十脉波宽度调变(PulseWidthModulation)

1、第十一章脈波寬度調變(PulseWidthModulation)11-1、簡介脈波寬度調變（PulseWidthModulation，(PWM)）基本的控制原理是根據輸入信號的大小，調整輸出脈波的寬度，而此脈波的頻率為固定。如圖11-1(a)所示是一個正弦波的正半週波形，若取樣點如圖11-1(a)所示，根據取樣值的大小，來決定脈波的寬度。因此就可以得到如圖11-1(b)所示的脈衝列。圖11-1：PWM基本控制原理PWM的輸出時序如圖11-2所示。PWM輸出有兩個名詞需要注意到：Period和DutyCycle。當PWM輸出由此次變High到下一次變High的時間稱為Period；而PWM輸出保

2、持在High(1)的時間除以Period，稱呼它為PWM的DutyCycle。圖11-2：PWM輸出時序圖11-2、ET44M210的PWM1/17ET44M210微控制器提供兩組16位元解析度的PWM輸出。PWM0是連接到PORTA的Bit7，PWM1是連接到PORTC的Bit5。因為ET44M210微控制器的PWM輸出是16位元的解析度，因此DutyCycle是由2個暫存器所決定：DutyCycleHighByte(DT0H；DT1H)和DutyCycleLowByte(DT0L；DT1L)。DT0H：DT0L是針對PWM0所設定的暫存器；DT1H：DT1L是針對PWM1所設定的暫存器，統

3、稱為DTX。另外ET44M210也定義了一組16位元的DutyCycleLatch暫存器，DutyCycleLatch暫存器是由2個暫存器所決定：DutyCycleLatchHighByte(DL0H；DL1H)和DutyCycleLatchLowByte(DL0L；DL1L)。DL0H：DL0L是針對PWM0所設定的暫存器；DL1H：DL1L是針對PWM1所設定的暫存器，統稱為DLX。DutyCycleLatch暫存器是唯讀的暫存器。PWM的Period也是由2個暫存器所決定：PeriodHighByte(PRD0H；PRD1H)和PeriodLowByte(PRD0L；PRD1L)。PRD

4、0H：PRD0L是針對PWM0所設定的暫存器；PRD1H：PRD1L是針對PWM1所設定的暫存器，統稱為PRDX。在ET44M210內部有2個與PWM有關的16位元計數器：TMR0和TMR1。TMR0是針對PWM0所設定的計數器；TMR1是針對PWM1所設定的計數器，統稱為TMRX。當PWM啟動之後，SystemClock就會送到TMRX開始上數，此時會將PWM輸出接腳設為1，在此同時會分別與DLX與PRDX做比較；當TMRX的值等於DLX的值時，PWM輸出接腳會設為0。當TMRX的值等於PRDX的值時，會將PWM輸出接腳設為1，並且將TMRX清除為0，同時PWM的中斷旗標也會設為1。當TMR

5、X被清除為0的同時，會將DTX的值Latch在DLX內。Note：當要改變Period時必須先將PWM的功能Disable。DutyCycle的計算公式入下所示：2DutyCycle（DTX1）（FSCO）FSCOSystemClockPeriod的計算公式入下所示：2Period（PRDX2）（FSCO）FSCOSystemClock如圖11-3所示為PWM的功能方塊圖。2/17圖11-3：PWM功能方塊圖11-3、與PWM相關的暫存器中斷旗標暫存器(InterruptFlagRegister)INTF(0 x11)765432103/17ADIFRBFIFPWM1IFPWM0IFEINT1

6、FEINT0FTCCOFFRCOFBit4Bit5(PWM0IF&PWM1IF):PWM中斷旗標：當TMRX等於PRDX時，中斷條件成立，此位元設為1。以軟體指令清除。PWMDutyCycle暫存器(PWMDuty)DT0L(0 x21)/DT0H(0 x22)&DT1L(0 x27)/DT1H(0 x28)DT0L76543210DT07DT06DT05DT04DT03DT02DT01DT00DT0H7DT0F6DT0E5DT0D4DT0C3DT0B2DT0A1DT090DT08DT1L7DT176DT165DT154DT143DT132DT121DT110DT10DT1H76543210D

7、T1FDT1EDT1DDT1CDT1BDT1ADT19DT18DT0H:DT0L是PWM0輸出的DutyCycle。DT1H:DT1L是PWM1輸出的DutyCycle。PWMPeriod暫存器(PWMPeriod)PRD0L(0 x23)/PRD0H(0 x24)&PRD1L(0 x29)/PRD1H(0 x2A)PRD0L765432104/17PRD07PRD06PRD05PRD04PRD03PRD02PRD01PRD00PRD0H7PRD0F6PRD0E5PRD0D4PRD0C3PRD0B2PRD0A1PRD090PRD08PRD1L7PRD176PRD165PRD154PRD143P

