1. 什么是PWM？ PWM(脈沖寬度調(diào)制)簡(jiǎn)單的講是一種變頻技術(shù)之一，是靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓，通過(guò)改變周期來(lái)控制其輸出頻率。如果還不是很清楚，好吧，來(lái)看看我們實(shí)際生活中的例子，我們的電風(fēng)扇為什么扭一下按扭，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生變化；調(diào)一下收音機(jī)的聲音按鈕，聲音的大小就會(huì)發(fā)生變化；還有待會(huì)兒我們要講的蜂鳴器也會(huì)根據(jù)不同的輸入值而發(fā)出不同頻率的叫聲等等??！這些都是PWM的應(yīng)用，都是通過(guò)PWM輸出的頻率信號(hào)進(jìn)行控制的。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201611/318018.htm2. ARM Linux中的PWM
根據(jù)S3C2440的手冊(cè)介紹，S3C2440A內(nèi)部有5個(gè)16位的定時(shí)器，定時(shí)器0、1、2、3都帶有脈沖寬度調(diào)制功能(PWM)，定時(shí)器4是一個(gè)沒(méi)有輸出引腳的內(nèi)部定時(shí)器，定時(shí)器0有一個(gè)用于大電流設(shè)備的死區(qū)生成器。看下圖解釋吧??！
由S3C2440的技術(shù)手冊(cè)和上面這幅結(jié)構(gòu)圖，我們來(lái)總結(jié)一下2440內(nèi)部定時(shí)器模塊的特性吧：
1）共5個(gè)16位的定時(shí)器，定時(shí)器0、1、2、3都帶有脈沖寬度調(diào)制功能(PWM)；
2）每個(gè)定時(shí)器都有一個(gè)比較緩存寄存器(TCMPB)和一個(gè)計(jì)數(shù)緩存寄存器(TCNTB)；
3）定時(shí)器0、1共享一個(gè)8位的預(yù)分頻器(預(yù)定標(biāo)器)，定時(shí)器2、3、4共享另一個(gè)8位的預(yù)分頻器(預(yù)定標(biāo)器)，其值范圍是0~255；
4）定時(shí)器0、1共享一個(gè)時(shí)鐘分頻器，定時(shí)器2、3、4共享另一個(gè)時(shí)鐘分頻器，這兩個(gè)時(shí)鐘分頻器都能產(chǎn)生5種不同的分頻信號(hào)值(即：1/2、1/4、1/8、1/16和TCLK)；
5）兩個(gè)8位的預(yù)分頻器是可編程的且根據(jù)裝載的值來(lái)對(duì)PCLK進(jìn)行分頻，預(yù)分頻器和鐘分頻器的值分別存儲(chǔ)在定時(shí)器配置寄存器TCFG0和TCFG1中；
6）有一個(gè)TCON控制寄存器控制著所有定時(shí)器的屬性和狀態(tài)，TCON的第0~7位控制著定時(shí)器0、第8~11位控制著定時(shí)器1、第12~15位控制著定時(shí)器2、第16~19位控制著定時(shí)器3、第20~22位控制著定時(shí)器4。
還是根據(jù)S3C2440手冊(cè)的描述和上圖的結(jié)構(gòu)，要開(kāi)始一個(gè)PWM定時(shí)器功能的步驟如下(假設(shè)使用的是第一個(gè)定時(shí)器)：
1）分別設(shè)置定時(shí)器0的預(yù)分頻器值和時(shí)鐘分頻值，以供定時(shí)器0的比較緩存寄存器和計(jì)數(shù)緩存寄存器用；
2）設(shè)置比較緩存寄存器TCMPB0和計(jì)數(shù)緩存寄存器TCNTB0的初始值(即定時(shí)器0的輸出時(shí)鐘頻率)；
3）關(guān)閉定時(shí)器0的死區(qū)生成器(設(shè)置TCON的第4位)；
4）開(kāi)啟定時(shí)器0的自動(dòng)重載(設(shè)置TCON的第3位)；
5）關(guān)閉定時(shí)器0的反相器(設(shè)置TCON的第2位)；
6）開(kāi)啟定時(shí)器0的手動(dòng)更新TCNTB0&TCMPB0功能(設(shè)置TCON的第1位)；
7）啟動(dòng)定時(shí)器0(設(shè)置TCON的第0位)；
8）清除定時(shí)器0的手動(dòng)更新TCNTB0&TCMPB0功能(設(shè)置TCON的第1位)。
由此可以看到，PWM的輸出頻率跟比較緩存寄存器和計(jì)數(shù)緩存寄存器的取值有關(guān)，而比較緩存寄存器和計(jì)數(shù)緩存寄存器的值又跟預(yù)分頻器和時(shí)鐘分頻器的值有關(guān)；要使用PWM功能其實(shí)也就是對(duì)定時(shí)器的相關(guān)寄存器進(jìn)行操作。手冊(cè)上也有一個(gè)公式：定時(shí)器輸出頻率 = PCLK / {預(yù)分頻器值 + 1} / 時(shí)鐘分頻值。下面我們來(lái)通過(guò)一個(gè)蜂鳴器的實(shí)例來(lái)說(shuō)明PWM功能的使用。
