MicroPython内核开发笔记书内软件用例 ：MEM相关实验用例

简 介： 本文给出了 MicroPython内核开发笔记：书内嵌入实验任务 中的 mem32 软件用例部分内容。

关键词： MicroPython，MM32F3277，mem32

• 本书稿内容隶属于 MicroPython内核开发笔记：书内嵌入实验任务 中的内容。

§01 书稿内容

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利用 MicroPython 中一组可以直接访问 MCU 内存的函数，mem8、mem16、mem32，可以分别按4字节、2字节、1字节访问内存空间。 MCU 中的绝大多数功能模块所对应的控制寄存器都分布在 ARM 内核存储空间里，因此 借助于这组内存访问函数，不仅可以直接绕过 MicroPython 内核对MCU进行操作，提高软件运行速度，更重要的是，能够实现在 MicroPython内核中尚不具备的功能，或者部分功能存在缺陷需要修正。

下面通过一些具体示例来展示这方面的应用。

一、模拟比较器模块

在 MM32F3277 内核中，具有两个 模拟比较器：COMP1，COMP2，它们挂载在内部 APB2 总线上。

▲ 图1.1.1 MM32F3277 内部功能模块以及访问总线

在现在的 MicroPython 内核中，并没有将模拟比较器的相关功能实现。可以通过 mem32 函数来对模拟比较器进行初始化，并读取比较器输出状态。

1、初始化模拟比较器

模拟比较器挂载在 APB2总线上，在使用之前，需要通过RCC控制器使能COMP1,COMP2的时钟。

下面代码是通过 APB2寄存器使能 模拟比较器时钟。

RCC_BASE    = const(0x40021000)
APB2ENR     = const(RCC_BASE+11*4)
APB1ENR     = const(RCC_BASE+12*4)

mem32[APB2ENR] |= 0x8000

根据 MM32F3277 数据手册，查到模拟比较器对应的控制器存内部功能定义。具体如下图所示。

▲ 图1.1.2 模拟比较器的控制寄存器

通过改变该寄存器设置，可以选择模拟比较器的输入管脚，输出管脚，以及工作模式。详细情况可以参见MM32F3277数据手册。 模拟比较器的输出（OUT）位于比较控制寄存器的第30位。

下面代码使能 COMP1,2。

COMP_BASE = const(0x40014000)
COMP_CSR1 = const(COMP_BASE+0xc)
COMP_CSR2 = const(COMP_BASE+0x10)
COMP_CRV  = const(COMP_BASE+0x18)
COMP_POLL1 = const(COMP_BASE+0x1c)
COMP_POLL2 = const(COMP_BASE+0x20)
mem32[COMP_CSR1] |= 0x1
mem32[COMP_CSR2] |= 0x1

2、测试模拟比较器

根据上面设置，两个模拟比较器的输入分别为 PA0（正向输入端）、PA4（反向输入端）。 通过以下代码可以查看两个比较器的输出。

print('%08x'%mem32[COMP_CSR1])
print('%08x'%mem32[COMP_CSR2])

设置 PA0 为高电平， PA4 为低电平。查看比较器的输出为：

40000001
40000001

可以看到结果中 30 位是 1，表示比较器输出高电平。

设置 PA0 为低电平，PA4为高电平。查看比较器的输出为：

00000001
00000001

结果中的 30位是0， 比较比较器输出为低电平。可以看到 CSR 中的 OUT 位置反映了外部电压比较的结果。

上面给出了通过 mem32 直接访问单片机模拟比较器控制寄存器，实现比较器工作的方法。大家也可以进一步研究 MM32F3277 数据手册，开发模拟比较器的新的使用方法。

二、改变PWM频率精度

1、PWM信号频率误差

在当前 MicroPython 中 PWM功能实现中，存在一个缺点，那就是 PWM 频率精度会出现比较大的误差。其中的原因就是 PWM 定时器的 ARR 被固定在 999，定时器的 CNT 的计数范围是 0 ~ 999。 通过设置 PWM 的 duty 数值，可以使得 PWM 的占空比的变化精度为 1/1000。但这也带来了 PWM 频谱与设置频率之间存在着较大的误差。

下图给出了设置 PWM 的频率从 500 到 2000Hz 之间变化，通过外部频率计实际测量输出信号的频率，它们之间的绝对误差随着设定频率的不同而发生变化。特别是当设定频率越高，可能产生的误差越大。

▲ 图1.2.1 PWM信号频率误差随着频率设定值产生的变化

产生误差的原因来自于 PWM 定时器中的分配计数器只能取整数。 假设单片机定时器的工作频率来自于 MCU 主频，对应频率为 $f_{osc}=120MHz$ 。对于 $ARR=999$ ，PWM 的频率是由 TIM3/TIM4 预分频计数器的数值决定。 $$f_{PWM}=\frac{f_{osc}}{\left(1+PSC\right)\cdot \left(ARR+1\right)}$$ 由于 PSC 必须采用整数，所以对应输出 $f_{PWM}$ 会存在一定的误差。

三、PWM频率误差补偿

如果针对 PWM 频率误差，同时调整 ARR 的取值，使其能够补偿由于 PSC 取整所带来的的误差。下面代码利用了 mem32 函数直接对定时器中的 ARR 进行修改，使其补偿频率误差。

#------------------------------------------------------------
from micropython            import const
APB1PERIPH_BASE = const(0x40000000)
TIM3_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0400)
TIM4_BASE       = const(APB1PERIPH_BASE + 0x0800)
TIM_TYPE_CR1    = const(0*4)
TIM_TYPE_CR2    = const(1*4)
TIM_TYPE_SR     = const(4*4)
TIM_TYPE_CNT    = const(9*4)
TIM_TYPE_PSC    = const(10*4)
TIM_TYPE_ARR    = const(11*4)
TIM_TYPE_CCR1   = const(13*4)
TIM_TYPE_CCR2   = const(14*4)
TIM_TYPE_CCR3   = const(15*4)
TIM_TYPE_CCR4   = const(16*4)

def pwmFreq(f, pwm):
    fosc = 96e6
    psc = int(fosc/f/1000) - 1
    arr = int(fosc/(1+psc)/f) - 1

    if pwm < 4: base = TIM3_BASE
    else: base = TIM4_BASE

    mem32[base+TIM_TYPE_PSC] = psc
    mem32[base+TIM_TYPE_ARR] = arr

    return arr

经过实际测量，PWM 的输出频率与设定频率之间的误差基本上在 0.1% 左右，这就极大提高的 PWM 频率的精度。

※ 总  结 ※

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本文给出了 MicroPython内核开发笔记：书内嵌入实验任务 中的 mem32 软件用例部分内容。

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■ 相关文献链接:

• MicroPython内核开发笔记：书内嵌入实验任务

● 相关图表链接:

• 图1.1.1 MM32F3277 内部功能模块以及访问总线
• 图1.1.2 模拟比较器的控制寄存器
• 图1.2.1 PWM信号频率误差随着频率设定值产生的变化