AndroidThings系列之六：PWM输出

本文是AndroidThings的第六篇，将为大家演示如何通过PWM实现电灯。

需要注意的是，PWM输出并不是模拟信号，而是利用数字输出来达到模拟信号的特性，通过调整频率及占空比，可以实现常规模拟信号不能达到的要求，在电机控制、灯光调光方面应用非常广泛。在AndroidThings设备中使用PWM，方法更简单！

脉宽调制 （PWM）是使用数字输出引脚向外部器件施加比例控制信号的常用方法。例如，伺服电机使用输入PWM信号的脉冲宽度来确定它们的旋转角度。LCD显示器根据PWM信号的平均值调整其亮度。

PWM是一种数字（即方波）信号，它根据给定的频率和占空比振荡

• 频率（以Hz表示）描述输出脉冲重复的频率。

• 周期是每个周期所需的时间，并且是频率的倒数。

• 占空比（以百分比表示）描述该频率窗内的脉冲宽度。

例如，设置为50％占空比的PWM信号在每个周期的一半时间内有效：i.MX7D提供的PWM接口如下

接口引脚图上看到有两个PWM，即PWM1和PWM2，这一点可以通过如下的代码来加以验证

Log.d(TAG, "PWM" + PeripheralManager.getInstance().getPwmList());

LogCat输出信息如下：

/com.example.netlh.pwm D/AndroidThings: PWM[PWM1, PWM2]

接下来我们使用LED灯来做一个呼吸灯效果，实现PWM输出测试。

LED灯连接到PWM1接口，使用Handler.postDelay()来做简单的定时功能。当然在此之前记得打开IO权限

<uses-permission android:name="com.google.android.things.permission.USE_PERIPHERAL_IO" />

接下来看代码，如何来实现呼吸灯的效果

    private static final String PWM_NAME = "PWM1";
    private Pwm mPwm;
    private Handler mHandler = new Handler();
    private int mDutyCycle = 0;
    private int step = 10;

PWM_NAME是PWM1设备的名称，在AndroidThings，外设都是以字符串的形式来提供，无谓好坏，只是命名习惯而已。可能很多在MCU上编程的用户习惯了使用数字编号来指定，在AndroidThings里，就遵循这个习惯好了。

mPwm变量表示的是PWM对象，所有与PWM相关的操作都是通过该对象来实现，不过使用的时候注意如何处理异常。

接下来的三个变量都是用来实现呼吸灯效果的，mHandler可以实现代码的延迟执行，精度为ms级。mDutyCycle代表的是PWM的占空比，step变量用来动态调整占空比。

@Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Log.d(TAG, "PWM" + PeripheralManager.getInstance().getPwmList());
 
        try {
            mPwm = PeripheralManager.getInstance().openPwm(PWM_NAME);
            mPwm.setPwmFrequencyHz(1000);
            mPwm.setPwmDutyCycle(mDutyCycle);
            mPwm.setEnabled(true);
 
            mHandler.post(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
 
                    mDutyCycle += step;
 
                    if(mDutyCycle == 100) {
                        step = -10;
                    } else if(mDutyCycle == 0) {
                        step = 10;
                    }
                    try {
                        Log.d(TAG, "run: " + mDutyCycle);
                        mPwm.setPwmDutyCycle((float)mDutyCycle);
                    } catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace(); 
                    }
                    mHandler.postDelayed(this, 100);
                }
            });
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

重点戏都在这里，虽然代码不多，可是我们所要的功能都在这里。

首先打开PWM1设备，然后设置PWM中最重要的两个参数，即频率和占空比，这里我们将频率设置为1000Hz即周期为1ms，占空比初始值为0，也就是说LED灯处于熄灭状态。

接下来使用Handler来实现延时操作，Handler.postDelay()延迟若干毫秒后再执行指定的Runnable，在这个过程中动态调整占空比，从而实现呼吸灯的效果。

最后是资源的释放问题，代码如下

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        if (mPwm != null) {
            try {
                mPwm.close();
                mPwm = null;
            } catch (IOException e) {
                Log.w(TAG, "Unable to close PWM", e);
            }
        }
    }

前文已解释过，这里不再赘述。

编译、上传代码到开发板，在LogCat会看到如下信息

01-01 00:47:38.744 2788-2788/com.example.netlh.pwm D/AndroidThings: DutyCycle: 10
01-01 00:47:38.845 2788-2788/com.example.netlh.pwm D/AndroidThings: DutyCycle: 0
01-01 00:47:38.947 2788-2788/com.example.netlh.pwm D/AndroidThings: DutyCycle: 10
01-01 00:47:39.050 2788-2788/com.example.netlh.pwm D/AndroidThings: DutyCycle: 20
01-01 00:47:39.152 2788-2788/com.example.netlh.pwm D/AndroidThings: DutyCycle: 30
01-01 00:47:39.252 2788-2788/com.example.netlh.pwm D/AndroidThings: DutyCycle: 40

占空比以每秒10次的频率变化，相应的LED灯也会动态调整亮度，从而实现了呼吸灯的效果。

测试过程中发现一个问题，应该算是Android Studio的BUG。不过要注意，在应用的模块级别 build.gradle 文件中将 minSdkVersion 设置为 15 或以上时，Instant Run 才受支持。为获得最佳性能，可以将 minSdkVersion 设置为 21 或更高。

使用Instant Run时会导致APP退出，必须得重新启动APP才可以执行。

需要注意的是，PWM输出并不是模拟信号，而是利用数字输出来达到模拟信号的特性，通过调整频率及占空比，可以实现常规模拟信号不能达到的要求，在电机控制、灯光调光方面应用非常广泛。在AndroidThings设备中使用PWM，方法更简单！