用PWM輸出方波的API

鴻蒙系統(tǒng)IoT硬件子系統(tǒng)提供了PWM相關(guān)接口，接口頭文件為wifiiot_pwm.h，其中開(kāi)始輸出方波的接口為：

/** 
 
 * @brief Outputs PWM signals based on the input parameters. 
 
 * 
 
 * This function outputs PWM signals from a specified port based on 
 
 * the configured frequency division multiple and duty cycle. 
 
 * 
 
 * @param port Indicates the PWM port number. 
 
 * @param duty Indicates the PWM duty cycle. 
 
 * @param freq Indicates the frequency-division multiple. 
 
 * @return Returns {@link WIFI_IOT_SUCCESS} if the operation is successful; 
 
 * returns an error code defined in {@link wifiiot_errno.h} otherwise. 
 
 * @since 1.0 
 
 * @version 1.0 
 
 */ 
unsigned int PwmStart(WifiIotPwmPort port, unsigned short duty, unsigned short freq); 

PWM輸出的方波頻率

通過(guò)PwmStart接口的注釋，可以知道freq參數(shù)是分頻倍數(shù)，PWM實(shí)際輸出的方波頻率等于 PWM時(shí)鐘源頻率 除以 分頻倍數(shù)，即

f = Fcs / freq

其中，F(xiàn)cs是PWM時(shí)鐘源頻率；

PWM輸出方波的占空比
通過(guò)PwmStart接口的duty參數(shù)可以控制輸出方波的占空比，占空比是指PWM輸出的方波波形的高電平時(shí)間占整個(gè)方波周期的比例，具體占空比值是 duty 和 freq的比值，例如想要輸出占空比 50%的方波信號(hào)，那么duty填的值就要是 freq/2；

音符-頻率對(duì)應(yīng)關(guān)系

這個(gè)表中有一個(gè)規(guī)律——音高升高一個(gè)八度，頻率升高一倍。

表格來(lái)自：https://liam.page/2018/04/09/pitch-interval-and-harmonic/

開(kāi)發(fā)板可以輸出的最低頻率
通過(guò)前面的公式，我們知道：

1. PWM輸出的方波頻率和freq成反比，freq越大，輸出的方波頻率越??；
2. freq是unsinged short類型，最大值為65535；
   因此，輸出頻率的最小值取決于時(shí)鐘源，而PWM的默認(rèn)時(shí)鐘源為160M:

unsigned int HalPwmInit(HalWifiIotPwmPort port) 
{ 
    if (hi_pwm_set_clock(PWM_CLK_160M) != HI_ERR_SUCCESS) { 
        return (unsigned int)HAL_WIFI_IOT_FAILURE; 
    } 
    return hi_pwm_init((hi_pwm_port)port); 
} 

160M時(shí)鐘源條件下，輸出方波的最低頻率是：160M/65535=2441.44...，這個(gè)頻率還是略高，在上面的表格中沒(méi)有找到音名。但是我可以用上面表格值繼續(xù)往后推算兩個(gè)八度，就能夠覆蓋這個(gè)頻率（不過(guò)通常只使用7個(gè)八度，所以還是有點(diǎn)高）。

如果時(shí)鐘源頻率可以更低，那么輸出頻率也可以更低！
幸運(yùn)的是，通過(guò)調(diào)用hi_pwm_set_clock接口，可以修改時(shí)鐘源：

/** 
 * @ingroup iot_pwm 
 * 
 * Enumerates the PWM clock sources.CNcomment:PWM時(shí)鐘源枚舉。CNend 
 */ 
typedef enum { 
    PWM_CLK_160M, /**< 160M APB clock.CNcomment:160M 工作時(shí)鐘 CNend */ 
    PWM_CLK_XTAL, /**< 24M/40M crystal clock.CNcomment:24M或40M 晶體時(shí)鐘 CNend */ 
    PWM_CLK_MAX   /**< Maximum value, which cannot be used.CNcomment:最大值，不可使用CNend */ 
} hi_pwm_clk_source; 
 
hi_u32 hi_pwm_set_clock(hi_pwm_clk_source clk_type); 

通過(guò)注釋我們知道hi_pwm_set_clock(PWM_CLK_XTAL);可以將時(shí)鐘源設(shè)置為晶體時(shí)鐘，晶體時(shí)鐘可能為24M或40M；

那么問(wèn)題來(lái)了——晶體時(shí)鐘頻率到底是多少？

晶體時(shí)鐘頻率是多少？
可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)算出晶體時(shí)鐘頻率，具體步驟如下：

1. 使用 hi_pwm_set_clock(PWM_CLK_XTAL); 設(shè)置時(shí)鐘源為晶體時(shí)鐘；
2. 使用PwmStart(WIFI_IOT_PWM_PORT_PWM0, 20*1000, 40*1000);輸出方波信號(hào)；
3. 使用示波器測(cè)量方波頻率，根據(jù)測(cè)量的頻率計(jì)算時(shí)鐘源頻率；

