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[導(dǎo)讀]PWM 在單片機中的應(yīng)用是非常廣泛的,它的基本原理很簡單,但往往應(yīng)用于不同場合上意義也不完全一樣,這里我先把基本概念和基本原理給大家介紹一下,后邊遇到用的時候起碼知道是個什么東西。PWM 是 Pulse Width Modul

PWM 在單片機中的應(yīng)用是非常廣泛的,它的基本原理很簡單,但往往應(yīng)用于不同場合上意義也不完全一樣,這里我先把基本概念和基本原理給大家介紹一下,后邊遇到用的時候起碼知道是個什么東西。

PWM 是 Pulse Width Modulation 的縮寫,它的中文名字是脈沖寬度調(diào)制,一種說法是它利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種有效的技術(shù),其實就是使用數(shù)字信號達到一個模擬信號的效果。這是個什么概念呢?我們一步步來介紹。

首先從它的名字來看,脈沖寬度調(diào)制,就是改變脈沖寬度來實現(xiàn)不同的效果。我們先來看三組不同的脈沖信號,如圖 10-1 所示。


圖 10-1 PWM 波形


這是一個周期是 10ms,即頻率是 100Hz 的波形,但是每個周期內(nèi),高低電平脈沖寬度各不相同,這就是 PWM 的本質(zhì)。在這里大家要記住一個概念,叫做“占空比”。占空比是指高電平的時間占整個周期的比例。比如第一部分波形的占空比是 40%,第二部分波形占空比是 60%,第三部分波形占空比是 80%,這就是 PWM 的解釋。

那為何它能對模擬電路進行控制呢?大家想一想,我們數(shù)字電路里,只有 0 和 1 兩種狀態(tài),比如我們第 2 章學(xué)會的點亮 LED 小燈那個程序,當我們寫一個 LED = 0;小燈就會長亮,當我們寫一個 LED = 1;小燈就會滅掉。當我們讓小燈亮和滅間隔運行的時候,小燈是閃爍。

如果我們把這個間隔不斷的減小,減小到我們的肉眼分辨不出來,也就是 100Hz 以上的頻率,這個時候小燈表現(xiàn)出來的現(xiàn)象就是既保持亮的狀態(tài),但亮度又沒有 LED = 0;時的亮度高。那我們不斷改變時間參數(shù),讓 LED = 0;的時間大于或者小于 LED = 1;的時間,會發(fā)現(xiàn)亮度都不一樣,這就是模擬電路的感覺了,不再是純粹的 0 和 1,還有亮度不斷變化。大家會發(fā)現(xiàn),如果我們用 100Hz 的信號,如圖 10-1 所示,假如高電平熄滅小燈,低電平點亮小燈的話,第一部分波形熄滅 4ms,點亮 6ms,亮度最高,第二部分熄滅 6ms,點亮 4ms,亮度次之,第三部分熄滅 8ms,點亮 2ms,亮度最低。那么用程序驗證一下我們的理論,我們用定時器T0 定時改變 P0.0 的輸出來實現(xiàn) PWM,與純定時不同的是,這里我們每周期內(nèi)都要重載兩次定時器初值,即用兩個不同的初值來控制高低電平的不同持續(xù)時間。為了使亮度的變化更加明顯,程序中使用的占空比差距更大。

#include

sbitPWMOUT= P0^0;

sbitADDR0= P1^0;

sbitADDR1= P1^1;

sbitADDR2= P1^2;

sbitADDR3= P1^3;

sbitENLED= P1^4;


unsignedchar HighRH=0;//高電平重載值的高字節(jié)

unsignedchar HighRL=0;//高電平重載值的低字節(jié)

unsignedchar LowRH=0;//低電平重載值的高字節(jié)

unsignedchar LowRL=0;//低電平重載值的低字節(jié)


voidConfigPWM(unsignedint fr,unsignedchar dc);

voidClosePWM();


voidmain(){

unsignedint i;

EA=1;//開總中斷

ENLED=0;//使能獨立 LED

ADDR3=1;

ADDR2=1;

ADDR1=1;

ADDR0=0;


while(1){

ConfigPWM(100,10);//頻率 100Hz,占空比 10%

for(i=0; i<40000; i++);

ClosePWM();

ConfigPWM(100,40);//頻率 100Hz,占空比 40%

for(i=0; i<40000; i++);

ClosePWM();

ConfigPWM(100,90);//頻率 100Hz,占空比 90%

for(i=0; i<40000; i++);

ClosePWM();//關(guān)閉 PWM,相當于占空比 100%

for(i=0; i<40000; i++);

}

}

/* 配置并啟動 PWM,fr-頻率,dc-占空比 */

voidConfigPWM(unsignedint fr,unsignedchar dc){

unsignedint high, low;

unsignedlong tmp;


tmp=(11059200/12)/ fr;//計算一個周期所需的計數(shù)值

high=(tmp*dc)/100;//計算高電平所需的計數(shù)值

low= tmp- high;//計算低電平所需的計數(shù)值

high=65536- high+12;//計算高電平的重載值并補償中斷延時

low=65536- low+12;//計算低電平的重載值并補償中斷延時


HighRH=(unsignedchar)(high>>8);//高電平重載值拆分為高低字節(jié)

HighRL=(unsignedchar)high;

LowRH=(unsignedchar)(low>>8);//低電平重載值拆分為高低字節(jié)

LowRL=(unsignedchar)low;


TMOD&=0xF0;//清零 T0 的控制位

TMOD|=0x01;//配置 T0 為模式 1

TH0= HighRH;//加載 T0 重載值

TL0= HighRL;

