蓝桥杯单片机基础之PWM(Pulse width modulation)

Posted 2023-01-25 _WILLPOWER_

文章目录

• 概念
• 代码思路
• pwm的思考
• 总结
• 测试代码
• • 周期为20us,占空比为10%
  • 呼吸灯
  • 8个亮度等级
  • 8个亮度等级流水灯
• 加群

概念

对于PWM的概念这里就不过多赘述，大家可以直接查看一些文章对于pwm的介绍，下面给一段我认为比较好的说法：

脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。–参考百度百科

这是一个什么意思呢？

为了后续理解的方便，我先给出PWM的两个重要指标：

1. 周期(频率)
2. 占空比.

先来看一幅图：
下图是一个周期信号，他的周期是3.70ms,其高电平所占时间为1.85ms
我们就说这个信号的周期为3.70ms,占空比( 高电平时间/总周期时间)为50%

如果高电平是5V，低电平为0V，那么这个信号,在一个周期有一半时间是5V，一半时间是0V，它的电压可以这样计算
$$v=(5+0)\ast 50\%=2.5伏$$

那么如果我们要产生4V的电压如何算呢？
$$4=(5+0)\ast m$$
可以解得$m=80\%$,也就是说高电平需要占整个周期得4/5。这样说来我们可以通过占空比来调节输出电压的大小，但是周期的大小又对pwm来说意味着什么呢？

我们先看如下实验，周期为20us,占空比为10%

然后周期为20us,占空比为90%

然后是周期为4ms,占空比为10%

可以看到周期太长，会导致闪烁，这个很好理解，如何你把周期设置为1s，那么不久是在1s开灯，1s关灯嘛，所以说周期必须设置要够小才能有效果，根据我的测试，周期为1ms以下效果就还是不错的

代码思路

了解原理后，我们如何实现pwm呢？因为pwm涉及到定时，因此我们可以利用定时器来实现！
如果我们设置一个1us的定时器中断，那么每过1us，就会进入中断，我把这个定时器1us叫做最低步进
设pwm参数为一个结构体，其定义如下
其中cnt为计数值，max表示计数的最大值，highCnt表示高电平所占计数值

typedef struct pwm

	uint cnt;
	uint max;
	uint highCnt;
pwm_t;
pwm_t pwm1 = 0, 20, 2;

在定时器中断这样写：

void Timer0Handle() interrupt 1

	//如果cnt和highCnt相等，表示高电平的时间已经到了，因此这里要灭灯(也即高电平灭)
	if(pwm1.cnt == pwm1.highCnt)
	
		SL(LED, 0xff);
	
	//让cnt变量在0-max之间不断运行
	if(pwm1.cnt++ < pwm1.max);
	else
	
		//如果cnt为0表示周期开始，那么周期开始的时候是亮灯(也即低电平亮)
		SL(LED, 0);
		pwm1.cnt = 0;
	

在这个代码中，我只需要修改highCnt的值就是修改占空比了，因此要想实现呼吸灯的效果，我只需要在一段时间修改占空比的值就行了，比如

效果如下

pwm的思考

话说其实每次考试的时候，它都会说让你pwm设定几个等级，其实这个也就是说占空比在整个周期中设定为几个值，比如你是4个等级，如果周期为100份，那么这四个等级的占空比就是[1,25,50,100].
因此呀，pwm占空比的值其实是整个周期的每一份都是可以用的。所以在保证周期足够小的基础上面，我们尽量选择更细一点，让我们有更多的周期份数可以用。
比如上面说的周期有100份，如果1份的时间是1s显然是不行的！为1us的话，100份就是100us,而这个一份的时间就是我们定时器来提供的。

比如我们可以直接实现以下效果：
从左到右亮度逐渐增加

其中核心代码如下

uint pwm_cnt = 0;
uint pwm_max = 105;
uint pwm_value[] = 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 105;
uchar ledValue = 0x00;

void Timer0Handle() interrupt 1

	uchar i = 0;
	//让cnt变量在0-max之间不断运行
	if(pwm_cnt++ < pwm_max);
	else
	
		//结束周期，ledValue全部亮起
		ledValue = 0x00;
		pwm_cnt = 0;
		//如果cnt为0表示周期开始，那么周期开始的时候是亮灯(也即低电平亮)
		//因为都是占空比的不同，但是起始的时候都是高电平，不同在于低电平来到的时间
		SL(LED, 0);
	
