Date：2015.5.8 Author：楊正 QQ：1209758756 <[email protected]>
一、 pwm簡介
PWM英文名叫Pulse Width Modulation，中文名叫脈寬調製。那它到底是什麼呢？其實它是由定時器產生的，比普通的定時器多了一個比較寄存器。PWM裏面有一個詞叫佔空比，即一個週期內，高電平持續時間與週期的比值。如下圖：
佔空比(dutycycle) = t/T。
PWM用途：控制電機調速，控制蜂鳴器播放音樂，控制led燈亮度等
二、 Timer，PPI，GPIOTE之間的關係
由Timer產生一個事件，PPI捕獲這個事件並把這個事件轉化爲任務傳遞給GPIOTE，由GPIOTE模塊執行最終指定操作（該操作後面會講到）：
三、Timer定時器
要產生PWM波，需要將定時器產生的信號通過指定的引腳輸出。定時器有兩種模式，即計數器模式和定時器模式，要產生PWM波，自然要選擇定時器模式，然而定時器模式裏面也有一個計數器寄存器，即Counter。定時器模式還有一個捕獲/比較寄存器，即CC寄存器。nRF51822的Timer中的Counter是遞增的方式計數，當Counter的計數值與CC寄存器中的值相等時，就會產生一個事件。
nRF51822裏面有三個定時器，因爲TIMER0被CPU佔用，所以只能使用TIMER1和TIMER2來做4路PWM波。使用TIMER1的CC[0]和CC[1]分別控制一路PWM波的頻率和佔空比，CC[2]和CC[3]分別控制第二路PWM波的頻率和佔空比。TIMER2類推，這樣就可以做出4路PWM波。以下是第一路PWM波的timer init函數， 其他三路的timer init函數可以由此類推，eg:
static voidtimer1_cc01_init(void) //第一路PWM波的timer init函數
{
NRF_CLOCK->EVENTS_HFCLKSTARTED = 0;
NRF_CLOCK->TASKS_HFCLKSTART = 1;
while(NRF_CLOCK->EVENTS_HFCLKSTARTED == 0)
{
}
NRF_TIMER1->MODE =TIMER_MODE_MODE_Timer;
NRF_TIMER1->BITMOD=TIMER_BITMODE_BITMODE_16Bit<<TIMER_BITMODE_BITMODE_Pos; //counter與指定cc寄存器的16位進行比較
NRF_TIMER1->PRESCALER = 9; //9分頻，每一個tick爲32us
NRF_TIMER1->TASKS_CLEAR = 1;
NRF_TIMER1->CC[0]=256; //控制週期，週期相當於256*32us
NRF_TIMER1->CC[1]= 1; //控制佔空比
NRF_TIMER1->SHORTS=(TIMER_SHORTS_COMPARE0_CLEAR_Enabled<<TIMER_SHORTS_COMPARE0_CLEAR_Pos);
NRF_TIMER1->INTENSET= (TIMER_INTENSET_COMPARE0_Enabled << TIMER_INTENSET_COMPARE0_Pos); //使能中斷，中斷髮生時就會產生COMPARE事件，就會即把compare寄存器置1
NVIC_EnableIRQ(TIMER1_IRQn);
NVIC_SetPriority(TIMER1_IRQn,APP_IRQ_PRIORITY_HIGH);
}
void TIMER1_IRQHandler(void) //定時器的中斷處理函數；Timer2的中斷處理函數類似，這裏不再給出。
{
//第一路PWM
//cc0 controlperiod, cc1 controls the duty cycle
NRF_TIMER1->EVENTS_COMPARE[0]= 0; //把Compare寄存器清零
NRF_TIMER1->CC[1] = duty_cycle1_01; //每次timer中斷都會重新獲取CC[1]的值作爲佔空比
//第二路PWM
//cc2 control period, cc3 controls the duty cycle
NRF_TIMER1->EVENTS_COMPARE[2] = 0;
NRF_TIMER1->CC[3] = duty_cycle1_23;
}
四、ProgrammablePeripheral Interconnect （PPI）
nRF51822的寄存器分爲三類：
Task寄存器：外設可以執行的task；
Event寄存器：外設帶有的event；
普通寄存器；
Task寄存器和Event寄存器在PPI中的使用非常重要，例如，在PPI中，設置EEP寄存器爲某個外設A的Event寄存器地址，TEP寄存器設爲另外一個外設Task寄存器地址，那麼當外設A的event發生時可以直接觸發外設B的Task，而不經過CPU。
eg：
staticvoid ppi_init(void) //初始化PPI模塊，設置EEP寄存器和TEP寄存器
{
// Configure PPI channel 01 to togglePWM_OUTPUT_PIN on every TIMER1 COMPARE match.
