学习目标

  1. 了解PWM基础概念和工作原理
  2. 学习如何在STC8H上配置PWMA
  3. 掌握PWMA的各个配置
  4. 学习如何使用PWMA控制LED亮度
  5. 掌握调试PWM的方法

    学习内容

    PWM基础概念

    PWM全称是脉宽调制（Pulse Width Modulation），是一种通过改变信号的脉冲宽度来控制电路输出的技术。PWM技术在工业自动化、电机控制、LED调光等领域广泛应用。
    PWM是一种将数字信号转换为模拟信号的技术，它通过改变信号的占空比来控制输出的电平。在STC8H中，PWM输出的频率和占空比可以由程序控制，因此可以用来控制各种电机、灯光和其他设备的亮度、速度等参数。

    STC8H芯片

    STC8H 系列的单片机内部集成了8 通道 16 位高级PWM 定时器，分成两周期可不同的 PWM，分别命名为 PWMA 和PWMB ，可分别单独设置。
    第一组 PWMA 可配置成4 组互补/对称/死区控制的PWM 或捕捉外部信号。
    第二组 PWMB 可配置成4 路PWM 输出或捕捉外部信号。
    两组 PWM 的时钟频率可分别独立设置。
    微信截图_20221207094909.png
    PWM与引脚对应关系如下图：
PWM PWM通道 对应引脚
PWMxP PWMxN
PWMA PWM1P & PWM1N P1.0 P1.1
P2.0 P2.1
PWM2P & PWM2N P5.4 P1.3
P2.2 P2.3
PWM3P & PWM3N P1.4 P1.5
P2.4 P2.5
PWM4P & PWM4N P1.6 P1.7
P2.6 P2.7
P3.4 P3.3
PWMB PWM5 P0.0
P1.7
P2.0
PWM6 P0.1
P2.1
P5.4
PWM7 P0.2
P2.2
P3.3
PWM8 P0.3
P2.3
P3.4

PWMA应用

控制引脚P2.7实现LED灯1的呼吸效果。

  1. 拷贝所需库文件（其他必备库请自行准备）
    1. STC8H_PWM.c``STC8H_PWM.h
    2. NVIC.c``NVIC.h
    3. Switch.h
  2. 导入头文件，初始化宏及全局变量 ```c

    include “Config.h”

    include “GPIO.h”

    include “Delay.h”

    include “NVIC.h”

    include “Switch.h”

    include “STC8H_PWM.h”

define LED_SW P45

define LED1 P27

define LED2 P26

define LED3 P15

define FREQ 1000

define PERIOD (MAIN_Fosc / FREQ) // 周期

PWMx_Duty dutyA;

  2. 3. 配置GPIO
  3. ```c
  4. void GPIO_config(void) {
  5.     GPIO_InitTypeDef    GPIO_InitStructure;        //结构定义
  6.     // LED_SW
  7.     GPIO_InitStructure.Pin  = GPIO_Pin_5;        //指定要初始化的IO,
  8.     GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_OUT_PP;    //指定IO的输入或输出方式,GPIO_PullUp,GPIO_HighZ,GPIO_OUT_OD,GPIO_OUT_PP
  9.     GPIO_Inilize(GPIO_P4, &GPIO_InitStructure);//初始化
  10.     // P2
  11.     GPIO_InitStructure.Pin  = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;        //指定要初始化的IO,
  12.     GPIO_InitStructure.Mode = GPIO_PullUp;    //指定IO的输入或输出方式,GPIO_PullUp,GPIO_HighZ,GPIO_OUT_OD,GPIO_OUT_PP
  13.     GPIO_Inilize(GPIO_P2, &GPIO_InitStructure);//初始化
  14. }

  1. 配置PWM

    1. void    PWM_config(void)
    2. {
    3.  PWMx_InitDefine        PWMx_InitStructure;
    5.  // 配置PWM4
    6.  PWMx_InitStructure.PWM_Mode    =    CCMRn_PWM_MODE2;    //模式,        CCMRn_FREEZE,CCMRn_MATCH_VALID,CCMRn_MATCH_INVALID,CCMRn_ROLLOVER,CCMRn_FORCE_INVALID,CCMRn_FORCE_VALID,CCMRn_PWM_MODE1,CCMRn_PWM_MODE2
    7.  PWMx_InitStructure.PWM_Duty    =  0;                                //PWM占空比时间, 0~Period
    8.  PWMx_InitStructure.PWM_EnoSelect  = ENO4P | ENO4N;    //输出通道选择,    ENO1P,ENO1N,ENO2P,ENO2N,ENO3P,ENO3N,ENO4P,ENO4N / ENO5P,ENO6P,ENO7P,ENO8P
    9.  PWM_Configuration(PWM4, &PWMx_InitStructure);
    11.  // 配置PWMA
    12.  PWMx_InitStructure.PWM_Period   = PERIOD - 1;                    //周期时间,   0~65535
    13.  PWMx_InitStructure.PWM_DeadTime = 0;                    //死区发生器设置, 0~255
    14.  PWMx_InitStructure.PWM_MainOutEnable= ENABLE;            //主输出使能, ENABLE,DISABLE
    15.  PWMx_InitStructure.PWM_CEN_Enable   = ENABLE;            //使能计数器, ENABLE,DISABLE
    16.  PWM_Configuration(PWMA, &PWMx_InitStructure);            //初始化PWM通用寄存器,  PWMA,PWMB
    18.  // 切换PWM4选择PWM4_SW_P26_P27
    19.  PWM4_SW(PWM4_SW_P26_P27);            //PWM4_SW_P16_P17,PWM4_SW_P26_P27,PWM4_SW_P66_P67,PWM4_SW_P34_P33
    21.  // 初始化PWMA的中断
    22.  NVIC_PWM_Init(PWMA,DISABLE,Priority_0);
    23. }

