单元九-脉冲宽度调制应用

单元九

脉冲宽度调制应用

2018-01-282

利用定时器3脉冲宽度调制控制LED目录1

利用定时器1脉冲宽度调制控制LED任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED一、任务描述编写程序使用CC2530内部定时器1采用脉冲宽度调制控制LED亮和灭的时间。①通电后，LED按照配置定时器1配置周期。②调整比较输出的值可改变脉冲宽度，控制LED亮/灭时间的改变。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED二、任务目标1.训练目标①检验学生使用CC2530单片机定时器1进行定时和计数的能力。②检验学生利用占空比改变LED亮度的能力。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED二、任务目标2.素养目标①培养学生在工作现场的6S意识和用电安全意识。②爱惜工具，注重场地整洁。③具备积极、主动的探索精神。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED三、相关知识1．脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用于从测量、通信到功率控制与变换等许多领域中。脉冲宽度调制以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电工电子技术中广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED三、相关知识2．脉冲宽度调制原理占空比是指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。在一串理想的脉冲周期序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如，脉冲宽度为2μs，信号周期4μs的脉冲序列的占空比为0.5。在一段连续工作的时间内，占空比为脉冲占用的时间与总时间的比值。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED三、相关知识3．脉冲宽度调制LED脉冲宽度调制是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制成对一个具体的模拟信号电平进行编码。脉冲宽度调制信号仍然是数字的，因为在给定的任意时刻，满幅值的直流供电只有完全有（ON）和完全无（OFF）两种。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED三、相关知识3．脉冲宽度调制LED脉冲宽度调制采用调整脉冲占空比达到调整电压、电流和功率，最终达到调整光亮度的目的。脉冲宽度调制可以在一定时间内用高低电平所占的比例不同来控制一个对象，比如在1ms内，高电平占0.4ms，低电平占0.6ms。如果用高电平闭合一个开关，此开关再控制一个LED灯，低电平是断开开关，那么在1ms内，灯就只能通电0.4ms，则0.6ms内是不通电的。也就是说，该灯的通电时间只有40%。如果把高电平的时间延长到0.6ms，而低电平就只有0.4ms了，此时灯的通电时间就变成了60%。这样灯获得的能量变大，亮度自然就提高了。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施1．任务设计思路选用定时器1，在定时器的通道2上比较输出信号，通道2可在P1_0口输出，通过设置PERCFG和P1SEL可打开P1_0的外设功能。将定时器1的工作模式和计数值上限配置好，再配置T1CCTL2使能通道2的比较输出功能，配置T1CC2通道2的比较值。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）设置定时器1的分频系数定时器1的计数信号来自CC2530内部系统时钟信号的分频，可选择1、8、32或128分频。CC2530在上电后，默认使用内部频率为16MHz的RC振荡器，也可以使用外接的晶体振荡器，一般为32MHz的晶振。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）设置定时器1的分频系数定时器1采用16位计数器，最大计数值为0xFFFF，即65535。当使用16MHz的RC振荡器时，如果使用最大分频128分频，则定时器1的最大定时时长为524.28ms。设定时器1的分频系数需要使用T1CTL寄存器，通过设置DIV[1:0]两位的值为定时器选择分频系数。T1CTL寄存器的描述如表9.1所示。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.1T1CTL寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:4OSC32K0000R0未使用3:2DIV[1:0]00R/W定时器1的分频设置。00：1分频。01：8分频。10：32分频。11：128分频。1:0MODE[1:0]00R/W定时器1工作模式设置。00：暂停运行。01：自由模式运行。10：模模式。11：正计数/倒计数模式。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）设置定时器1的分频系数在本任务中，为定时器1选择128分频，设置代码如下。T1CTL|=0x0F;//定时器1时钟频率128分频任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（2）外设控制通过RERCFG寄存器实现，其描述如表9.2所示。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.2RERCFG寄存器的描述位位名称复位值操作描述70R/W未使用6T1CFG0R/W定时器1的I/O位置。0：备用位置1。1：备用位置2。5T3CFG0R/W定时器3的I/O位置。0：备用位置1。1：备用位置2。4T4CFG0R/W定时器4的I/O位置。0：备用位置1。1：备用位置2。3:200R0未使用1U1CFG0R/WUSART1的I/O位置。0：备用位置1。1：备用位置2。0U0CFG0R/WUSART0的I/O位置。0：备用位置1。1：备用位置2。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（3）T1通道2捕获比较控制通过T1CCTL2寄存器实现定时器1通道2捕获比较控制，其描述如表9.3所示。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.3T1CCTL2寄存器（比较模式）的描述位位名称复位值操作描述7RFIRO0R/W6IM0R/W5:3CMP[2:0]000R/W通道2比较模式选择。当定时器的值等于在T1CC2中的比较值时选择操作输出。000：比较设置输出。001：比较清除输出。010：比较切换输出。011：向上比较设置输出，在定时器值为0时清除输出。100：向上比较清除输出，在定时器值为0时设置输出。2MODE0R/W模式，选择定时器1通道2比较或者捕获模式。0：捕获模式。1：比较模式。1:0CAP[1:0]00R/W任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（3）T1通道2捕获比较控制设置代码具体如下。T1CCTL2=0x24;//｜00100100任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（4）定时器1通道2捕获比较控制值定时器1通道2捕获比较控制值由T1CC2H和T1CC2L两个寄存器的值构成，如表9.4和表9.5所示。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.4T1CC2H寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:0T1CC2H0x00

