当前位置： 代码迷 >> 综合 >> 蓝桥杯单片机基础之PWM(Pulse width modulation)
  详细解决方案

蓝桥杯单片机基础之PWM(Pulse width modulation)

热度：52   发布时间：2023-11-14 07:29:41.0

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%

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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)?50%=2.5伏v = (5 + 0)*50\% = 2.5伏 v=(5+0)?50%=2.5伏

那么如果我们要产生4V的电压如何算呢？
4=(5+0)?m4 = (5+0)*m 4=(5+0)?m
可以解得m=80%m= 80\%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%

在这里插入图片描述

然后周期为20us,占空比为90%

在这里插入图片描述

然后是周期为4ms,占空比为10%
请添加图片描述

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
在这里插入图片描述
效果如下

请添加图片描述

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
在这里插入图片描述
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)
请添加图片描述
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！
在这里插入图片描述

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 enum{
    LED = 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 enum{
    LED = 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 enum{
    LED = 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 enum{
    LED = 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 liushui()
{
    if(delay1s.ok){
    static uchar i;delay1s.ok = 0;if(i++ < 8);else{
    i = 0;}maskValue = ~(1 << i);}
}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){
    liushui();}
}

加群

在这里插入图片描述

  相关解决方案

代码迷 - 您身边的软件异常，代码异常，编程异常助手（发现，解决，分享）
Copyright © 2009-2013 DAIMAMI.COM. All rights reserved.