2. PWM输出

在前面章节中，我们通过 python3-libgpiod、python-periphery 这几个Python库，编写了操作GPIO外设的Python应用程序，最终实现了在鲁班猫板卡上通过Python应用程序， 点亮了板卡上的LED灯以及使用了按键资源。那么在本小节中，我们接着为大家介绍上述库中提供的另外一项功能，PWM波形输出。

本节实验中，会使用到控制LED灯GPIO引脚，做PWM输出。届时大家可以通过LED灯的明暗变化查看到实验现象(板卡可能需要外接LED)。

2.1. PWM实验

通过控制GPIO引进的高低电平变化，我们可以做些一些简单的控制，比如控制LED灯的亮灭。 如果我们进一步去调整GPIO引脚电平变化的频率、持续的时间，那么基于此，我们可以做的控制就可以变得更加复杂，这就是PWM（脉冲宽度调制）。

通常我们可以利用PWM波形输出实现许多功能，比如控制LED灯的光亮程度、无源蜂鸣器的响度、甚至可以控制小舵机。 本节实验中我们就通过输出PWM，来控制LED灯实现LED呼吸灯效果（以LubanCat 2板卡为例，外接LED）。

关于PWM究竟是如何产生作用的，我们在此不作过多探究，大家可以自行搜索PWM的原理。 本节重点是提供PWM输出的实例，当然这离不开我们前面介绍的Python库。

重要

若无特殊提及，本书教程基于Python 3.8.10版本(extboot分区Ubuntu20.04镜像)进行实验及讲解。

2.2. 实验准备

在板卡上的部分GPIO可能会被系统占用，可注释掉某些设备树节点或者设备树插件的加载，重启系统，释放相应的GPIO引脚， 当然也可以换个引脚测试，LubanCat_RK系列板卡的引脚参考下： 《LubanCat-RK系列-40pin引脚对照图》

如出现 Permission denied 或类似字样，请注意用户权限，大部分操作硬件外设的功能，几乎都需要root用户权限，简单的解决方案是在执行语句前加入sudo或以root用户运行程序。

pwm设备树插件的开启方法（以LubanCat 2为例）：

# 不同板卡的配置文件和pwm不同，以LubanCat 2为例，配置文件为uEnvLubanCat 2.txt，
# 可以开启pwm8、 pwm9、 pwm10、 pwm14
# 登录系统终端，打开/boot/uEnv/uEnvLubanCat 2.txt文件

sudo vim /boot/uEnv/uEnvLubanCat 2.txt
#进入编辑模式，取消pwm前面的注释，保存并退出文件，重启系统
broken 
# 在终端中输入如下命令，可以查看到当前板卡的PWM资源：
ls /sys/class/pwm/

板卡上的PWM资源示例，仅供参考：

broken

pwmchip0是pwm4，用在背光调节，图片中后面的pwmchip1是我们开启设备树添加，对应硬件上的pwm8，依次类推。

2.3. 使用python-periphery

python-periphery 库支持的PWM输出是基于Linux的PWM子系统实现的，所以要想利用该库做PWM输出， 需要板卡提供支持。像鲁班猫板卡，就可以完美使用 python-periphery 库实现PWM输出。 这样这样一来，就不需要我们在软件层面上利用GPIO模拟PWM输出。

关于PWM子系统相关内容，参考 《PWM控制》 。

2.3.1. 安装 python-periphery

重要

如在前面小节中安装了此库，务必跳过此操作。

python-periphery 的安装方式如下：

# 在板卡使用如下命令安装
sudo pip3 install python-periphery

2.3.2. periphery输出PWM

使用 python-periphery 库进行PWM输出的示例代码如下：

配套代码 io/pwm/pwm_test_periphery.py文件内容
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from periphery import PWM
import time

try:
    # 定义占空比递增步长
    step = 0.05
    # 定义range最大范围
    rangeMax = int(1/0.05)
    # 打开 PWM 8, channel 0 ,对应开发板上PWM8外设
    pwm = PWM(1, 0)
    # 设置PWM输出频率为 1 kHz
    pwm.frequency = 1e3
    # 设置占空比为 0%，一个周期内高电平的时间与整个周期时间的比例。
    pwm.duty_cycle = 0.00
    # 开启PWM输出
    pwm.enable()
    while True:
        for i in range(0,rangeMax):
            # 休眠step秒
            time.sleep(step)
            # 设置占空比每次加 step% , 使用 round 避免浮点运算误差
            pwm.duty_cycle = round(pwm.duty_cycle+step,2)
        # 常灭1秒
        if pwm.duty_cycle == 0.0:
            time.sleep(1)
        for i in range(0,rangeMax):
            time.sleep(step)
            pwm.duty_cycle = round(pwm.duty_cycle-step,2)
except:
    print("Some errors occur!\n")
finally:
    # 退出时熄灭LED
    pwm.duty_cycle = 0.0
    # 释放资源
    pwm.close()

代码说明：

  • 第10行，创建了一个PWM对象

  • 第12、14行，分别对该PWM对象的参数做了初始化，分别是PWM输出波形的频率、占空比

  • 第16行，根据对应的参数，使能PWM波形输出

提示

如果不熟悉PWM一些python模块的使用，可以进入python终端交互模式，使用命令 from periphery import PWM 和 help(PWM) ，查看PWM模块相关的帮助。

2.3.2.1. 实验操作

示例代码使用LubanCat 2板卡，操作如下：

# 确认已安装python-periphery包
# 使能了PWM设备树插件，确认开启的pwm

# 在板卡pwm_test.py所在的目录执行如下命令
sudo python3 pwm_test.py

如果提示权限问题，可以切换root用户然后运行：

#切换到root，是密码root
su root

如果外接LED可看到板载的LED灯会有明暗变化，或者可以通过示波器查看波形。