STC8增强型单片机进阶开发--LED呼吸灯(PWM)

知不足而奋进 望远山而前行

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前言

学习pwm（脉宽调制）是探索数字信号转模拟信号的重要一步，尤其在控制电路输出方面具有广泛的应用。本次学习将聚焦于了解pwm的基础概念、掌握在stc8h芯片上配置pwma的方法以及应用实践。通过深入学习pwm技术，您将能够控制各种设备的亮度、速度等参数，从而在工程和电子领域中做出更多创新。

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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

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。

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. 1. stc8h_pwm.cstc8h_pwm.h
   2. nvic.cnvic.h
   3. switch.h

1. 导入头文件，初始化宏及全局变量

#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) - 1)	// 周期

pwmx_duty dutya;

1. 配置gpio

void gpio_config(void) {
    gpio_inittypedef	gpio_initstructure;		//结构定义
    // led_sw
    gpio_initstructure.pin  = gpio_pin_5;		//指定要初始化的io,
    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
    gpio_inilize(gpio_p4, &gpio_initstructure);//初始化
    // p2
    gpio_initstructure.pin  = gpio_pin_6 | gpio_pin_7;		//指定要初始化的io,
    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
    gpio_inilize(gpio_p2, &gpio_initstructure);//初始化
}

1. 配置pwm

void	pwm_config(void)
{
    pwmx_initdefine		pwmx_initstructure;
		
	// 配置pwm4
    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
    pwmx_initstructure.pwm_duty    =  0;								//pwm占空比时间, 0~period
    pwmx_initstructure.pwm_enoselect  = eno4p | eno4n;	//输出通道选择,	eno1p,eno1n,eno2p,eno2n,eno3p,eno3n,eno4p,eno4n / eno5p,eno6p,eno7p,eno8p
    pwm_configuration(pwm4, &pwmx_initstructure);

	// 配置pwma
    pwmx_initstructure.pwm_period   = period;					//周期时间,   0~65535
    pwmx_initstructure.pwm_deadtime = 0;					//死区发生器设置, 0~255
    pwmx_initstructure.pwm_mainoutenable= enable;			//主输出使能, enable,disable
    pwmx_initstructure.pwm_cen_enable   = enable;			//使能计数器, enable,disable
    pwm_configuration(pwma, &pwmx_initstructure);			//初始化pwm通用寄存器,  pwma,pwmb

	// 切换pwm4选择pwm4_sw_p26_p27
    pwm4_sw(pwm4_sw_p26_p27);			//pwm4_sw_p16_p17,pwm4_sw_p26_p27,pwm4_sw_p66_p67,pwm4_sw_p34_p33

	// 初始化pwma的中断
    nvic_pwm_init(pwma,disable,priority_0);
}

1. 编写main函数

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

    eaxsfr();		/* 扩展寄存器访问使能， 必写！ */
    gpio_config();
    pwm_config();
    ea = 1;

    // 总开关
    led_sw = 0;
    led1 = 0; // p2.7 pwm4
    led2 = 0;
    led3 = 0;

    // 循环之前，设置一次pwm（可选）
    dutya.pwm4_duty = period * duty_percent / 100;
    updatepwm(pwm4, &dutya);
    // 0 -> 100
    while(1) {
        duty_percent += direction;
        // 让duty_percent一直在0-100来回往返
        if(duty_percent >= 100) {
            duty_percent = 100;
            direction = -1;
        } else if(duty_percent <= 0) {
            duty_percent = 0;
            direction = 1;
        }
        // 修改pwm4的duty
        dutya.pwm4_duty = period * duty_percent / 100;
        updatepwm(pwm4, &dutya);
				
        delay_ms(10);
    }
}

pwm配置详解

周期

系统主频：1秒钟计数多少次。

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。

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：

pwm_period = main_fosc / 8 = 24m / 8 = 3m = 3 000 000 单位为次。

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：

1 / 8 = 0.125s

代码中的配置：

#define period 	(main_fosc / freq)	// 周期
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。

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 1pwm 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

pwmx_initstructure.pwm_mainoutenable= enable;			//主输出使能, enable,disable
pwmx_initstructure.pwm_cen_enable   = enable;			//使能计数器, enable,disable
pwm_configuration(pwma, &pwmx_initstructure);			//初始化pwm通用寄存器,  pwma,pwmb

引脚配置

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。

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）》
• 9.2.8 《扩展 sfr 使能寄存器 eaxfr 的使用说明》

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总结

通过本次学习，您已经了解了pwm的基本概念和工作原理，掌握了在stc8h上配置pwma的步骤以及pwm的各种配置参数。此外，您还学会了如何利用pwm控制led的亮度，并掌握了调试pwm的方法