經(jīng)實(shí)際測(cè)量，方波頻率為1000Hz，

因此，時(shí)鐘頻率為 1000 * 40 * 1000，即 40 MHz;
可以輸出的方波最低頻率
因此，方波最低頻率就是 40M / 65535 ，也就是：

>>> 40 * 1000 * 1000 / 65535
610.3608758678569
對(duì)照上面的頻率表，可以知道，能夠輸出E5及以上的所有音符；

準(zhǔn)備曲譜
為了代碼實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，我選擇了《兩只老虎》的曲譜作為素材，在簡(jiǎn)譜網(wǎng)找到了簡(jiǎn)譜：
 

簡(jiǎn)譜說(shuō)明
簡(jiǎn)譜上的一些記號(hào)，有的同學(xué)可能不太清楚是什么意思，這里簡(jiǎn)單說(shuō)明一下：

1. 左上角的1=C是表示調(diào)式（可以不用關(guān)心），1是唱名，C是音名，1=C是正調(diào)（就是常規(guī)的對(duì)應(yīng)關(guān)系: 1-C，2-D, 3-E, 4-F, 5-G, 6-A, 7-B）；
2. 左上角的 4/4 是四四拍，是指 四分音符為一拍， 每小節(jié)有四拍；
3. 下面譜子上的豎線就是每個(gè)小節(jié)分隔符，和4/4對(duì)應(yīng)；
4. “跑得快”上面5后面的橫線表示延時(shí)一拍；
5. “一只沒(méi)有眼睛”一句，5后面的點(diǎn)表示順延半拍，一條下劃線表示二分之一時(shí)間，兩條下劃線表示四分之一時(shí)間；
   編寫(xiě)代碼
   有了以上知識(shí)，我們就可以編寫(xiě)代碼了，關(guān)鍵代碼如下：

static const uint16_t g_tuneFreqs[] = { // 音符對(duì)應(yīng)的分頻系數(shù) 
    0, // 40M Hz 時(shí)鐘源，C6 ~ B6： 
    38223, // 1 1046.5 
    34052, // 2 1174.7 
    30338, // 3 1318.5 
    28635, // 4 1396.9 
    25511, // 5 1568 
    22728, // 6 1760 
    20249, // 7 1975.5 
    51021 // 5_ 783.99 // 低一個(gè)八度的 5 
}; 
 
// 曲譜音符 
static const uint8_t g_scoreNotes[] = { 
    // 《兩只老虎》簡(jiǎn)譜：http://www.jianpu.cn/pu/33/33945.htm 
    1, 2, 3, 1,        1, 2, 3, 1,        3, 4, 5,  3, 4, 5, 
    5, 6, 5, 4, 3, 1,  5, 6, 5, 4, 3, 1,  1, 8, 1,  1, 8, 1, // 最后兩個(gè) 5 應(yīng)該是低八度的，鏈接圖片中的曲譜不對(duì)，聲音到最后聽(tīng)起來(lái)不太對(duì)勁 
}; 
 
// 曲譜時(shí)值，根據(jù)簡(jiǎn)譜記譜方法轉(zhuǎn)寫(xiě) 
static const uint8_t g_scoreDurations[] = { 
    4, 4, 4, 4,        4, 4, 4, 4,        4, 4, 8,  4, 4, 8, 
    3, 1, 3, 1, 4, 4,  3, 1, 3, 1, 4, 4,  4, 4, 8,  4, 4, 8, 
}; 
 
static void *BeeperMusicTask(const char *arg) 
{ 
    (void)arg; 
 
    printf("BeeperMusicTask start!\r\n"); 
 
    hi_pwm_set_clock(PWM_CLK_XTAL); // 設(shè)置時(shí)鐘源為晶體時(shí)鐘（40MHz，默認(rèn)時(shí)鐘源160MHz） 
 
    for (size_t i = 0; i < sizeof(g_scoreNotes)/sizeof(g_scoreNotes[0]); i++) { 
        uint32_t tune = g_scoreNotes[i]; // 音符 
        uint16_t freqDivisor = g_tuneFreqs[tune]; 
        uint32_t tuneInterval = g_scoreDurations[i] * (125*1000); // 音符時(shí)間 
        printf("%d %d %d %d\r\n", tune, (40*1000*1000) / freqDivisor, freqDivisor, tuneInterval); 
        PwmStart(WIFI_IOT_PWM_PORT_PWM0, freqDivisor/2, freqDivisor); 
        usleep(tuneInterval); 
        PwmStop(WIFI_IOT_PWM_PORT_PWM0); 
    } 
 
    return NULL; 
} 

譜子中最后兩個(gè)5是錯(cuò)誤的，應(yīng)該是低八度的5，也就是5下面應(yīng)該打一個(gè)點(diǎn)；我修改了代碼，讓整個(gè)曲子聽(tīng)起來(lái)更自然；

完整代碼：https://gitee.com/hihopeorg/HarmonyOS-IoT-Application-Development/blob/master/02_device_control/beeper_music_demo.c