【基于单片机的直流电机控制】正弦波呼吸灯效

2026-01-04 23:09 | 来源：电子世界报

● 前言

前面两期分享了开箱与环境搭建、点灯的经验，这期来汇报一下项目的进展，该小节着重介绍一下使用FRDM-MCXA153开发的PWM输出，实现一个正弦波的呼吸灯效果。

● 焊接TB6612模块的排针

由于TB6612模块需要自行焊接排针，放假期间已将其焊接完毕，由于手头没有备弯脚排针，暂且就采用得捷电子配发的排针。

TB6612焊接排针.jpg

该电机模块的电路原理图见如上期点灯贴，其实VM与Vmotor处的+焊孔是连接在一起的，因此Vmotor处的两个焊孔也可以不用焊接插针，这里暂且焊了红蓝插针，后续备用。该电机驱动模块主要信号脚的逻辑关系见如下列表。

逻辑关系图.jpg

注：STBY管脚是用于快速禁用两个电机的备用引脚，可上拉至Vcc电压通过10K电阻连接。接地时表示禁用。

● 硬件连接

本小节借助SDK中的PWM参考例程，呼吸灯效是方便快速查看PWM输出占空比。因此根据原理图可知，输出的四路PWM对应管脚分布如下：

电路原理图.png

这里只采用RGB三颗独立的LED灯来呈现其中三路PWM输出的状态，如下硬件连线，使用了PWM0_A0、PWM0_B0、PWM0_A1这三个管脚。其中蓝色指示灯是使用开发板上RGB指示灯中blue部分，通过杜邦线飞线连接。

硬件连线.jpg

● 代码编写

由于该工程是基于SDK中的pwm例程展开的，因此这里只做修改过的部分源文件进行分享。

hardware_init.c

/*${header:start}*/
#include "fsl_device_registers.h"
#include "pin_mux.h"
#include "clock_config.h"
#include "board.h"
#include "fsl_inputmux.h"
/*${header:end}*/

/*${function:start}*/
void BOARD_InitHardware(void)
{
    BOARD_InitBootPins();
    BOARD_InitBootClocks();
    BOARD_InitDebugConsole();

    INPUTMUX_Init(INPUTMUX0);
    INPUTMUX_AttachSignal(INPUTMUX0,  0U,  0xFF);
    INPUTMUX_AttachSignal(INPUTMUX0,  1U,  0xFF);
    INPUTMUX_AttachSignal(INPUTMUX0,  2U,  0xFF);
    INPUTMUX_AttachSignal(INPUTMUX0,  3U,  0xFF);	
}
/*${function:end}*/

pwm.c

#include "fsl_debug_console.h"
#include "board.h"
#include "app.h"
#include "fsl_pwm.h"
#include "math.h"

/*******************************************************************************
 * Definitions
 ******************************************************************************/
/* Definition for default PWM frequence in hz. */
#ifndef APP_DEFAULT_PWM_FREQUENCY
#define APP_DEFAULT_PWM_FREQUENCY (1000UL)
#endif

/* DEMO_PWM_DISABLE_MAP_OP: Operator, it can be define as '~') in app.h */
#ifndef DEMO_PWM_DISABLE_MAP_OP
#define DEMO_PWM_DISABLE_MAP_OP
#endif
/*******************************************************************************
 * Prototypes
 ******************************************************************************/

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

/*******************************************************************************
 * Code
 ******************************************************************************/
 /* 正弦波呼吸 */
static void UpdateSineBreathEffect(void)
{
    static uint32_t angle = 0;
    static const uint32_t angle_step = 5;  /* 角度步进 */
    
    /* 计算正弦波值 (0-1范围) */
    float sine_value = (sinf(angle * 3.1415926f / 180.0f) + 1.0f) / 2.0f;
    
    /* 转换为占空比 */
    uint32_t duty_cycle = (uint32_t)(sine_value * 100);
    
    /* 更新PWM占空比 */
    PWM_UpdatePwmDutycycle(BOARD_PWM_BASEADDR,kPWM_Module_0, kPWM_PwmA, kPWM_SignedCenterAligned, duty_cycle);
    PWM_UpdatePwmDutycycle(BOARD_PWM_BASEADDR,kPWM_Module_1, kPWM_PwmA, kPWM_SignedCenterAligned, duty_cycle);
    PWM_UpdatePwmDutycycle(BOARD_PWM_BASEADDR,kPWM_Module_2, kPWM_PwmA, kPWM_SignedCenterAligned, duty_cycle);
    /* 所有子模块设置加载 */
    PWM_SetPwmLdok(BOARD_PWM_BASEADDR, kPWM_Control_Module_0 | kPWM_Control_Module_1 | kPWM_Control_Module_2, true);

    /* 更新角度 */
    angle += angle_step;
    if (angle >= 360) angle = 0;
}
 
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 main(void)
{
    /* Structure of initialize PWM */
    pwm_config_t pwmConfig;
    pwm_fault_param_t faultConfig;
	
    /* Board pin, clock, debug console init */
    BOARD_InitHardware();

    PRINTF("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)
    {
        PRINTF("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)
    {
        PRINTF("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)
    {
        PRINTF("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,
                             DEMO_PWM_DISABLE_MAP_OP(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,
                             DEMO_PWM_DISABLE_MAP_OP(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,
                             DEMO_PWM_DISABLE_MAP_OP(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 50 PWM periods. */
        SDK_DelayAtLeastUs((1000000U / APP_DEFAULT_PWM_FREQUENCY) * 50, SDK_DEVICE_MAXIMUM_CPU_CLOCK_FREQUENCY);
        UpdateSineBreathEffect();
    }
}

● 呼吸效果

三盏指示灯呈现呼吸效果见如下附件

呼吸灯效果.zip

呼吸灯.gif

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