EVM_MSPM0L1306开发套件实现简易PWM信号发生器
一、项目介绍
我做的项目是“简易信号发生器”，是EVM_MSPM0L1306开发板完成全额返活动中的任务2，具体任务要求是：
该项目按要求使用EVM_MSPM0L1306开发板实现任务指定的功能要求。
在任务要求中，我要做到如下功能：
1. 使用定时器生成2路重复频率1Hz~1MHz的PWM信号，其重复频率和占空比能用按钮或拨码开关调节，而且调节精度要能达到表格的指标。
2. 使用32MHz的主时钟
3. 能在OLED上显示2路PWM分别输出的引脚及PWM参数（频率和占空比）。
4. 能够将PWM参数（频率、占空比、通道工作与否）按照1s左右的周期，通过串口发送到上位机。
二、设计思路
1.PWM生成和调整。
PWM生成的设计我采用了好几种办法，在经过不断地优化后，我选择了采用sysconfig中的TIMER-PWM来生成PWM波，并在程序内：通过DL_TimerG_setLoadValue函数来修改PWM波的频率，通过DL_TimerG_setCaptureCompareValue函数来修改PWM波的占空比。
2. OLED显示。
我采用的是例程中使用SPI控制OLED显示的方式，并且使用了例程中写好的库文件来显示字符、字符串、数字、文字等等。
3. 矩阵键盘控制。
我采用的是矩阵键盘的中断实现例程的方法，通过按键的中断来判断当前矩阵键盘按的是哪个按钮。然后，执行对应的控制功能。
4. 串口输出到上位机。
我采用的是UART上传的方法，在sysconfig中初始化UART传输，然后使用相关函数上传信息。
三、硬件框图
四、软件流程图
五、硬件介绍
使用了mspm0l1306芯片，外设使用4*4矩阵键盘实现功能控制，两个定时器控制输出PWM，7针OLED显示信息，串口输出信息到电脑。
六、实现功能
1. 实现了在PA8和PA16引脚上输出独立的PWM波，并且频率和占空比都可以通过按键在1Hz~10kHz之间调节，而且，可以通过按键直接控制频率调节成100kHz或1MHz。
2. 实现了将PWM波的引脚信息和PWM波的频率和占空比显示在OLED上，并且矩阵键盘的输入、控制等操作也会在OLED上展示出来，方便使用。
3. 实现了将PWM波的频率和占空比信息上传到OLED上，为了节约板载资源使用，减少对其他模块的影响，这里只在按键进行控制时才进行串口信息的上传（因为串口信息的修改也仅仅有可能发生在按键进行控制之后），但是并没有实现指标要求的1s上传一次。
七、图片展示
1.一路是输出频率为6666Hz，占空比为80%的PWM波，二路是输出频率为666Hz，占空比为30%（这里有点问题，测试仪器是借的老师的很贵只借了一小会，就没有再调整程序）的PWM波。
2.这个时候的板子OLED显示的清晰图。（本来是PA8输出1路，但是示波器显示不出波形就修改到了PA26才有波形，可能是复用引脚的原因，程序已改）
3.100kHz的输出。（可能是当时没细调，也可能是性能原因，导致这种情况下波形不太好看。但是从下面的测量值可以看出输出的PWM波在100kHz左右的）
4.1MHz的输出。（这里把示波器输出波形调好了些，从下面测量值看确实是1MHz。）
下面就主要是一些OLED上和串口上的图片展示。
5.信息显示顺序：时间、1路频率、1路占空比（0~100）、2路频率、2路占空比（0~100））
6.修改对象（用星号标识）：1路的占空比。目前输入值：1236（很明显不会输入成功）
7.修改了1路的频率和2路的占空比，已经将2路的频率修改为了1MHz
八、主要代码片段及说明
1.main函数内，电源，GPIO，OLED，变量，矩阵键盘中断的初始化。
SYSCFG_DL_init();
OLED_Init();
OLED_Clear();
//变量创建与初始化
int ini_fre_1=1000; //在改变频率显示模式时记录普通模式下的频率值，方便恢复
int ini_fre_2=1000;
int input_value[8]={0,0,0,0,0,0,0,0}; //最大写入长度：7
int input_flag=-1; //用来计数当前input_value存储到哪一位
int select_x=56;
int select_y=4;
frequence_1=1000;
frequence_2=1000;
//表示PWM波的占空比
duty_cycle_1=80;
duty_cycle_2=40;
int input_value_sum=0;
int channel_now=1; //初始化为1路
int object_now=1; //初始化为控制频率"F"（用1表示）
int special_fre_change=0; //表示当前为普通显示方式（当切换到它时，或点击确认键时，都要切回到普通显示）
load_value_1=320000*(100-80)/1000;//比较值数，和低电平周期数相同（因为是倒数）
load_value_2=320000*(100-40)/1000;
compare_value_1=320000*(100-80)/1000;
