【STC15】通过硬件PWM调整灯亮度
PCA大致工作原理
PCA是一个具有捕获功能的16位定时器，高八位TH０，低八位TL０，CCON寄存器控制着定时器的计数与中断请求。
CR=１表示开始计数
中断：CCON最低位加上CMOD的最低位可以控制产生中断。中断的向量是interrupt 7，进和中断时，必须首先将sbit CCF0 = CCON^0; //PCA 模块0 中断标志, 由硬件置位, 必须由软件清0。再进行其它他操作
频率：对于PCA计数阵列的计数频率则由CMOD的低三位控制，可以用此来控制计数频率，如以FOSC或分频计数均可。
工作模式：每个PCA阵列均有两个模式控制寄存器，CCAPM0/1，它控制着PCA进行何种操作，如捕获，上升沿捕获，高速输出，PWM输出，可以直接通过设置来设置PCA的需要完成的功能。
三种工作模式（功能）
捕获模式：它有两个捕获模块，CCAP0H和CCAP0L。对于STC60S2时，外部引脚为P1.3和P1.4，当外部引脚输入上升沿或下降沿触发时，将CL和CH的值捕获到CCAP0H和CCAP0L，完成捕获功能。
PWM输出模式：当为PWM输出时，一般为8位PWM模式，PWM实现方法，因为是８位，CL基础计数器从0xFF递减到０x00,溢出后将CCAP0H的值加载到CCAP0L，若CL递减过程中，若大于CCAP0L，则输出高电平，否则为低电平。
定时器模式：当作为16位软件定时器时，那么就存放定时值，当计数器的值与CCAP0H和CCAP0L中的值相等时，产生表示计数时间到，可以产生中断去执行其它操作。
与CCP/PWM/PCA应用有关的特殊功能寄存器
比如本次实验要用到的是模块0的PWM功能，所以就可以设置如下图红框内的寄存器即可，模块1就配置CCAPM1等带有1的寄存器，模块2类似，每个寄存器有什么作用就查看数据手册
寄存器分类
- 公共：CCON、CMOD、CL、CH、AUXR1/P_SW1
- 模块0：CCAPM0、CCAP0L、CCAP0H、PCA_PWM0
- 模块1：CCAPM1、CCAP1L、CCAP1H、PCA_PWM1
- 模块2：CCAPM2、CCAP2L、CCAP2H、PCA_PWM2
PWM占空比的计算
占空比是指一个周期内高电平的持续时间，因为是CL与{EEC0L，CCAP0L[7:0]}进行比较，所以控制占空比大小就是设置{EEC0L，CCAP0L[7:0]}的值；
这里将 {EEC0L，CCAP0L[7:0]} 设为 x, 那么：
公式： 要设置的占空比 = (255-x) / 255 *100%
示例代码：
#define CCP_S1 BIT5 //0010 0000
#define CCP_S0 BIT4 //0001 0000
#define EPC0H BIT1 //0000 0010
#define EPC0L BIT0 //0000 0001
/*
* @name PWM_Init
* @brief PWM初始化
* @param None
* @retval None
*/
static void PWM_Init()
{
//选择管脚，因为开发板的PWM灯接到了P3.5口
//CCP_S1 = BIT5 = 0010 0000 ~CCP_S1 = 1101 1111
//把PCA功能切换到P3.5/CCP02口所在的管脚
AUXR1 &= (~CCP_S1); //第5位清零
AUXR1 |= CCP_S0; //第4位置1
//标志位清零以及设置PCA的时钟源，禁止CCON中CF位的中断
CCON = 0x00; //CF、CR、CCF0位清零
CMOD = 0x0C; //0000 1100 设置PCA时钟源 -> SYSclk/6；PWM频率 = SYSclk/6/256 = 7.2kHz
//PCA的16位计数器，低8位的CL和高8位的CH
CL = 0; //复位PCA计数器
CH = 0;
//ECOM0位置1，允许比较器功能开启，PWM0位置1，允许CCP0脚用作脉宽调节输出
CCAPM0 = 0x42; //允许比较器功能，设置PWM模式
//EBS0_1和EBS0_0都为0，设置PCA模块0工作8位PWM功能，EPC0H和EPC0L都为0
PCA_PWM0 = 0x00; //PCA工作于8位PWM模式
//设置系统上电默认亮度
PCA_PWM0 &= (~EPC0H); //0000 0010 -》 1111 1101 EPC0H设为0，EPC0L设为1
CCAP0H = 204; //CCAP0H = (1-想要设置的占空比)*255
PCA_PWM0 &= (~EPC0L); //0000 0001 -》 1111 1110 EPC0H设为1，EPC0L设为0
CCAP0L = CCAP0H;
CR = 1; //开启PCA计数器，很重要，记得开启