R/W定时器1通道2捕获/比较值，高位字节任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.5T1CC2L寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:0T1CC2L0x00

R/W定时器1通道2捕获/比较值，低位字节任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（4）定时器1通道2捕获比较控制值先写低位，再写高位。具体代码如下。T1CC2L=0x00;T1CC2H=0x70;首先配置好T1CC0值，即比较输出计数值的上限，再配置对应通道的比较计数值T1CCn，然后根据对应通道T1CCTLn控制寄存器设置的比较模式输出信号。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（5）使能定时器1中断功能在使用定时器时，既可以查询的方式查看定时器当前的计数值，也可以使用中断方式。1）查询方式使用代码读取定时器1当前的计数值，在程序中根据计数值大小确定要执行的操作。通过读取T1CNTH和T1CNTL两个寄存器分别获取当前计数值的高位字节和低位字节，这两个寄存器的描述如表9.6和表9.7所示。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.6T1CNTH寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:0CNT[15:8]0x00

R/W定时器1计数器的高位字节。读T1CNTL时，计数器的高位字节缓冲到该寄存器。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.7T1CNTL寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:0CNT[7:0]0x00

R/W定时器1计数器的低位字节。向该寄存器写任何值将导致计数器被清除为0x0000。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（5）使能定时器1中断功能在使用定时器时，既可以查询的方式查看定时器当前的计数值，也可以使用中断方式。1）查询方式当读取T1CNTL寄存器时，计数器的高位字节会被缓冲到T1CNTH寄存器，以便高位字节可以从T1CNTH中读出。因此在程序中应先读取T1CNTL寄存器，然后读取T1CNTH寄存器。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（5）使能定时器1中断功能在使用定时器时，既可以查询的方式查看定时器当前的计数值，也可以使用中断方式。2）中断方式定时器有3种情况能产生中断请求。①计数器达到最终计数值（自由运行模式下达到0xFFFF，正计数/倒计数模式下达到0x0000）。②输入捕获事件。③输出比较事件（模模式时使用）。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（5）使能定时器1中断功能在使用定时器时，既可以查询的方式查看定时器当前的计数值，也可以使用中断方式。2）中断方式要使用定时器的中断方式，必须使能各个相关中断控制位。CC2530中定时器1~4的中断使能位分别是IEN1寄存器中的T1IE、T2IE、T3IE和T4IE。由于IEN1寄存器可以进行位寻址，因此使能定时器1中断可以采用以下代码。T1IE=1;//使能定时器1中断任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（5）使能定时器1中断功能在使用定时器时，既可以查询的方式查看定时器当前的计数值，也可以使用中断方式。2）中断方式除此之外，定时器1、定时器3和定时器4还分别拥有一个计数溢出中断屏蔽位，分别是T1OVFIM、T3OVFIM和T4OVFIM，当这些位被设置成1时，对应定时器的计数溢出中断便被使能，这些位都可以进行位寻址，不过一般用户不需要对其进行设置，因为这些位在CC2530上电时的初始值就是1。如果要手工设置，可以用以下代码实现。T1OVFIM=1;//使能定时器1溢出中断最后要使能系统总中断EA。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（6）设置定时器１的工作模式由于需要手工设置最大计数值，因此可为定时器１选择工作模式为正计数/倒计数模式，只需设置T1CTL寄存器中的MODE[1:0]位即可。一旦设置了定时器1的工作模式（MODE[1:0]为非零值），则定时器1立刻开始定时计数工作，设置代码如下。T1CTL｜=0x0F;//定时器1工作模式设置任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（7）程序初始化代码对LED灯进行初始化的具体代码如下。voidLED_Init(void){CLKCONCMD&=0x80;PERCFG|=0x40;//设置P1_0为T1的通道2输出