compare_value_2=320000*(100-40)/1000;
//矩阵键盘中断使能
NVIC_EnableIRQ(MAT_KEY_INT_IRQN); // IO中断使能
DL_GPIO_clearPins(MAT_KEY_PORT, MAT_KEY_ROW0_PIN | MAT_KEY_ROW1_PIN | MAT_KEY_ROW2_PIN | MAT_KEY_ROW3_PIN); // 0000
2.main函数内判断当前按键。功能：修改选中对象：是1路/2路的频率/占空比。
if(key_num == 4)
{
channel_now=(channel_now == 1)? 2 : 1; //实现变量在1和2之间切换(1/2路）
Change_xy(channel_now,object_now,&select_x,&select_y);
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
}
else if (key_num == 12)
{
object_now=(object_now == 1)? 2 : 1; //实现变量在1和2之间切换(频率/占空比）
Change_xy(channel_now,object_now,&select_x,&select_y);
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
}
3.判断按键输入。功能：判断0~9数值的输入，存储到数组中，计算输入的总的值，并显示（方便之后对频率或占空比进行修改）。之所以调用了两次ShowBasicInfo函数是因为这样能解决OLED显示方向出错的bug，虽然不知道为什么。
else if ((key_num >= 1 && key_num <= 3) || (key_num >= 5 && key_num <= 8) || (key_num >= 9 && key_num <= 11))
{
//如果输入的是数字，则存入数组，计算总的数值，并显示。
if(input_flag+1 == 7) //如果超出写入位置
{
//不写入数组
}
else
{
input_flag++;
input_value[input_flag]=key2realnum[key_num]; //顺位写入键盘输入值
}
//计算总的值
sum_value1=0;
value2=0;
for(int i=0;i<=input_flag;i++)
{
value2=sum_value1;
sum_value1=value2*10+input_value[i];
}
input_value_sum=sum_value1;
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
}
4.判断输入按键。功能：切换频率是显示普通频率（1Hz~10kHz）或显示100kHz或显示1MHz。
else if (key_num == 15)
{
//频率切换为1~10kHz或者100kHz或者1MHz。顺序切换
special_fre_change++;
if(special_fre_change==3)
{
special_fre_change=0;
}
if (special_fre_change == 0)
{
if (channel_now == 1)
{
frequence_1=ini_fre_1;
load_value_1=32000000/frequence_1;
compare_value_1=320000*(100-duty_cycle_1)/frequence_1;
}
else
{
frequence_2=ini_fre_2;
load_value_2=32000000/frequence_2;
compare_value_2=320000*(100-duty_cycle_2)/frequence_2;
}
}
else if(special_fre_change == 1)
{
if (channel_now == 1)
{
ini_fre_1=frequence_1;
frequence_1=100000;
load_value_1=320;
compare_value_1=32*(100-duty_cycle_1)/10;
}
else
{
ini_fre_2=frequence_2;
frequence_2=100000;
load_value_2=320;
compare_value_2=32*(100-duty_cycle_2)/10;
}
}
else if(special_fre_change == 2)
{
if (channel_now == 1)
{
frequence_1=1000000;
load_value_1=32;
compare_value_1=32*(100-duty_cycle_1)/100;
}
else
{
frequence_2=1000000;
load_value_2=32;
compare_value_2=32*(100-duty_cycle_2)/100;
