实例5：寄存器操作学习：stc8a8k单片机硬件PWM的原理和代码讲解（置1清0位操作和高8位低8位拆分）

Posted 2021-09-01 XGLIYOUQUAN

按照总分总讲解故事的原则，前面学会了进行循迹小车的训练，包括原理、编程等基本工具的使用和逻辑框架。
本文将讲解深入一点的知识，进行本质的剖析。第一个内容是PWM是如何产生的？
stc8a8k的pwm是如何设置的？
这两个问题。

1、PWM的原理

https://www.basemu.com/what-is-pwm.html
1.1 PWM是什么？
PWM表示脉冲宽度调制，现在我们先将PWM理解为一种信号，它可以从微控制器或555定时器等数字集成电路中产生，它是一系列脉冲，这些脉冲将以方波的形式出现。也就是说，在任何给定的时间点，波型要么是高电平或者是低电平。为了便于理解，让我们假设有一个5V的PWM信号，高电平时PWM信号电压是5V，低电平时PWM信号是0V。信号保持在高电平的持续时间称为“接通时间”，信号保持在低电平的持续时间称为“断开时间”。对于PWM信号我们需要关注两个与之相关的重要参数，一个是PWM占空比，另一个是PWM信号的频率。
1.2 PWM的占空比
如前面所述，PWM信号在特定的时间内保持接通状态，然后在剩余的时间内保持断开状态。占空比是指在一个脉冲循环内，接通时间相对于总时间所占的比例。在一段连续工作时间内脉冲高电平时间与总时间的比值。如果信号总是处于高电平，它的占空比是百分之百；如果信号总是处于低电平，那么它的占空比是0%。计算占空比的公式如下所示：
占空比 =接通时间 / (接通时间 + 断开时间)

  下图显示了一个具有50%占空比的PWM信号。正如您所看到的，PWM信号只在一半的时间内保持接通状态。

  PWM信号的占空比

也就是说，通过控制从0%到100%的占空比，我们可以控制PWM信号的“接通时间”，从而控制信号的宽度。由于我们可以通过调节脉冲信号的宽度控制接通时间，所以将这种控制方式称为“脉冲宽度调制”。
1.4 PWM的频率
PWM信号的频率决定了PWM完成一个信号周期的速度。周期是指PWM信号完成一个接通和关闭的时间。计算频率的公式如下所示

频率 = 1 / 总持续时间
总持续时间 = 接通时间 + 断开时间

2、PWM的产生

产生的途径主要有4个，这个主要是针对增强版的单片机而言。
（1）延时
思路：比如在P10口产生PWM波形，可以这么实现：
大概代码。
P10=1;
delay(时间1)；
P10=0;
delay(时间2）；
这样，时间1+时间2=周期；
频率等于周期的倒数。
占空比=时间1/周期；
这个比较占用内部资源，不建议这么做，有一些必须这么做，可以使用。

（2）定时器产生PWM。
这个普通的51单片机经常这么用。
网上有比较多资料说到这一点内容。具体不说，自己查资料。
缺点是，占用一个定时器资源。可以使用。
（3）内部PWM模块产生。
这个集中精力讲一下这个内容。
（4）PCA模块产生PWM，这个后面有时间再讲。

**内部PWM模块的产生。**下面主要讲这个。

3、stc8a8k的PWM原理和相关寄存器

3.1，要弄明白stc8a8k的PWM模块，需要解决几个问题。

先看说明书的例子。

有6个步骤。我们把这个步骤每个细节的寄存器了解清楚，就可以设置了。
（1）设置PWM时钟源；
（2）设置PWM周期；
（3）设置PWM的翻转点T1;
（4）设置PWM的翻转点T2;
（5）设置PWM的具体口允许输出PWM；
（6）设置PWM的大门允许输出。

有两个门进行使能。
比如进入一栋大楼，里面还有不同的房间。要打开大楼的大门，同时打开房间的小门，才能输出。所以需要第五，第六的允许输出。多重保险门。

第一个问题：
PWM的时钟源选择；
这个类比于心跳频率，这个决定之后，按照定时计数器，计算跳动的次数，就得到时间，就可以有周期等概念。

单片机内部的PWM模块，其实是利用计数器的功能。

stc8a单片机的PWM模块是8路的独立的15位的PWM模块，这几个PWM的频率必须一致，占空比可以不一样。
可以输出8路的PWM；
是15位的PWM。15位的意思是，2的15次方，最大的计数数值是32765。当单片机从0—1---2–3--。。。–32765—0–1.。数到最大是32765的时候，归0，重新再数。每一次数数字的时间就是时钟心跳。我们可以根据需要设置。
图中的话，写得比较明白，PWM计数器可以设定1-32767作为计数周期，当计数到设定的计数周期（小于32767）的时候，从0重新计数。


