嵌入式进阶——LED呼吸灯(PWM)

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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：

PWMA应用

控制引脚P2.7实现LED灯1的呼吸效果。

拷贝所需库文件（其他必备库请自行准备）
a. STC8H_PWM.cSTC8H_PWM.h
b. NVIC.cNVIC.h
c. Switch.h
导入头文件，初始化宏及全局变量

csharp 复制代码

#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;

配置GPIO

csharp 复制代码

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
}

配置PWM

csharp 复制代码

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);
}

编写Main函数

csharp 复制代码

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：

csharp 复制代码

#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

csharp 复制代码

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

csharp 复制代码

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。

csharp 复制代码

EAXSFR();		/* 扩展寄存器访问使能 */