## 用PWM控制LED亮度

### 1. RP2040的PWM
脉宽调制(PWM)是一种数字信号提供平滑变化的平均电压的方案。这是通过一定宽度的正脉冲以一定的间隔实现的。高消耗时间的比例称为占空比。这可以用来近似模拟输出，或控制开关模式电力电子。
RP2040 PWM模块有8个相同的切片。每个薄片可以驱动两个PWM输出信号，或测量一个输入信号的频率或占空比。这提供了总共多达16个可控PWM输出。所有30个GPIO引脚都可以由PWM模块驱动。
{{ :rp2040_pwm.png |}}

单个PWM片。一个16位计数器从0计数到一些编程值，然后wrap到零，或计数回来，取决于PWM模式。A和B输出过渡高和低基于当前计数值和预编程的A和B阈值。计数器根据若干事件前进:它可以是自由运行的，或者由B引脚上输入信号的电平或边缘门控。分数分频器降低了整体计数率，以更好地控制输出频率。
 A single PWM slice. A 16-bit counter counts from 0 up to some programmed value, and then wraps to zero, or counts back down again, depending on PWM mode. The A and B outputs transition high and low based on the current count value and the preprogrammed A and B thresholds. The counter advances based on a number of events: it may be free- running, or gated by level or edge of an input signal on the B pin. A fractional divider slows the overall count rate for finer control of output frequency.

每个PWM片配置如下:
  * 16位计数器
  * 8.4分数时钟分频器
  * 两个独立的输出通道，占空比从0%到100%包含
  * 用于频率测量的边缘敏感输入模式
  * 用于占空比测量的电平敏感输入模式
  * 可配置计数器warp值
    * Wrap和水平寄存器是双缓冲，而PWM运行时，可以改变中断请求和DMA请求计数器Wrap以便没有竞争
  * 相位可以在运行时精确地提前或延迟(增加一个计数)
可以通过单个全局控件寄存器同时启用或禁用片。然后这些薄片完美地同步运行，这样就可以通过多个薄片的输出来切换更复杂的电源电路。
{{ :rp2040_pwm_mach.png |}}
{{ :rp2040_pwm_reg.png |}}

### 2. 参考示例

使用电位器的直流电压来控制LED的亮度，LED的亮度由PWM进行控制，这个任务在MicroPython中非常简单。

<code python>
# Raspberry Pi Pico LED PWM Test
# led-pwm.py

# POT - Pico GPIO 28 ADC2

# RED LED - Pico GPIO 25

# EETree Info&Tech 2021
# https://www.eetree.cn


import machine
import utime

led_red = machine.PWM(machine.Pin(25))
potentiometer = machine.ADC(28)

led_red.freq(1000)

while True:
    led_red.duty_u16(potentiometer.read_u16())
 
</code>

在这个脚本中需要注意的一个关键项目是我们定义 "led_red "的方式。我们将其定义为 "PWM"，而不是输出。电位器的定义与上一个脚本中的方式完全相同。

现在我们已经给输出赋予了 "PWM "的属性，它继承了许多其他参数。其中之一是PWM频率，我们将其设置为1000Hz。

在true循环中，我们不断地从电位器中获取无符号的16位值，并将其传递给LEDs占空比，也方便地指定为无符号的16位整数。

这就说明了两者保持相同的编号方案的价值，不需要将模拟值，真的是0到4095，映射到占空比，真的是0到100。

运行程序，你应该可以顺利地控制红色LED段的亮度。


### 2. 卓晴老师的例子
控制板载LED的波形是PWM运行。
<code python>
from machine import Pin, PWM
import time

pwm = PWM(Pin(25))

pwm.freq(1000)

duty = 0
direction = 1

for _ in range(16*255):
    duty += direction

    if duty > 255:
        duty = 255
        direction = -1
    elif duty < 0:
        duty = 0
        direction = 1

    pwm.duty_u16(duty*duty)
    time.sleep(0.001)
</code>
PWM是软件PWM，它可以设置在任意管脚上。初步测试过Pin0, 15, 16等等。都具有相类似波形。



### 3. 呼吸灯的例子

<code python>
from machine import Pin, PWM,Timer

LED = PWM(Pin(25))
 
n = 0
 
def breathing(t):
    global n
    LED.duty_u16(abs(32000- n*1000))
    n = (n + 1) % 64
 
T0 = Timer(-1)
T0.init(period=20, mode=Timer.PERIODIC, callback=breathing)
</code>

### 3. Maker.io上的文章
[[https://www.digikey.com/en/maker/projects/raspberry-pi-pico-and-rp2040-micropython-part-1-blink/58b3c31ac93649849b58824caa00529c|使用MicroPython点灯]]

### 4. 使用DMA来传递PWM控制字

<code c>
/**
 * Copyright (c) 2020 Raspberry Pi (Trading) Ltd.
 *
 * SPDX-License-Identifier: BSD-3-Clause
 */

// Fade an LED between low and high brightness. An interrupt handler updates
// the PWM slice's output level each time the counter wraps.

#include "pico/stdlib.h"
#include <stdio.h>
#include "pico/time.h"
#include "hardware/irq.h"
#include "hardware/pwm.h"

#ifdef PICO_DEFAULT_LED_PIN
void on_pwm_wrap() {
    static int fade = 0;
    static bool going_up = true;
    // Clear the interrupt flag that brought us here
    pwm_clear_irq(pwm_gpio_to_slice_num(PICO_DEFAULT_LED_PIN));

    if (going_up) {
        ++fade;
        if (fade > 255) {
            fade = 255;
            going_up = false;
        }
    } else {
        --fade;
        if (fade < 0) {
            fade = 0;
            going_up = true;
        }
    }
    // Square the fade value to make the LED's brightness appear more linear
    // Note this range matches with the wrap value
    pwm_set_gpio_level(PICO_DEFAULT_LED_PIN, fade * fade);
}
#endif

int main() {
#ifndef PICO_DEFAULT_LED_PIN
#warning pwm/led_fade example requires a board with a regular LED
#else
    // Tell the LED pin that the PWM is in charge of its value.
    gpio_set_function(PICO_DEFAULT_LED_PIN, GPIO_FUNC_PWM);
    // Figure out which slice we just connected to the LED pin
    uint slice_num = pwm_gpio_to_slice_num(PICO_DEFAULT_LED_PIN);

    // Mask our slice's IRQ output into the PWM block's single interrupt line,
    // and register our interrupt handler
    pwm_clear_irq(slice_num);
    pwm_set_irq_enabled(slice_num, true);
    irq_set_exclusive_handler(PWM_IRQ_WRAP, on_pwm_wrap);
    irq_set_enabled(PWM_IRQ_WRAP, true);

    // Get some sensible defaults for the slice configuration. By default, the
    // counter is allowed to wrap over its maximum range (0 to 2**16-1)
    pwm_config config = pwm_get_default_config();
    // Set divider, reduces counter clock to sysclock/this value
    pwm_config_set_clkdiv(&config, 4.f);
    // Load the configuration into our PWM slice, and set it running.
    pwm_init(slice_num, &config, true);

    // Everything after this point happens in the PWM interrupt handler, so we
    // can twiddle our thumbs
    while (1)
        tight_loop_contents();
#endif
}
</code>

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