}
}
//统一修改频率和占空比
DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_0_INST,compare_value_1, DL_TIMERG_CAPTURE_COMPARE_0_INDEX);
DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_1_INST,compare_value_2, DL_TIMERG_CAPTURE_COMPARE_1_INDEX);
DL_TimerG_setLoadValue(PWM_0_INST,load_value_1-1);
DL_TimerG_setLoadValue(PWM_1_INST,load_value_2-1);
//显示
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
}
5.按键判断。功能：确认按键，将输入的数值修改到对应通道上的频率或占空比。并将输入值清空。
else if (key_num == 16)
{
//按下确认键，则将写入的频率或占空比传递给对应的路（修改变量），并将输入值清空。然后显示。
//修改频率/占空比
if (channel_now==1)
{
if (object_now==1 && input_value_sum>=1 && input_value_sum<=10000)
{
//根据当前处于特殊频率（100kHz和1MHz）还是普通频率，选择赋值
if (special_fre_change == 0)
{
frequence_1=input_value_sum;
load_value_1=32000000/frequence_1;
compare_value_1=320000*(100-duty_cycle_1)/frequence_1;
}
else
{
ini_fre_1=input_value_sum;
}
}
else if (object_now==2 && input_value_sum>=0 && input_value_sum<=100)
{
duty_cycle_1=input_value_sum;
compare_value_1=320000*(100-duty_cycle_1)/frequence_1;
}
}
else if (channel_now==2)
{
if (object_now==1 && input_value_sum>=1 && input_value_sum<=10000)
{
//根据当前处于特殊频率（100kHz和1MHz）还是普通频率，选择赋值
if (special_fre_change == 0)
{
frequence_2=input_value_sum;
load_value_2=32000000/frequence_2;
compare_value_2=320000*(100-duty_cycle_2)/frequence_2;
}
else
{
ini_fre_2=input_value_sum;
}
}
else if (object_now==2 && input_value_sum>=0 && input_value_sum<=100)
{
duty_cycle_2=input_value_sum;
compare_value_2=320000*(100-duty_cycle_2)/frequence_2;
}
}
//按确认键修改完频率或占空比后，统一对输出的PWM波进行修改
load_value_1=32000000/frequence_1;
load_value_2=32000000/frequence_2;
compare_value_1=320000*(100-duty_cycle_1)/frequence_1;
compare_value_2=320000*(100-duty_cycle_2)/frequence_2;
DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_0_INST,compare_value_1, DL_TIMERG_CAPTURE_COMPARE_0_INDEX);
DL_TimerG_setCaptureCompareValue(PWM_1_INST,compare_value_2, DL_TIMERG_CAPTURE_COMPARE_1_INDEX);
DL_TimerG_setLoadValue(PWM_0_INST,load_value_1-1);
DL_TimerG_setLoadValue(PWM_1_INST,load_value_2-1);
input_value_sum=0; //存储值清零
input_flag=-1;
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
ShowBasicInfo(input_value_sum,select_x,select_y);
}
