通过mem32函数来提高MM32 MicroPython 输出PWM 频率的精度

本文主要是介绍通过mem32函数来提高MM32 MicroPython 输出PWM 频率的精度，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

简介：利用mem32功能，对于MM32的MicroPython中的PWM频率精度低的问题，通过重新调整ARR来提高PWM频率精度。

关键词： PWM，MM32，MicroPython，mem32

§01 MM32 PWM输出

1.1 版本的优缺点

在MindMotion MM32 单片机上的MicroPython移植-PWM中给出了灵动公司SuYong移植在MM32F3277上的MicroPython版本中具有了PWM。相比于MicroPython官网给出的版本，这个版本的PWM优点：

它是基于两个Timer（TIM3、TIM4）给出了八个通道的PWM输出，所以它允许存在两组不同基频的PWM波形输出。从而可以分别控制舵机、直流电机控制等。

但在实现过程中，它的缺点也很明显。SuYong在实现过程中，对于ARR固定位999，对应PWM的CNT范围是从0 ~ 999。可以实现1/1000的输出PWM精度。但这带来对应的输出PWM频率精度受限。

这一点在 使用MM32 MicroPython产生双音频信号的局限性 进行了测量。下图给出从500到2000Hz之内， MM32 PWM频率出现的绝对误差。

▲ 图1.1.1 输出频率在500 ~ 2000 Hz之间对应的实际PWM频率误差

▲ 图1.1.1 输出频率在500 ~ 2000 Hz之间对应的实际PWM频率误差

1.2 误差分析

1.2.1 PWM频率确定

假设MM32F3277的Time工作频率来自于MCU的主频，对应 f o s c = 120 M H z f_{osc} = 120MHz fosc=120MHz 。对于 A R R = 999 ARR = 999 ARR=999 ，确定PWM频率是由TIM3/TIM4的预分配器 PSC 来决定。

f P W M = f o s c ( 1 + P S C ) ⋅ ( A R R + 1 ) f_{PWM} = {{f_{osc} } \over {\left( {1 + PSC} \right) \cdot \left( {ARR + 1} \right)}} fPWM=(1+PSC)⋅(ARR+1)fosc

由于PSC必须采用整数，所以对应输出的 f P W M f_{PWM} fPWM 会存在一定的误差。

1.2.2 误差

下面是从500 到1000 范围内设定的频率与实际频率之间的误差。

from headm import *

fset = range(500, 2000, 5)

def deltaf(f):
    fosc = 120e6
    psc = int(fosc/f/1000)-1
    freal = fosc/(1+psc)/1000

    return f-freal

fdel = [deltaf(f) for f in fset]

plt.plot(fset, fdel)

plt.xlabel("Set Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Delta Frequency(Hz)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()

▲ 从500 - 1000 内对应的频率误差

▲ 从500 - 1000 内对应的频率误差

下面是每隔5Hz计算出来的PWM 频率误差，这与在使用MM32 MicroPython产生双音频信号的局限性中实际测量的结果基本上很接近了。
▲ 图1.2.2 500 ~ 2000Hz 之间每隔5Hz计算出的理论频率误差

▲ 图1.2.2 500 ~ 2000Hz 之间每隔5Hz计算出的理论频率误差

1.3 如何改进PWM频率误差？

这个问题主要来自于在SuYong的PWM功能实现过程中，固定ARR为999，这就使得实际输出的PWM频率无法进行小的调整。下面给出一个计算方式，使得ARR在999范围前后，能够根据误差进行调整，使得输出的频率满足设定的频率。

