STC15F2K60S2芯片PWM的应用
1．目的
脉宽调制（PWM，Pulse Width Modulation）是一种使用程序来控制波形占空比、周期、相位波形的技术，在三相电机驱动、D/A转换等场合有广泛的应用。
STC15系列单片机的PCA模块可以通过设定各自的寄存器PCA_PWMn（n=0,1,2.下同）中的位EBSn_1/PCA_PWMn.7及EBSn_0/PCA_PWMn.6,使其工作于8位PWM或7位PWM或6位PWM模式。
2．与CCP/PWM/PCA应用有关的特殊功能寄存器
|
符号 |
描述 |
位地址及其符号 |
复位值 |
||||||||
|
地址 |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
||
|
CCON |
PCA Control Register |
D8H |
CF |
CR |
– |
– |
– |
CCF2 |
CCF1 |
CCF0 |
00xx xx00 |
|
CMOD |
PCA Mode Register |
D9H |
CIDL |
– |
– |
– |
CPS2 |
CPS1 |
CPS0 |
ECF |
0xxx 0000 |
|
CCAPM0 |
PCA Module 0 Mode Register |
DAH |
– |
ECOM0 |
CAPP0 |
CAPN0 |
MAY0 |
TOG0 |
PWM0 |
ECCF0 |
x000 000 |
|
CCAPM1 |
PCA Module 1 Mode Register |
DBH |
– |
ECOM1 |
CAPP1 |
CAPN1 |
MAY1 |
TOG1 |
PWM1 |
ECCF1 |
x000 0000 |
|
CCAPM2 |
PCA Module 2 Mode Register |
DCH |
– |
ECOM2 |
CAPP2 |
CAPN2 |
MAY2 |
TOG2 |
PWM2 |
ECCF2 |
x000 0000 |
|
CL |
PCA Base Timer Low |
E9H |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
CH |
PCA Base Timer High |
F9H |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
CCAP0L |
PCA Module-0 Capture Register Low |
EAH |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
CCAP0H |
PCA Module-0 Capture Register High |
FAH |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
CCAP1L |
PCA Module-1 Capture Register Low |
EBH |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
CCAP1H |
PCA Module-1 Capture Register High |
FBH |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
CCAP2L |
PCA Module-2 Capture Register Low |
ECH |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
CCAP2H |
PCA Module-2Capture Register High |
FCH |
|
|
|
|
|
|
|
|
0000 0000 |
|
PCA_PWM0 |
PCA PWM Mode Auxiliary Register 0 |
F2H |
EBS0_1 |
EBS0_0 |
– |
– |
– |
– |
EPC0H |
EPC0L |
00xx xx00 |
|
PCA_PWM1 |
PCA PWM Mode Auxiliary Register 1 |
F3H |
EBS1_1 |
EBS1_0 |
– |
– |
– |
– |
EPC1H |
EPC1L |
00xx xx00 |
|
PCA_PWM2 |
PCA PWM Mode Auxiliary Register 2 |
F4H |
EBS2_1 |
EBS2_0 |
– |
– |
– |
– |
EPC2H |
EPC2L |
00xx xx00 |
|
AUXRI P_SW1 |
Auxiliary Register 1 |
A2H |
S1_S1 |
S1_S0 |
CCP_S1 |
CCP_S0 |
SP1_S1 |
SP1_S0 |
– |
DPS |
0100 0000 |
2.1.PCA工作模式寄存器CMOD
PCA工作模式寄存器的格式如下：
CMOD：PCA工作模式寄存器
|
SFR name |
Address |
bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
CCON |
D9H |
name |
CIDL |
– |
– |
– |
CPS2 |
CPS1 |
CPS0 |
ECF |
CIDL：空闲模式下是否停止PCA计数的控制位。
当ＣIDL = 0时，空闲模式下PCA计数器继续工作；
当ＣIDL = 1时，空闲模式下PCA计数器停止工作；
CPS2、CPS1、CPS0：PCA计数脉冲源选择控制位。
PCA计数脉冲选择如下表所示。
|
CPS2 |
CPS1 |
CPS0 |
选择PCA/PWM时钟源输入 |
|
0 |
0 |
0 |
0，系统时钟，SYSclk/12 |
|
0 |
0 |
1 |
1，系统时钟，SYSclk/2 |
|
0 |
1 |
0 |
2，定时器0的溢出脉冲。由于定时器0可以工作在T1模式，所以可以达到记一个时钟就溢出，从而达到最高频率CPU工作时钟SYSclk，通过改变定时器0的溢出率，可以实现可调频率的PWM输出 |
|
0 |
1 |
1 |
3，ECI/P1.2(或P4.1)脚输入的外部时钟（最大速率=SYSclk/2） |
|
1 |
0 |
0 |
4，系统时钟，SYSclk |
|
1 |
0 |
1 |
5，系统时钟/4，SYSclk/4 |
|
1 |
1 |
0 |
6，系统时钟/6，SYSclk/6 |
|
1 |
1 |
1 |
7，系统时钟/8，SYSclk/8 |
例如，CPS2/CPS1/CPS0 = 1/0/0时，CCP/PCA/PWM的时钟源是SYSclk，不用定时器0，PWM的频率为SYSclk/256.