上面的图，是设定PWM的时钟源。就是计数的心跳，可以根据自己的需求进行设置。
本实验用的是：
1、分频后的时钟，所以SELT2=0，
2、分频的系数是12，所以PWM-PS=1011，
所以
PWMCKS=00001011=0x0b；
这个语句的作用是，设定PWM时钟源是晶振频率的12分之一。
就是fpwm=11.0592MHZ/12=11059200/12.
(因为下载的时候，选择了11.0592Mhz频率)
第二个问题：
计数的次数怎么决定；（周期的确定）
这个次数，就等价于周期了。
当设定了PWM时钟频率fpwm，计数假设为N，N的范围是（1-32767，因为是15位计数器，最大设定数值是32767），那么
假设时钟周期为时钟频率的倒数，设为tpwm,那么tpwm=1/fpwm,
PWM的周期Tsetpwm=N1/fpwm=Ntpwm,
PMW的频率是PWM周期的倒数，则是
fsetpwm=1/Tsetpwm=fpwm/N=11059200/12/N=921600/N（公式1）
根据公式1
假如外部设定了fsetpwm，那么反推出N，得到
N=921600/fsetpwm。

所以设定的周期
PWMC=921600/fsetpwm
下图中是将PWMC分为了高八位和低八位，我们直接写进去PWMC就可以了。

第三个问题，占空比的决定；就是翻转点的设置。

这里讲解第一个作为例子，PWM1T1H，PWM1T1L,
PWM1T2H,PWM2T2L。
有两个翻转点，PWM1T1和PWM1T2。

当PWM计数器内部计数数值=PWM1T1，会反转一次变为低电平（需要设置初始电平是高电平）；
当PWM计数器内部计数数值=PWM1T2,会翻转第二次，变为高电平。

所以，假如我们想要设定的是占空比，设为zkb。
那么
T1=周期乘以占空比=Tzkb
由于是计数器，所以进行转换。
但是由于我们说的是计数的数值，所以需要进行转换。
等价于Nt1==Nzkb
就是
Nt1=Nzkb=921600zkb/fsetpwm。
Nt2=N,或者Nt2=0，因为当0计数到N的时候，会重新变为0。

第四个问题，管脚切换的问题。
由于stc8a的单片机，有多个管脚通道可以输出PWM，所以要根据自己的硬件分配，设定PWM从哪个管脚输出PWM。
本开发板用P20，P21,P22，P23输出PWM，所以需要设置一下。


用的是PWMiCR进行设置。
看一下这个寄存器。

发现这个寄存器的作用比较多。我们把这个寄存器当做是一个门卫室，我们告诉里面的门卫一些口令，他就会按照我们的口令，进行相关的模式设置。

设置这两位是00，就是从P2口输出PWM。

同时刚好这里的寄存器有个位，是控制初始电平是高电平，还是低电平的，我们设置时高电平，所以

这个位需要是1.
我们不需要设置中断，所以后面的都是0.
综上：

PWM0CR=11000000=0xc0，
这个指令的功能是。
允许输出PWM，
初始电平是高电平。
在P20输出PWM。
不允许中断（因为没用到PWM中断），

第五个问题，开启PWM的问题；
设定完之后，怎么开启PWM，怎么关闭PWM，当我们需要的时候开启，不需要的时候关闭。

PWMCR寄存器。
设置这个寄存器的B7=1，就可以开启了。
所以PWMCR=0x80=1000 0000，就是允许输出PWM了。

这里有个设置的技巧或者说需求。
有时候我们可以把这个寄存器当做是8个开关（B0----B7）,我们只需要某一个开关打开或者关闭，其他开关保持原来的状态不变，怎么设置呢？
类似这个拨码开关，只需要关一个，其他保持不变，怎么办？