P1SEL|=0x01;//设置P1_0为外设功能

P1DIR|=0x30;//设置P1为输出口}任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（7）程序初始化代码对定时器1进行初始化的代码如下。voidTimer1_Init(void){T1CC0L=0xff;//设置PWM信号周期

T1CC0H=0x7f;

T1CCTL2=0x00;//设置定时器1输出的通道2，即Channel2T1CC2L=0x00;//设置PWM信号的占空比

T1CC2H=0x00;

//配置工作模式和分频系数

T1CTL=0x0F;}任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（7）程序初始化代码在程序主函数中，对LED控制端口和定时器1进行初始化的代码如下。voidmain(void){

LED_Init();Timer1_Init();while(1){if(T1STAT&0x04){T1STAT&=~(1<<2);LED2=~LED2;}}}任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（7）程序初始化代码如果采用中断方式，对定时器1进行初始化代码如下。voidTimer1_Init(void){T1CC0L=0x00;//设置T1CC0，即PWM输出时比较值的上限

T1CC0H=0xF0;

T1CCTL2=0x24;//设置1输出的通道2，即Channel2T1CC2L=0x00;//设置定时器1输出通道2比较输出值

T1CC2H=0x70;

T1CTL=0x0F;//配置工作模式和分频系数

TIMIF&=~0x40;//使能定时器1中断T1IE=1;EA=1;}任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施3．编写定时器1处理函数如果采用查询方式，定时器1处理只需清除溢出标志，即对IRCON赋为零，统计溢出次数实现即可。如果采用定时器1中断方式，必须编写中断处理函数。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施3．编写定时器1处理函数（1）定时器1的中断标志清除定时器1计数器溢出中断标志的代码如下。T1STAT&=~(1<<2);//清除定时器1中断标志位CH2IF任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED表9.8T1STAT寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:600R0未使用5OVFIF0R/W0定时器1计数器溢出中断标志。4:0CHxIF0R/W0定时器1通道到通道0的中断标志。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED四、任务实施3．编写定时器1处理函数（1）定时器1的中断标志定时器1通道2的每个比较完成会产生一个中断请求，自动将定时器1的中断标志位T1IF位和通道2标志位CH2IF位置位。T1IF位于IRCON寄存器中，需要手工进行清除。T1STAT寄存器的描述如表9.8所示。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED五、任务小结本任务采用定时器1的通道2用硬件输出PWM信号，实际输出需要软件干预来完成持续不断的信号输出。软件也用查询方式和中断方式。定时器1的通道2比较时的中断可以利用LED采用软件实现。定时器1通道2的硬件输出口是内部固定，只是选择P0_4或P1_0，如果在实际应用中这两个输出口均被占用可以考虑借鉴本任务的软件方法输出脉冲宽度调制信号。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED五、任务小结利用定时器1脉冲宽度调制控制LED的流程为：设置定时器1的分频系数（T1CTL=0x0F;）—配置外部设备控制寄存器PERCFG（PERCFG|=0x40;）—外设功能（P1SEL|=0x01;）—设置比较模式（T1CCTL2=0x24;）—装入初值（T1CC0L=0x00;T1CC0H=0xF0;）—选择比较通道（T1CCTL2=0x24;）—设置比较值（T1CC2L=0x00;和T1CC2H=0x70;）。注意：这里选择定时器1模模式，此时选择的通道必须对应所控制的I/O口。主程序中设置主频时钟（CLKCONCMD&=0x80;）和查询T1STAT的状态（if(T1STAT&0x04)）。任务一利用定时器1脉冲宽度调制控制LED六、启发与思考注意：T1CC0L和T1CC0H设置PWM信号周期，T1CC2L和T1CC2H设置PWM占空比，并且要求T1CC0L和T1CC0H一定要大于T1CC2L和T1CC2H。定时器1通道2默认输出是P0_4，若LED都是接到P1了，就要交换一下，需要配置外部设备控制寄存器PERCFG。注意：此时选择的通道必须对应所控制的I/O口。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED一、任务描述编写程序使用CC2530内部定时器3采用脉冲宽度调制控制LED的亮和灭的时间。①通电后，LED按照配置定时器采用/计数器T3配置周期。②调整比较输出的值可改变脉冲宽度，控制LED亮/灭时间的改变。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED二、任务目标①检验学生使用CC2530单片机定时器3进行定时和计数的技能。②检验学生利用占空比改变LED亮度的技能。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED二、任务目标2.素养目标①培养学生在工作现场的6S意识和用电安全意识。②爱惜工具，注重场地整洁。③具备积极、主动的探索精神。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED三、相关知识1．定时器3通道1捕获比较控制通过T3CCTL1寄存器实现定时器3通道1捕获比较控制，如表9.10所示。