三、蜂鳴器驅(qū)動(dòng)實(shí)例
1. 蜂鳴器的種類和工作原理
蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。
壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.5~15V直流工作電壓），多諧振蕩器起振，輸出1.5~2.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。
電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。
有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的區(qū)別：這個(gè)“源”字是不是指電源，而是指震蕩源，即有源蜂鳴器內(nèi)有振蕩源而無(wú)源蜂鳴器內(nèi)部沒(méi)有振蕩源。有振蕩源的通電就可以發(fā)聲，沒(méi)有振蕩源的需要脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)才能發(fā)聲。
額外知識(shí)：簡(jiǎn)單蜂鳴器的制作方法
1）制備電磁鐵M:在長(zhǎng)約6厘米的鐵螺栓上繞100圈導(dǎo)線,線端留下5厘米作引線,用透明膠布把線圈粘好,以免線圈松開(kāi),再用膠布把它粘在一個(gè)盒子上,電磁鐵就做好了；
2）制備彈片P：從鐵罐頭盒上剪下一條寬約２厘米的長(zhǎng)鐵片，彎成直角，把電磁鐵的一條引線接在彈片上，再用膠布把彈片緊貼在木板上；
3）用曲別針做觸頭Q，用書(shū)把曲別針墊高，用膠布粘牢，引出一條導(dǎo)線，如圖連接好電路；
4）調(diào)節(jié)M與P之間的距離（通過(guò)移動(dòng)盒子），使電磁鐵能吸引彈片，調(diào)節(jié)觸點(diǎn)與彈片之間的距離，使它們能恰好接觸，通電后就可以聽(tīng)到蜂鳴聲。
2. 開(kāi)發(fā)板上蜂鳴器原理圖分析
由原理圖可以得知，蜂鳴器是通過(guò)GPB0 IO口使用PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)工作的，而GPB0口是一個(gè)復(fù)用的IO口，要使用它得先把他設(shè)置成TOUT0 PWM輸出模式。
3. 編寫(xiě)合適開(kāi)發(fā)板的蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序，文件名：my2440_pwm.c
/*
================================================
Name : my2440_pwm.c
Author : Huang Gang
Date : 25/11/09
Copyright : GPL
Description : my2440 pwm driver
================================================
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#definePWM_MAJOR 0//主設(shè)備號(hào)
#definePWM_NAME"my2440_pwm"http://設(shè)備名稱 staticintdevice_major=PWM_MAJOR;//系統(tǒng)動(dòng)態(tài)生成的主設(shè)備號(hào)
//打開(kāi)設(shè)備
staticintpwm_open(structinode*inode,structfile*file)
{
//對(duì)GPB0復(fù)用口進(jìn)行復(fù)用功能設(shè)置，設(shè)置為TOUT0 PWM輸出
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB0,S3C2410_GPB0_TOUT0);
return0;
}
//關(guān)閉設(shè)備
staticintpwm_close(structinode*inode,structfile*file)
{
return0;
}
//對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制
staticintpwm_ioctl(structinode*inode,structfile*file,unsignedintcmd,unsignedlongarg)
{
if(cmd<=0)//如果輸入的參數(shù)小于或等于0的話，就讓蜂鳴器停止工作
{
//這里又恢復(fù)GPB0口為IO口輸出功能，由原理圖可知直接給低電平可讓蜂鳴器停止工作
s3c2410_gpio_cfgpin(S3C2410_GPB0,S3C2410_GPB0_OUTP);
s3c2410_gpio_setpin(S3C2410_GPB0,0);
}
else//如果輸入的參數(shù)大于0，就讓蜂鳴器開(kāi)始工作，不同的參數(shù)，蜂鳴器的頻率也不一樣
