面包芯语

详解：单片机PMW控制基本原理

嵌入式ARM 2021-12-06 16:30
泰克2/3/4系列示波器、信号发生器大促 泰克精选产品限时双重优惠


PWM是Pulse Width Modulation的缩写，它的中文名字是脉冲宽度调制，一种说法是它利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种有效的技术，其实就是使用数字信号达到一个模拟信号的效果。这是个什么概念呢？我们一步步来介绍。

首先从它的名字来看，脉冲宽度调制，就是改变脉冲宽度来实现不同的效果。我们先来看三组不同的脉冲信号，如下图所示：

（PWM 波形）

这是一个周期是 10ms，即频率是 100Hz 的波形，但是每个周期内，高低电平脉冲宽度各不相同，这就是 PWM 的本质。在这里大家要记住一个概念，叫做“占空比”。占空比是指高电平的时间占整个周期的比例。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%，这就是 PWM 的解释。

那为何它能对模拟电路进行控制呢？大家想一想，我们数字电路里，只有 0 和 1 两种状态，比如我们第 2 章学会的点亮 LED 小灯那个程序，当我们写一个 LED = 0;小灯就会长亮，当我们写一个 LED = 1;小灯就会灭掉。当我们让小灯亮和灭间隔运行的时候，小灯是闪烁。

如果我们把这个间隔不断的减小，减小到我们的肉眼分辨不出来，也就是 100Hz 以上的频率，这个时候小灯表现出来的现象就是既保持亮的状态，但亮度又没有 LED = 0;时的亮度高。

那么，我们不断改变时间参数，让 LED = 0;的时间大于或者小于 LED = 1;的时间，会发现亮度都不一样，这就是模拟电路的感觉了，不再是纯粹的 0 和 1，还有亮度不断变化。

大家会发现，如果我们用 100Hz 的信号，如图所示，假如高电平熄灭小灯，低电平点亮小灯的话，第一部分波形熄灭 4ms，点亮 6ms，亮度最高，第二部分熄灭 6ms，点亮 4ms，亮度次之，第三部分熄灭 8ms，点亮 2ms，亮度最低。

那么，用程序验证一下我们的理论，我们用定时器T0 定时改变 P0.0 的输出来实现 PWM，与纯定时不同的是，这里我们每周期内都要重载两次定时器初值，即用两个不同的初值来控制高低电平的不同持续时间。为了使亮度的变化更加明显，程序中使用的占空比差距更大。

#includesbit 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; //高电平重载值的高字节unsigned char HighRL = 0; //高电平重载值的低字节unsigned char LowRH = 0; //低电平重载值的高字节unsigned char LowRL = 0; //低电平重载值的低字节void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);void ClosePWM();void main(){unsigned int i;EA = 1; //开总中断ENLED = 0; //使能独立 LEDADDR3 = 1;ADDR2 = 1;ADDR1 = 1;ADDR0 = 0;while (1){ConfigPWM(100, 10); //频率 100Hz，占空比 10%for (i=0; i40000; i++);ClosePWM();ConfigPWM(100, 40); //频率 100Hz，占空比 40%for (i=0; i40000; i++);ClosePWM();ConfigPWM(100, 90); //频率 100Hz，占空比 90%for (i=0; i40000; i++);ClosePWM(); //关闭 PWM，相当于占空比 100%for (i=0; i40000; i++);}}/* 配置并启动 PWM，fr-频率，dc-占空比 */void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc){unsigned int high, low;unsigned long tmp;tmp = (11059200/12) / fr; //计算一个周期所需的计数值high = (tmp*dc) / 100; //计算高电平所需的计数值low = tmp - high; //计算低电平所需的计数值high = 65536 - high + 12; //计算高电平的重载值并补偿中断延时low = 65536 - low + 12;//计算低电平的重载值并补偿中断延时HighRH = (unsigned char)(high>>8); //高电平重载值拆分为高低字节HighRL = (unsigned char)high;LowRH = (unsigned char)(low>>8); //低电平重载值拆分为高低字节LowRL = (unsigned char)low;TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1TH0 = HighRH; //加载 T0 重载值TL0 = HighRL;ET0 = 1; //使能 T0 中断TR0 = 1; //启动 T0PWMOUT = 1; //输出高电平}/* 关闭 PWM */void ClosePWM(){TR0 = 0; //停止定时器ET0 = 0; //禁止中断PWMOUT = 1; //输出高电平}/* T0 中断服务函数，产生 PWM 输出 */void InterruptTimer0() interrupt 1{if (PWMOUT == 1){ //当前输出为高电平时，装载低电平值并输出低电平TH0 = LowRH;TL0 = LowRL;PWMOUT = 0;}else{ //当前输出为低电平时，装载高电平值并输出高电平TH0 = HighRH;TL0 = HighRL;PWMOUT = 1;}}