1.3.1 修改方式

具体修改方式分为两步，有下面的函数给出：

def deltaf(f):
    fosc = 120e6
    psc = int(fosc/f/1000)-1
    arr = int(fosc/(1+psc)/f) - 1

    freal = fosc/(1+psc)/(1+arr)

    return f-freal,arr

1.3.2 修改结果

利用这种方式修改之后，对应的ARR在1000左右进行浮动，可以看到对应的频率误差都小于1/1000
▲ 对应的频率误差与ARR取值

▲ 对应的频率误差与ARR取值

1.4 在MicroPython实现

根据MM32F3277 MicroPython的 mem 函数对于MCU内存访问描述，可以利用mem32技术直接访问MM32F3277的寄存器，所以可以将上面修正后的频率所需要对应的PSC， ARR利用Mem32进行调整。从而实现提高PWM 输出频率的精度。

1.4.1 实现代码

#------------------------------------------------------------
from micropython            import const
APB1PERIPH_BASE = const(0x40000000)
TIM3_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0400)
TIM4_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0800)
TIM_TYPE_CR1    = const(0*4)
TIM_TYPE_CR2    = const(1*4)
TIM_TYPE_SR     = const(4*4)
TIM_TYPE_CNT    = const(9*4)
TIM_TYPE_PSC    = const(10*4)
TIM_TYPE_ARR    = const(11*4)
TIM_TYPE_CCR1   = const(13*4)
TIM_TYPE_CCR2   = const(14*4)
TIM_TYPE_CCR3   = const(15*4)
TIM_TYPE_CCR4   = const(16*4)

def pwmFreq(f, pwm):
    fosc = 96e6
    psc = int(fosc/f/1000) - 1
    arr = int(fosc/(1+psc)/f) - 1

    if pwm < 4: base = TIM3_BASE
    else: base = TIM4_BASE

    mem32[base+TIM_TYPE_PSC] = psc
    mem32[base+TIM_TYPE_ARR] = arr

    return arr

#------------------------------------------------------------
pwmFreq(697, 0)
pwmFreq(697, 4)

1.4.2 测试结果

实际测量对应的输出频率结果为 697.32Hz。

测试设定PWM频率与实际输出频率之间的误差。为什么是这样，现在无法解释。
▲ 图1.4.1 500 到 2000Hz 之间的设置与输出频率之间的误差

▲ 图1.4.1 500 到 2000Hz 之间的设置与输出频率之间的误差

下面对于arr的取值进行调整，进行四舍五入。另外对于ARR设置为10000左右，可以看到误差频率在10000分之一左右。

▲ 图1.4.2 频率在500-2000Hz之间的设置误差

▲ 图1.4.2 频率在500-2000Hz之间的设置误差

▲ 图1.4.3 在频率 500 - 1600Hz之内的频率误差

▲ 图1.4.3 在频率 500 - 1600Hz之内的频率误差

※ 总结 ※

利用mem32功能，对于MM32的MicroPython中的PWM频率精度低的问题，通过重新调整ARR来提高PWM频率精度。

2.1 软件代码

2.1.1 MicroPython程序

from machine                import Pin,mem32,PWM
import utime

led = Pin('PB2', Pin.OUT_PUSHPULL)
f = 697
pwm0 = PWM(0, freq=f, duty=500)
pwm1 = PWM(4, freq=f, duty=500)

from micropython            import const
APB2PERIPH_BASE = const(0x40010000)
UART1_BASE    = const(APB2PERIPH_BASE + 0x3800)
UART1_RDR     = const(UART1_BASE + 1*4)
UART1_CSR     = const(UART1_BASE + 2*4)
REPLBUF_LENGTH = const(64)
replbuf = [0]*REPLBUF_LENGTH
replpoint = 0
def procREPL(f):
    global replbuf,replpoint
    if mem32[UART1_CSR] & 0x2:
        bc = mem32[UART1_RDR]
        if replpoint < REPLBUF_LENGTH-1:
            replbuf[replpoint] = bc
            replpoint += 1
        if bc == 13:
            f(bytes(replbuf[0:replpoint-1]))
            replpoint = 0

