PWM 在單片機中的應用是非常廣泛的，它的基本原理很簡單，但往往應用於不同場合上意義也不完全一樣，這裡我先把基本概念和基本原理給大家介紹一下，後邊遇到用的時候起碼知道是個什麼東西。
PWM 是 Pulse Width Modulation 的縮寫，它的中文名字是脈衝寬度調製，一種說法是它利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種有效的技術，其實就是使用數位訊號達到一個模擬信號的效果。這是個什麼概念呢？我們一步步來介紹。
首先從它的名字來看，脈衝寬度調製，就是改變脈衝寬度來實現不同的效果。我們先來看三組不同的脈衝信號，如圖 10-1 所示。
圖 10-1 PWM 波形
這是一個周期是 10ms，即頻率是 100Hz 的波形，但是每個周期內，高低電平脈衝寬度各不相同，這就是 PWM 的本質。在這裡大家要記住一個概念，叫做「佔空比」。佔空比是指高電平的時間佔整個周期的比例。比如第一部分波形的佔空比是 40%，第二部分波形佔空比是 60%，第三部分波形佔空比是 80%，這就是 PWM 的解釋。
那為何它能對模擬電路進行控制呢？大家想一想，我們數字電路裡，只有 0 和 1 兩種狀態，比如我們第 2 章學會的點亮 LED 小燈那個程序，當我們寫一個 LED = 0;小燈就會長亮，當我們寫一個 LED = 1;小燈就會滅掉。當我們讓小燈亮和滅間隔運行的時候，小燈是閃爍。
如果我們把這個間隔不斷的減小，減小到我們的肉眼分辨不出來，也就是 100Hz 以上的頻率，這個時候小燈表現出來的現象就是既保持亮的狀態，但亮度又沒有 LED = 0;時的亮度高。那我們不斷改變時間參數，讓 LED = 0;的時間大於或者小於 LED = 1;的時間，會發現亮度都不一樣，這就是模擬電路的感覺了，不再是純粹的 0 和 1，還有亮度不斷變化。大家會發現，如果我們用 100Hz 的信號，如圖 10-1 所示，假如高電平熄滅小燈，低電平點亮小燈的話，第一部分波形熄滅 4ms，點亮 6ms，亮度最高，第二部分熄滅 6ms，點亮 4ms，亮度次之，第三部分熄滅 8ms，點亮 2ms，亮度最低。那麼用程序驗證一下我們的理論，我們用定時器T0 定時改變 P0.0 的輸出來實現 PWM，與純定時不同的是，這裡我們每周期內都要重載兩次定時器初值，即用兩個不同的初值來控制高低電平的不同持續時間。為了使亮度的變化更加明顯，程序中使用的佔空比差距更大。
#include <reg52.h>
sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned char HighRH = 0;
unsigned char HighRL = 0;
unsigned char LowRH = 0;
unsigned char LowRL = 0;
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);
void ClosePWM();
void main(){
unsigned int i;
EA = 1;
ENLED = 0;
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;
while (1){
ConfigPWM(100, 10);
for (i=0; i<40000; i++);
ClosePWM();
ConfigPWM(100, 40);
for (i=0; i<40000; i++);
ClosePWM();
ConfigPWM(100, 90);
for (i=0; i<40000; i++);
ClosePWM();
for (i=0; i<40000; i++);
}
}
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc){
unsigned int high, low;
unsigned long tmp;
tmp = (11059200/12) / fr;
high = (tmp*dc) / 100;
low = tmp - high;
high = 65536 - high + 12;
low = 65536 - low + 12;
HighRH = (unsigned char)(high>>8);
HighRL = (unsigned char)high;
LowRH = (unsigned char)(low>>8);
LowRL = (unsigned char)low;
TMOD &= 0xF0;
TMOD |= 0x01;
TH0 = HighRH;
TL0 = HighRL;
ET0 = 1;
TR0 = 1;
PWMOUT = 1;
}
void ClosePWM(){
TR0 = 0;
ET0 = 0;
PWMOUT = 1;
}
void InterruptTimer0() interrupt 1{
if (PWMOUT == 1){
TH0 = LowRH;
TL0 = LowRL;
PWMOUT = 0;
}else{
TH0 = HighRH;
TL0 = HighRL;
PWMOUT = 1;
}
}
