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

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。

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：

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》

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