STC15F2K60S2芯片PWM的应用

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
符号	描述	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;

}

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