ET0=1;//使能 T0 中斷

TR0=1;//啟動 T0

PWMOUT=1;//輸出高電平

}

/* 關(guān)閉 PWM */

voidClosePWM(){

TR0=0;//停止定時器

ET0=0;//禁止中斷

PWMOUT=1;//輸出高電平

}

/* T0 中斷服務(wù)函數(shù),產(chǎn)生 PWM 輸出 */

voidInterruptTimer0() interrupt1{

if(PWMOUT==1){//當前輸出為高電平時,裝載低電平值并輸出低電平

TH0= LowRH;

TL0= LowRL;

PWMOUT=0;

}else{//當前輸出為低電平時,裝載高電平值并輸出高電平

TH0= HighRH;

TL0= HighRL;

PWMOUT=1;

}

}

需要提醒大家的是,由于標準 51 單片機中沒有專門的 PWM 模塊,所以我們用定時器加中斷的方式來產(chǎn)生 PWM,而現(xiàn)在有很多的單片機都會集成硬件的 PWM 模塊,這種情況下需要我們做的就僅僅是計算一下周期計數(shù)值和占空比計數(shù)值然后配置到相關(guān)的 SFR 中即可,既使程序得到了簡化又確保了 PWM 的輸出品質(zhì)(因為消除了中斷延時的影響)。

大家編譯下載程序后,會發(fā)現(xiàn)小燈從最亮到滅一共 4 個亮度等級。如果我們讓亮度等級更多,并且讓亮度等級連續(xù)起來,會產(chǎn)生一個小燈漸變的效果,與呼吸有點類似,所以我們習(xí)慣上稱之為呼吸燈,程序代碼如下,這個程序用了 2 個定時器 2 個中斷,這是我們第一次這樣用,大家可以學(xué)習(xí)一下。我們來試試這個程序,試完了大家一定要能自己把程序?qū)懗鰜?,切記?/p>

#include

sbitPWMOUT= P0^0;

sbitADDR0= P1^0;

sbitADDR1= P1^1;

sbitADDR2= P1^2;

sbitADDR3= P1^3;

sbitENLED= P1^4;


unsignedlong PeriodCnt=0;//PWM 周期計數(shù)值

unsignedchar HighRH=0;//高電平重載值的高字節(jié)

unsignedchar HighRL=0;//高電平重載值的低字節(jié)

unsignedchar LowRH=0;//低電平重載值的高字節(jié)

unsignedchar LowRL=0;//低電平重載值的低字節(jié)

unsignedchar T1RH=0;//T1 重載值的高字節(jié)

unsignedchar T1RL=0;//T1 重載值的低字節(jié)


voidConfigTimer1(unsignedint ms);

voidConfigPWM(unsignedint fr,unsignedchar dc);


voidmain(){

EA=1;//開總中斷

ENLED=0;//使能獨立 LED

ADDR3=1;

ADDR2=1;

ADDR1=1;

ADDR0=0;


ConfigPWM(100,10);//配置并啟動 PWM

ConfigTimer1(50);//用 T1 定時調(diào)整占空比

while(1);

}

/* 配置并啟動 T1,ms-定時時間 */

voidConfigTimer1(unsignedint ms){

unsignedlong tmp;//臨時變量

tmp=11059200/12;//定時器計數(shù)頻率

tmp=(tmp* ms)/1000;//計算所需的計數(shù)值

tmp=65536- tmp;//計算定時器重載值

tmp= tmp+12;//補償中斷響應(yīng)延時造成的誤差

T1RH=(unsignedchar)(tmp>>8);//定時器重載值拆分為高低字節(jié)

T1RL=(unsignedchar)tmp;

TMOD&=0x0F;//清零 T1 的控制位

TMOD|=0x10;//配置 T1 為模式 1

TH1= T1RH;//加載 T1 重載值

TL1= T1RL;

ET1=1;//使能 T1 中斷

TR1=1;//啟動 T1

}

/* 配置并啟動 PWM,fr-頻率,dc-占空比 */

voidConfigPWM(unsignedint fr,unsignedchar dc){

unsignedint high, low;

PeriodCnt=(11059200/12)/ fr;//計算一個周期所需的計數(shù)值

high=(PeriodCnt*dc)/100;//計算高電平所需的計數(shù)值

low= PeriodCnt- high;//計算低電平所需的計數(shù)值

high=65536- high+12;//計算高電平的定時器重載值并補償中斷延時

low=65536- low+12;//計算低電平的定時器重載值并補償中斷延時

HighRH=(unsignedchar)(high>>8);//高電平重載值拆分為高低字節(jié)

HighRL=(unsignedchar)high;

LowRH=(unsignedchar)(low>>8);//低電平重載值拆分為高低字節(jié)

LowRL=(unsignedchar)low;


TMOD&=0xF0;//清零 T0 的控制位

TMOD|=0x01;//配置 T0 為模式 1

TH0= HighRH;//加載 T0 重載值

TL0= HighRL;

ET0=1;//使能 T0 中斷

TR0=1;//啟動 T0

PWMOUT=1;//輸出高電平

}

/* 占空比調(diào)整函數(shù),頻率不變只調(diào)整占空比 */

voidAdjustDutyCycle(unsignedchar dc){

unsignedint high, low;

high=(PeriodCnt*dc)/100;//計算高電平所需的計數(shù)值

low= PeriodCnt- high;//計算低電平所需的計數(shù)值

high = 65536 - high + 12

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