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[STM32U5] 【NUCLEO-U5A5ZJ-Q测评】pwm驱动板载LED和自定义引脚PWM输出控制LED

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 楼主| HonestQiao 发表于 2023-12-3 13:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
PWM, Nucleo, NUC, LED, PWM输出

一、板载LED
NUCLEO-U5A5ZJ-Q开发板自身提供了3个可以被用户控制的LED：
65511656c05cae825f.png

默认的引脚定义如下：
55667656c06008d825.png
85691656c06167eb1f.png

上述三个LED，可以在用户程序中进行控制。

二、PWM控制LED源码
在Zephyr的源码中，提供了一个 samples/drivers/led_pwm 可以使用PWM驱动LED：
复制
  1. /*
    

  2.  * Copyright (c) 2020 Seagate Technology LLC
    

  3.  *
    

  4.  * SPDX-License-Identifier: Apache-2.0
    

  5.  */
    


  6. 

  7. #include <zephyr/device.h>
    

  8. #include <zephyr/devicetree.h>
    

  9. #include <errno.h>
    

  10. #include <zephyr/drivers/led.h>
    

  11. #include <zephyr/sys/util.h>
    

  12. #include <zephyr/kernel.h>
    


  13. 

  14. #include <zephyr/logging/log.h>
    

  15. LOG_MODULE_REGISTER(main, CONFIG_LOG_DEFAULT_LEVEL);
    


  16. 

  17. #define LED_PWM_NODE_ID         DT_COMPAT_GET_ANY_STATUS_OKAY(pwm_leds)
    


  18. 

  19. const char *led_label[] = {
    

  20.         DT_FOREACH_CHILD_SEP_VARGS(LED_PWM_NODE_ID, DT_PROP_OR, (,), label, NULL)
    

  21. };
    


  22. 

  23. const int num_leds = ARRAY_SIZE(led_label);
    


  24. 

  25. #define MAX_BRIGHTNESS        100
    


  26. 

  27. #define FADE_DELAY_MS        10
    

  28. #define FADE_DELAY        K_MSEC(FADE_DELAY_MS)
    


  29. 

  30. /**
    

  31.  * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url] Run tests on a single LED using the LED API syscalls.
    

  32.  *
    

  33.  * @param led_pwm LED PWM device.
    

  34.  * @param led Number of the LED to test.
    

  35.  */
    

  36. static void run_led_test(const struct device *led_pwm, uint8_t led)
    

  37. {
    

  38.         int err;
    

  39.         uint16_t level;
    


  40. 

  41.         LOG_INF("Testing LED %d - %s", led, led_label[led] ? : "no label");
    


  42. 

  43.         /* Turn LED on. */
    

  44.         err = led_on(led_pwm, led);
    

  45.         if (err < 0) {
    

  46.                 LOG_ERR("err=%d", err);
    

  47.                 return;
    

  48.         }
    

  49.         LOG_INF("  Turned on");
    

  50.         k_sleep(K_MSEC(1000));
    


  51. 

  52.         /* Turn LED off. */
    

  53.         err = led_off(led_pwm, led);
    

  54.         if (err < 0) {
    

  55.                 LOG_ERR("err=%d", err);
    

  56.                 return;
    

  57.         }
    

  58.         LOG_INF("  Turned off");
    

  59.         k_sleep(K_MSEC(1000));
    


  60. 

  61.         /* Increase LED brightness gradually up to the maximum level. */
    

  62.         LOG_INF("  Increasing brightness gradually");
    

  63.         for (level = 0; level <= MAX_BRIGHTNESS; level++) {
    

  64.                 err = led_set_brightness(led_pwm, led, level);
    

  65.                 if (err < 0) {
    

  66.                         LOG_ERR("err=%d brightness=%d\n", err, level);
    

  67.                         return;
    

  68.                 }
    

  69.                 k_sleep(FADE_DELAY);
    

  70.         }
    

  71.         k_sleep(K_MSEC(1000));
    


  72. 