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.10T3CCTL1寄存器（比较模式）的描述位位名称复位值操作描述7RFIRO00R0设置时使用RF捕获而不是常规捕获输入。6IMR/W通道1中断屏蔽，设置时使能中断请求。5:3CMP[2:0]000R/W通道1比较模式选择。当定时器的值等于在T3CC1中的比较值时选择操作输出。000：比较设置输出。001：比较清除输出。010：比较切换输出。011：向上比较设置输出，在定时器值为0时清除输出。100：向上比较清除输出，在定时器值为0时设置输出。2MODE0R/W选择定时器3通道1比较或捕获模式。0：捕获模式。1：比较模式。1:0CAP[1:0]00R/W任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED三、相关知识1．定时器3通道1捕获比较控制配置T3CCTL1.MODE=1，模式为比较输出模式。T3CCTL1.CMP[2:0]用于选择操作输出模式，每种模式输出的时序逻辑不同。T3CCTL1=0x24;//配置定时器3通道1的比较输出任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED三、相关知识2．定时器3通道1捕获比较控制值定时器3通道1捕获比较控制值由T3CC0和T3CC1两个寄存器的值构成，其描述分别如表9.11和表9.12所示。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.11T3CC0寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:6VAL[7:0]0x00R/W定时器捕获/比较值通道0。当T3CCTL0.MODE=1（比较模式）时写该寄存器会导致。T3CC0.VAL[7:0]更新到写入值延迟到T3CNT.CNT[7:0]=0x00。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.12T3CC1寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:6VAL[7:0]0x00R/W定时器捕获/比较值通道1。当T3CCTL1.MODE=1（比较模式）时写该寄存器会导致T3CC1.VAL[7:0]更新写入值延迟到T3CNT.CNT[7:0]=0x00。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED三、相关知识2．定时器3通道1捕获比较控制值根据初始脉宽比例配置初始值，代码如下。T3CC1=0xA0;T3CC0=0xFF;首先配置好T3CC0值，即比较输出计数值的上限，再配置对应通道的比较计数值T3CC1，然后根据对应通道T3CCTL1控制寄存器设置的比较模式输出信号。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED三、相关知识2．定时器3通道1捕获比较控制值如图9.1所示，每个脉冲的总周期是0x0000~T3CC0的计时，定时器3通道1输出口P1_4，输出高电平的时间为0x0000~T3CC1的计时。P1_4外接的LED灯输出高电平时点亮。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED图9.1定时器3通道1输出比较模式4，基于定时器模模式任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施1．任务设计思路选用定时器3，在定时器的通道1上比较输出信号，通道1可在P1_4口输出，P1SEL打开P1_4的外设功能。然后将定时器3的工作模式和计数值上限配置好，再配置T3CCTL1使能通道1的比较输出功能，并配置T3CC1通道1的比较值。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）定时器3初始化1）设置定时器3的分频系数定时器3的计数信号来自CC2530内部系统时钟信号的分频，可选择1、2、4、8、16、32、64或128分频。定时器3采用8位计数器，最大计数值为0xFF，即255。系统不配置工作时钟默认为2分频，即16MHzRC振荡器。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）定时器3初始化1）设置定时器3的分频系数设置定时器3的分频系数需要使用T3CTL寄存器，通过设置DIV[7:5]3位的值为定时器选择分频系数，T3CTL寄存器的描述如表9.13所示。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.13T3CTL（T3控制寄存器）寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:5DIV[2:0]000R/W定时器3分频设置。000：1分频。001：2分频。010：4分频。011：8分频。100：16分频。101：32分频。110：64分频。111：128分频。4START0R/W启动定时器设置。0：定时器暂停运行。1：定时器正常运行。3OVFIM1R/W定时器溢出中断设置。0：中断禁止。1：中断使能。2CLR0R/W清除计数器，写1到CLR复位计数器到0x00，并初始化相关通道所有的输出引脚。1:0MODE[1:0]00R/W定时器工作模式设置。00：自由模式运行（自动重装0x00~0xFF）。01：倒计数模式运行（从T3CC0~0x00计数一次）。10：模模式（反复从0x00~T3CC0计数）。11：正计数/倒计数模式（反复从0x00~T3CC0计数，再从T3CC0~0x00计数）。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）定时器3初始化1）设置定时器3的分频系数在本任务中，为定时器3选择128分频，设置代码如下。T3CTL|=0xE0;//128分频，128/16000000*N=0.5S,N=62500T3CTL|=0x02;//配置为模模式T3CTL|=0x10;//启动定时器3

