Posted By Ryan Hu on 9 月 10, 2018 in 教學文, 開發主板 | 1 comment

延續上篇【嵌入式學習心得#1】簡易雷達調光的MCU設定，從看懂Datasheet開始，本篇文章會著重在雷射調光的PWM功能實踐。

Timer 到底應該怎麼切？

先補充一下上回Timer 未分享完的部分。

記得上篇文章的切法，我是以 10 millisecs 為最小單位做切割，當時只是想說，客人的要求既然是 1 min，如果切 1 millisec，豈不是要設定變數值為 60000，因為是 8 bit 的 MCU，資料型態的決定上就需要更加小心，不然真的後患無窮（溢位很容易就出問題），但後來發現這樣真的很不方便，因為刻度不夠細，沒有辦法到非常精準，雖然肉眼看不太出來，但客人還是會拿示波器挑戰你。

從上面的觀點來看，好像要精準就沒辦法計時太久，而要計時久一點，就沒辦法太精準。但其實是有解法的，前輩有提到通常還是習慣用 1 millisec 做切割，如果需要比較長時間的計時，會設多個全域變數，如下片段程式碼：

https://gist.github.com/Ryanhu1015/1a60a19b6231d3f0fc76b85c537bb085#file-timer0-c

以上的寫法只是用了三個全域變數做累加，分別區分毫秒、秒、分。至於實際執行（ISR）的程式碼片段，有人會放 main 裡面，也有人喜歡直接放在 ISR function 內做判斷，但現在刻度變得這麼細，還是放在 main 裡面保險一點（雖然說 main 裡面盡可能乾淨沒錯），畢竟如果 ISR 執行時間超過 1 millisec，基本上程式就會開始出現問題（會 crash，之前做 NTP 時鐘的時候就有出現過）。另外，因為現在是 1 millisec，所以 TH0 和 TL0 兩個暫存器的值也要做調整，相關算法請見上篇。

PWM 該如何實作？

接下來是本章的重頭戲：PWM該怎麼實作？

由 SN8F5701 的 datasheet 知道 PWM 的實作是在 Timer 3，16-bit up counting timer。PWM 是 output pin，總共有 6 個 channel 的 PWM function，即是和 GPIO shared 腳位，這裡不特別細講 PWM 和 GPIO 之間的轉換。PWM 再回到 GPIO 時，會是上一次變成 PWM 前的 GPIO mode，以及 T3 interrupt，因為這次沒用到。

有趣的是在 Arduino 上直接用 analogWrite 的 function 可以做的事情，在這裡需要自己設定所有東西，就用以下程式碼片段做介紹：

https://gist.github.com/Ryanhu1015/6d9b7377aa5328fd3784608a6b01817a#file-pwm-c

如上程式碼，PWCH 這個暫存器是控制那隻 pin 腳要設為 PWM output，我的例子是 P01，我覺得最有趣的還是 T3YH 和 T3YL 兩個暫存器，他們決定了 PWM 要切成幾個等份，和 T3RATE（速度）配合去做出某種頻率的 pwm，客人的 spec 要求要 1K 的 pwm，我這次很懶，直接讓 T3RATE 設為 fosc/1，算算剛好 T3YH 和 T3YL 切成 120 等份會有 1K pwm 的效果，通常還是切 100 等份比較直覺。

而 PWM 的 duty cycle 即是用 PW1DH 和 PW1DL 兩個暫存器設定的，客人的 spec 要求是 20% duty cycle，而因為電路設計的關係，剛好會是倒過來的，即設定 80% duty cycle 表現出來的才是 20%。

其實 PWM 還有滿多功能可以玩的，比如說 inverse function、頻率倍數調整等。不過這些這次我都還沒有機會實作到，如果之後有遇到會再分享出來。

從datasheet了解fosc / fcpu

這兩個新名詞我第一次看到的時候真的是不知道代表什麼意思，直到全部看完 datasheet 才漸漸瞭解各別代表的意義。fosc 是震盪器的頻率 （system clock -> IHRC 為 32MHz），而 fcpu 是可以根據 CLKSEL 和 CLKCMD 兩個暫存器做調整，意思是說 fcpu <= fosc （固定值）。

小結

本文最後要來分享一下，截至目前為止，無關乎我對埋控(MCU)理解的多寡，純粹是要講在開發的過程中哪些該注意，哪些可以讓未來的維護更容易，或是往後再開發的速度能夠有效掌控的方式。

就從上一篇文章提到的程式碼架構開始，因為客人需求的多變，可能今天開給我們的 spec 跟他現場真的看到的樣子有落差，就會再和我們討論調整，如果程式碼寫死（意即照 spec freestyle 硬幹），客人要我們改點小東西，我們在沒有架構的情況下，可能又要花上一天的時間把程式碼做修正。

為了不讓這麼蠢的事情發生，在開始照著 spec 下手寫 code 前，都習慣會先自己假定幾種客人「可能會再改的部分」，這個很靠經驗，把這些會再改的部分一一變成參數的形式，程式碼會相對變比較肥，但好處絕對勝過沒架構的版本，這樣在完成後只需要做參數，比如說 const 做 #define的調整，程式碼就能依照新的參數執行。

比如說上面的 pwmValue 就是一個 const int，使用者可以直接更改數字去做到不同 duty cycle 的 PWM效果，只是個超小的範例，但就是這個感覺沒錯。

另外，前輩也有跟我提到，「寫久了就會建自己的 Library」，比如說 PWM function 其實每顆埋控的實作都大同小異，所以把 PWM模板寫好，等到下次遇到別顆埋控時，只要照 datasheet 改變參數就可以。但我發現其實沒這麼簡單，因為所謂「模板」，程度上很難抓，會不知道到底要寫的多細節，或是多粗糙才算是有用的模板（我試過，基本上寫到後來整個 PWM function 都移過去了），我發現這個也很靠經驗，所以等我真的知道怎麼拿捏時再分享出來。

建自己的 library 真的有很方便的感覺，同樣的東西就不用一直重寫，對於開發的人也比較好做後續的維護，因為不會每次都不一樣。

p.s：下篇文章是簡易雷達調光的最終章，要談 UART 和 ADC 的功能實作 ，請待下回揭曉。

（本文轉載於自造者萊恩、原文連結；責任編輯：周政毅）