微处理器的DAC功能虽然可以输出比较准确的电压,但并不是所有的微处理器都具备的,而且在点亮LED方面也存在着一点的缺陷,所以mbed还提供了另外一种模拟输出功能,即脉宽调制(PWM:(Pulse Width Modulation)输出。它是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,简单来说就是通过一个时钟周期内高低电平的不同占空比来表征模拟信号,如下面就是一个具体的编码样例(三角波是用来生成PWM编码的):
对于生成的PWM编码还可以用简单的电路进行还原,如下面的低通滤波电路就可以得到原来的模拟信号:
mbed使用PwmOut类来实现PWM输出功能,它提供的主要方法如下:
类名 | | |
| | |
| 设置PWM输出值,范围在0到1之间,0表示在一个时钟周期内全部都是低电平,1表示全部都是高电平 |
| 读取PWM的当前输出值,需要注意的是,该值并不一定等于原先的色丁值 |
void period(float seconds) | |
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| |
void pulsewidth(float seconds) | 设定PWM输出的脉宽,相当于设定PWM的输出值,假设时钟周期是10ms,脉宽是5ms,那就相当于输出0.5,这里的单位是秒 |
void pulsewidth_ms(int ms) | |
void pulsewidth_us(int us) | |
PwmOut& operator= (float value) | |
PwmOut& operator= (PwmOut& rhs) | |
| |
对于xbed LPC1768来说,p21,p22,p23,p24,p25,p26具备PWM输出功能,另外LED1,LED2,LED3,LED4相连的管脚也具备PWM输出功能。
mbed PWM输出初步应用体现PWM输出效果的最简单方式就是LED,前面的模拟输出我们已经看出LED的亮度会随着电压的升高而变量,但必须要在导通电压以上才能点亮,所以效果并不明显,但PWM输出则不一样,它控制的是输出的时间长度,只要是高电平,电压都在LED的导通电压之上,但因为人眼的特性,PWM输出的值越大,则量度越高,所以有效会更好,下面是我们的示例代码:
PwmOut PWM1(LED1);
PwmOut PWM2(LED2);
PwmOut PWM3(LED3);
PwmOut PWM4(LED4);
float pv=0;
int main()
{
PWM1.period_us(100);
PWM2.period_us(100);
PWM3.period_us(100);
PWM4.period_us(100);
PWM1=0;
PWM2=0.25;
PWM3=0.5;
PWM4=0.75;
while (1)
{
PWM1=pv;
pv=pv+0.01;
wait(0.05);
if (pv>1)
pv=0;
}
}
上载该程序后你就可以感受到PWM输出的效果,在这里我们需要注意的是,PWM输出的设置效果是持续性的,你只要设置后,那个管脚就一直处于你设置的状态,你也无需再用代码进行管理,我们还可以用pulsewidth方法实现同样的功能,两者的唯一区别就在于设定的方法,一个是设定百分比,另外一个则是设定脉宽时间。
PwmOut PWM1(LED1);
PwmOut PWM2(LED2);
PwmOut PWM3(LED3);
PwmOut PWM4(LED4);
int pv=0;
int main()
{
PWM1.period_us(100);
PWM2.period_us(100);
PWM3.period_us(100);
PWM4.period_us(100);
PWM1.pulsewidth_us(0);
PWM2.pulsewidth_us(25);
PWM3.pulsewidth_us(50);
PWM4.pulsewidth_us(75);
while (1)
{
PWM1.pulsewidth_us(pv);
pv++;
wait(0.05);
if (pv==100)
pv=0;
}
}
mbed PWM的模拟实现我们前面已经说过,具备PWM输出功能的GPIO管脚是有限的,那么对于其它GPIO管脚,我们能否用软件模拟的方式实现呢?显然,从PWM输出的工作原理可知,我们可以通过GPIO高低电平加延迟的变化来实现,下面是个简单的示例代码,和原生PWM输出不同的是,模拟PWM输出必须始终由代码来控制,下面的代码就是PWM模拟输出的模拟示范:
DigitalOut led1(LED1);
DigitalOut led2(LED2);
DigitalOut led3(LED3);
DigitalOut led4(LED4);
int main()
{
while(1)
{
led1=0;
led2=0;
led3=0;
led4=0;
for (long j=0;j<1000;j++)
{
led1 = 1;
wait_us(100);
led1 = 0;
wait_us(900);
}
led2=1;
for (long j=0;j<1000;j++)
{
led1 = 1;
wait_us(500);
led1 = 0;
wait_us(500);
}
led3=1;
for (long j=0;j<1000;j++)
{
led1 = 1;
wait_us(900);
led1 = 0;
wait_us(100);
}
led4=1;
}
}