需要提醒大家的是，由于标准 51 单片机中没有专门的 PWM 模块，所以我们用定时器加中断的方式来产生 PWM，而现在有很多的单片机都会集成硬件的 PWM 模块，这种情况下需要我们做的就仅仅是计算一下周期计数值和占空比计数值然后配置到相关的 SFR 中即可，既使程序得到了简化又确保了 PWM 的输出品质（因为消除了中断延时的影响）。

大家编译下载程序后，会发现小灯从最亮到灭一共 4 个亮度等级。如果我们让亮度等级更多，并且让亮度等级连续起来，会产生一个小灯渐变的效果，与呼吸有点类似，所以我们习惯上称之为呼吸灯，程序代码如下，这个程序用了 2 个定时器 2 个中断，这是我们第一次这样用，大家可以学习一下。我们来试试这个程序，试完了大家一定要能自己把程序写出来，切记。

#includesbit 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 周期计数值unsigned char HighRH = 0; //高电平重载值的高字节unsigned char HighRL = 0; //高电平重载值的低字节unsigned char LowRH = 0; //低电平重载值的高字节unsigned char LowRL = 0; //低电平重载值的低字节unsigned char T1RH = 0; //T1 重载值的高字节unsigned char T1RL = 0; //T1 重载值的低字节void ConfigTimer1(unsigned int ms);void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);void main(){EA = 1; //开总中断ENLED = 0; //使能独立 LEDADDR3 = 1;ADDR2 = 1;ADDR1 = 1;ADDR0 = 0;ConfigPWM(100, 10); //配置并启动 PWMConfigTimer1(50); //用 T1 定时调整占空比while (1);}/* 配置并启动 T1，ms-定时时间 */void ConfigTimer1(unsigned int ms){unsigned long tmp; //临时变量tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值tmp = tmp + 12; //补偿中断响应延时造成的误差T1RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节T1RL = (unsigned char)tmp;TMOD &= 0x0F; //清零 T1 的控制位TMOD |= 0x10; //配置 T1 为模式 1TH1 = T1RH; //加载 T1 重载值TL1 = T1RL;ET1 = 1; //使能 T1 中断TR1 = 1; //启动 T1}/* 配置并启动 PWM，fr-频率，dc-占空比 */void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc){unsigned int high, low;PeriodCnt = (11059200/12) / fr; //计算一个周期所需的计数值high = (PeriodCnt*dc) / 100; //计算高电平所需的计数值low = PeriodCnt - high; //计算低电平所需的计数值high = 65536 - high + 12; //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时low = 65536 - low + 12; //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时HighRH = (unsigned char)(high>>8); //高电平重载值拆分为高低字节HighRL = (unsigned char)high;LowRH = (unsigned char)(low>>8); //低电平重载值拆分为高低字节LowRL = (unsigned char)low;TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1TH0 = HighRH; //加载 T0 重载值TL0 = HighRL;ET0 = 1; //使能 T0 中断TR0 = 1; //启动 T0PWMOUT = 1; //输出高电平}/* 占空比调整函数，频率不变只调整占空比 */void AdjustDutyCycle(unsigned char dc){unsigned int high, low;high = (PeriodCnt*dc) / 100; //计算高电平所需的计数值low = PeriodCnt - high; //计算低电平所需的计数值high = 65536 - high + 12; //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时low = 65536 - low + 12; //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时HighRH = (unsigned char)(high>>8); //高电平重载值拆分为高低字节HighRL = (unsigned char)high;LowRH = (unsigned char)(low>>8); //低电平重载值拆分为高低字节LowRL = (unsigned char)low;}/* T0 中断服务函数，产生 PWM 输出 */void InterruptTimer0() interrupt 1{if (PWMOUT == 1){ //当前输出为高电平时，装载低电平值并输出低电平TH0 = LowRH;TL0 = LowRL;PWMOUT = 0;}else{ //当前输出为低电平时，装载高电平值并输出高电平TH0 = HighRH;TL0 = HighRL;PWMOUT = 1;}}/* T1 中断服务函数，定时动态调整占空比 */void InterruptTimer1() interrupt 3{static bit dir = 0;static unsigned char index = 0;unsigned char code table[13] = { //占空比调整表5, 18, 30, 41, 51, 60, 68, 75, 81, 86, 90, 93, 95};TH1 = T1RH; //重新加载 T1 重载值TL1 = T1RL;AdjustDutyCycle(table[index]); //调整 PWM 的占空比if (dir == 0){ //逐步增大占空比index++;if (index >= 12){dir = 1;}}else{ //逐步减小占空比index--;if (index == 0){dir = 0;}}}


