單片機脈寬調制應用-漸明漸暗的燈

ID:76190 · 發(fā)表于 2015-4-5 16:21

PWM(Pulse Width Modulation)是脈沖寬度調制的英文單詞的縮寫。下面這段話是通信百科中對其的定義：
脈沖寬度調制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。脈寬調制是開關型穩(wěn)壓電源中的術語。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類的，除了PWM型，還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬調制式開關型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過電壓反饋調整其占空比，從而達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。
讀起來有點晦澀難懂。其實簡單的說來，PWM技術就是通過調整一個周期固定的方波的占空比，來調節(jié)輸出電壓的平均當電壓，電流或者功率等被控量。我們可以用一個水龍頭來類比，把1S時間分成50等份，即每一個等份20MS。在這20MS時間里如果我們把水龍頭水閥一直打開，那么在這20MS里流過的水肯定是最多的，如果我們把水閥打開15MS，剩下的5MS關閉水閥，那么流出的水相比剛才20MS全開肯定要小的多。同樣的道理，我們可以通過控制20MS時間里水閥開啟的時間的長短來控制流過的水的多少。那么在1S內平均流出的水流量也就可以被控制了。
當我們調整PWM的占空比時，就會引起電壓或者電流的改變，LED的明暗狀態(tài)就會隨之發(fā)生相應的變化，聽起來好像可以通過這種方法來實現(xiàn)我們想要的漸明漸暗的效果。讓我們來試一下吧。
大家都知道人眼有一個臨界頻率，當LED的閃爍頻率達到一定的時候，人眼就分辨不出LED是否在閃爍了。就像我們平�？措娨曇粯樱雌饋懋嬅媸沁B續(xù)的，實質不是這個樣子，所有連續(xù)動作都是一幀幀靜止的畫面在1S的時間里快速播放出來，譬如每秒24幀的速度播放，由于人眼的視覺暫留效應，看起來畫面就是連續(xù)的了。同樣的道理，為了讓我們的LED在變化的過程中，我們感覺不到其在閃爍，可以將其閃爍的頻率定在50Hz以上。同時為了看起來明暗過渡的效果更加明顯，我們在這里定義其變化范圍為0~99（100等分）.即最亮的時候其灰度等級為99，為0的時候最暗，也就是熄滅了。
于是乎我們定義PWM的占空比上限為99, 下限定義為0
#define  LED_PWM_LIMIT_MAX 99
#define  LED_PWM_LIMIT_MIN    0

假定我們LED的閃爍頻率為50HZ，而亮度變化的范圍為0~99共100等分。則每一等分所占用的時間為 1/(50*100)  =  200us 即我們在改變LED的亮滅狀態(tài)時，應該是在200us整數(shù)倍時刻時。在這里我們用單片機的定時器產生200us的中斷，同時每20MS調整一次LED的占空比。這樣在20MS * 100 = 2S的時間內LED可以從暗逐漸變亮，在下一個2S內可以從亮逐漸變暗，然后不斷循環(huán)。
由于大部分的內容都可以在中斷中完成，因此，我們的大部分代碼都在Timer.c這個文件中編寫，主函數(shù)中除了初始化之外，就是一個空的死循環(huán)。

Timer.c內容如下。
#include <reg52.h>
#include "MacroAndConst.h"

#define LED P0          //定義LED接口
#define LED_ON()    LED = 0x00 ;  //所有LED亮
#define LED_OFF() LED = 0xff ;  //所有LED熄滅

#define  LED_PWM_LIMIT_MAX 99
#define  LED_PWM_LIMIT_MIN    0

static uint8 s_u8TimeCounter = 0 ; //中斷計數(shù)
static uint8 s_u8LedDirection = 0 ; //LED方向控制 0 ：漸亮 1 ：漸滅
static int8  s_s8LedPWMCounter  = 0 ; //LED占空比
void Timer0Init(void)
{
TMOD &= 0xf0 ;
TMOD |= 0x01 ;    //定時器0工作方式1
TH0  =    0xff ;    //定時器初始值(200us中斷一次)
TL0  =  0x47 ;
TR0  = 1 ;
ET0  = 1 ;
}

void Time0Isr(void) interrupt 1
{
static int8 s_s8PWMCounter = 0  ;
TH0  =    0xff ;          //定時器重新賦初值
TL0  =  0x47 ;

if(++s_u8TimeCounter >= 100) //每20MS調整一下LED的占空比
{
      s_u8TimeCounter = 0 ;
      //如果是漸亮方向變化,則占空比遞增
      if((s_s8LedPWMCounter <= LED_PWM_LIMIT_MAX) &&(0 == s_u8LedDirection))
      {
         s_s8LedPWMCounter++  ;
         if(s_s8LedPWMCounter > LED_PWM_LIMIT_MAX)
         {
            s_u8LedDirection = 1 ;
            s_s8LedPWMCounter =  LED_PWM_LIMIT_MAX ;
         }
      }
      //如果是漸暗方向變化,則占空比遞漸
            if((s_s8LedPWMCounter >= LED_PWM_LIMIT_MIN) &&(1 == s_u8LedDirection))

      {
         s_s8LedPWMCounter-- ;
         if(s_s8LedPWMCounter < LED_PWM_LIMIT_MIN)
         {
            s_u8LedDirection = 0 ;
            s_s8LedPWMCounter =  LED_PWM_LIMIT_MIN ;
         }
      }
      s_s8PWMCounter = s_s8LedPWMCounter ;  //獲取LED的占空比
}

if(s_s8PWMCounter > 0) //占空比大于0,則點亮LED,否則熄滅LED
{
      LED_ON() ;
      s_s8PWMCounter-- ;
}
else
{
      LED_OFF();
}

}

其實PWM技術在我們實際生活中應用的非常多。比較典型的應用就是控制電機的轉速，控制充電電流的大小，等等。而隨著技術的發(fā)展，也出現(xiàn)了其他類型的PWM技術，如相電壓PWM，線電壓PWM，SPWM等等，如果有興趣可以到網(wǎng)上去獲取相應資料學習。