mbed PWM输出音乐在现实世界中,PWM输出可以用来控制步进电机和输出音乐,对于步进电机来说,利用的是PWM输出固定脉宽的功能,而对于音乐输出来说,用的则是PWM输出的固定频率也即时钟周期功能,考虑到应用效果的方便体验,我们这里主要描述如何用PWM来输出音乐。
音乐中的任意一个音阶都对应着一个固定的频率,当把不同时长的音阶连在了一起就成了音乐,所以,我们用mbed来输出音乐的关键就是控制不同PWM输出的时长,下面的代码演奏了一个完整的音阶:
#define NOTE_B0 31
#define NOTE_C1 33
#define NOTE_CS1 35
#define NOTE_D1 37
#define NOTE_DS1 39
#define NOTE_E1 41
#define NOTE_F1 44
#define NOTE_FS1 46
#define NOTE_G1 49
#define NOTE_GS1 52
#define NOTE_A1 55
#define NOTE_AS1 58
#define NOTE_B1 62
#define NOTE_C2 65
#define NOTE_CS2 69
#define NOTE_D2 73
#define NOTE_DS2 78
#define NOTE_E2 82
#define NOTE_F2 87
#define NOTE_FS2 93
#define NOTE_G2 98
#define NOTE_GS2 104
#define NOTE_A2 110
#define NOTE_AS2 117
#define NOTE_B2 123
#define NOTE_C3 131
#define NOTE_CS3 139
#define NOTE_D3 147
#define NOTE_DS3 156
#define NOTE_E3 165
#define NOTE_F3 175
#define NOTE_FS3 185
#define NOTE_G3 196
#define NOTE_GS3 208
#define NOTE_A3 220
#define NOTE_AS3 233
#define NOTE_B3 247
#define NOTE_C4 262
#define NOTE_CS4 277
#define NOTE_D4 294
#define NOTE_DS4 311
#define NOTE_E4 330
#define NOTE_F4 349
#define NOTE_FS4 370
#define NOTE_G4 392
#define NOTE_GS4 415
#define NOTE_A4 440
#define NOTE_AS4 466
#define NOTE_B4 494
#define NOTE_C5 523
#define NOTE_CS5 554
#define NOTE_D5 587
#define NOTE_DS5 622
#define NOTE_E5 659
#define NOTE_F5 698
#define NOTE_FS5 740
#define NOTE_G5 784
#define NOTE_GS5 831
#define NOTE_A5 880
#define NOTE_AS5 932
#define NOTE_B5 988
#define NOTE_C6 1047
#define NOTE_CS6 1109
#define NOTE_D6 1175
#define NOTE_DS6 1245
#define NOTE_E6 1319
#define NOTE_F6 1397
#define NOTE_FS6 1480
#define NOTE_G6 1568
#define NOTE_GS6 1661
#define NOTE_A6 1760
#define NOTE_AS6 1865
#define NOTE_B6 1976
#define NOTE_C7 2093
#define NOTE_CS7 2217
#define NOTE_D7 2349
#define NOTE_DS7 2489
#define NOTE_E7 2637
#define NOTE_F7 2794
#define NOTE_FS7 2960
#define NOTE_G7 3136
#define NOTE_GS7 3322
#define NOTE_A7 3520
#define NOTE_AS7 3729
#define NOTE_B7 3951
#define NOTE_C8 4186
#define NOTE_CS8 4435
#define NOTE_D8 4699
#define NOTE_DS8 4978
int melody[] = { NOTE_C4, NOTE_D4,NOTE_E4, NOTE_F4, NOTE_G4,NOTE_A5,NOTE_B5,NOTE_C5};
int noteDurations[] = { 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2, 2 };
PwmOut m(p21);
#define MDELAY 1
DigitalOut led(LED1);
int main()
{
for (int thisNote = 0; thisNote < 8; thisNote++) {
m.period_us(1000000/melody[thisNote]);
m.write(0.5);
wait(noteDurations[thisNote]);
led=!led;
}
}
为了验证此程序的效果,用户需要使用一个无源蜂鸣器(同样也有方向性,需要注意,长腿的是正)连接到数字管脚21和GND