divide_2)
#define DEMO_PWM_FAULT_LEVEL   true

#define BOARD_LED_GPIO     BOARD_LED_RED_GPIO
#define BOARD_LED_GPIO_PIN BOARD_LED_RED_GPIO_PIN
/*******************************************************************************
 * Prototypes
 ******************************************************************************/

/*******************************************************************************
 * Variables
 ******************************************************************************/

/*******************************************************************************
 * Code
 ******************************************************************************/
static void PWM_DRV_Init3PhPwm(void)
{
    uint16_t deadTimeVal;
    pwm_signal_param_t pwmSignal[2];
    uint32_t pwmSourceClockInHz;
    uint32_t pwmFrequencyInHz = APP_DEFAULT_PWM_FREQUENCY;

pwmSourceClockInHz = PWM_SRC_CLK_FREQ;

/* Set deadtime count, we set this to about 650ns */
    deadTimeVal = ((uint64_t)pwmSourceClockInHz * 650) / 1000000000;

pwmSignal[0].pwmChannel       = kPWM_PwmA;
    pwmSignal[0].level            = kPWM_HighTrue;
    pwmSignal[0].dutyCyclePercent = 50; /* 1 percent dutycycle */
    pwmSignal[0].deadtimeValue    = deadTimeVal;
    pwmSignal[0].faultState       = kPWM_PwmFaultState0;
    pwmSignal[0].pwmchannelenable = true;

pwmSignal[1].pwmChannel = kPWM_PwmB;
    pwmSignal[1].level      = kPWM_HighTrue;
    /* Dutycycle field of PWM B does not matter as we are running in PWM A complementary mode */
    pwmSignal[1].dutyCyclePercent = 50;
    pwmSignal[1].deadtimeValue    = deadTimeVal;
    pwmSignal[1].faultState       = kPWM_PwmFaultState0;
    pwmSignal[1].pwmchannelenable = true;

/*********** PWMA_SM0 - phase A, configuration, setup 2 channel as an example ************/
    PWM_SetupPwm(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_0, pwmSignal, 2, kPWM_SignedCenterAligned, pwmFrequencyInHz,
                 pwmSourceClockInHz);

/*********** PWMA_SM1 - phase B configuration, setup PWM A channel only ************/
#ifdef DEMO_PWM_CLOCK_DEVIDER
    PWM_SetupPwm(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_1, pwmSignal, 1, kPWM_SignedCenterAligned, pwmFrequencyInHz,
                 pwmSourceClockInHz / (1 << DEMO_PWM_CLOCK_DEVIDER));
#else
    PWM_SetupPwm(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_1, pwmSignal, 1, kPWM_SignedCenterAligned, pwmFrequencyInHz,
                 pwmSourceClockInHz);
#endif

/*********** PWMA_SM2 - phase C configuration, setup PWM A channel only ************/
#ifdef DEMO_PWM_CLOCK_DEVIDER
    PWM_SetupPwm(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_2, pwmSignal, 1, kPWM_SignedCenterAligned, pwmFrequencyInHz,
                 pwmSourceClockInHz / (1 << DEMO_PWM_CLOCK_DEVIDER));
#else
    PWM_SetupPwm(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_2, pwmSignal, 1, kPWM_SignedCenterAligned, pwmFrequencyInHz,
                 pwmSourceClockInHz);
#endif
}

/*!
 * @brief Main function
 */
int pwm_demo(void)
{
    /* Structure of initialize PWM */
    pwm_config_t pwmConfig;
    pwm_fault_param_t faultConfig;
    uint32_t pwmVal = 4;

/* Board pin, clock, debug console init */

rt_kprintf("FlexPWM driver example\n");

/*
     * pwmConfig.enableDebugMode = false;
     * pwmConfig.enableWait = false;
     * pwmConfig.reloadSelect = kPWM_LocalReload;
     * pwmConfig.clockSource = kPWM_BusClock;
     * pwmConfig.prescale = kPWM_Prescale_Divide_1;
     * pwmConfig.initializationControl = kPWM_Initialize_LocalSync;
     * pwmConfig.forceTrigger = kPWM_Force_Local;
     * pwmConfig.reloadFrequency = kPWM_LoadEveryOportunity;
     * pwmConfig.reloadLogic = kPWM_ReloadImmediate;
     * pwmConfig.pairOperation = kPWM_Independent;
     */
    PWM_GetDefaultConfig(&pwmConfig);

#ifdef DEMO_PWM_CLOCK_DEVIDER
    pwmConfig.prescale = DEMO_PWM_CLOCK_DEVIDER;
#endif

