單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)-28-PWM模塊-2

單片微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)（28）1/29內(nèi)容提綱一STC8H8K64U單片機(jī)的PWM模塊簡介二PWM模塊的時(shí)基單元三PWMA模塊的計(jì)數(shù)模式2/29STC8H8K64U單片機(jī)的PWM模塊簡介一3/291、STC8H8K64U單片機(jī)的PWM模塊概述STC8H8K64U單片機(jī)內(nèi)部集成了8通道16位高級PWM定時(shí)器，可對外輸出任意頻率以及任意占空比的PWM波形，分成兩組，分別命名為第一組PWM（稱為PWMA）和第二組PWM（稱為PWMB），它們的周期可分別單獨(dú)設(shè)置（可以不同）。PWMA可配置成4組帶死區(qū)控制的互補(bǔ)對稱PWM或捕捉外部信號，PWMB可配置成4路PWM輸出或捕捉外部信號。STC8H8K64U單片機(jī)的PWM能捕獲外部輸入信號，可捕獲上升沿、下降沿或者同時(shí)捕獲上升沿和下降沿，測量外部波形時(shí)，可同時(shí)測量波形的周期值和占空比值。有正交編碼功能、外部異常檢測功能以及實(shí)時(shí)觸發(fā)ADC轉(zhuǎn)換功能。4/29PWMA有4個(gè)通道（分別為PWM1P/PWM1N、PWM2P/PWM2N、PWM3P/PWM3N、PWM4P/PWM4N），每個(gè)通道都可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)PWM輸出（可設(shè)置為帶死區(qū)的互補(bǔ)對稱PWM輸出）、捕獲和比較功能。PWMB有4個(gè)通道（分別為PWM5、PWM6、PWM7、PWM8），每個(gè)通道也可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)PWM輸出、捕獲和比較功能。兩組PWM定時(shí)器唯一的區(qū)別是第一組可輸出帶死區(qū)的互補(bǔ)對稱PWM，而第二組只能輸出單端的PWM，其他功能完全相同。5/292、STC8H8K64U單片機(jī)PWM模塊的功能（1）PWM波形的輸出當(dāng)使用第一組PWM定時(shí)器輸出PWM波形時(shí)，可單獨(dú)使能PWM1P/PWM2P/PWM3P/PWM4P輸出（稱為P端輸出），也可單獨(dú)使能PWM1N/PWM2N/PWM3N/PWM4N輸出（稱為N端輸出）。可選擇的輸出規(guī)則如下：1）P端輸出和對應(yīng)的N端輸出不能同時(shí)獨(dú)立輸出。例如，若單獨(dú)使能了PWM1P輸出，則PWM1N就不能再獨(dú)立輸出，除非PWM1P和PWM1N組成一組互補(bǔ)對稱輸出。2）PWMA的4路輸出是可分別獨(dú)立設(shè)置的，例如：可單獨(dú)使能PWM1P和PWM2N輸出，也可單獨(dú)使能PWM2N和PWM3N輸出。6/292、STC8H8K64U單片機(jī)PWM模塊的功能（2）捕獲功能或者脈寬測量若需要使用第一組PWM定時(shí)器進(jìn)行捕獲功能或者測量脈寬時(shí)，輸入信號只能從每路的正端輸入，即只有PWM1P/PWM2P/PWM3P/PWM4P才有捕獲功能和測量脈寬功能。兩組高級PWM定時(shí)器對外部信號進(jìn)行捕獲時(shí)，可選擇上升沿捕獲或者下降沿捕獲。如果需要同時(shí)捕獲上升沿和下降沿，則可將輸入信號同時(shí)接入到兩路PWM，使能其中一路捕獲上升沿，另外一路捕獲下降沿。將外部輸入信號同時(shí)接入到兩路PWM時(shí)，可同時(shí)捕獲信號的周期值和占空比值。7/293、STC8H8K64U單片機(jī)PWM模塊的性能（1）16位向上、向下、向上/下自動裝載計(jì)數(shù)器。（2）允許在指定數(shù)目的計(jì)數(shù)器周期之后更新定時(shí)器寄存器的重復(fù)計(jì)數(shù)器。（3）16位可編程（可以實(shí)時(shí)修改）預(yù)分頻器，計(jì)數(shù)器時(shí)鐘頻率的分頻系數(shù)為1～65535之間的任意數(shù)值。（4）同步電路，用于使用外部信號控制定時(shí)器以及定時(shí)器互聯(lián)。（5）多達(dá)4個(gè)獨(dú)立通道可以配置成：輸入捕獲輸出比較PWM輸出（邊緣或中間對齊模式）六步PWM輸出8/29單脈沖模式輸出PWMA支持4個(gè)死區(qū)時(shí)間可編程的通道上互補(bǔ)輸出（6）剎車輸入信號（PWMFLT）可以將定時(shí)器輸出信號置于復(fù)位狀態(tài)或者一個(gè)確定狀態(tài)。（7）外部觸發(fā)輸入引腳（PWMETI）。（8）PWMA/PWMB各有8個(gè)中斷請求源：剎車中斷（剎車信號輸入）觸發(fā)事件（計(jì)數(shù)器啟動、停止、初始化或者由內(nèi)部/外部觸發(fā)計(jì)數(shù)）COM事件中斷輸入捕捉/輸出比較1~4中斷更新事件中斷：計(jì)數(shù)器向上溢出/向下溢出或計(jì)數(shù)器初始化（通過軟件或者內(nèi)部/外部觸發(fā)）9/29PWM的時(shí)基單元二10/291.時(shí)基單元的結(jié)構(gòu)圖PWMA的時(shí)基單元包含：16位向上/向下計(jì)數(shù)器16位自動重載寄存器重復(fù)計(jì)數(shù)器預(yù)分頻器11/29自動重載寄存器由預(yù)裝載寄存器和影子寄存器組成。可在下面兩種模式下寫自動重載寄存器：（1）自動預(yù)裝載已使能（PWMA_CR1寄存器的ARPE位為1）。在此模式下，寫入自動重載寄存器的數(shù)據(jù)將被保存在預(yù)裝載寄存器中，并在下一個(gè)更新事件（UEV）時(shí)傳送到影子寄存器。（2）自動預(yù)裝載已禁止（PWMA_CR1寄存器的ARPE位為0）。在此模式下，寫入自動重載寄存器的數(shù)據(jù)將立即寫入影子寄存器。產(chǎn)生更新事件的條件有：（1）計(jì)數(shù)器向上或向下溢出。（2）軟件置位了PWMA_EGR寄存器的UG位。（3）時(shí)鐘/觸發(fā)控制器產(chǎn)生了觸發(fā)事件。12/292.16位計(jì)數(shù)器的讀寫操作寫計(jì)數(shù)器的操作沒有緩存，在任何時(shí)候都可以寫PWMA_CNTRH和PWMA_CNTRL寄存器，因此為避免寫入了錯(cuò)誤的數(shù)值，一般建議不要在計(jì)數(shù)器運(yùn)行時(shí)寫入新的數(shù)值。讀計(jì)數(shù)器的操作帶有8位的緩存。用戶必須先讀定時(shí)器的高字節(jié)，在用戶讀了高字節(jié)后，低字節(jié)將被自動緩存，緩存的數(shù)據(jù)將會一直保持直到16位數(shù)據(jù)的讀操作完成。13/293.16位自動裝載寄存器PWMA_ARR寄存器的寫操作預(yù)裝載寄存器中的值將寫入16位的PWMA_ARR寄存器中，此操作由兩條指令完成，每條指令寫入1個(gè)字節(jié)。必須先寫高字節(jié)，后寫低字節(jié)。影子寄存器在寫入高字節(jié)時(shí)被鎖定，并保持到低字節(jié)寫完。14/294.