	//遍历8个灯的情况
	for(i=0; i<8; i++)
	
		if(pwm_cnt == pwm_value[i])
		
			//如果cnt等于对应灯的占空比了，那么这个灯就应该被关闭了
			ledValue |= (1 << i);
			SL(LED, ledValue);
		
	

同时上述代码也可以改为流水灯，效果如下
(实现亮度不同的状态下，实现流水灯)

核心代码：
就是要在每次pwm初始亮灯的时候考虑到led状态的变量，而这个变量决定了到底led应该如何亮！

uchar maskValue = 0xff;

void Timer0Handle() interrupt 1


	uchar i = 0;
	//让cnt变量在0-max之间不断运行
	if(pwm_cnt++ < pwm_max);
	else
	
		//结束周期，注意:(如果要外部控制每个LED，那么这里就不是全部亮起了！)
		ledValue = maskValue;
		//如果cnt为0表示周期开始，那么周期开始的时候是亮灯(也即低电平亮)
		//因为都是占空比的不同，但是起始的时候都是高电平，不同在于低电平来到的时间
		SL(LED, ledValue);
		pwm_cnt = 0;
	
	//遍历8个灯的情况
	for(i=0; i<8; i++)
	
		if(pwm_cnt == pwm_value[i])
		
			//如果cnt等于对应灯的占空比了，那么这个灯就应该被关闭了
			ledValue |= (1 << i);
			SL(LED, ledValue);
		
	
	TimeRun(&delay1s);


void liushui()

	if(delay1s.ok)
	
		static uchar i;
		delay1s.ok = 0;
		if(i++ < 8);
		else
		
			i = 0;
		
		maskValue = ~(1 << i);
	

总结

相比经过上述的介绍，对pwm的使用，各位都应该有了一个比较清晰的认识了，我想说的是pwm是一个非常常规的知识，但是想要用好它，还是需要一定的思考的，对于蓝桥杯历年的题来说，pwm也是一个比较难的考点，大家平时还是要按照题目要求，多总结一下，多练练！

测试代码

周期为20us,占空比为10%

#include "STC15F2K60S2.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define SELE(x) P2 = P2 & 0x1f | x << 5; P2 = P2 & 0x1f 	

code enumLED = 4, EXT, SEL, CODE;

typedef struct pwm

	uint cnt;
	uint max;
	uint highCnt;
	uchar ok;
pwm_t;

pwm_t pwm1 = 0, 20, 2, 0;

void SL(uchar _dev, uchar _data)

	P0 = _data;
	SELE(_dev);


void Timer0Handle() interrupt 1

	if(pwm1.cnt == 0)
	
		SL(LED, 0);
	
	else if(pwm1.cnt == pwm1.highCnt)
	
		SL(LED, 0xff);
	
	if(pwm1.cnt++ < pwm1.max);
	else
	
		pwm1.cnt = 0;
	



void Timer0Init(void)		//1微秒@12.000MHz

	AUXR |= 0x80;		//定时器时钟1T模式
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TL0 = 0xF4;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFF;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
	ET0 = 1;



void main()

	SL(LED, 0x0);
	Timer0Init();
	EA = 1;
	while(1)
	
		
	
                                                 

呼吸灯

#include "STC15F2K60S2.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define SELE(x) P2 = P2 & 0x1f | x << 5; P2 = P2 & 0x1f 	

code enumLED = 4, EXT, SEL, CODE;

typedef struct pwm

	uint cnt;
	uint max;
	uint highCnt;
pwm_t;

typedef struct Delay

	uint max;
	uint cnt;
	uchar ok;
t_delay;

pwm_t pwm1 = 0, 20, 2;
t_delay delay5000 = 5000, 0, 0;
void SL(uchar _dev, uchar _data)

	P0 = _data;
	SELE(_dev);


void TimeRun(t_delay* _time)

		if(_time->cnt++ < _time->max);
		else
		
			_time->cnt = 0;
			_time->ok = 1;
		


void Timer0Handle() interrupt 1

	//如果cnt为0表示周期开始，那么周期开始的时候是亮灯(也即低电平亮)
	if(pwm1.cnt == 0)
	
		SL(LED, 0);
	
	//如果cnt和highCnt相等，表示高电平的时间已经到了，因此这里要灭灯(也即高电平灭)
	else if(pwm1.cnt == pwm1.highCnt)
	
		SL(LED, 0xff);
	
	//让cnt变量在0-max之间不断运行
	if(pwm1.cnt++ < pwm1.max);
	else
	
		pwm1.cnt = 0;
	