NRF_PPI->CH[0].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER1->EVENTS_COMPARE[0];
NRF_PPI->CH[0].TEP =(uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[0];
NRF_PPI->CH[1].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER1->EVENTS_COMPARE[1];
NRF_PPI->CH[1].TEP =(uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[0];
// Configure PPI channel 23 to toggle PWM_OUTPUT_PIN on every TIMER1COMPARE match.
NRF_PPI->CH[2].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER1->EVENTS_COMPARE[2];
NRF_PPI->CH[2].TEP =(uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[1];
NRF_PPI->CH[3].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER1->EVENTS_COMPARE[3];
NRF_PPI->CH[3].TEP =(uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[1];
// Configure PPI channel 45 to toggle PWM_OUTPUT_PIN on every TIMER2COMPARE match.
NRF_PPI->CH[4].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER2->EVENTS_COMPARE[0];
NRF_PPI->CH[4].TEP =(uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[2];
NRF_PPI->CH[5].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER2->EVENTS_COMPARE[1];
NRF_PPI->CH[5].TEP = (uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[2];
// Configure PPI channel 67 to toggle PWM_OUTPUT_PIN on every TIMER2COMPARE match.
NRF_PPI->CH[6].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER2->EVENTS_COMPARE[2];
NRF_PPI->CH[6].TEP =(uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[3];
NRF_PPI->CH[7].EEP =(uint32_t)&NRF_TIMER2->EVENTS_COMPARE[3];
NRF_PPI->CH[7].TEP =(uint32_t)&NRF_GPIOTE->TASKS_OUT[3];
// Enable PPI channels 0-7.
NRF_PPI->CHEN = (PPI_CHEN_CH0_Enabled<< PPI_CHEN_CH0_Pos)
| (PPI_CHEN_CH1_Enabled<< PPI_CHEN_CH1_Pos)
| (PPI_CHEN_CH2_Enabled<< PPI_CHEN_CH2_Pos)
| (PPI_CHEN_CH3_Enabled<< PPI_CHEN_CH3_Pos)
|(PPI_CHEN_CH4_Enabled << PPI_CHEN_CH4_Pos)
|(PPI_CHEN_CH5_Enabled << PPI_CHEN_CH5_Pos)
|(PPI_CHEN_CH6_Enabled << PPI_CHEN_CH6_Pos)
|(PPI_CHEN_CH7_Enabled << PPI_CHEN_CH7_Pos);
}
注：這裏NRF_PPI->CH[n]是指PPI通道。
PPI由兩個端點寄存器組成，即Event End-Point (EEP)，Task End-Point (TEP)。一個外設任務通過與任務相關的任務寄存器連接到TEP；同樣的，一個外設事件通過與事件相關的事件寄存器連接到EEP。
NRF_PPI->CH[0].EEP對應NRF_PPI->CH[0].TEP，以此類推。
EVENT_COMPARE[0]對應CC[0]，以此類推。
TASK_OUT[n]指定任務輸出通道。
五、GPIOTasks and Events （gpiote）
GPIOTE模塊也是設計成減少CPU佔用的Task Event模式，使得事件不經過CPU直接得到響應。
Event引腳觸發源：上升沿，下降沿等；
Task引腳操作方式：置位，清零，翻轉；
Event和Task之間可以通過PPI連接在一起。
一旦把某個引腳分配給Task(OUT[n])或Event(IN[n])，那麼該引腳只能被GPIOTE模塊寫操作，而普通的gpio寫入無效。
當GPIOTE通道被配置用於操作一個任務引腳n，那麼該引腳n的初值需要在CONFIG[n]寄存器的OUTINIT區域中設定。
eg:
staticvoid gpiote_init(void) //初始化GPIOTE模塊，設置4路PWM信號輸出引腳
{
APP_GPIOTE_INIT(APP_GPIOTE_MAX_USERS);
// Configure PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER as anoutput.