8、RD132PRD121PRD110PRD10PRD1H76543210PRD1FPRD1EPRD1DPRD1CPRD1BPRD1APRD19PRD18PRD0H:PRD0L是PWM0輸出Period。PRD0H:PRD0L是PWM1輸出Period。PWMDutyCycleLatch暫存器(PWMDutyLatch)DL0L(0 x25)/DL0H(0 x26)&DL1L(0 x2B)/DL1H(0 x2C)DL0L76543210DL07DL06DL05DL04DL03DL02DL01DL00DL0H7DL0F6DL0E5DL0D4DL0C3DL0B2DL0A1DL090DL08DL1L7D

9、L176DL165DL154DL143DL132DL121DL110DL10DL1H76543210DL1FDL1EDL1DDL1CDL1BDL1ADL19DL18DL0H:DL0L是PWM0輸出DutyCycleLatch暫存器。DL1H:DL1L是PWM1輸出DutyCycleLatch暫存器。Note：這是唯讀的暫存器週邊功能致能控制暫存器(PeripheralsEnableControl)PRIE(0 x80)76543210SPIEUSBEWMEADEPWM1EPWM0ETCCEFRCE此暫存器控制是否啟用週邊功能。當設為0時，表示不啟用該週邊功能，當設為1時，表示啟用該週邊功能。5

10、/17Bit2(PWM0E)：脈寬調變0(PWM0)功能致能位元。Bit3(PWM1E)：脈寬調變1(PWM1)功能致能位元。中斷功能致能控制暫存器(InterruptsEnableControl)INTE(0 x81)76543210GIERBFIEPWM1IEPWM0IEEINT1EEINT0ETCCOEFRCOE此暫存器控制是否啟用中斷功能。當設為0時，表示不啟用中斷功能，當設為1時，表示啟用中斷功能。Bit4(PWM0IE)：脈寬調變(PWM0)一個週期完成中斷功能致能位元。Bit5(PWM1IE)：脈寬調變(PWM1)一個週期完成中斷功能致能位元。脈寬調變控制暫存器(PWMContr

11、olRegister)PWMCR(0 x98)76543210-S_PWM1S_PWM0-Bit2(S_PWM0)：SelectedPWM0outputenable此位元是設定PWM0輸出致能位元。當設為0時，表示DisablePWM0輸出，當設為1時，表示EnablePWM0輸出。Bit3(S_PWM1)：SelectedPWM1outputenable此位元是設定PWM1輸出致能位元。當設為0時，表示DisablePWM1輸出，當設為1時，表示EnablePWM1輸出。Bit0,Bit1andBit4Bit7：保留11-4、程式範例1.實習1-PWM喇叭音效控制實習動作說明程式使用PWM功

12、能，使喇叭發出聲音。6/17硬體連接此範例使用ET44M210的實驗電路板。程式說明此範例使用PWM功能，PWM0：2222DutyCycle（DTX1）（FSCO）=（33）（6MHz）=11s。Period（PRDX2）（FSCO）=（259）（6MHz）=86s。PWM1：2222DutyCycle（DTX1）（FSCO）=（33）（6MHz）=11s。Period（PRDX2）（FSCO）=（1030）（6MHz）=343s。程式一開始先起始PWM設定：清除PWM相關暫存器，設定PWM暫存器的值。主程式只需等待PWM中斷發生。Note：由於實驗電路板的喇叭是連接到PWM1，因此PWM0

13、並不需要Enable。流程圖STARTPWM中斷向量起始PWM設定清除PWM中斷旗標RETIPWM開始執行程式碼PWM01.dt中副程式及程式區段說明7/17PWM01.dt程式共包含了5個副程式及程式區段，依照程式的撰寫順序有：PWM:、EXIT:、CLR_PWM1_FLAG:、INITIAL:、PWM_START:為了方便讀者閱讀瞭解，針對程式中所定義的LABEL，以字母排序，整理如下表：程式中所定義的副程式或LABEL說明編號LABEL名稱行號說明0CLR_PWM1_FLAG:1EXIT:2INITIAL:3PWM:4PWM_START:3732412873PWM中斷副程式下的LABEL