{
//定義一些局部變量
unsignedlongtcon;
unsignedlongtcnt;
unsignedlongtcfg1;
unsignedlongtcfg0;
structclk*clk_p;
unsignedlongpclk;
//以下對(duì)各寄存器的操作結(jié)合上面講的開(kāi)始一個(gè)PWM定時(shí)器的步驟和2440手冊(cè)PWM寄存器操作部分來(lái)看就比較容易理解
tcfg1=__raw_readl(S3C2410_TCFG1);//讀取定時(shí)器配置寄存器1的值
tcfg0=__raw_readl(S3C2410_TCFG0);//讀取定時(shí)器配置寄存器0的值
tcfg0&=~S3C2410_TCFG_PRESCALER0_MASK;
tcfg0|=(50-1);//設(shè)置tcfg0的值為49
tcfg1&=~S3C2410_TCFG1_MUX0_MASK;
tcfg1|=S3C2410_TCFG1_MUX0_DIV16;//設(shè)置tcfg1的值為0x0011即：1/16
__raw_writel(tcfg1,S3C2410_TCFG1);//將值tcfg1寫(xiě)入定時(shí)器配置寄存器1中
__raw_writel(tcfg0,S3C2410_TCFG0);//將值tcfg0寫(xiě)入定時(shí)器配置寄存器0中
clk_p=clk_get(NULL,"pclk");
pclk=clk_get_rate(clk_p);//從系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)鐘隊(duì)列中獲取pclk的時(shí)鐘頻率，在include/linux/clk.h中定義
tcnt=(pclk/50/16)/cmd;//計(jì)算定時(shí)器0的輸出時(shí)鐘頻率(pclk/{prescaler0 + 1}/divider value)
__raw_writel(tcnt,S3C2410_TCNTB(0));//設(shè)置定時(shí)器0計(jì)數(shù)緩存寄存器的值
__raw_writel(tcnt/2,S3C2410_TCMPB(0));//設(shè)置定時(shí)器0比較緩存寄存器的值
tcon=__raw_readl(S3C2410_TCON);//讀取定時(shí)器控制寄存器的值
tcon&=~0x1f;
tcon|=0xb;//關(guān)閉死區(qū)、自動(dòng)重載、關(guān)反相器、更新TCNTB0&TCMPB0、啟動(dòng)定時(shí)器0
__raw_writel(tcon,S3C2410_TCON);//設(shè)置定時(shí)器控制寄存器的0-4位，即對(duì)定時(shí)器0進(jìn)行控制
tcon&=~2;
__raw_writel(tcon,S3C2410_TCON);//清除定時(shí)器0的手動(dòng)更新位
}
return0;
}
//設(shè)備操作結(jié)構(gòu)體
staticstructfile_operations pwm_fops=
{
.owner=THIS_MODULE,
.open=pwm_open,
.release=pwm_close,
.ioctl=pwm_ioctl,
};
//定義一個(gè)設(shè)備類
staticstructclass*pwm_class;
staticint__init pwm_init(void)
{
//注冊(cè)為字符設(shè)備，主設(shè)備號(hào)為0讓系統(tǒng)自動(dòng)分配，設(shè)備名為my2440_pwm，注冊(cè)成功返回動(dòng)態(tài)生成的主設(shè)備號(hào)
device_major=register_chrdev(PWM_MAJOR,PWM_NAME,&pwm_fops);
if(device_major<0)
{
printk(PWM_NAME" register falid!/n");
returndevice_major;
}
//注冊(cè)一個(gè)設(shè)備類，使mdev可以在/dev/目錄下自動(dòng)建立設(shè)備節(jié)點(diǎn)
pwm_class=class_create(THIS_MODULE,PWM_NAME);
if(IS_ERR(pwm_class))
{
printk(PWM_NAME" register class falid!/n");
return-1;
}
//創(chuàng)建一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)，設(shè)備名為PWM_NAME，即：my2440_pwm
device_create(pwm_class,NULL,MKDEV(device_major,0),NULL,PWM_NAME);
return0;
}
staticvoid__exit pwm_exit(void)
{
//注銷設(shè)備