/* Use full cycle reload */
    pwmConfig.reloadLogic = kPWM_ReloadPwmFullCycle;
    /* PWM A & PWM B form a complementary PWM pair */
    pwmConfig.pairOperation   = kPWM_ComplementaryPwmA;
    pwmConfig.enableDebugMode = true;

/* Initialize submodule 0 */
    if (PWM_Init(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_0, &pwmConfig) == kStatus_Fail)
    {
        rt_kprintf("PWM initialization failed\n");
        return 1;
    }

/* Initialize submodule 1, make it use same counter clock as submodule 0. */
    pwmConfig.clockSource           = kPWM_Submodule0Clock;
    pwmConfig.prescale              = kPWM_Prescale_Divide_1;
    pwmConfig.initializationControl = kPWM_Initialize_MasterSync;
    if (PWM_Init(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_1, &pwmConfig) == kStatus_Fail)
    {
        rt_kprintf("PWM initialization failed\n");
        return 1;
    }

/* Initialize submodule 2 the same way as submodule 1 */
    if (PWM_Init(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_2, &pwmConfig) == kStatus_Fail)
    {
        rt_kprintf("PWM initialization failed\n");
        return 1;
    }

/*
     *   config->faultClearingMode = kPWM_Automatic;
     *   config->faultLevel = false;
     *   config->enableCombinationalPath = true;
     *   config->recoverMode = kPWM_NoRecovery;
     */
    PWM_FaultDefaultConfig(&faultConfig);

#ifdef DEMO_PWM_FAULT_LEVEL
    faultConfig.faultLevel = DEMO_PWM_FAULT_LEVEL;
#endif

/* Sets up the PWM fault protection */
    PWM_SetupFaults(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Fault_0, &faultConfig);
    PWM_SetupFaults(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Fault_1, &faultConfig);
    PWM_SetupFaults(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Fault_2, &faultConfig);
    PWM_SetupFaults(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Fault_3, &faultConfig);

/* Set PWM fault disable mapping for submodule 0/1/2 */
    PWM_SetupFaultDisableMap(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_0, kPWM_PwmA, kPWM_faultchannel_0,
                             kPWM_FaultDisable_0 | kPWM_FaultDisable_1 | kPWM_FaultDisable_2 | kPWM_FaultDisable_3);
    PWM_SetupFaultDisableMap(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_1, kPWM_PwmA, kPWM_faultchannel_0,
                             kPWM_FaultDisable_0 | kPWM_FaultDisable_1 | kPWM_FaultDisable_2 | kPWM_FaultDisable_3);
    PWM_SetupFaultDisableMap(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_2, kPWM_PwmA, kPWM_faultchannel_0,
                             kPWM_FaultDisable_0 | kPWM_FaultDisable_1 | kPWM_FaultDisable_2 | kPWM_FaultDisable_3);

/* 
     * Call the init function with demo configuration.
     * Recommend to invoke API PWM_SetupPwm after PWM and fault configuration, because reference manual advises to
     * set OUTEN register after other PWM configurations. But set OUTEN register before MCTRL register is okay.
     */
    PWM_DRV_Init3PhPwm();

/* Set the load okay bit for all submodules to load registers from their buffer */
    PWM_SetPwmLdok(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Control_Module_0 | kPWM_Control_Module_1 | kPWM_Control_Module_2, true);

/* Start the PWM generation from Submodules 0, 1 and 2 */
    PWM_StartTimer(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Control_Module_0 | kPWM_Control_Module_1 | kPWM_Control_Module_2);

while (1U)
    {
        /* Delay at least 100 PWM periods. */
        rt_thread_mdelay(500);

pwmVal = pwmVal + 4;

/* Reset the duty cycle percentage */
        if (pwmVal > 100)
        {
            pwmVal = 4;
        }

/* Update duty cycles for all 3 PWM signals */
        PWM_UpdatePwmDutycycle(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_0, kPWM_PwmA, kPWM_SignedCenterAligned, pwmVal);
        PWM_UpdatePwmDutycycle(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_1, kPWM_PwmA, kPWM_SignedCenterAligned, (pwmVal >> 1));
        PWM_UpdatePwmDutycycle(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Module_2, kPWM_PwmA, kPWM_SignedCenterAligned, (pwmVal >> 2));

/* Set the load okay bit for all submodules to load registers from their buffer */
        PWM_SetPwmLdok(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Control_Module_0 | kPWM_Control_Module_1 | kPWM_Control_Module_2, true);
    }
}