呼吸灯效果做出来后，利用这个基本原理，其它各种效果的灯光闪烁都应该可以做出来，大家看到的 KTV 里边那绚丽的灯光闪烁，其实就是采用的 PWM 技术控制的。


END

来源：网络
版权归原作者所有，如有侵权，请联系删除。

▍推荐阅读
在部队当程序员有多爽？
在大公司天天调参数，感觉快废了~
STM32中常用的C语言知识点，开始复习！

→点关注，不迷路←
登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
嵌入式ARM 关注这个时代最火的嵌入式ARM，你想知道的都在这里。
评论
  • 感光交融、智领潮流， 艾迈斯欧司朗点亮智能座舱星辰大海
    汽车行业的变革正愈演愈烈，由交通工具到“第三生活空间”。业内逐渐凝聚共识：汽车的下半场在于智能化。而智能化的核心在于集成先进的传感器，以实现高等级的智能驾驶乃至自动驾驶，以及更个性、舒适、交互体验更优的智能座舱。毕马威中国《聚焦电动化下半场 智能座舱白皮书》数据指出，2026年中国智能座舱市场规模将达到2127亿元，5年复合增长率超过17%。2022年到2026年，智能座舱渗透率将从59%上升至82%。近日，在SENSOR CHINA与琻捷电子联合举办的“汽车传感系列交流会-智能传感专场”上，艾
    艾迈斯欧司朗 2024-12-20 19:45 287浏览
  • 使用光耦合器测量电压：实用指南
    光耦合器，也称为光隔离器，是用于电气隔离和信号传输的多功能组件。其应用之一是测量电路中的电压。本文介绍了如何利用光耦合器进行电压测量，阐明了其操作和实际用途。使用光耦合器进行电压测量的工作原理使用光耦合器进行电压测量依赖于其在通过光传输信号的同时隔离输入和输出电路的能力。该过程包括：连接到电压源光耦合器连接在电压源上。输入电压施加到光耦合器的LED，LED发出的光与施加的电压成比例。光电二极管响应LED发出的光由输出侧的光电二极管或光电晶体管检测。随着LED亮度的变化，光电二极管的电阻相应减小，
    腾恩科技-彭工 2024-12-20 16:31 209浏览
  • 探索光耦：高速光耦在电机驱动领域的创新应用实践
    随着工业自动化和智能化的发展，电机控制系统正向更高精度、更快响应和更高稳定性的方向发展。高速光耦作为一种电气隔离与信号传输的核心器件，在现代电机控制中扮演着至关重要的角色。本文将详细介绍高速光耦在电机控制中的应用优势及其在实际工控系统中的重要性。高速光耦的基本原理及优势高速光耦是一种光电耦合器件，通过光信号传递电信号，实现输入输出端的电气隔离。这种隔离可以有效保护电路免受高压、电流浪涌等干扰。相比传统的光耦，高速光耦具备更快的响应速度，通常可以达到几百纳秒到几微秒级别的传输延迟。电气隔离：高速光
    晶台光耦 2024-12-20 10:18 217浏览
  • 扫地机器人能有多“眼明”？！艾迈斯欧司朗OSCONIQ® C3030联合呈现