}
特殊情况：设置占空比为0%的情况
因为CL是会一直从00H到FFH的，即0 ~ 255，所以想让占空比为0，即一个周期内高电平的时间为0，也可理解为没出现过高电平，所以让{EPC0L，CCAP0L[7:0]}的值大于255即可
又因为CL计数溢出后，{EPC0H，CCAP0H[7:0]}的值会装载到{EPC0L, CCAP0L[7:0]}中，在程序中可以只初始化{EPC0H，CCAP0H[7:0]}的值，溢出时自动赋值给{EPC0L, CCAP0L[7:0]}，也可给{EPC0L, CCAP0L[7:0]}初始化，该初始值只会与CL做一遍比较，待CL溢出后就被覆盖了，所以初始化时还是以{EPC0H，CCAP0H[7:0]}的值为准。
注意：
当
EPC0H为1时：{EPC0H，CCAP0H[7:0]}的取值范围是256 ~ 511，EPC0H和CCAP0H[7:0]分别装载到EPC0L和CCAP0L[7:0]后，EPC0L = 1，CCAP0L[7:0] = CCAP0H[7:0]，取值范围也是256 ~ 511，所以再与CL进行比较，无论怎么样都大于CL，始终输出低电平如果一处操作让EPC0H为1了，而在后续的操作中又没有把该位清0，将会导致后面无论怎么修改CCAP0H[7:0]的值都没用，改变不了占空比，PWM口只输出低电平。
当EPC0H为0时：
{EPC0H，CCAP0H[7:0]}的取值范围是0 ~ 255，装载到{EPC0L, CCAP0L[7:0]}后，取值范围也是0 ~ 255，因为(0,CL[7:0]) >= {EPC0L, CCAP0L[7:0]}时，都会输出高电平，{EPC0L, CCAP0L[7:0]}最多去到255，CL最多也是去到255，所以两者存在相等的情况，就会有高电平输出，虽然周期很小，但在快速执行多个周期时，高电平加起来的时间就比较多了，所以PWM灯会微微亮，但没有灭除了让占空比为0的情况外，EPC0H在装载到EPC0L前都要为0，让{EPC0L, CCAP0L[7:0]}的取值范围在0 ~255之间，这样才能更改占空比，比如用按键控制不同的占空比，达到用PWM调节LED灯亮度的效果；
//通过按键改变Temp_Value的值，根据Temp_Value设置的值修改占空比
PCA_PWM0 &= ~(BIT1); //~0000 0010 -> 1111 1101 即让EPC0H为0 EPC0H = 0,EPC0L = 1
CCAP0H = Temp_Value;
PCA_PWM0 &= ~(BIT0); //因为上一步将EPC0L位置1了，所以也让该位清0后，CCAP0H再赋值给CCAP0L,EPC0H = 0,EPC0L = 1
CCAP0L = CCAP0H;示例程序工程
public.h：
公共头文件中定义8个位，方便各函数调用
//定义枚举类型 -> BIT位
typedef enum
{
BIT0 = (uint8_t)(0x01<<0),
BIT1 = (uint8_t)(0x01<<1),
BIT2 = (uint8_t)(0x01<<2),
BIT3 = (uint8_t)(0x01<<3),
BIT4 = (uint8_t)(0x01<<4),
BIT5 = (uint8_t)(0x01<<5),
BIT6 = (uint8_t)(0x01<<6),
BIT7 = (uint8_t)(0x01<<7),
}BIT_t;PWM.h:
定义枚举类型和结构体类型
#ifndef __PWM_H_
#define __PWM_H_
//定义表示占空比的枚举类型
typedef enum
{
Duty_0 = (uint8_t)0,
Duty_20 = (uint8_t)20,
Duty_40 = (uint8_t)40,
Duty_60 = (uint8_t)60,
Duty_80 = (uint8_t)80,
Duty_100 = (uint8_t)100
}PWM_Value_t;
//定义结构体类型
typedef struct
{
PWM_Value_t Duty;
void (*PWM_Init)();
void (*PWM_LED_Adjust_Brightness)();
}PWM_t;
/* extern variables-----------------------------------------------------------*/
extern PWM_t PWM;
/* extern function prototypes-------------------------------------------------*/
#endif
/********************************************************