  2. 编写Main函数 ```c

void main() { char direction = 1; u8 duty_percent = 0;// 0 -> 100

  1. EAXSFR();        /* 扩展寄存器访问使能， 必写！ */
  2. GPIO_config();
  3. PWM_config();
  4. EA = 1;
  6. // 总开关
  7. LED_SW = 0;
  8. LED1 = 0; // P2.7 PWM4
  9. LED2 = 0;
  10. LED3 = 0;
  12. // 循环之前，设置一次pwm（可选）
  13. dutyA.PWM4_Duty = PERIOD * duty_percent / 100;
  14. UpdatePwm(PWM4, &dutyA);
  15. // 0 -> 100
  16. while(1) {
  17.     duty_percent += direction;
  18.     // 让duty_percent一直在0-100来回往返
  19.     if(duty_percent >= 100) {
  20.         duty_percent = 100;
  21.         direction = -1;
  22.     } else if(duty_percent <= 0) {
  23.         duty_percent = 0;
  24.         direction = 1;
  25.     }
  26.     // 修改PWM4的duty
  27.     dutyA.PWM4_Duty = PERIOD * duty_percent / 100;
  28.     UpdatePwm(PWM4, &dutyA);
  30.     delay_ms(10);
  31. }

}

  1. <a name="SF5Zj"></a>
  2. ### PWM配置详解
  3. <a name="XxFAe"></a>
  4. #### 周期
  5. 系统主频：1秒钟计数多少次。<br />代码中的PWM周期(PWM Period)，指的是按N等份切分1秒钟，每个等份的计数值。<br />![55.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/png/21441195/1679389225162-842d3b09-27f5-474b-a07b-3a4d4310461a.png#averageHue=%23f7f4f4&clientId=u604ca304-275c-4&from=ui&id=u48a40661&originHeight=471&originWidth=2396&originalType=binary&ratio=1&rotation=0&showTitle=false&size=44177&status=done&style=none&taskId=u4d054ca3-0a2e-4c65-89fa-121e61cb967&title=)<br />例如上图，我们按照8等份切分1秒钟的总计数值`MAIN_Fosc`（主频），每个PWM周期的计数值为：<br />`PWM_Period = MAIN_Fosc / 8 = 24M / 8 = 3M = 3 000 000` 单位为次。<br />即如果将这个`3M`作为`Period`参数，可以得到PWM方波每个周期的时长为：<br />`1 / 8 = 0.125s`
  7. 代码中的配置：
  8. ```c
  9. #define PERIOD     (MAIN_Fosc / FREQ)    // 周期
  10. PWMx_InitStructure.PWM_Period           = PERIOD - 1;

配置的是周期中的计数值。
我们的理解策略：通常我们不关心计数值，关心的是1秒钟执行多少次（即频率Hz），也就是一秒钟多少个周期。
因此在代码MAIN_Fosc / 1000中的1000表示的是1秒钟多少个周期（即频率Hz）。
MAIN_Fosc / 1000表示的是每个周期的计数值。那为什么要-1呢？因为计数器是从0开始计数的。

占空比

在一个PWM的周期计数中，高电平的计数时长百分比。
56.png

模式

  • 冻结: CCMRn_FREEZE
  • 匹配时设置通道 n 的输出为有效电平: CCMRn_MATCH_VALID
  • 匹配时设置通道 n 的输出为无效电平: CCMRn_MATCH_INVALID
  • 翻转: CCMRn_ROLLOVER
  • 强制为无效电平: CCMRn_FORCE_INVALID
  • 强制为有效电平: CCMRn_FORCE_VALID
  • PWM 模式 1: CCMRn_PWM_MODE1
  • PWM 模式 2: CCMRn_PWM_MODE2

常用的为PWM 模式 1``PWM 模式 2
PWM 模式 1和PWM 模式 2是反向的，一个占空比越大越亮，一个是越小越亮。

使能PWM

  1. PWMx_InitStructure.PWM_MainOutEnable= ENABLE;            //主输出使能, ENABLE,DISABLE
  2. PWMx_InitStructure.PWM_CEN_Enable   = ENABLE;            //使能计数器, ENABLE,DISABLE
  3. PWM_Configuration(PWMA, &PWMx_InitStructure);            //初始化PWM通用寄存器,  PWMA,PWMB

引脚配置

  1. PWM4_SW(PWM4_SW_P26_P27);

使能配置成功后，pwm才能工作。
如果运行中pwm想停止掉，也可以通过配置使能来停止。

EAXSFR扩展寄存器

由于PWM的配置相关特殊功能寄存器位于扩展RAM区域，访问这些寄存器,需先将P_SW2的BIT7设置为1,才可正常读写。

  1. EAXSFR();        /* 扩展寄存器访问使能 */

详细可参见STC8手册：

  • 3.1.2 外设端口切换控制寄存器 2（P_SW2）
  • 8.2.8 扩展 SFR 使能寄存器 EAXFR 的使用说明

练习题

  1. 使用PWMA实现8路呼吸灯
  2. 串口控制灯的明暗程度