14、PWM中斷副程式下的LABEL主程式起始化PWM中斷副程式主程式本表格是針對程式中所定義的LABEL所整理出來的，針對表格每一欄的屬性說明如下：編號：為該表格中所要說明的LABEL順序編號。LABEL名稱：為程式中實際的LABEL名稱。行號：為該LABEL實際於程式中第幾行。說明：該說明用以描述解釋該LABEL下面的副程式或程式區段所要執行的動作。PWM01.dt完整的原始程式碼000/*001程式說明002程式使用PWM功能，使喇叭發出聲音。003004PERIOD=(PRD+2)*(2/Fsco);Fsco=6MHz005DutyCycle=(DTX+1)*(2/Fsco)006*/007

15、INCLUDEET44M210_REG.H008R41=0X41009R42=0X42010R43=0X43011PRD0L_VALUE=1;PWM0的PERIODLOWBYTE0255012PRD0H_VALUE=1;PWM0的PERIODHIGHBYTE0255013PRD1L_VALUE=4;PWM1的PERIODLOWBYTE0255014PRD1H_VALUE=4;PWM1的PERIODHIGHBYTE0255015DT0L_VALUE=32;PWM0的DUTYCYCLELOWBYTE0255016DT0H_VALUE=0;PWM0的8/17DUTYCYCLEHIGHBYTE0255

16、017DT1L_VALUE=32;PWM1的DUTYCYCLELOWBYTE0255018DT1H_VALUE=0;PWM1的DUTYCYCLEHIGHBYTE0255019020ORG0X0000;起始位址021JMPINITIAL022023ORG0X0040;PWM中斷位址024JMPPWM025026ORG0X0100027;PWM中斷副程式028PWM:029JBSINTF,PWM1IF,CLR_PWM1_FLAG/CHECKPWM1INTERRUPTFLAG030BCINTF,PWM0IF/CLRPWM0INTERRUPTFLAG031;PWM中斷副程式下的LABEL032EXIT

17、:033NOP034RETI035036;PWM中斷副程式下的LABEL037CLR_PWM1_FLAG:038BCINTF,PWM1IF/CLRPWM1INTERRUPTFLAG039JMPEXIT040;主程式起始化041INITIAL:042CLRPRD0H043CLRPRD0L044CLRPRD1H045046047048049050051052053CLRCLRCLRCLRCLRMOVMOVMOVMOVPRD1LDT0HDT0LDT1HDT1LA,#PRD0L_VALUE/LOADPRD0L,PRD0H,PRD1L,PRD1HVALUEPRD0L,AA,#PRD0H_VALUEPRD

18、0H,A9/17054MOVA,#DT0L_VALUE/LOADDT0L,DT0H,DT1L,DT1HVALUE055056057058059060061062063064MOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVMOVDT0L,AA,#DT0H_VALUEDT0H,AA,#PRD1L_VALUEPRD1L,AA,#PRD1H_VALUEPRD1H,AA,#DT1L_VALUEDT1L,AA,#DT1H_VALUE065MOVDT1H,A066;BSPRIE,PWM0E/ENABLEPWM0,PWM1PERIPHERAL067BSPRIE,PWM1E068;BSINTE,PWM0I

19、E/ENABLEPWM0,PWM1OVERFLOWINTERRUPT069BSINTE,PWM1IE070MOVA,#0B00001000071MOVPWMCR,A/PWM0,PWM1OUTPUTENABLE072;主程式073PWM_START:074ENI075NOP076NOP077JMP$078079ORG0X3FFF080DW0X400010/172.實習2-類比搖桿PWM輸出控制LED亮度實習動作說明程式使用PWM及ADC的功能，使搖桿在移動時，LED的亮度產生變化。硬體連接此範例使用ET44M210的實驗電路板，並在PortC的Bit5接上LED。程式說明此範例使用PWM及ADC

20、的功能。此範例使用PWM及ADC的功能，並且採用Polling的方式而不使用中斷的方式。程式一開始先起始ET44M210的動作：除能所有的中斷功能，設定PORTA為輸出端，清除ADDATAH、ADDATAL的值，設定ADC類比輸入及ADC轉換速率，設定ADC轉換的Channel。設定PWM的Period。當起始ET44M210的動作完成後，ADC便開始轉換，並等待ADC轉換完成，當ADC轉換完成後，將ADC轉換完成後的資料傳給PWM的DL1，程式開始執行PWM的功能。Note：可以將連接到喇叭的Jump移除，在PortC的Bit5接上LED，不需要使喇叭發出聲音。11/17流程圖START起始