  73.         /* Set LED blinking (on: 0.1 sec, off: 0.1 sec) */
    

  74.         err = led_blink(led_pwm, led, 100, 100);
    

  75.         if (err < 0) {
    

  76.                 LOG_ERR("err=%d", err);
    

  77.                 return;
    

  78.         }
    

  79.         LOG_INF("  Blinking on: 0.1 sec, off: 0.1 sec");
    

  80.         k_sleep(K_MSEC(5000));
    


  81. 

  82.         /* Enable LED blinking (on: 1 sec, off: 1 sec) */
    

  83.         err = led_blink(led_pwm, led, 1000, 1000);
    

  84.         if (err < 0) {
    

  85.                 LOG_ERR("err=%d", err);
    

  86.                 LOG_INF("  Cycle period not supported - on: 1 sec, off: 1 sec");
    

  87.         } else {
    

  88.                 LOG_INF("  Blinking on: 1 sec, off: 1 sec");
    

  89.         }
    

  90.         k_sleep(K_MSEC(5000));
    


  91. 

  92.         /* Turn LED off. */
    

  93.         err = led_off(led_pwm, led);
    

  94.         if (err < 0) {
    

  95.                 LOG_ERR("err=%d", err);
    

  96.                 return;
    

  97.         }
    

  98.         LOG_INF("  Turned off, loop end");
    

  99. }
    


  100. 

  101. int main(void)
    

  102. {
    

  103.         const struct device *led_pwm;
    

  104.         uint8_t led;
    


  105. 

  106.         led_pwm = DEVICE_DT_GET(LED_PWM_NODE_ID);
    

  107.         if (!device_is_ready(led_pwm)) {
    

  108.                 LOG_ERR("Device %s is not ready", led_pwm->name);
    

  109.                 return 0;
    

  110.         }
    


  111. 

  112.         if (!num_leds) {
    

  113.                 LOG_ERR("No LEDs found for %s", led_pwm->name);
    

  114.                 return 0;
    

  115.         }
    


  116. 

  117.         do {
    

  118.                 for (led = 0; led < num_leds; led++) {
    

  119.                         run_led_test(led_pwm, led);
    

  120.                 }
    

  121.         } while (true);
    

  122.         return 0;
    

  123. }


在上述代码中，首先通过宏定义，找到设备树中pwm_leds对应的节点：
复制
  1. #define LED_PWM_NODE_ID         DT_COMPAT_GET_ANY_STATUS_OKAY(pwm_leds)


然后，通过宏定义，获取pwm_leds中，各个led设备的名称(label)：
复制
  1. const char *led_label[] = {
    

  2.         DT_FOREACH_CHILD_SEP_VARGS(LED_PWM_NODE_ID, DT_PROP_OR, (,), label, NULL)
    

  3. };


再根据获得的名称数量，得到有多少个可被PWM控制的LED：
复制
  1. const int num_leds = ARRAY_SIZE(led_label);


另外，代码中还定义了 PWM控制LED的亮度，以及设置每个亮度后的延时时间：
复制
  1. #define MAX_BRIGHTNESS        100
    


  2. 

  3. #define FADE_DELAY_MS        10
    

  4. #define FADE_DELAY        K_MSEC(FADE_DELAY_MS)
在Zephyr中，用 K_MSEC 宏定义来获取具体ms对应的值，然后使用k_sleep()来进行延时。

在main()主逻辑中，先检查设备是否初始化完成：
复制
  1.  led_pwm = DEVICE_DT_GET(LED_PWM_NODE_ID);
    

  2.         if (!device_is_ready(led_pwm)) {
    

  3.                 LOG_ERR("Device %s is not ready", led_pwm->name);
    

  4.                 return 0;
    

  5.         }


再循环对设置的LED进行测试：
复制
  1.  do {
    

  2.                 for (led = 0; led < num_leds; led++) {
    

  3.                         run_led_test(led_pwm, led);
    

  4.                 }
    

  5.         } while (true);


run_led_test()调用中，几个关键的led控制调用如下：
  • led_on(led_pwm, led); 点亮对应的led
  • led_off(led_pwm, led); 熄灭对应的led
  • led_blink(led_pwm, led, 100, 100); 交替点亮100ms，熄灭100ms
  • led_set_brightness(led_pwm, led, level); 设置对应led的亮度(0-100)