把这个问题，抽象为：置1或者清0操作。
置1：用或对应位1操作。
（A|B，有1为1，全0为0）
比如我们只想将B7置1，其他位不变，可以：
PWMCR |=0x80=1000 0000，
那么可将B7设置为1，其他位如果当初是1，或0，那么也是1，如果当初是0，或0，那么也是0，就保持不变。
清0：用与对应位0操作。
与：A&B，全1为1，有0为0.
PWMCR &=0x7f=0111 1111.
那么B7位与0，那么就必须等于0，实现清0；
其他位，如果初始态是0，与1，那么也是0。如果初始态是1，与1，结果是1，起到保持初始态的目的。

4、stc8a8的PWM的设置流程（初始化步骤+调整频率和挑调整占空比的步骤）

4.1初始化步骤：

1、打开设置开关：
2、设置对应管脚输出PWM；（管脚切换）
3、设置PWM时钟源；
4、设置PWM的初始电平为高电平和对应的PWM通道的允许输出PWM；
5、设置使能PWM的大门，允许输出PWM。
6、关闭设置开关。

   P_SW2=0x80;//打开设置开关
	//管脚切换+初始高电平，参考stc官方例程
	PWM0CR = 0xc0;//在P20输出PWM0，初始高电平
	PWM1CR = 0xc0;//在P21输出PWM1，初始高电平  
    PWM2CR = 0xc0;//在P22输出PWM2，初始高电平 
	PWM3CR = 0xc0;//在P23输出PWM3，初始高电平
	//设置PWM时钟源系统时钟/12=11.0592mhz/12；   
    PWMCKS=0X0b;
	//PWM配置寄存器
    PWMCFG = 0x00;
    PWMCR |=0x80;//使能PWM模块
    P_SW2 =0x00;

4.2设置周期、设置占空比；

这个在具体调整的函数里面实现。

//******************************************
void HPWM_Set(int PWMchannel, unsigned int f,float zkb)
{
    unsigned int  CycleTime;
	P_SW2=0x80;//打开设置开关
	//根据频率，计算周期=频率的倒数，设置计数周期
	//921600=11.0592Mhz/12=11059200/12,兆，等于10的6次方。
	//用到强制类型转换，将计算的小数强制转换为无符号整型，
	//因为计数器只能是整数，而且是0-32767之间。
	CycleTime=(unsigned int)(921600/f);//根据频率算得周期
	PWMC=CycleTime; //设置PWM周期，放到对应的寄存器中。
	
	//看设置的那个通道的占空比；
	switch(PWMchannel)
	{
		case 0:  //P20通道，PWM0的占空比，翻转点设置；
		   PWM0T1 =zkb*CycleTime; //N*zkb=Nt1
		   PWM0T2 = 0;//当计数到CYCLE的时候，会归0
		   break;
		case 1:	 //P21通道，PWM1的占空比，翻转点设置；
		   PWM1T1 =zkb*CycleTime;  //
           PWM1T2 = 0;//当计数到CYCLE的时候，会归0
		   break;
		case 2: //P22通道，PWM2的占空比，翻转点设置；
		   PWM2T1 =zkb*CycleTime;  //
           PWM2T2 =0; //当计数到CYCLE的时候，会归0
		   break;
		case 3:
		   PWM3T1 =zkb*CycleTime;   
           PWM3T2 = 0;//当计数到CYCLE的时候，会归0
		   break;	
		default:
			break;//
	}
	 PWMCR |= 0x80;     //使能PWM模块
	 P_SW2=0x00;//关闭设置开关
}

结论：
通过上面讲解，得到设置寄存器的步骤；
（1）了解具体的对象的概念，什么是PWM？
（2）学习芯片例程的设置流程。看芯片手册对应目录；
（3）抽象问题，设置对应的参数。
（4）关于寄存器：
—控制寄存器相当于门卫房间。
接收的是控制指令，需要明白什么指令什么作用，对上暗号，它就听你话，按照你的想法干活；
需要熟悉置1，清0的位操作。

—数据寄存器，就是一个放数据的房间。
一般分为两个房间，
一个房间放数据的高八位，
一个房间放低八位的数据，
所以有一些场合，需要把数据拆成高八位的数据和低八位的数据，放到对应的房间。
怎么拆分？
用求余数或者求模运算就可以了。
比如有一个数int a=3000;
高8位假如是ahigh，那ahigh=a/256;
低八位alow=a%256;
将ahigh放到高8位的房间，alow放到低8位的房间。