    Supernode与艾迈斯欧司朗携手，通过Belago红外LED实现精准扫地机器人避障；得益于Belago出色的红外补光功能，使扫地机器人能够大大提升其识别物体的能力，实现精准避障；Belago点阵照明器采用迷你封装，兼容标准无铅回流工艺，适用于各种3D传感平台，包括移动设备、物联网设备和机器人。全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗（瑞士证券交易所股票代码：AMS）近日宣布，与国内领先的多行业三维视觉方案提供商超节点创新科技（Supernode）双方联合推出采用艾迈斯欧司朗先进Belago红
    艾迈斯欧司朗 2024-12-20 18:55 196浏览
  • 【新品解读】ALINX 发布 AXVU13P：AMD Virtex UltraScale+ FPGA PCle 3.0 开发平台
    ALINX 正式发布 AMD Virtex UltraScale+ 系列 FPGA PCIe 3.0 综合开发平台 AXVU13P！这款搭载 AMD 16nm 工艺 XCVU13P 芯片的高性能开发验证平台，凭借卓越的计算能力和灵活的扩展性，专为应对复杂应用场景和高带宽需求而设计，助力技术开发者加速产品创新与部署。随着 5G、人工智能和高性能计算等领域的迅猛发展，各行业对计算能力、灵活性和高速数据传输的需求持续攀升。FPGA 凭借其高度可编程性和实时并行处理能力，已成为解决行业痛点的关
    ALINX 2024-12-20 17:44 210浏览
  • 《高速PCB设计经验规则应用实践》+新手的进阶最佳帮手
            不卖关子先说感受，真本书真是相见恨晚啊。字面意思，见到太晚了，我刚毕业或者刚做电子行业就应该接触到这本书的。我自己跌跌撞撞那么多年走了多少弯路，掉过多少坑，都是血泪史啊，要是提前能看到这本书很多弯路很多坑都是可以避免的，可惜这本书是今年出的，羡慕现在的年轻人能有这么丰富完善的资料可以学习，想当年我纯靠百度和论坛搜索、求助啊，连个正经师傅都没有，从软件安装到一步一布操作纯靠自己瞎摸索，然后就是搜索各种教程视频，说出来都是泪啊。  &
    DrouSherry 2024-12-19 20:00 179浏览
  • 如何证明耳机产品质量——遵循IEC/EN耳机标准规范是关键
    耳机虽看似一个简单的设备，但不仅只是听音乐功能，它已经成为日常生活和专业领域中不可或缺的一部分。从个人娱乐到专业录音，再到公共和私人通讯，耳机的使用无处不在。使用高质量的耳机不仅可以提供优良的声音体验，还能在长时间使用中保护使用者听力健康。耳机产品的质量，除了验证产品是否符合法规标准，也能透过全面性的测试和认证过程，确保耳机在各方面：从音质到耐用性，再到用户舒适度，都能达到或超越行业标准。这不仅保护了消费者的投资，也提升了该公司在整个行业的产品质量和信誉！客户面临到的各种困难一家耳机制造商想要透
    百佳泰测试实验室 2024-12-20 10:37 272浏览
  • 为什么光耦固态继电器（SSR）值得关注？
    光耦固态继电器（SSR）作为现代电子控制系统中不可或缺的关键组件，正逐步取代传统机械继电器。通过利用光耦合技术，SSR不仅能够提供更高的可靠性，还能适应更加复杂和严苛的应用环境。在本文中，我们将深入探讨光耦固态继电器的工作原理、优势、挑战以及未来发展趋势。光耦固态继电器：如何工作并打破传统继电器的局限？光耦固态继电器通过光电隔离技术，实现输入信号与负载之间的电气隔离。其工作原理包括三个关键步骤：光激活：LED接收输入电流并发出与其成比例的光信号。光传输：光电传感器（如光电二极管或光电晶体管）接收