PWM控制LED亮度部分代码：
复制
  1.  for (level = 0; level <= MAX_BRIGHTNESS; level++) {
    

  2.                 err = led_set_brightness(led_pwm, led, level);
    

  3.                 if (err < 0) {
    

  4.                         LOG_ERR("err=%d brightness=%d\n", err, level);
    

  5.                         return;
    

  6.                 }
    

  7.                 k_sleep(FADE_DELAY);
    

  8.         }


明白了以上代码，就能开始编译源码进行测试了。

不过，在Zephyr中，NUCLEO-U5A5ZJ-Q对应的LED默认作为普通GPIO LED控制，所以使用下面的命令编译，会出错：
复制
  1. west build -b nucleo_u5a5zj_q samples/drivers/led_pwm


在编译之前，需要先处理设备树定义。
对应的设备树定义文件为：
  • ./boards/arm/nucleo_u5a5zj_q/nucleo_u5a5zj_q.dts
  • ./boards/arm/nucleo_u5a5zj_q/nucleo_u5a5zj_q-common.dtsi


在nucleo_u5a5zj_q-common.dtsi中， 首先禁用leds设置：
复制
  1.  leds: leds {
    

  2.                 compatible = "gpio-leds";
    

  3.                 status = "disabled";
    

  4.                 green_led_1: led_1 {
    

  5.                         gpios = <&gpioc 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    

  6.                         label = "User LD1";
    

  7.                 };
    

  8.                 blue_led_1: led_2 {
    

  9.                         gpios = <&gpiob 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    

  10.                         label = "User LD2";
    

  11.                 };
    

  12.                 red_led_1: led_3 {
    

  13.                         gpios = <&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    

  14.                         label = "User LD3";
    

  15.                 };
    

  16.         };
设置 status = "disabled"; 即可禁用。

然后，启用pwm_leds的设置：
复制
  1.  pwmleds: pwmleds {
    

  2.                 compatible = "pwm-leds";
    

  3.                 status = "okay";
    


  4. 

  5.                 pwm_led_1: green_led_1 {
    

  6.                         pwms = <&pwm3 2 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
    

  7.                         label = "green led";
    

  8.                 };
    


  9. 

  10.                 pwm_led_2: blue_led_1 {
    

  11.                         pwms = <&pwm4 2 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
    

  12.                         label = "blue led";
    

  13.                 };
    

  14.         };


设置 status = "okey"; 即可启用。

从上述的配置中，可以看到，只有绿灯和蓝灯，设置了PWM驱动。
红灯对应的是PG2，没有看到对应的PWM调用。

要确定哪些引脚可被PWM控制，可以查看 ./modules/hal/stm32/dts/st/u5/stm32u5a5zjtxq-pinctrl.dtsi：

上面的绿灯和蓝灯的pwm配置：
复制
  1. &timers3 {
    

  2.         st,prescaler = <10000>;
    

  3.         status = "okay";
    


  4. 

  5.         pwm3: pwm {
    

  6.         pinctrl-0 = <&tim3_ch2_pc7>;
    

  7.                 pinctrl-names = "default";
    

  8.                 status = "okay";
    

  9.         };
    

  10. };
    


  11. 

  12. &timers4 {
    

  13.         st,prescaler = <10000>;
    

  14.         status = "okay";
    


  15. 

  16.         pwm4: pwm {
    

  17.                 pinctrl-0 = <&tim4_ch2_pb7>;
    

  18.                 pinctrl-names = "default";
    

  19.                 status = "okay";
    

  20.         };
    

  21. };


分别对应tim3_ch2_pc7、tim4_ch2_pb7，pinctrl定义中，具体如下：
复制
  1.    /omit-if-no-ref/ tim3_ch2_pc7: tim3_ch2_pc7 {
    

  2.                                 pinmux = <STM32_PINMUX('C', 7, AF2)>;
    

  3.                         };
    


  4. 