6.main函数内，按键判断完后的处理。比如给前面OLED的显示提供一定的缓冲时间，然后就是连接需要上传的字符串，并将其通过串口发送到上位机。
delay_ms(1000); //给OLED显示提供一定的迟缓时间。（必要）
// //可以在按键检测完上传一次串口，减少资源使用。
int2char(frequence_1,fre_1_char);
int2char(frequence_2,fre_2_char);
int2char(duty_cycle_1,D_C_1_char);
int2char(duty_cycle_2,D_C_2_char);
//尝试连接字符串，然后统一发送
strcat(tx_str,fre_1_char);
strcat(tx_str," ");
strcat(tx_str,D_C_1_char);
strcat(tx_str," ");
strcat(tx_str,fre_2_char);
strcat(tx_str," ");
strcat(tx_str,D_C_2_char);
strcat(tx_str," ");
for (uint8_t i=0;i<20;i++)
{
while(DL_UART_isBusy(UART_0_INST));
DL_UART_Main_transmitData(UART_0_INST,tx_str[i]);
}
strcpy(tx_str,""); //重新将字符串置空
//按键值置0
key_num=0;
7.矩阵键盘的中断函数。（这部分是例程里给的，所以我放在最后展示并特此说明）
void GROUP1_IRQHandler(void)
{
int col_pin = 0;
int col = -1;
int row = -1;
switch (DL_GPIO_getPendingInterrupt(MAT_KEY_PORT)) // 获取col
{
case MAT_KEY_COL0_IIDX:
col = 0;
col_pin = MAT_KEY_COL0_PIN;
break;
case MAT_KEY_COL1_IIDX:
col = 1;
col_pin = MAT_KEY_COL1_PIN;
break;
case MAT_KEY_COL2_IIDX:
col = 2;
col_pin = MAT_KEY_COL2_PIN;
break;
case MAT_KEY_COL3_IIDX:
col = 3;
col_pin = MAT_KEY_COL3_PIN;
break;
default:
break;
}
if (col != -1)
{
delay_ms(10); // 按键消抖
if (!(DL_GPIO_readPins(MAT_KEY_PORT, col_pin))) // 按下对应列
{
DL_GPIO_setPins(MAT_KEY_PORT, MAT_KEY_ROW2_PIN | MAT_KEY_ROW3_PIN); // 0000->0011
delay_ms(10);
if (!(DL_GPIO_readPins(MAT_KEY_PORT, col_pin))) // row为0或1
{
DL_GPIO_setPins(MAT_KEY_PORT, MAT_KEY_ROW1_PIN); // 0011->0111
delay_ms(10);
if (!(DL_GPIO_readPins(MAT_KEY_PORT, col_pin))) // row为0
{
row = 0;
}
else // row为1
{
row = 1;
}
}
else // row为2或3
{
DL_GPIO_clearPins(MAT_KEY_PORT, MAT_KEY_ROW2_PIN); // 0011->1101
DL_GPIO_setPins(MAT_KEY_PORT, MAT_KEY_ROW0_PIN | MAT_KEY_ROW1_PIN);
delay_ms(10);
if (!(DL_GPIO_readPins(MAT_KEY_PORT, col_pin))) // row为2
{
row = 2;
}
else // row为3
{
row = 3;
}
}
DL_GPIO_clearPins(MAT_KEY_PORT, MAT_KEY_ROW0_PIN | MAT_KEY_ROW1_PIN | MAT_KEY_ROW2_PIN | MAT_KEY_ROW3_PIN); // 0000
delay_ms(10); // 防止重置行输出后再次进入中断
key_num = col * 4 + row + 1;
DL_GPIO_clearInterruptStatus(MAT_KEY_PORT, MAT_KEY_COL0_PIN | MAT_KEY_COL1_PIN | MAT_KEY_COL2_PIN | MAT_KEY_COL3_PIN); // 清除按键抖动或者二分扫描时产生的中断请求
}
}
}
8.整型（int）转字符串（char[]）的函数。这个函数在将整型数据上传串口时会用到。
