2. PWM输出¶

在前面章节中，我们通过 python3-libgpiod、python-periphery、Adafruit Blinka 这三个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。

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。

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。

2.2. 实验准备¶

在板卡上的部分资源可能默认未被开启，在使用前请根据需要修改 /boot/uEnv.txt 文件，可添加对应设备树插件的加载，重启系统，以在系统中添加对应资源。

如本节实验中，可能在鲁班猫系统中默认没有使能 PWM 的功能，所以要将 PWM 的功能开启。同时本例中使用PWM功能进行演示时，部分鲁班猫板卡会利用到LED灯占用的引脚，所以还要将对应的LED设备树插件取消加载，否则被占的引脚无法使用libgpiod等的方式进行控制。

方法参考如下：

如若鲁班猫板卡（如鲁班猫i.MX6ULL板卡）演示PWM时使用到的引脚与LED灯引脚复用，需要取消LED设备树插件加载，如下：

添加PWM设备树插件，以使系统支持PWM功能，如下：

# PWM设备树插件内容
dtoverlay=/usr/lib/linux-image-4.19.35-imx6/overlays/imx-fire-pwm.dtbo

如若运行代码时出现“Device or resource busy”或者运行代码卡死等等现象，请按上述情况检查并按上述步骤操作。

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。

# 在终端中输入如下命令，可以查看到PWM资源：
ls /sys/class/pwm/

板卡上的PWM资源示例，仅供参考：

2.3. 方式一：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《Linux 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¶

为方便观察实验现象，建议先将其他两个LDE灯调整为常灭状态，复制如下命令，在终端中输入并执行：

echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip7/export
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip6/export
echo 1000000 > /sys/class/pwm/pwmchip7/pwm0/period
echo 1000000 > /sys/class/pwm/pwmchip6/pwm0/period
echo "inversed" > /sys/class/pwm/pwmchip7/pwm0/polarity
echo "inversed" > /sys/class/pwm/pwmchip6/pwm0/polarity
echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip7/pwm0/enable
echo 1 > /sys/class/pwm/pwmchip6/pwm0/enable
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip7/unexport
echo 0 > /sys/class/pwm/pwmchip6/unexport

使用 python-periphery 库进行PWM输出的示例代码如下：

配套代码 io/periphery/pwm_test.py文件内容¶

from periphery import PWM
import time

# 定义占空比递增步长
step = 0.05
# 定义range最大范围
rangeMax = int(1/0.05)

try:
    # 打开 PWM 3, channel 0 ,对应开发板上PWM3外设
    pwm = PWM(2, 0)
    # 设置PWM输出频率为 1 kHz
    pwm.frequency = 1e3
    # 设置占空比为 0%
    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 == 1.0:
            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 = 1.0
    # 释放资源
    pwm.close()

代码说明：

第11行，创建了一个PWM对象
第13、15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17行，根据对应的参数，使能PWM波形输出

2.3.2.1. 实验操作¶

示例代码使用LubanCat i.MX6ULL板卡，操作如下：

# 确认已安装python-periphery包
# 确认禁用了LED设备树插件并使能了PWM设备树插件

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

# 可看到板载的LED灯会有明暗变化

2.4. 方式二：使用Adafruit Blinka¶

Adafruit Blinka 与 python-periphery 功能类似，PWM输出也是基于Linux的PWM子系统实现的。只是在代码上的用法略有不同。

2.4.1. 安装Adafruit Blinka¶

重要

如在前面小节中安装了此库，务必跳过此操作。

Adafruit Blinka 的安装方式如下：

# 在板卡使用如下命令安装
sudo apt -y install python3-libgpiod # 注：如已安装，忽略此步
sudo pip3 install Adafruit-Blinka

2.4.2. Adafruit-Blinka输出PWM¶

使用这个 Adafruit Blinka 进行输入输出的示例代码如下：

配套代码 io/blinka/pwm_test.py文件内容¶

import time
import board
import pwmio

led = pwmio.PWMOut(board.PWM1, frequency=5000, duty_cycle=0)

while True:
    for i in range(100):
        # PWM LED up and down
        if i < 50:
            led.duty_cycle = int(i * 2 * 65535 / 100)  # Up
        else:
            led.duty_cycle = 65535 - int((i - 50) * 2 * 65535 / 100)  # Down
        time.sleep(0.01)

代码说明：

第2~3行，board及pwmio都是Blinka包提供的库
第5行，定义了LED使用的引脚为板上的PWM资源：PWM1，并设置输出的PWM频率为5000，占空比为0
第7~14行，通过for循环语句，调整PWM输出的占空比，实现LED灯的呼吸效果

实验操作与上一小节相同，将程序在板卡上运行即可。

代码片段的 board.PWM1 中的PWM1是在Blinka库定义好的LubanCat板卡资源。

当我们申请对应的板卡资源的时候，它会检测板卡型号，然后根据板卡信息加载相应的资源定义，所以我们可以直接使用定义好的资源名，使用起来相对 python-periphery 会更直观。

更详细的引脚定义可直接查看 Adafruit Blinka的源码：

这些文件里定义的引脚与板卡的关系可查看：敬请期待