End Of File
********************************************************/PWM.c：
通过按键2实现调整PWM灯亮度的主要逻辑函数
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include <main.h>
/* Private define-------------------------------------------------------------*/
#define CCP_S1 BIT5
#define CCP_S0 BIT4
#define EPC0H BIT1
#define EPC0L BIT0
/* Private variables----------------------------------------------------------*/
static void PWM_Init();
static void PWM_LED_Adjust_Brightness();
/* Public variables-----------------------------------------------------------*/
PWM_t PWM = {Duty_20,PWM_Init,PWM_LED_Adjust_Brightness};
/* Private function prototypes------------------------------------------------*/
/*
* @name PWM_Init
* @brief PWM初始化
* @param None
* @retval None
*/
static void PWM_Init()
{
//选择管脚，因为开发板的PWM灯接到了P3.5口
//将BIT5的CCP_S1清0，BIT4的CCP_S0置1，即可将CCP切换到P3.5管脚
AUXR1 &= ~(CCP_S1);
AUXR1 |= (CCP_S0);
//CCON里都是一些标志位，全置0即可
/*CMOD 的BIT7置0，设置空闲模式下PAC计数器继续工作;BIT3、BIT2、BIT1置为110，
系统时钟6分频，SYSclk/6*/
CCON = 0x00;
CMOD = 0x0C;
//用于保存PCA装载值的16位计数器都清零
CL = 0;
CH = 0;
//BIT6置1，允许比较器功能；BIT1置1，允许CCP0脚用作脉宽调节输出
//PCA_PWM0的BIT7和BIT6置0，使模块工作于8位PWM模式，BIT1和BIT0的EPC0H和EPC0L清0
CCAPM0 = 0x42;
PCA_PWM0 = 0x00;
//设置默认亮度，占空比20%
//CCAP0H初值计算公式：CCAP0H = （1-要设置的占空比）*256
PCA_PWM0 &= ~(EPC0H); //EPC0H = 0,EPC0L = 1
CCAP0H = 204;
//将CCAP0H的值装载到CCAP0L中
PCA_PWM0 &= ~(EPC0L); //EPC0H = 1,EPC0L = 0
CCAP0L = CCAP0H;
CR = 1;
}
/*
* @name PWM_LED_Adjust_Brightness
* @brief PWM灯调整亮度
* @param None
* @retval None
*/
static void PWM_LED_Adjust_Brightness()
{
uint8_t Temp_Value = 0;
if(KEY2.KEY_Flag == TRUE)
{
//单击 亮度 0-20-40-60-80-100-0 循环调节
//双击 亮度 100
//长按 亮度 0
if(KEY2.Click == TRUE)
{
/*初始化时PWM.Duty的值为Duty_20，单击按下后，进入该switch语句
PWM.Duty 被修改为Duty_40，占空比变量Temp_Value被赋值153，然后
跳出switch语句，后面对CCAP0H赋值，输出占空比
下次再单击按键，进入switch，匹配case Duty_40，所以PWM.Duty会
再次被改变为Duty_60，占空比输出102即60%*/
switch (PWM.Duty)
{
case Duty_0: PWM.Duty = Duty_20; Temp_Value = 204;break;
case Duty_20: PWM.Duty = Duty_40; Temp_Value = 153;break;
case Duty_40: PWM.Duty = Duty_60; Temp_Value = 102;break;