	TimeRun(&delay5000);


void Timer0Init(void)		//1微秒@12.000MHz

	AUXR |= 0x80;		//定时器时钟1T模式
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TL0 = 0xF4;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFF;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
	ET0 = 1;


void huxi()

	//每5ms让占空比加
	if(delay5000.ok)
	
		delay5000.ok = 0;
		pwm1.highCnt = (pwm1.highCnt + 1)%pwm1.max;
	


void main()

	SL(LED, 0x0);
	Timer0Init();
	EA = 1;
	while(1)
	
			huxi();
	
                                                 

8个亮度等级

#include "STC15F2K60S2.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define SELE(x) P2 = P2 & 0x1f | x << 5; P2 = P2 & 0x1f 	

code enumLED = 4, EXT, SEL, CODE;


uint pwm_cnt = 0;
uint pwm_max = 105;
uint pwm_value[] = 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 105;
uchar ledValue = 0x00;

void SL(uchar _dev, uchar _data)

	P0 = _data;
	SELE(_dev);



void Timer0Handle() interrupt 1

	//如果cnt为0表示周期开始，那么周期开始的时候是亮灯(也即低电平亮)
	//因为都是占空比的不同，但是起始的时候都是高电平，不同在于低电平来到的时间
	uchar i = 0;
	if(pwm_cnt == 0)
	
		SL(LED, 0);
	
	//让cnt变量在0-max之间不断运行
	if(pwm_cnt++ < pwm_max);
	else
	
		//结束周期，ledValue全部亮起
		ledValue = 0x00;
		pwm_cnt = 0;
	
	//遍历8个灯的情况
	for(i=0; i<8; i++)
	
		if(pwm_cnt == pwm_value[i])
		
			//如果cnt等于对应灯的占空比了，那么这个灯就应该被关闭了
			ledValue |= (1 << i);
			SL(LED, ledValue);
		
	
	


void Timer0Init(void)		//1微秒@12.000MHz

	AUXR |= 0x80;		//定时器时钟1T模式
	TMOD &= 0xF0;		//设置定时器模式
	TL0 = 0xF4;		//设置定时初值
	TH0 = 0xFF;		//设置定时初值
	TF0 = 0;		//清除TF0标志
	TR0 = 1;		//定时器0开始计时
	ET0 = 1;




void main()

	SL(LED, 0x0);
	Timer0Init();
	EA = 1;
	while(1)
	

	
                                                 

8个亮度等级流水灯

#include "STC15F2K60S2.h"
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define SELE(x) P2 = P2 & 0x1f | x << 5; P2 = P2 & 0x1f 	

code enumLED = 4, EXT, SEL, CODE;


uint pwm_cnt = 0;
uint pwm_max = 105;
uint pwm_value[] = 3, 20, 30, 50, 60, 90, 100, 105;
uchar ledValue = 0x00;
uchar maskValue = 0xff;

typedef struct Delay

	unsigned long max;
	unsigned long cnt;
	uchar ok;
t_delay;

t_delay delay1s = 10000, 0, 0;

void SL(uchar _dev, uchar _data)

	P0 = _data;
	SELE(_dev);


void TimeRun(t_delay* _time)

		if(_time->cnt++ < _time->max);
		else
		
			_time->cnt = 0;
			_time->ok = 1;
		


void Timer0Handle() interrupt 1

	//如果cnt为0表示周期开始，那么周期开始的时候是亮灯(也即低电平亮)
	//因为都是占空比的不同，但是起始的时候都是高电平，不同在于低电平来到的时间
	uchar i = 0;
	if(pwm_cnt == 0)
	
		SL(LED, ledValue);
	
	//让cnt变量在0-max之间不断运行
	if(pwm_cnt++ < pwm_max);
	else
	
		//结束周期，注意:(如果要外部控制每个LED，那么这里就不是全部亮起了！)
		ledValue = maskValue;
		pwm_cnt = 0;
	
	//遍历8个灯的情况
	for(i=0; i<8; i++)
	
		if(pwm_cnt == pwm_value[i])
		
			//如果cnt等于对应灯的占空比了，那么这个灯就应该被关闭了
			ledValue |= (1 << i);
			SL(LED, ledValue);
		
	
	TimeRun(&delay1s);


void liushu
以上是关于蓝桥杯单片机基础之PWM(Pulse width modulation)的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
 
 蓝桥杯单片机设计与开发_基础模块_DS18B20
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