    腾恩科技-彭工 2024-12-20 16:30 155浏览
  • AI8051U跑马灯
    //```c #include "..\..\comm\AI8051U.h"  // 包含头文件，定义了硬件寄存器和常量 #include "stdio.h"              // 标准输入输出库 #include "intrins.h"         &n
    丙丁先生 2024-12-20 10:18 129浏览
  • 探索国产数字隔离器——测试与应用
    国产数字隔离器已成为现代电子产品中的关键部件，以增强的性能和可靠性取代了传统的光耦合器。这些隔离器广泛应用于医疗设备、汽车电子、工业自动化和其他需要强大信号隔离的领域。准确测试这些设备是确保其质量和性能的基本步骤。如何测试数字隔离器测试数字隔离器需要精度和正确的工具集来评估其在各种条件下的功能和性能。以下设备对于这项任务至关重要：示波器：用于可视化信号波形并测量时序特性，如传播延迟、上升时间和下降时间。允许验证输入输出信号的完整性。频谱分析仪：测量电磁干扰（EMI）和其他频域特性。有助于识别信号
    克里雅半导体科技 2024-12-20 16:35 177浏览
  • 百佳泰整理2024年12月各大规格更新快报
    百佳泰特为您整理2024年12月各大Logo的最新规格信息。——————————USB▶ 百佳泰获授权进行 USB Active Cable 认证。▶ 所有符合 USB PD 3.2 标准的产品都有资格获得USB-IF 认证——————————Bluetooth®▶ Remote UPF Testing针对所有低功耗音频(LE Audio)和网格(Mesh)规范的远程互操作性测试已开放，蓝牙会员可使用该测试，这是随时测试产品的又一绝佳途径。——————————PCI Express▶ 2025年
    百佳泰测试实验室 2024-12-20 10:33 192浏览
  • 守护驾驶安全，驾驶员监控系统DMS应用解决方案
    汽车驾驶员监控系统又称DMS，是一种集中在车辆中的技术，用于实时跟踪和评估驾驶员状态及驾驶行为。随着汽车产业智能化转型，整合AI技术的DMS逐渐成为主流，AI模型通过大量数据进行持续训练，使得驾驶监控更加高效和精准。 驾驶员监测系统主要通过传感器、摄像头收集驾驶员的面部图像，定位头部姿势、人脸特征及行为特征，并通过各种异常驾驶行为检测模型运算来识别驾驶员的当前状态。如果出现任何异常驾驶行为（如疲劳，分心，抽烟，接打电话，无安全带等），将发出声音及视觉警报。此外，驾驶员的行为数据会被记录
    启扬ARM嵌入式 2024-12-20 09:14 115浏览
  • 【工程师故事】+窗外（2024工作总结）
                                                   窗        外       年底将近，空气变得格外寒冷，估计这会儿北方已经是千里
    广州铁金刚 2024-12-23 11:49 158浏览
我要评论
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