case Duty_60: PWM.Duty = Duty_80; Temp_Value = 51;break;
case Duty_80: PWM.Duty = Duty_100; break;
case Duty_100: PWM.Duty = Duty_0; break;
default: PWM.Duty = Duty_0; break;
}
//亮度调节
//占空比为0%，全输出低电平，PWM灯灭
if(PWM.Duty == 0)
{
PCA_PWM0 |= (EPC0H);
CCAP0H = 0xFF;
PCA_PWM0 |= (EPC0L); //置1则表示9位数，加上CCAP0L最大去到511
CCAP0L = CCAP0H;
}
//占空比为100%，全输出高电平，PWM灯全亮
else if(PWM.Duty == 100)
{
PCA_PWM0 &= ~(EPC0H);
CCAP0H = 0x00;
PCA_PWM0 &= ~(EPC0L);
CCAP0L = 0x00;
}
else
{
//根据Temp_Value设置的值修改占空比
PCA_PWM0 &= ~(EPC0H); //~0000 0010 -> 1111 1101 即让EPC0H为0
CCAP0H = Temp_Value;
PCA_PWM0 &= ~(EPC0L); //因为上一步将BIT0，即EPC0L位置1了，所以也让该位清0后，CCAP0H再赋值给CCAP0L
CCAP0L = CCAP0H;
}
}
//检测双击
else if(KEY2.Double_Click == TRUE)
{
PCA_PWM0 &= ~(EPC0H);
CCAP0H = 0x00;
PCA_PWM0 &= ~(EPC0L);
CCAP0L = 0x00;
}
//检测长按
else if(KEY2.Press == TRUE)
{
PCA_PWM0 |= (EPC0H);
CCAP0H = 0xFF;
PCA_PWM0 |= (EPC0L);
CCAP0L = 0xFF;
}
//标志位清零
KEY2.KEY_Flag = FALSE;
KEY2.Click = FALSE;
KEY2.Double_Click = FALSE;
KEY2.Press = FALSE;
}
}
/********************************************************
End Of File
********************************************************/
定时器模拟PWM输出
方法1: 产生真正的PWM
bit flag;
unsigned int HIGHDUTY,LOWDUTY;//存放高低电平时间
void tm0() interrupt 1//定时器0中断服务程序
{
flag = !flag;
if (flag)//反转标志去执行高低电平的时间
{
TL0 = HIGHDUTY; //设置定时初值
TH0 = HIGHDUTY>>8;//设置定时初值
PWM_OUTPUT=1;//输出高电位
}
else
{
TL0 = LOWDUTY; //设置定时初值
TH0 = LOWDUTY>>8; //设置定时初值
PWM_OUTPUT=0;//输出低电位
}
}方法2:类似于输出比较
num=10; //给初始值
while (1)
{
if(!P17)
{
Delayms(10);
if(!P17)
{
num++;
}
}
if(!P16)
{
Delayms(10);
if(!P16)
{
num--;
}
}
}
}
void tm0() interrupt 1//定时器0中断服务程序
{ static unsigned char k;
TL0 = 0xF5; //设置定时初值 按1T时钟计算，1uS一次
TH0 = 0xFF; //设置定时初值 按1T时钟计算，1uS一次
k++;
if(k>num)P20=1;//输出高电位
else P20=0;//输出低电位
}
参考文章：
1、 STC15单片机-按键检测单击、双击和长按(状态机)
链接：https://blog.csdn.net/weixin_46251230/article/details/126659673
2. STC15单片机-通过PWM调整灯亮度
链接：https://blog.csdn.net/weixin_46251230/article/details/126680309
3. 分享两种STC15定时器模拟PWM的方法
https://news.eeworld.com.cn/mcu/ic489996.html
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