nrf_gpio_cfg_output(PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER0);
nrf_gpio_cfg_output(PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER1);
nrf_gpio_cfg_output(PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER2);
nrf_gpio_cfg_output(PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER3);
// Configure GPIOTE channel 0 to toggle thePWM pin state
// @note Only one GPIOTE task can beconnected to an output pin.
nrf_gpiote_task_config(0,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER0 , \
NRF_GPIOTE_POLARITY_TOGGLE,NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_HIGH);
nrf_gpiote_task_config(1,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER1 , \
NRF_GPIOTE_POLARITY_TOGGLE, NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_HIGH);
nrf_gpiote_task_config(2,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER2 , \
NRF_GPIOTE_POLARITY_TOGGLE,NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_HIGH);
nrf_gpiote_task_config(3,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER3 , \
NRF_GPIOTE_POLARITY_TOGGLE, NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_HIGH);
}
注：重要函數static__INLINE void nrf_gpiote_task_config(uint32_t channel_number, uint32_tpin_number, nrf_gpiote_polarity_t polarity, nrf_gpiote_outinit_t initial_value)
channel_number：指定GPIOTE的通道[0:3]，並配置成輸出通道，與PPI中的TASK_OUT[n]對應；
pin_number：指定pin管腳，在GPIOTE中使用，也就是最終被pwm控制的管腳；
polarity：指定在GPIOTE中的極性，當任務信號到達就會執行該動作；
initial_value：指定pin管腳的初始值。
六、 總結
問題一：通過pwm波控制燈的亮度範圍是全滅到全亮，但是現在做出來的pwm波不能使燈全滅或者全亮。比如我的週期用了256，佔空比的範圍只能是1到255，這樣的話通過佔空比是不能控制燈全滅或者全亮。
解決方法：如果佔空比爲0，或者爲256，就會在同一時間觸發兩個事件，如果佔空比爲0，即CC[1]=0，那麼當計數器超過CC[0]的值（256）時，就會自動置零並從零開始重新計數，而且會產生一個事件，當計數器置零時，CC[1]的值也爲零，所以CC[1]也會產生一個事件，所以同一時間會產生兩個事件，分別由CC[0]，CC[1]產生（這部分是個人理解）。
所以這樣是不能控制燈全滅或者全亮。所以有以下辦法能控制燈全亮或者全滅：
要設置該PWM引腳爲低或者高，可以重新初始化這個引腳的GPIOTE： nrf_gpiote_task_config(0,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER, NRF_GPIOTE_POLARITY_TOGGLE, NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_HIGH);設置爲高或者低，然後把控制他的PPI disable掉。
或者還有一種方法，設置高配置爲：
nrf_gpiote_task_config(0,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER,NRF_GPIOTE_POLARITY_LOTOHI, NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_HIGH)
設置低配置爲nrf_gpiote_task_config(0, PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER,NRF_GPIOTE_POLARITY_HITOLO,NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_LOW)
可以試試哪種方法比較好用，這裏給出後面這種方法：
for (; ;)
{
power_manage();
if (duty_cycle1_01 == 255)
{
nrf_gpiote_task_config(0,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER0, \
NRF_GPIOTE_POLARITY_LOTOHI,NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_HIGH); //當佔空比爲255時，燈最暗（但是微亮），把引腳拉高，就會全滅
// nrf_gpiote_task_config(0,PWM_OUTPUT_PIN_NUMBER0, \
NRF_GPIOTE_POLARITY_HITOLO,NRF_GPIOTE_INITIAL_VALUE_LOW); //當佔空比爲1時，燈最亮（但不是全亮），把引腳拉低，就會全亮
}
……