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標題: 第9章 綜合練習9.9 [打印本頁]
作者: 卓然塵世間    時間: 2026-4-15 10:15
標題: 第9章 綜合練習9.9
9.9 PWM知識與實例
PWM在單片機中的應用是非常廣泛的，它的基本原理很簡單，但往往應用于不同場合上意義也不完全一樣。
PWM是Pulse Width Modulation的縮寫，中文名字是脈沖寬度調制，一種說法是它利用微處理器的數字輸出對模擬電路進行控制的一種有效的技術，其實就是使用數字信號達到一個模擬信號的效果。這是個什么概念呢？
首先從名字來看，脈沖寬度調制，就是改變脈沖寬度來實現不同的效果。先來看三組不同的脈沖信號，如圖9-5所示。

圖9-5 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，高低電平脈沖寬度各不相同，這就是PWM的本質。引入一個概念--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。
為何它能對模擬電路進行控制呢？數字電路里，只有0和1兩種狀態，比如第2章學會的點亮LED小燈那個程序，寫一個LED = 0;小燈就會長亮，寫一個LED = 1;小燈就會滅掉。當讓小燈亮和滅間隔運行的時候，小燈是閃爍。如果把這個間隔不斷的減小，減小到肉眼分辨不出來，也就是100Hz以上的頻率，這個時候小燈表現出來的現象就是既保持亮的狀態，但亮度又沒有LED = 0;時的亮度高。不斷改變時間參數，讓LED = 0;的時間大于或者小于LED = 1;的時間，會發現亮度都不一樣，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。如果用100Hz的信號，如圖9-5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理論，用定時器T0定時改變P0.0的輸出來實現PWM，與純定時不同的是，這里每周期內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 <reg52.h>
sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned char HighRH = 0;  //高電平重載值的高字節
unsigned char HighRL = 0;  //高電平重載值的低字節
unsigned char LowRH  = 0;  //低電平重載值的高字節
unsigned char LowRL  = 0;  //低電平重載值的低字節
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);
void ClosePWM();
void main()
{
    unsigned int 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 */
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc)
{
    unsigned int  high, low;
    unsigned long tmp;
   
    tmp  = (11059200/12) / fr;   //計算一個周期所需的計數值
    high = (tmp*dc) / 100;       //計算高電平所需的計數值
    low  = tmp - high;            //計算低電平所需的計數值
    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 = (unsigned char)(high>>8); //高電平重載值拆分為高低字節
    HighRL = (unsigned char)high;
    LowRH  = (unsigned char)(low>>8);  //低電平重載值拆分為高低字節
    LowRL  = (unsigned char)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
}
/* 關閉PWM */
void ClosePWM()
{
    TR0 = 0;      //停止定時器
    ET0 = 0;      //禁止中斷
    PWMOUT = 1;  //輸出高電平
}
/* T0中斷服務函數，產生PWM輸出 */
void InterruptTimer0() interrupt 1
{
    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;
    }
}
需要提醒的是，由于標準51單片機中沒有專門的PWM模塊，所以用定時器加中斷的方式來產生PWM，而現在有很多的單片機都會集成硬件的PWM模塊，這種情況下需要做的僅僅是計算一下周期計數值和占空比計數值然后配置到相關的SFR中即可，既使程序得到了簡化又確保了PWM的輸出品質（因為消除了中斷延時的影響）。
如果想讓亮度等級更多，并且讓亮度等級連續起來，會產生一個小燈漸變的效果，與呼吸有點類似，習慣上稱之為呼吸燈，程序代碼如下，這個程序用了2個定時器2個中斷。
#include <reg52.h>
sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned long PeriodCnt = 0;  //PWM周期計數值
unsigned char HighRH = 0;     //高電平重載值的高字節
unsigned char HighRL = 0;     //高電平重載值的低字節
unsigned char LowRH  = 0;     //低電平重載值的高字節
unsigned char LowRL  = 0;     //低電平重載值的低字節
unsigned char T1RH = 0;       //T1重載值的高字節
unsigned char T1RL = 0;       //T1重載值的低字節
void ConfigTimer1(unsigned int ms);
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);
void main()
{
    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定時調整占空比
    while (1);
}
/* 配置并啟動T1，ms-定時時間 */
void ConfigTimer1(unsigned int ms)
{
    unsigned long tmp;  //臨時變量
   
    tmp = 11059200 / 12;       //定時器計數頻率
    tmp = (tmp * ms) / 1000;  //計算所需的計數值
    tmp = 65536 - tmp;         //計算定時器重載值
    tmp = tmp + 12;            //補償中斷響應延時造成的誤差
    T1RH = (unsigned char)(tmp>>8);  //定時器重載值拆分為高低字節
    T1RL = (unsigned char)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 */
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc)
{
    unsigned int high, low;
   
    PeriodCnt = (11059200/12) / fr; //計算一個周期所需的計數值
    high = (PeriodCnt*dc) / 100;    //計算高電平所需的計數值
    low  = PeriodCnt - high;         //計算低電平所需的計數值
    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 = (unsigned char)(high>>8); //高電平重載值拆分為高低字節
    HighRL = (unsigned char)high;
    LowRH  = (unsigned char)(low>>8);  //低電平重載值拆分為高低字節
    LowRL  = (unsigned char)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
}
/* 占空比調整函數，頻率不變只調整占空比 */
void AdjustDutyCycle(unsigned char dc)
{
    unsigned int  high, low;
   
    high = (PeriodCnt*dc) / 100;    //計算高電平所需的計數值
    low  = PeriodCnt - high;         //計算低電平所需的計數值
    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 = (unsigned char)(high>>8); //高電平重載值拆分為高低字節
    HighRL = (unsigned char)high;
    LowRH  = (unsigned char)(low>>8);  //低電平重載值拆分為高低字節
    LowRL  = (unsigned char)low;
}
/* T0中斷服務函數，產生PWM輸出 */
void InterruptTimer0() interrupt 1
{
    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;
    }
}
/* T1中斷服務函數，定時動態調整占空比 */
void InterruptTimer1() interrupt 3
{
    static bit dir = 0;
    static unsigned char index = 0;
    unsigned char code table[13] = {  //占空比調整表
        5, 18, 30, 41, 51, 60, 68, 75, 81, 86, 90, 93, 95
    };
    TH1 = T1RH;  //重新加載T1重載值
    TL1 = T1RL;
    AdjustDutyCycle(table[index]); //調整PWM的占空比
    if (dir == 0)  //逐步增大占空比
    {
        index++;
        if (index >= 12)
        {
            dir = 1;
        }
    }
    else          //逐步減小占空比
    {
        index--;
        if (index == 0)
        {
            dir = 0;
        }
    }
}





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