如果要用系统时钟/3来作为PCA的时钟源，应选择T0的溢出作为CCP/PCA/PWM的时钟源，此时应让T0工作在1T模式，计数3个脉冲即产生溢出。用T0的溢出可对系统时钟进行1~65536级分频（T0工作在16为重装载模式）。
ECF：PCA计数溢出中断使能位。
当ECF = 0时，禁止寄存器CCON中CF位的中断；
当ECF = 1时，允许寄存器CCON中CF位的中断。
2.2．PCA控制寄存器CCON
PCA控制寄存器的格式如下：
CCON：PCA控制寄存器
|
SFR name |
Address |
bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
CCON |
D8H |
name |
CF |
CR |
– |
– |
– |
– |
CCF1 |
CCF0 |
CF：PCA计数器阵列溢出标志位。当PCA计数器溢出时，CF由硬件置位。如果CMOD寄存器的ECF位置位，则CF标志可用来产生中断。CF位可通过硬件或软件置位，但只能通过软件清零。
CR：PCA计数器阵列运行控制位。该位通过软件置位，用来启动计数器阵列计数。该位通过软件清零，用来 关闭PCA计数器。
CCF2：PCA模块2中断标志。当出现匹配或捕捉时该位由硬件置位。该位必须通过软件清零。
CCF1：PCA模块1中断标志。当出现匹配或捕捉时该位由硬件置位。该位必须通过软件清零。
CCF0：PCA模块0中断标志。当出现匹配或捕捉时该位由硬件置位。该位必须通过软件清零。
2.3.PCA比较/捕获寄存器CCAPM0、CCAPM1和CCAPM2
PCA模块0的比较/捕获寄存器的格式如下：
CCAPM0：PCA模块0的比较/捕获寄存器
|
SFR name |
Address |
Bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
CCAPM0 |
DAH |
name |
– |
ECOM0 |
CAPP0 |
CAPN0 |
MAT0 |
TOG0 |
PWM0 |
ECCF0 |
B7：保留为将来之用。
ECOM0：允许比较器功能控制位。
当ECOM0 = 1时，允许比较器功能。
CAPP0： 正捕获控制位。
当CAPP0 = 1时，允许上升沿捕获。
CAPN0： 负捕获控制位。
当CAPN0 = 1时，允许下降沿捕获。
MAT0： 匹配控制位。
当MAT0 = 1时，PCA计数值与模块的比较／捕获寄存器的值的匹配将置位CCON寄存器的中断标志位CCF0。
TOG0：翻转控制位。
当TOG0 = 1时，工作在PCA高速脉冲输出模式，PCA计数器的值与模块的比较/捕获寄存器的值的匹配将使CCP0脚翻转。
PWM0： 脉宽调制模式。
当PWM0 = 1时，允许CCP0脚用作脉宽调节输出。
ECCF0：使能CCF0中断。使能寄存器CCON的比较/捕获标志CCF0,用来产生中断。
PCA模块1的比较/捕获寄存器的格式如下：
CCAPM1：PCA模块1的比较/捕获寄存器
|
SFR name |
Address |
Bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
CCAPM1 |
DBH |
name |
– |
ECOM1 |
CAPP1 |
CAPN1 |
MAT1 |
TOG1 |
PWM1 |
ECCF1 |
B7：保留为将来之用。
ECOM1：允许比较器功能控制位。
当ECOM1 = 1时，允许比较器功能。
CAPP1： 正捕获控制位。
当CAPP1 = 1时，允许上升沿捕获。
CAPN1：负捕获控制位。
当CAPN1 = 1时，允许下降沿捕获。
MAT1：匹配控制位。
当MAT1 = 1时，PCA计数值与模块的比较／捕获寄存器的值的匹配将置位CCON寄存器的中断标志位CCF1。
TOG1：翻转控制位。
当TOG1 = 1时，工作在PCA高速脉冲输出模式，PCA计数器的值与模块的比较/捕获寄存器的值的匹配将使CCP1脚翻转。
PWM1： 脉宽调制模式。
当PWM1 = 1时，允许CCP1脚用作脉宽调节输出。
ECCF1：使能CCF1中断。使能寄存器CCON的比较/捕获标志CCF1,用来产生中断。
PCA模块2的比较/捕获寄存器的格式如下：
CCAPM2：PCA模块2的比较/捕获寄存器
|
SFR name |
Address |
Bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
CCAPM2 |
DCH |
name |
– |
ECOM2 |
CAPP2 |
CAPN2 |
MAT2 |
TOG2 |
PWM2 |
ECCF2 |
B7：保留为将来之用。
ECOM2：允许比较器功能控制位。
当ECOM2 = 1时，允许比较器功能。
CAPP2： 正捕获控制位。
当CAPP2 = 1时，允许上升沿捕获。
CAPN2：负捕获控制位。
当CAPN2 = 1时，允许下降沿捕获。
MAT2：匹配控制位。