from micropython            import const
APB1PERIPH_BASE = const(0x40000000)
TIM3_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0400)
TIM4_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0800)
TIM_TYPE_CR1    = const(0*4)
TIM_TYPE_CR2    = const(1*4)
TIM_TYPE_SR     = const(4*4)
TIM_TYPE_CNT    = const(9*4)
TIM_TYPE_PSC    = const(10*4)
TIM_TYPE_ARR    = const(11*4)
TIM_TYPE_CCR1   = const(13*4)
TIM_TYPE_CCR2   = const(14*4)
TIM_TYPE_CCR3   = const(15*4)
TIM_TYPE_CCR4   = const(16*4)

def pwmFreq(f, pwm, duty):
    fosc = 96e6
    psc = int(fosc/f/10000) - 1
    arr = int(fosc/(1+psc)/f+0.5)

    if pwm < 4: base = TIM3_BASE
    else:
        base = TIM4_BASE
        pwm -= 4

    mem32[base+TIM_TYPE_PSC] = psc
    mem32[base+TIM_TYPE_ARR] = arr

    ccr = int(arr*duty)
    mem32[base+TIM_TYPE_CCR1+pwm*4]
    return arr

def f(s):
    global pwm0,pwm1
    frq= int(s)
    print(frq)

    pwmFreq(frq, 0, 0.5)
    pwmFreq(frq, 4, 0.5)

while True:
    procREPL(f)

2.1.2 测试代码

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST3.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2022-02-05
#
# Note:
#============================================================
from headm import *                 # =
from tsmodule.tsstm32       import *
setf = range(500, 2000, 10)
outf = []
stm32cmd('SNDCD%d\r'%setf[0])
time.sleep(2)
for f in setf:
    stm32cmd('SNDCD%d\r'%f)
    time.sleep(2)
    meter = meterval()
    outf.append(meter[0])
    printff(f, meter[0])
    tspsave('measure', setf=setf, outf=outf)
delf = [f1-f2 for f1,f2 in zip(setf, outf)]
plt.plot(setf, delf)
plt.xlabel("SetFrequency")
plt.ylabel("Delta Frequency")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()
printf('\a')
#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST3.PY
#============================================================

2.1.3 mm32代码

from headm import *                 # =

caretpos = list(tspgetcaretpos())
headspaceself = '\r\n' +  ' '*caretpos[0] + 'self.'
headspace = '\r\n' +  ' '*caretpos[0]
headspaceonly = ' '*caretpos[0]
returnpos = 0

insertstr = ''

if len(sys.argv) > 1:
    if sys.argv[1] == 'repl':
        codestr = (
"from micropython   import const,mem32",
"APB2PERIPH_BASE = const(0x40010000)",
"UART1_BASE    = const(APB2PERIPH_BASE + 0x3800)",
"UART1_RDR     = const(UART1_BASE + 1*4)",
"UART1_CSR     = const(UART1_BASE + 2*4)",
"REPLBUF_LENGTH = const(64)",
"replbuf = [0]*REPLBUF_LENGTH",
"replpoint = 0",
"def procREPL(f):",
"    global replbuf,replpoint",
"    if mem32[UART1_CSR] & 0x2:",
"        bc = mem32[UART1_RDR]",
"        if replpoint < REPLBUF_LENGTH-1:",
"            replbuf[replpoint] = bc",
"            replpoint += 1",
"        if bc == 13:",
"            f(bytes(replbuf[0:replpoint-1]))",
"            replpoint = 0",
"def f(s):",
"    print(int(s))\r\n",
        )
        insertstr = headspace.join(codestr).rstrip(' ')

