PWM 생성 — 원리, 듀티사이클, GTM TOM

# PWM 생성 — 원리, 듀티사이클, GTM TOM

## PWM이란?

PWM(Pulse Width Modulation, 펄스 폭 변조)은  
디지털 핀을 고속으로 켜고 끄면서 아날로그 출력을 흉내 내는 기술입니다.

```
100% 듀티사이클:
  ──────────────────────────────  (항상 HIGH)

50% 듀티사이클:
  ───     ───     ───     ───
      ───     ───     ───     ───

25% 듀티사이클:
  ──          ──          ──
    ──────────  ──────────

0% 듀티사이클:
  ________________________________ (항상 LOW)
```

---

## 핵심 파라미터

```
    ┌──────┐          ┌──────┐
    │      │          │      │
────┘      └──────────┘      └────

├──────┤
     ON시간 (Ton)

├──────────────────┤
          주기 (T)

듀티사이클(%) = Ton / T × 100
주파수(Hz)    = 1 / T
```

### 주파수와 듀티사이클의 독립성

PWM의 강점은 **주파수는 고정하고 듀티사이클만 변경**할 수 있다는 점입니다.

- LED 밝기 조절: 주파수 1 kHz 고정, 듀티사이클 0~100%
- DC 모터 속도 제어: 주파수 20 kHz 고정, 듀티사이클로 전압 비율 조절
- 서보모터: 주파수 50 Hz 고정, 듀티사이클 5~10%로 각도 제어

---

## 타이머 기반 PWM 동작 원리

```
카운터 값
  ▲
  │                     ARR(주기값)
ARR│─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─
  │         ╱│         ╱│
CCR│─ ─ ─ ─╱ │─ ─ ─ ─╱ │  ← CCR(비교값, 듀티사이클 결정)
  │       ╱  │       ╱  │
  │     ╱    │     ╱    │
  │   ╱      │   ╱      │
  │ ╱        │ ╱        │
  └──────────────────────────▶ 시간

출력 핀:
  ──────┐   ┌──────┐   ┌──
        └───┘      └───┘
  HIGH 구간      LOW 구간
  (카운터 < CCR) (카운터 ≥ CCR)
```

- **ARR(Auto-Reload Register)**: 카운터 최댓값 → 주파수 결정
- **CCR(Capture/Compare Register)**: 비교값 → 듀티사이클 결정

---

## TC37x — GTM 모듈

TC37x의 PWM은 **GTM(Generic Timer Module)** 내의  
**TOM(Timer Output Module)** 채널로 생성합니다.

### GTM 구조 개요

```
+─────────────────────────────────────────+
│                  GTM                    │
│  +──────────────────────────────────+   │
│  │         TIM (입력 캡처)           │   │
│  +──────────────────────────────────+   │
│  +──────────────────────────────────+   │
│  │  TOM (타이머 출력, PWM 생성)      │   │
│  │  TOM0: 채널 0~15                 │   │
│  │  TOM1: 채널 0~15                 │   │
│  +──────────────────────────────────+   │
│  +──────────────────────────────────+   │
│  │  ATOM (고해상도 출력)             │   │
│  +──────────────────────────────────+   │
+─────────────────────────────────────────+
```

TOM 채널 하나 = PWM 채널 하나입니다.

### iLLD — IfxGtm_Tom_Pwm 사용법

```c
#include "IfxGtm_Tom_Pwm.h"

IfxGtm_Tom_Pwm_Handle g_tomPwm;

void initPwm(void)
{
    // GTM 클럭 활성화
    IfxGtm_enable(&MODULE_GTM);
    IfxGtm_Cmu_enableClocks(&MODULE_GTM, IFXGTM_CMU_CLKEN_FXCLK);

IfxGtm_Tom_Pwm_Config pwmConfig;
    IfxGtm_Tom_Pwm_initConfig(&pwmConfig, &MODULE_GTM);

// TOM 채널 및 출력 핀 설정
    pwmConfig.tom              = IfxGtm_Tom_0;
    pwmConfig.tomChannel       = IfxGtm_Tom_Ch_0;
    pwmConfig.pin.outputPin    = &IfxGtm_TOM0_0_TOUT0_P02_0_OUT; // 핀 매핑

// 주파수 및 듀티사이클 설정
    pwmConfig.frequency        = 20000;    // 20 kHz
    pwmConfig.dutyCycle        = 0.5f;     // 50%

pwmConfig.synchronousUpdateEnabled = TRUE;

IfxGtm_Tom_Pwm_init(&g_tomPwm, &pwmConfig);
    IfxGtm_Tom_Pwm_start(&g_tomPwm, TRUE);
}

// 런타임 듀티사이클 변경
void setPwmDuty(float duty)  // duty: 0.0 ~ 1.0
{
    IfxGtm_Tom_Pwm_setParams(&g_tomPwm, 20000, duty);
}
```

---

## 듀티사이클 계산 예시

```
목표: 20 kHz PWM, 듀티사이클 30%

GTM 클럭: 100 MHz (예시)

ARR = 클럭 / 주파수 = 100,000,000 / 20,000 = 5,000 틱
CCR = ARR × 듀티사이클 = 5,000 × 0.30 = 1,500 틱

출력:
  ┌──────┐               ┌──────┐
  │1500틱│    3500틱      │1500틱│
──┘      └───────────────┘      └─
```

---

## 응용: LED 밝기 제어

```c
// 1 kHz PWM으로 LED 밝기 제어
// duty 0.0 = 꺼짐, 1.0 = 최대 밝기
void setLedBrightness(float brightness)
{
    if (brightness < 0.0f) brightness = 0.0f;
    if (brightness > 1.0f) brightness = 1.0f;
    IfxGtm_Tom_Pwm_setParams(&g_ledPwm, 1000, brightness);
}
```

## 응용: DC 모터 속도 제어

```c
// 20 kHz PWM + H-Bridge 드라이버
// 인간 가청 주파수(20 kHz) 이상으로 설정하여 소음 제거
void setMotorSpeed(float speed)  // -1.0 ~ +1.0
{
    if (speed >= 0.0f) {
        setDirection(FORWARD);
        IfxGtm_Tom_Pwm_setParams(&g_motorPwm, 20000, speed);
    } else {
        setDirection(REVERSE);
        IfxGtm_Tom_Pwm_setParams(&g_motorPwm, 20000, -speed);
    }
}
```

---

## 다른 MCU와의 비교

STM32의 PWM은 TIMx 채널에서 직접 출력됩니다.  
TC37x의 GTM TOM은 더 복잡한 구조이지만,  
독립적인 GTM 서브클럭을 사용하므로 CPU 부하 없이  
다수의 PWM 채널을 동시에 정밀하게 제어할 수 있습니다.  
차량용 모터 제어(BLDC, PMSM) 같은 고성능 응용에 유리합니다.

---

## 정리

| 항목 | 설명 |
|------|------|
| 듀티사이클 | ON 시간 / 주기 × 100, 출력 전압 비율 |
| ARR | 카운터 최댓값, 주파수 결정 |
| CCR | 비교값, 듀티사이클 결정 |
| GTM TOM | TC37x PWM 출력 모듈 |
| IfxGtm_Tom_Pwm | TOM 채널 PWM 생성 iLLD 드라이버 |

PWM 생성 — 원리, 듀티사이클, GTM TOM

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