当MAT2 = 1时，PCA计数值与模块的比较／捕获寄存器的值的匹配将置位CCON寄存器的中断标志位CCF2。
TOG2：翻转控制位。
当TOG2 = 1时，工作在PCA高速脉冲输出模式，PCA计数器的值与模块的比较/捕获寄存器的值的匹配将使CCP2脚翻转。
PWM2：脉宽调制模式。
当PWM2 = 1时，允许CCP2脚用作脉宽调节输出。
ECCF2：使能CCF2中断。使能寄存器CCON的比较/捕获标志CCF2,用来产生中断。
2.4.PCA的16位计时器 — 低8位CL和高8位CH
CL和CH地址分别为E9H和F9H，复位值均为00H，用于保存PCA的装载值。2.5.PCA捕捉/比较寄存器 — CCAPnL（低位字节）和CCAPnH（高位字节）
当PCA模块用于捕获或比较时，它们用于保存各个模块的16位捕捉计数值；当PCA模块用于PWM模式时，它们用来控制输出的占空比。其中，n = 0、1、2，分别对应模块0、模式1和模块2。复位值均为00H。它们对应的地址分别为：
CCAP0L — EAH、CCAP0H — FAH：模块0的捕捉/比较寄存器。
CCAP1L — EBH、CCAP1H — FBH：模块1的捕捉/比较寄存器。
CCAP2L — ECH、CCAP2H — FCH：模块2的捕捉/比较寄存器。
2.6.PCA模块PWM寄存器PCA_PWM0、PCA_PWM1和PCA_PWM2
PCA模块0的PWM寄存器的格式如下：
PCA_PWM0：PCA模块0的PWM寄存器
|
SFR name |
Address |
Bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
PCA_PWM0 |
F2H |
name |
EBS0_1 |
EBS0_0 |
– |
– |
– |
– |
EPC0H |
EPC0L |
EBS0_1,EBS0_0：当PCA模块0工作于PWM模式时的功能选择位。
0，0：PCA模块0工作于8位PWM功能；
0，1：PCA模块0工作于7位PWM功能；
1，0：PCA模块0工作于6位PWM功能；
1，1：无效，PCA模块0工作于8位PWM模式。
EPC0H：在PWM模式下，与CCAP0H组成9位数。
EPC0L：在PWM模式下，与CCAP0L组成9位数。
PCA模块1的PWM寄存器的格式如下：
PCA_PWM1：PCA模块1的PWM寄存器
|
SFR name |
Address |
Bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
PCA_PWM1 |
F3H |
name |
EBS2_1 |
EBS2_0 |
– |
– |
– |
– |
EPC1H |
EPC1L |
EBS1_1,EBS1_0：当PCA模块1工作于PWM模式时的功能选择位。
0，0：PCA模块1工作于8位PWM功能；
0，1：PCA模块1工作于7位PWM功能；
1，0：PCA模块1工作于6位PWM功能；
1，1：无效，PCA模块1工作于8位PWM模式。
EPC1H：在PWM模式下，与CCAP1H组成9位数。
EPC1L：在PWM模式下，与CCAP1L组成9位数。
PCA模块2的PWM寄存器的格式如下：
PCA_PWM2：PCA模块2的PWM寄存器
|
SFR name |
Address |
Bit |
B7 |
B6 |
B5 |
B4 |
B3 |
B2 |
B1 |
B0 |
|
PCA_PWM2 |
F4H |
name |
EBS2_1 |
EBS2_0 |
– |
– |
– |
– |
EPC2H |
EPC2L |
EBS2_1,EBS2_0：当PCA模块2工作于PWM模式时的功能选择位。
0，0：PCA模块2工作于8位PWM功能；
0，1：PCA模块2工作于7位PWM功能；
1，0：PCA模块2工作于6位PWM功能；
1，1：无效，PCA模块2工作于8位PWM模式。
EPC2H：在PWM模式下，与CCAP2H组成9位数。
EPC2L：在PWM模式下，与CCAP2L组成9位数。
PCA模块的工作模式设定表如下表所列：
|
ECOMn |
CAPPn |
CAPNn |
MATn |
TOGn |
PWMn |
ECCFn |
模块功能 |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
无此操作 |
|
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
8位PWM，无中断 |
|
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
8位PWM输出，由低变高产生中断 |
|
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
8位PWM输出，由高变低产生中断 |
|
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