MSH_CMD_EXPORT(pwm_demo, pwm demo);
```

> 需要进行配置pin_mux,将p3_6引脚设置为FlexPWM0;***不必在menuconfig里面使能pwm***

* 于nxp的可视化配置中进行选用引脚

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250311/14f1594ed27de672190dacd5af9ee05d.png.webp)

## flexPwm与ctimer pwm
> 测试途中也参考了一些优秀的文档：

* [fsl pwm控制](https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1304950-1-1.html)
* [ctimer 控制](https://blog.csdn.net/HeavenMo/article/details/141334894)

### rtthread pwm驱动框架层（flexPwm）

> 采用软件包 [servo_g90](https://github.com/CXSforHPU/Servo_sg90/blob/master/readme.md)
* 使用示波器进行测试时候发现程序的频率调节空间有限定。本想使用这次制作的servo_90软件包在50hz的频率下进行调整占空比来控制舵机，但是没能成功。也不算没有收获，在本次测评中贡献了一个软件包以及测试了此pwm在大于1kHz中有良好的表现。

#### rtthread pwm 驱动层 使用配置
> 于menuconfig里面对pwm进行使能

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250311/dfbe4ab07c5f2503be8e7b368db59438.png)

#### 测试命令如下
```c
pwm probe pwm0 //使用pwm0

pwm enable 0   //启动通道

pwm set 0 周期 脉冲时间 // 注意，单位是ns 
```

#### 外设性能指标
> 在此显示波形使用的示波器是老式的示波器

##### 频率设置50Hz

* 设置20ms周期，1.5ms脉冲时间；
![screenshot_82e7aa75eb23aafd0f8996f9f7a4b7f.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250306/352b6a381b99dbe697c04614e5ff9b83.jpg.webp)

* 示波器反馈的波形
![screenshot_4a57c9d7319bbc86e3cb751ec930c60.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250306/b9b3e190b35449d25c9ab50ad1fc1b0f.jpg.webp)

##### 频率设置 1Khz

* 设置1ms周期，0.5ms脉冲时间
![screenshot_5984cbc863aeb5bac1c9a9e67ef2446.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250306/4264f7780192a34a2c921feda6d104ff.jpg.webp)

* 示波器反馈的波形

![screenshot_0593c2662195fa2b789dc2a047b1320.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250306/44bb251eb8f459557f5660d31aaea33c.jpg.webp)

##### 频率设置 10Khz

* 设置0.1ms周期，0.015ms脉冲时间
![screenshot_c008a2f2d8c23ed3f5b682a89a98d3a.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250306/ca6a903553398d9f0954948e534ef3eb.jpg.webp)

* 示波器反馈的波形
![screenshot_4498582634ff0f9e20e76b1885ad53d.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250307/4cf155b824a3d1d1d57649e4348f1d63.jpg.webp)

### CTimer定时器 驱动
> 采用ctimer 进行控制pwm输出频率以及占空比

* 此测试在nxp的官方IDE中烧录测试

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250311/0e2332f20b99e129aa7f650613a11499.png)

#### ctimer 输出pwm 使用配置
* 选取demo步骤如下

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250311/85fd988d8240db7b4008d34ee31f6436.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250311/3edcba249bf06cfec2c2430ba81ce29c.png.webp)

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250311/9abe403078372021e4572fa86ea23cf7.png.webp)

* 修改参数为想要的周期与占空比：

![screenshot_image.png](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250311/b413e758eba71c4fcd786072427f0618.png.webp)
#### 外设性能指标

##### 设置50hz，50%占空比

![screenshot_ecf5c64618a3526fe2ebb70b022974f.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250310/d0a8aae895b371e703bf28cc24637201.jpg.webp)

##### 设置1Khz,50%占空比

![screenshot_99bed1ecc020fa5ca06e9265ef972ae.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250310/6f3f119e8e8d5a107e49313fa35b94c3.jpg.webp)

##### 设置 10Khz，50%占空比

![screenshot_3477ad455896e69deb7e03f547f6541.jpg](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/20250310/2328edbb794fb82329a44e5db89173f9.jpg.webp)

# 心得体会
本次测评之旅，可谓波折不断却满载而归。从初次邂逅NXP开发板，到精心打造并提交首个软件包；从初次深入复审PWM驱动层与驱动框架的微妙构造，到亲手操作示波器捕捉波形的美妙瞬间，每一步都见证了从无到有的艰辛探索与不懈追求。

在这一系列挑战中，我不仅视野得到了极大的拓宽，对驱动框架层的编写与应用更是日益精进，游刃有余。尤为重要的是，我深刻体会到：即便面对初次接触的未知领域，只要倾注全力，亦能成就非凡。这份信念，如同璀璨星辰，照亮了我前行的道路。

在此，我满怀感激之情，向那些在我测评道路上伸出援手的社区前辈、并肩作战的同学以及悉心指导的老师致以最诚挚的谢意。是你们的支持与鼓励，让我得以在挑战中成长，在困境中蜕变。

最后，愿以一句箴言共勉：勿惧失败，全力以赴，方能不负韶华，成就自我。

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