21、ET44M210ADC轉換開始NO等待AD轉換完成YES將ADC轉換的值傳給DL1NO等待PWM1輸出12/17程式碼PWM02.dt中副程式及程式區段明PWM02.dt程式共包含了14個副程式及程式區段，依照程式的撰寫順序有：START:、AD_START:、WAIT_AD_TRANS:、AD_TRANS_OK:、WAIT_PWM_TRANS:、PWM_TRANS_OK:、EXIT:、CLR_PWM1_FLAG:、INITIAL:、DELAY:、DELAYDD:、DELAYCC:、DELAYAA:、DELAYA:為了方便讀者閱讀瞭解，針對程式中所定義的LABEL，以字母排序，整理如下表：程式

22、中所定義的副程式或LABEL說明編號LABEL名稱行號說明0AD_START:1AD_TRANS_OK:2CLR_PWM1_FLAG:314264ADC轉換開始AD轉換完成清除PWM1旗標3DELAY:4DELAYA:5DELAYAA:6DELAYCC:7DELAYDD:104DELAY副程式122延遲副程式下的LABEL118延遲副程式下的LABEL113延遲副程式下的LABEL108延遲副程式下的LABEL8EXIT:9INITIAL:10PWM_TRANS_OK:11START:12WAIT_AD_TRANS:13WAIT_PWM_TRANS:616857283449離開PWM副程式主程

23、式起始化PWM轉換完成程式開始等待AD轉換完成等待PWM輸出完成本表格是針對程式中所定義的LABEL所整理出來的，針對表格每一欄的屬性說明如下：編號：為該表格中所要說明的LABEL順序編號。LABEL名稱：為程式中實際的LABEL名稱。行號：為該LABEL實際於程式中第幾行。說明：該說明用以描述解釋該LABEL下面的副程式或程式區段所要執行的動作。PWM02.dt完整的原始程式碼000/*001程式說明002程式使用PWM及ADC功能，使喇叭發出聲音。003由VR類比輸入訊號經由MCU轉換成數位訊號，13/17004當成PWM的DutyCycle使LED的亮度產生變化005PERIOD=(PR

24、D+2)*(2/Fsco);Fsco=6MHz006DutyCycle=(DTX+1)*(2/Fsco)007008009*/010INCLUDEET44M210_REG.H/ACCORDINGTOIC_NUMBERTO011INCLUDEGENERAL_REG.H012PRD1L_VALUE=255;PWM1的PERIODLOWBYTE0255013PRD1H_VALUE=0;PWM1的PERIODHIGHBYTE0255014DT1L_VALUE=0X40;PWM1的DUTYCYCLELOWBYTE0255015DT1H_VALUE=0;PWM1的DUTYCYCLEHIGHBYTE0255

25、016CKR=7;設定ADC轉換的速率017;0:CLK_SOURCE/2;1:CLK_SOURCE/4018;2:CLK_SOURCE/8;3:CLK_SOURCE/16019;4:CLK_SOURCE/32;5:CLK_SOURCE/64020;6:CLK_SOURCE/128;7:CLK_SOURCE/256021ANALOG_CHANNEL=0X0E;設定ADC轉換的CHANNEL022023ORG0X0000;程式起始位址024JMPSTART025026ORG0X0100027;程式開始028START:029CALLINITIAL030;ADC轉換開始031AD_START:03

26、2BSADCCR,ADRUN;ADC轉換開始033;等待AD轉換完成034WAIT_AD_TRANS:035;當AD_STATE中TRANS_OKBIT為1036;表示AD轉換完成037;程式跳至AD_TRANS_OK執行038JBSINTF,ADIF,AD_TRANS_OK039NOP14/17040JMPWAIT_AD_TRANS;若無則程式跳回繼續等待041;AD轉換完成042AD_TRANS_OK:043;AD轉換完成044BCINTF,ADIF;清除AD_STATE的TRANS_OKBIT045MOVA,ADDATAH;將資料傳給PORTA046MOVPORTA,A047MOVDT1

27、L,A048;等待PWM輸出完成049WAIT_PWM_TRANS:050;當AD_STATE中TRANS_OKBIT為1051;表示AD轉換完成052;程式跳至AD_TRANS_OK執行053JBSINTF,PWM1IF,PWM_TRANS_OK054NOP055JMPWAIT_PWM_TRANS;若無則程式跳回繼續等待056;PWM轉換完成057PWM_TRANS_OK:058JBSINTF,PWM1IF,CLR_PWM1_FLAG/CHECKPWM1INTERRUPTFLAG059BCINTF,PWM0IF/CLRPWM0INTERRUPTFLAG060;離開PWM副程式061EXIT:062JMPAD_START;程式跳至AD_START繼續執行063;清除PWM1旗標064CLR_PWM1_FLAG:065BCINTF,PWM1IF/CLRPWM1INTERRUPTFLAG066JMPEXIT067;主程式起始化068INITIAL:069CALLDELAY070MOVA,#0X00071072073074075076077