8位PWM输出，由高变低或由低到高 |
|
X |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
X |
16位捕获模式，由CEXn/PCAn的上升沿触发 |
|
X |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
X |
16位捕获模式，由CEXn/PCAn的下降沿触发 |
|
X |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
X |
16位捕获模式，由CEXn/PCAn的跳变触发 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
X |
16位软件定时器 |
|
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
X |
16位高速输出 |
PCA模块工作模式设定（CCAPMn寄存器，n = 0、1、2）
3．原理图
3.1 8位脉宽调节模式（PWM）
当[EBSn_1,EBSn_0]=[0,0]或[1,1]时，PCA模块n工作8位PWM模式，此时将{0，CL[7:0]}与捕获寄存器[EPCnL,CCAPnL[7:0]]进行比较。
PWM模式的结构如下图所示。
PCA PWM mode/可调制脉冲宽度输出模式结构图（PCA模块工作于8位PWM模式）
当PCA模块工作于8位PWM模式时，由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所有它们的输出频率相同。各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器{EPCnL,CCAPnL[7:0]}有关。当{0，CL[7:0]}的值小于{EPCnL，CCAPnL[7:0]}时，输出为低；当{0，CL[7:0]}的值等于或大于{EPCnL,CCAPnL[7:0]}时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，{EPCnH,CCAPnH[7:0]}的内容装载到{EPCnL,CCAPnL[7:0]}中。这样就实现无干扰地更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。
PCA时钟输入源频率
当PWM是8位的时：PWM的频率=
256
PCA时钟输入源可以从以下8中中选择一种：SYSclk，SYSclk/2，SYSclk/4，SYSclk/6，
SYSclk/8，SYSclk/12，定时器0的溢出，ECI/P1.2输入。
如果要实现可调频率的PWM输出，可选择定时器０的溢出率或者ECI脚的输入作为PCA/PWM的时钟输入源
当EPCnL = 0及CCAPnL = 00H时，PWM固定输出高
当EPCnL = 1及CCAPnL = 0FFH时，PWM固定输出低
当某个I/O作为PWM使用时，该口的状态：
|
PWM之前口的状态 |
PWM输出时的状态 |
|
弱上拉/准双向 |
强推挽输出/强上拉输出，要加输出限流电阻1K~10K |
|
强推挽输出/强上拉输出 |
强推挽输出/强上拉输出，要加输出限流电阻1K~10K |
|
仅为输入/高阻 |
PWM无效 |
|
开漏 |
开漏 |
3.2 7位脉宽调节模式（PWM）
当[EBSn_1,EBSn_0]=[0,1]时，PCA模块n工作7位PWM模式，此时将{0，CL[6:0]}与捕获寄存器[EPCnL,CCAPnL[6:0]]进行比较。PWM模式的结构如下图所示。
PCA PWM mode/可调制脉冲宽度输出模式结构图（PCA模块工作于7位PWM模式）
当PCA模块工作于7位PWM模式时，由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所有它们的输出频率相同。各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器{EPCnL,CCAPnL[6:0]}有关。当{0，CL[6:0]}的值小于{EPCnL，CCAPnL[6:0]}时，输出为低；当{0，CL[6:0]}的值等于或大于{EPCnL,CCAPnL[6:0]}时，输出为高。当CL的值由7F变为00溢出时，{EPCnH,CCAPnH[6:0]}的内容装载到{EPCnL,CCAPnL[6:0]}中。这样就实现无干扰地更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。
PCA时钟输入源频率
当PWM是7位的时：PWM的频率=
128
PCA时钟输入源可以从以下8中中选择一种：SYSclk，SYSclk/2，SYSclk/4，SYSclk/6，
SYSclk/8，SYSclk/12，定时器0的溢出，ECI/P1.2输入。