T3CCTL1=0x24;//配置定时器3通道1的比较输出T3CC1=0xA0;T3CC0=0xFF;任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）定时器3初始化2）设置定时器3的捕获/比较值T3CCTL0是定时器3通道0捕获/比较控制寄存器，T3CCTL0寄存器的描述如表9.14所示。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.14

T3CCTL0寄存器的描述位位名称复位值操作描述70R/W未使用。60R/W0：中断禁止1：中断使能。5:3000R/W比较/输出模式选择。20R/W0：捕获。1：比较。1:000R/W00：没有捕获。01：上升沿捕获。10：下降沿捕获。11：边沿捕获。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）定时器3初始化2）设置定时器3的捕获/比较值T3CC0是定时器3的通道捕获/比较值寄存器，其描述如表9.15所示。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.15

T3CC0寄存器的描述位位名称复位值操作描述7:0VAL[7:0]0x00R/WT3通道0捕获/比较值。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）定时器3初始化2）设置定时器3的捕获/比较值T3CCTL1是定时器3通道1捕获/比较控制寄存器，其描述如表9.16所示。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.16

T3CCTL1寄存器的描述位位名称复位值操作描述70R0未使用。60R/W0：中断禁止1：中断使能。5:3000R/W比较/输出模式选择。20R/W0：捕获。1：比较。1:000R/W00：没有捕获。01：上升沿捕获。10：下降沿捕获。11：边沿捕获。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（1）定时器3初始化2）设置定时器3的捕获/比较值T3CC1是定时器3通道1捕获/比较值寄存器，其描述如表9.17所示。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED表9.17

T3CC1（T3通道1捕获/比较值寄存器）的描述位位名称复位值操作描述7:0VAL[7:0]0x00R0T3通道1捕获/比较值。任务二利用定时器3脉冲宽度调制控制LED四、任务实施2．代码设计（2）呼吸灯效果的代码设计采用配置T3CC1的方法动