unregister_chrdev(device_major,PWM_NAME);
//刪除設(shè)備節(jié)點(diǎn)
device_destroy(pwm_class,MKDEV(device_major,0));
//注銷設(shè)備類
class_destroy(pwm_class);
}
module_init(pwm_init);
module_exit(pwm_exit);
MODULE_LICENSE("PGL");
MODULE_AUTHOR("Huang Gang");
MODULE_DESCRIPTION("my2440 pwm driver"); |
4. 將PWM蜂鳴器驅(qū)動(dòng)代碼部署到內(nèi)核中。
#cp -f my2440_pwm.c /linux-2.6.30.4/drivers/char //把驅(qū)動(dòng)源碼到內(nèi)核驅(qū)動(dòng)的字符設(shè)備下 |
#gedit /linux-2.6.30.4/drivers/char/Kconfig //添加PWM蜂鳴器設(shè)備配置 |
config MY2440_PWM_BEEP
tristate"My2440 PWM Beep Device"
dependsonARCH_S3C2440
default y
---help---
My2440 PWM Beep |
#gedit /linux-2.6.30.4/drivers/char/Makefile //添加PWM蜂鳴器設(shè)備配置 |
obj-$(CONFIG_MY2440_PWM_BEEP) +=my2440_pwm.o |
5.配置內(nèi)核，選擇PWM蜂鳴器設(shè)備選項(xiàng)
Device Drivers --->
Character devices --->
<*> My2440 PWM Beep Device (NEW) |
6. 編譯內(nèi)核并下載到開(kāi)發(fā)板上。這里要注意，現(xiàn)在我們不需要手動(dòng)的在開(kāi)發(fā)板上創(chuàng)建設(shè)備的節(jié)點(diǎn)了，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在使用了mdev進(jìn)行管理了(使用方法請(qǐng)看：設(shè)備文件系統(tǒng)剖析與使用)，在驅(qū)動(dòng)程序中也添加了對(duì)類設(shè)備接口的支持。之前講的一些驅(qū)動(dòng)都沒(méi)有，以后我們都使用這種方法?，F(xiàn)在可以查看到/dev目錄下自動(dòng)創(chuàng)建好的my2440_pwm設(shè)備節(jié)點(diǎn)，就直接可以使用它了。
7. 編寫(xiě)PWM蜂鳴器驅(qū)動(dòng)的測(cè)試程序。文件名：pwm_test.c
/*
==============================================
Name : pwm_test.c
Author : Huang Gang
Date : 25/11/2009
Copyright : GPL
Description : my2440 pwm driver test
==============================================
*/
#include
#include
#include
#include
intmain(intargc,char**argv)
{
inttmp;
intfd;
inti;
//打開(kāi)蜂鳴器設(shè)備
fd=open("/dev/my2440_pwm",O_RDWR);
if(fd<0)
{
printf("Open PWM Device Faild!/n");
exit(1);
}
//提示用戶輸入一個(gè)參數(shù)來(lái)對(duì)蜂鳴器進(jìn)行調(diào)頻，0表示停止工作
printf("please enter the times number(0 is stop):/n");
while(1)
{
//輸入?yún)?shù)
scanf("%d",&tmp);
printf("times = %d/n",tmp);
//IO控制
ioctl(fd,tmp);
if(tmp<=0)
{
break;
}
}
//關(guān)閉設(shè)備
close(fd);
return0;
} |
8. 在開(kāi)發(fā)主機(jī)上交叉編譯測(cè)試應(yīng)用程序，并到文件系統(tǒng)的/usr/sbin目錄下，然后重新編譯文件系統(tǒng)下載到開(kāi)發(fā)板上。
#arm-linux-gcc -o pwm_test pwm_test.c |
9. 在開(kāi)發(fā)板上運(yùn)行測(cè)試程序?？梢钥吹礁鶕?jù)你輸入?yún)?shù)的大小，蜂鳴器也會(huì)發(fā)生不同頻率的叫聲，輸入0蜂鳴器停止鳴叫。
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