void int2char(int num,char str[])
{
int i = 0;
// 处理0的特殊情况
if (num == 0) {
str[i++] = '0';
str[i] = '\0';
return;
}
// 逆序构建字符串
while (num > 0) {
int rem = num % 10;
str[i++] = rem + '0'; // 将数字转换为字符
num = num / 10;
}
// 反转字符串
str[i] = '\0'; // 添加字符串结束符
int start = 0;
int j = i - 1;
while (start < j) {
char temp = str[start];
str[start] = str[j];
str[j] = temp;
start++;
j--;
}
}
9.OLED的展示的函数。
void ShowBasicInfo(int show_num1,int select_x,int select_y) //OLED显示基础信息
{
OLED_Clear();
OLED_WR_Byte(0xA1, OLED_CMD); //--Set SEG/Column Mapping 0xa0左右反置 0xa1正常
OLED_WR_Byte(0xC8, OLED_CMD);
OLED_ShowNum(0,0,1,1,14);
OLED_ShowString(0,2,"PA26");
OLED_ShowNum(0,4,frequence_1,7,14);
OLED_ShowNum(0,6,duty_cycle_1,3,14);
OLED_ShowChar(36,6,'%',16);
OLED_ShowNum(60,0,2,1,14);
OLED_ShowString(60,2,"PA16");
OLED_ShowNum(60,4,frequence_2,7,14);
OLED_ShowNum(60,6,duty_cycle_2,3,14);
OLED_ShowChar(96,6,'%',16);
//
// //额外展示的选中修改信息
OLED_ShowChar(select_x,select_y,'*',8); //显示当前选中通道
OLED_ShowNum(75,0,show_num1,7,14);
}
九、遇到的主要难题及解决办法
主要难题是：使用多个定时器时会出现中断资源冲突问题。
最开始我使用两个定时器通过中断修改GPIO电平来输出PWM波，然后又设置了一个定时器来控制OLED每产生1000次中断（1s）刷新一次，又设置了一个定时器来控制串口每产生1000次中断（1s）发送一次信息到上位机。
然而我很快发现，有的时候OLED突然就不显示，又或者有的时候写在主程序while中进行判断的按键突然就没有反应了，有的时候串口不发送信息了，或者PWM波输出异常了。通过多次实验测试我才发现，中断资源是会互相抢占影响的，这大大影响了各个模块的正常使用，这也诱发我思考将这些模块减少中断实现。
于是我尝试将OLED显示和串口上传放到主程序中，每隔0.5s（因为按键判断也占一定的时间）执行一次，然而，按键的执行仍然不灵敏，而且PWM波的输出仍然会受到OLED显示和串口上传的影响。我突然意识到这些资源都是有限的，该怎么才能使用最少的资源实现最好的效果呢？
经过我的多次实验（实际上是好几天的折磨），才尽量将每个模块使用的资源降到我尽力能降到的最低。
1. 优化PWM波的输出方式。改变之前每隔一个占空比调节精度产生一个中断的方式，先是优化成每次改变信号输出电平产生一个中断，到再优化成直接使用TIMER-PWM来输出PWM波（因为之前一直以为无法修改其频率遂在前期抛弃使用）。
2. 优化OLED显示时机。因为OLED显示内容的变化总是发生在按键控制之后，于是我设定每次按键按过后，执行过相关操作后再让OLED显示，并易于其1s的缓冲显示时间，同时降低键盘误触风险。缺点是按键盘可能每次需要至少隔1s时间。
3. 优化串口上传时机。因为尝试过每隔1s上传串口信息会影响我按键的判断，所以我讲串口上传的时间也修改在了按键按过之后。于是，每次串口上传时间差也大于1s。但其实我觉得这影响不大，因为我的每次频率和占空比的修改都是在按键按过之后才会发生，因此不会有漏显示信息的风险，反而，信息的输出具有冗余。
感觉最大的问题就是设计和优化问题，其他倒还是小问题。
十、未来的计划或建议
未来我可能不会用这块板子，因为它的性能要求实在太苛刻了，需要大量时间的调优和重新设计。
我的建议是，如果是想学习一下怎么一次次优化（zhe mo zi ji）实现方式，可以尝试一下这块板子。不然，我不建议新手碰这块板子，它绝对不是一块适合单片机入门学习的板子，用stm32，或者用小脚丫这类fpga这样的会好很多。
而且，它的资料和例程也比较少，如果你要说SDK例程挺多，但是我觉得看SDK的例程是大佬（我不是大佬，我看不懂就是了）会干的事，绝对不适合新手。这是我作为一个菜鸟痛苦挣扎这么多天的经验和建议。
然后，可以加一下这个板子的官方交流群，群友很友好，提问题也会帮忙，特此感谢友好的大家。
鲜de芒果
meiyao聪聪哥哥