单片机PWM输出控制直流电机（89c51系列、stc12c5a60s2系列）

青旅半醒 2022-04-16 05:20 1831阅读 0赞

**目录**

【pwm是如何控制电机转速】

【89C51系列单片机产生pwm波】

【STC12C5A60S2系列单片机输出PWM】

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### 【pwm是如何控制电机转速】 ###

在本科学习中，学生所做的小车多数为使用lm298n或者tb6612来驱动简单的直流电机，我们需要单片机输出pwm波来控制直流电机转速。

直流电机的PWM调速原理为：通过调节驱动电压脉冲宽度的方式，并与电路中一些相应的储能元件配合，改变了输送到电枢电压的幅值，从而达到改变直流电机转速的目的。

### 【89C51系列单片机产生pwm波】 ###

89c51单片机没有自带pwm发生器，如果想要使用传统的51单片机产生pwm，只能通过软件模拟的方法来产生pwm。

软件模拟可以分为软件延时和定时器两种方法。

**1、软件延时输出pwm**

**使用延时函数产生频率为1kHz的pwm方波（@12MHz晶振）**

#include <reg52.h>
    
    sbit pwm = P1^0;
    
    void delay100us(unsigned int x)
    {
    	unsigned char i;
    	while(--x)
    	{
    		i = 20;
    		while (--i);
    	}
    }
    
    int main(void)
    {
    	while(1)
    	{
    		pwm = 1;
    		delay100us(6);
    		pwm = 0;
    		delay100us(4);
    	}
    }

**proteus仿真结果**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

使用简单的延时函数即可简单地模拟出pwm波。但是这种方法缺点很明显，就是在输出pwm时占用大量机器周期，此时若进行其他操作时会影响pwm的准确度。所以这种方法我们很少使用。

**2、定时器产生pwm**

使用定时器的溢出中断，在中断服务程序中改变IO口的电平高低，可以在多操作情况下输出比较准确的pwm波形。

比如我们使用定时器0。

定时器工作模式：我们设置定时器0工作模式为方式1,16位自动重载模式，这样可以获得较宽的调频范围。

定时器中断：16位自动重载模式下最多可以记65536个数，一旦超出这个数值，便会进入中断。定时器初值可以使用定时器计算器计算，方便快捷。

**使用定时器0产生占空比可调，频率为100Hz的pwm波。**

#include <reg52.h>
    
    sbit pwm = P1^0;
    
    unsigned int PWM = 50;	//pwm占空比为50%,可调占空比
    unsigned char time = 0;
    
    void Time0Init(void)
    {
    	TMOD = 0X01;	//定时器工作在方式1（16位定时器）
    	TH0 = 0XFF;		//12M晶振下定时0.01ms
    	TL0 = 0X9c;
    	ET0 = 1;			//开定时器1中断
    	EA = 1;
    	TR0 = 1;			//开启定时器
    }
    
    void Timer0(void) interrupt 1
    {
    	TH0 = 0XFF;		//重装初值
    	TL0 = 0X9c;
    	time++;
    }
    
    void main(void)
    {
    	Time0Init();
    	while(1)
    	{
    		if(time >= 100)	//PWM周期为100*0.1ms
    			time = 0;
    		if(time < PWM)		
    			pwm = 1;
    		else if(time >= PWM)
    			pwm = 0;
    	}
    }

proteus仿真结果

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

由仿真结果来看，所得波形还是不算很精准，实际应用过程中还会有很多误差，但是这样已经比延时函数产生pwm的结果可靠的多。

### 【STC12C5A60S2系列单片机输出PWM】 ###

我在做循迹小车时使用的是stc12c5a60s2单片机。stc12c5a60s2单片机集成了两路可编程计数器阵列（PCA）模块，可用于软件定时器、外部脉冲的捕捉、高速输出以及脉宽调制（PWM）输出。

使用stc12c5a60s2单片机的PCA模块可通过程序设定，使其工作于8位PWM模式，通过P13和P14输出。

如下图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

PWM输出频率取决于PCA定时器的时钟源。

由于所有模块共用仅有的PCA定时器，所以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\[EPCnL, CCAPnL\]有关。当寄存器CL的值小于\[EPCnL,CCAPnL\]时，输出为低;当寄存器CL的值等于或大于\[EPCnL, CCAPnL\]时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，\[EPCnH, CCAPnH\]的内容装载到\[EPCnL, CCAPnL\]中。这样就可实现无干扰地更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。

PCA时钟输入源频率由于PWM是8位的，所以

***PWM频率 = PCA时钟输入源频率 / 256***

PCA时钟输入源可以从以下8种中选择一种: SYSclk,   SYSclk/2,  SYSclk/4，SYSclk/6,SYSclk/8，SYSclk/12, 定时器0的溢出，ECI/P3.4输入。

当某个I/O口作为PWM使用时，该口状态：

<table> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:399px;"><strong>PWM之前口的状态</strong></td> 
   <td style="width:450px;"><strong>PWM输出时口的状态</strong></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:399px;">弱上拉/准双向</td> 
   <td style="width:450px;">强推挽输出/强上拉输出，要加输出限流电阻1K-10K</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:399px;">强推挽输出/强上拉输出</td> 
   <td style="width:450px;">强推挽输出/强上拉输出，要加输出限流电阻1K-10K</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:399px;">仅为输入/高阻输入</td> 
   <td style="width:450px;">PWM无效</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:399px;">开漏</td> 
   <td style="width:450px;">开漏</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

\------

#include "stc12c5a.h"
    
    void PCA_Init(void)
    {
    	CCON = 0;				//PCA初始化
    	CMOD = 0x00;			//空闲时不计数，不产生中断，时钟源为Sysclk/12，PWM频率大约为4KHz
    	CL = 0x00;				//PCA低8位清零
    	CH = 0x00;				//PCA高8位清零
    
    	CCAPM0 = 0x42;			//8位PWM模式，无中断
    	CCAP0H = 0xc0;			//PWM0占空比（调节此处值调节PWM占空比）
    	CCAP0L = 0xc0;			//PWM0占空比（调节此处值调节PWM占空比）
    
    	CCAPM1 = 0x42;			//8位PWM模式，无中断
    	CCAP1H = 0x40;			//PWM1占空比（调节此处值调节PWM占空比）
    	CCAP1L = 0x40;			//PWM1占空比（调节此处值调节PWM占空比）
    
    	CR = 1;					//启动PCA计数器
    }
    
    /*PWM占空比设置*/
    void PWM_Set(unsigned char x,unsigned char y)
    {
      CCAP0H = y;				//设置比较值
      CCAP0L = y;	
      CCAP1H = x;				//设置比较值
      CCAP1L = x;
    }
    
    void main(void)
    {
      P1M0 = 0xff;				//P1口推挽输出
      P1M1 = 0x00;
      PCA_Init();				//PCA初始化
      
      PWM_Set(0x80,0x80);       //设置占空比
    
      while(1);            
    }

此时产生的就是占空比为50%的PWM波。使用示波器可以在P13和P14口测得PWM输出波形。

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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1hpYW9tb19oYWE_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220416/d77f3e9fc9604e90824a1de1d07f69b7.png