如果要实现可调频率的PWM输出，可选择定时器０的溢出率或者ECI脚的输入作为PCA/PWM的时钟输入源
当EPCnL = 0及CCAPnL = 80H时，PWM固定输出高
当EPCnL = 1及CCAPnL = 0FFH时，PWM固定输出低
3.2 6位脉宽调节模式（PWM）
当[EBSn_1,EBSn_0]=[1,0]时，PCA模块n工作6位PWM模式，此时将{0，CL[5:0]}与捕获寄存器[EPCnL,CCAPnL[5:0]]进行比较。PWM模式的结构如下图所示。
PCA PWM mode/可调制脉冲宽度输出模式结构图（PCA模块工作于6位PWM模式）
当PCA模块工作于6位PWM模式时，由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所有它们的输出频率相同。各个模块的输出占空比是独立变化的，与使用的捕获寄存器{EPCnL,CCAPnL[5:0]}有关。当{0，CL[5:0]}的值小于{EPCnL，CCAPnL[5:0]}时，输出为低；当{0，CL[5:0]}的值等于或大于{EPCnL,CCAPnL[5:0]}时，输出为高。当CL的值由3F变为00溢出时，{EPCnH,CCAPnH[5:0]}的内容装载到{EPCnL,CCAPnL[5:0]}中。这样就实现无干扰地更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。
PCA时钟输入源频率
当PWM是6位的时：PWM的频率=64
PCA时钟输入源可以从以下8中中选择一种：SYSclk，SYSclk/2，SYSclk/4，SYSclk/6，
SYSclk/8，SYSclk/12，定时器0的溢出，ECI/P1.2输入。
如果要实现可调频率的PWM输出，可选择定时器０的溢出率或者ECI脚的输入作为PCA/PWM的时钟输入源
当EPCnL = 0及CCAPnL = 0C0H时，PWM固定输出高
当EPCnL = 1及CCAPnL = 0FFH时，PWM固定输出低
4．程序
//P3.7输出PWM波形
#include<reg51.h>
sfr CCON = 0xd8;
sfr CMOD = 0xd9;
sfr CCAPM2 = 0xdc;
sfr CL = 0xe9;
sfr CH = 0xf9;
sfr CCAP2L = 0xec;
sfr CCAP2H = 0xfc;
sfr PCA_PMW2 = 0xf4;
code unsigned char seven_seg[] ={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
unsigned char cp1,cp2 = 255;
unsigned int cp0;
sbit P3_4 = P3^4;
sbit P3_5 = P3^5;
sbit P3_6 = P3^6;
void timer0_isr(void) interrupt 1
{
TH0= (65536 – 1000) / 256; //重装初值
TL0= (65536 – 1000) % 256; //重装初值
cp0++; //中断1次，变量加1
if(cp0>= 100) //1秒到了
{
cp0= 0;
cp2–; //cp2为脉宽控制变量
if(cp2<= 1)
cp2= 255;
}
P2= 0xff;
P3= 0xff;
switch(cp1)
{
case0: P2 = seven_seg[cp2 % 100 % 10]; P3_6 = 0;break;
case1: P2 = seven_seg[cp2 % 100 / 10]; P3_5 = 0;;break;
case2: P2 = seven_seg[cp2 / 100]; P3_4 = 0;break;
}
cp1++;
if(cp1>=3)cp1 = 0;
}
/*********************Timer0初始化函数***********************/
void timer0_init(void)
{
TMOD= 0x01; //T0工作方式1
TH0= (65536 – 1000) / 256; //对机器脉冲计数1000个计满溢出引发中断
TL0= (65536 – 1000) % 256;
EA= 1; //开总中断
ET0= 1; //开T0中断
TR0= 1; //启动定时器T0
}
void pwm0_init(void)
{
CCON= 0x00;
CL= 0x00;
CH= 0x00;
PCA_PMW2= 0x00; //8位PMW，占空比的第九位EPC0L为0
CCAPM2= 0x42; //允许比较，P3.7输出
CCON= 0x40; //允许PAC计数
}
void main(void)
{
timer0_init();
pwm0_init();
while(1)
{
if(CL== 0xff)
{
CCAP2L = cp2;
CCAP2H= cp2;
}
}
}