  5. 


  6. 

  7.                         /omit-if-no-ref/ tim4_ch2_pb7: tim4_ch2_pb7 {
    

  8.                                 pinmux = <STM32_PINMUX('B', 7, AF2)>;
    

  9.                         };


做好上述对应的修改后，再次编译源码，成功通过：
复制
  1. west build -b nucleo_u5a5zj_q samples/drivers/led_pwm
9713656c10a951a4c.png

再将生成的固件烧录到开发板：
复制
  1. pyocd flash --erase chip --target stm32u5a5zjtxq ./build/zephyr/zephyr.hex


使用串口监听工具进行监听，就可以查看到实际的运行输出结果：

13140656c10e818335.png

开发板上的绿色和蓝色LED，也会依次进行：点亮、熄灭、渐亮、0.1秒交替闪烁、1秒交替闪烁


三、添加自定义引脚使用PWM控制输出
在上面的演示代码中，使用PWM驱动了绿色和蓝色LED。
红色LED连接到了PG2，在 pinctrl 的定义中，没有定时器关联到PG2的设置。

在开发板上，有Arduino兼容接口：
30016656c1215de6bc.png

在CN10上，提供了专门的定时器控制的引脚：
80142656c126752beb.png
91087656c12986bffa.png

在pinctrl中，有PA0对应TIM2_CH1的配置：
89964656c12ccc62b0.png

在 nucleo_u5a5zj_q-common.dtsi 添加对应的配置：
复制
  1. &timers2 {
    

  2.         st,prescaler = <10000>;
    

  3.         status = "okay";
    


  4. 

  5.         pwm2: pwm {
    

  6.                 pinctrl-0 = <&tim2_ch1_pa0>;
    

  7.                 pinctrl-names = "default";
    

  8.                 status = "okay";
    

  9.         };
    

  10. };


然后添加对应的pwd_leds设置：
复制
  1.  pwmleds: pwmleds {
    

  2.                 compatible = "pwm-leds";
    

  3.                 status = "okay";
    


  4. 

  5.                 pwm_led_1: green_led_1 {
    

  6.                         pwms = <&pwm3 2 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
    

  7.                         label = "green led";
    

  8.                 };
    


  9. 

  10.                 pwm_led_2: blue_led_1 {
    

  11.                         pwms = <&pwm4 2 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
    

  12.                         label = "blue led";
    

  13.                 };
    


  14. 

  15.                 pwm_led_3: extra_led_1 {
    

  16.                         pwms = <&pwm2 1 PWM_MSEC(20) PWM_POLARITY_NORMAL>;
    

  17.                         label = "extra led";
    

  18.                 };
    

  19.         };


然后重新编译源码并烧录固件，开发板运行后，串口输出如下：
2178656c13ab087f8.png

从上述输出可以看到，已经识别到了三个PWM LED，并进行了各项控制操作。

要确定我们自己添加的LED是否有效被PWM控制，可以自己在PA0上接一个LED，也可以用逻辑分析仪进行测试。

把逻辑分析仪连接上PA0和GND：
84647656c15b840fef.png

在 Testing LED 2 - extra led 的时候采集数据：
6821656c144c7a008.png

采样到的数据，具体部分如下：
58083656c14a194fb3.png

  • 对应点亮
  • 对应熄灭
  • 对应亮度控制
  • 对应0.1秒闪烁
  • 对应1.0秒闪烁


放大 亮度控制 部分的数据：
90271656c14f00f388.png

可以看到，随着设置的亮度变化，PWM占空比也在对应变化：
91586656c1556e0a25.png

四、总结
通过上面的演示，了解了PWM控制LED，如果感兴趣，还可以查看./samples/basic/blinky_pwm 、./samples/basic/servo_motor，进一步了解PWM的控制，实现更多的功能。
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Tristan_C 发表于 2023-12-4 22:48 | 显示全部楼层
高级啊
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xusiwei1236 发表于 2023-12-11 10:19 | 显示全部楼层
Zephyr dts配起来之后，代码就是很优雅
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