需要提醒大家的是，由於標準 51 單片機中沒有專門的 PWM 模塊，所以我們用定時器加中斷的方式來產生 PWM，而現在有很多的單片機都會集成硬體的 PWM 模塊，這種情況下需要我們做的就僅僅是計算一下周期計數值和佔空比計數值然後配置到相關的 SFR 中即可，既使程序得到了簡化又確保了 PWM 的輸出品質（因為消除了中斷延時的影響）。
大家編譯下載程序後，會發現小燈從最亮到滅一共 4 個亮度等級。如果我們讓亮度等級更多，並且讓亮度等級連續起來，會產生一個小燈漸變的效果，與呼吸有點類似，所以我們習慣上稱之為呼吸燈，程序代碼如下，這個程序用了 2 個定時器 2 個中斷，這是我們第一次這樣用，大家可以學習一下。我們來試試這個程序，試完了大家一定要能自己把程序寫出來，切記。
純文本複製
#include <reg52.h>
sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned long PeriodCnt = 0;
unsigned char HighRH = 0;
unsigned char HighRL = 0;
unsigned char LowRH = 0;
unsigned char LowRL = 0;
unsigned char T1RH = 0;
unsigned char T1RL = 0;
void ConfigTimer1(unsigned int ms);
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc);
void main(){
EA = 1;
ENLED = 0;
ADDR3 = 1;
ADDR2 = 1;
ADDR1 = 1;
ADDR0 = 0;
ConfigPWM(100, 10);
ConfigTimer1(50);
while (1);
}
void ConfigTimer1(unsigned int ms){
unsigned long tmp;
tmp = 11059200 / 12;
tmp = (tmp * ms) / 1000;
tmp = 65536 - tmp;
tmp = tmp + 12;
T1RH = (unsigned char)(tmp>>8);
T1RL = (unsigned char)tmp;
TMOD &= 0x0F;
TMOD |= 0x10;
TH1 = T1RH;
TL1 = T1RL;
ET1 = 1;
TR1 = 1;
}
void ConfigPWM(unsigned int fr, unsigned char dc){
unsigned int high, low;
PeriodCnt = (11059200/12) / fr;
high = (PeriodCnt*dc) / 100;
low = PeriodCnt - high;
high = 65536 - high + 12;
low = 65536 - low + 12;
HighRH = (unsigned char)(high>>8);
HighRL = (unsigned char)high;
LowRH = (unsigned char)(low>>8);
LowRL = (unsigned char)low;
TMOD &= 0xF0;
TMOD |= 0x01;
TH0 = HighRH;
TL0 = HighRL;
ET0 = 1;
TR0 = 1;
PWMOUT = 1;
}
void AdjustDutyCycle(unsigned char dc){
unsigned int high, low;
high = (PeriodCnt*dc) / 100;
low = PeriodCnt - high;
high = 65536 - high + 12;
low = 65536 - low + 12;
HighRH = (unsigned char)(high>>8);
HighRL = (unsigned char)high;
LowRH = (unsigned char)(low>>8);
LowRL = (unsigned char)low;
}
void InterruptTimer0() interrupt 1{
if (PWMOUT == 1){
TH0 = LowRH;
TL0 = LowRL;
PWMOUT = 0;
}else{
TH0 = HighRH;
TL0 = HighRL;
PWMOUT = 1;
}
}
void InterruptTimer1() interrupt 3{
static bit dir = 0;
static unsigned char index = 0;
unsigned char code table[13] = {
5, 18, 30, 41, 51, 60, 68, 75, 81, 86, 90, 93, 95
};
TH1 = T1RH;
TL1 = T1RL;
AdjustDutyCycle(table[index]);
if (dir == 0){
index++;
if (index >= 12){
dir = 1;
}
}else{
index--;
if (index == 0){
dir = 0;
}
}
}
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