    elif sys.argv[1] == 'pwmf':
        codestr = (
"from micropython            import const",
"APB1PERIPH_BASE = const(0x40000000)",
"TIM3_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0400)",
"TIM4_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0800)",
"TIM_TYPE_CR1    = const(0*4)",
"TIM_TYPE_CR2    = const(1*4)",
"TIM_TYPE_SR     = const(4*4)",
"TIM_TYPE_CNT    = const(9*4)",
"TIM_TYPE_PSC    = const(10*4)",
"TIM_TYPE_ARR    = const(11*4)",
"TIM_TYPE_CCR1   = const(13*4)",
"TIM_TYPE_CCR2   = const(14*4)",
"TIM_TYPE_CCR3   = const(15*4)",
"TIM_TYPE_CCR4   = const(16*4)",
"def pwmFreq(f, pwm, duty):",
"    fosc = 96e6",
"    psc = int(fosc/f/10000) - 1",
"    arr = int(fosc/(1+psc)/f+0.5)",
"    if pwm < 4: base = TIM3_BASE",
"    else:",
"        base = TIM4_BASE",
"        pwm -= 4",
"    mem32[base+TIM_TYPE_PSC] = psc",
"    mem32[base+TIM_TYPE_ARR] = arr",
"    ccr = int(arr*duty)",
"    mem32[base+TIM_TYPE_CCR1+pwm*4]",
"    return arr\r\n",
        )
        insertstr = headspace.join(codestr).rstrip(' ')

    elif sys.argv[1] == 'xxxx':
        codestr = (
        )
        insertstr = headspace.join(codestr).rstrip(' ')

    else:
        printf("Unrecoginized argument.\a")
        exit()

if len(insertstr) > 0:
    clipboard.copy(insertstr)
    tsppasteclipboard()

    if returnpos > 0:
        tspsetcaretpos(caretpos[0], caretpos[1])

printf('\a')

■ 相关文献链接:

MindMotion MM32 单片机上的MicroPython移植-PWM
使用MM32 MicroPython产生双音频信号的局限性
MM32F3277 MicroPython的 mem 函数对于MCU内存访问

● 相关图表链接:

图1.1.1 输出频率在500 ~ 2000 Hz之间对应的实际PWM频率误差
从500 - 1000 内对应的频率误差
图1.2.2 500 ~ 2000Hz 之间每隔5Hz计算出的理论频率误差
对应的频率误差与ARR取值
图1.4.1 500 到 2000Hz 之间的设置与输出频率之间的误差
图1.4.2 频率在500-2000Hz之间的设置误差
图1.4.3 在频率 500 - 1600Hz之内的频率误差

这篇关于通过mem32函数来提高MM32 MicroPython 输出PWM 频率的精度的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对大家有所帮助，也希望大家多多支持为之网！

Python教程

通过mem32函数来提高MM32 MicroPython 输出PWM 频率的精度

§01 MM32 PWM输出

1.1 版本的优缺点

1.2 误差分析

1.2.1 PWM频率确定

1.2.2 误差

1.3 如何改进PWM频率误差？

1.3.1 修改方式

1.3.2 修改结果

1.4 在MicroPython实现

1.4.1 实现代码

1.4.2 测试结果

※ 总结 ※

2.1 软件代码

2.1.1 MicroPython程序

2.1.2 测试代码

2.1.3 mm32代码

前端开发

后端开发

移动端开发

数据库

服务器运维

人工智能

区块链

游戏开发

网站运营

大数据/云计算

软件工程

软件/开发工具使用

资讯

通过mem32函数来提高MM32 MicroPython 输出PWM 频率的精度

§01 MM32 PWM输出

1.1 版本的优缺点

1.2 误差分析

1.2.1 PWM频率确定

1.2.2 误差

1.3 如何改进PWM频率误差？

1.3.1 修改方式

1.3.2 修改结果

1.4 在MicroPython实现

1.4.1 实现代码

1.4.2 测试结果

※ 总 结 ※

2.1 软件代码

2.1.1 MicroPython程序

2.1.2 测试代码

2.1.3 mm32代码

前端开发

后端开发

移动端开发

数据库

服务器运维

人工智能

区块链

游戏开发

网站运营

大数据/云计算

软件工程

软件/开发工具使用

资讯

※ 总结 ※