預(yù)分頻器PWMA的預(yù)分頻器是一個(gè)由16位寄存器（PWMA_PSCR）控制的16位計(jì)數(shù)器。這個(gè)控制寄存器帶有緩沖器，因此，它可以在運(yùn)行時(shí)被改變。預(yù)分頻器可以將計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率按1到65536之間的任意值分頻。計(jì)數(shù)器的頻率計(jì)算公式：fCK_CNT=fCK_PSC/(PSCR[15:0]+1)15/29PWMA模塊的計(jì)數(shù)模式三16/291.

向上計(jì)數(shù)模式在向上計(jì)數(shù)模式中，計(jì)數(shù)器從0計(jì)數(shù)到用戶定義的比較值（PWMA_ARR寄存器的值），然后重新從0開始計(jì)數(shù)并產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器溢出事件（上溢），此時(shí)如果PWMA_CR1寄存器的UDIS位是0，將會產(chǎn)生一個(gè)更新事件（UEV）。17/29假設(shè)PWMA_ARR=0x36，當(dāng)ARPE=0（ARR不預(yù)裝載），預(yù)分頻為2時(shí)的計(jì)數(shù)器更新情況。18/29當(dāng)ARPE=1（ARR預(yù)裝載），預(yù)分頻為1時(shí)的計(jì)數(shù)器更新情況。19/292.

向下計(jì)數(shù)模式在向下模式中，計(jì)數(shù)器從自動裝載的值（PWMA_ARR寄存器的值）開始向下計(jì)數(shù)到0，然后再從自動裝載的值重新開始計(jì)數(shù)，并產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器向下溢出事件（下溢）。如果PWMA_CR1寄存器的UDIS位被清除，還會產(chǎn)生一個(gè)更新事件（UEV）。20/29在向下計(jì)數(shù)模式下，假設(shè)PWMA_ARR=0x36，當(dāng)ARPE=0（ARR不預(yù)裝載），預(yù)分頻為2時(shí)的計(jì)數(shù)器更新情況。21/29在向下計(jì)數(shù)模式下，假設(shè)PWMA_ARR=0x36，當(dāng)ARPE=1（ARR預(yù)裝載），預(yù)分頻為1時(shí)的計(jì)數(shù)器更新情況。22/293.

中間對齊模式（向上/向下計(jì)數(shù)模式）在中央對齊模式，計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)到PWMA_ARR寄存器-1，產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器上溢事件，然后從PWMA_ARR寄存器的值向下計(jì)數(shù)到1并且產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器下溢事件；然后再從0開始重新計(jì)數(shù)。在此模式下，不能寫入PWMA_CR1中的DIR方向位。它由硬件更新并指示當(dāng)前的計(jì)數(shù)方向。23/29中央對齊模式下，內(nèi)部時(shí)鐘分頻因子為1，PWMA_ARR=0x6，ARPE＝1時(shí)的計(jì)數(shù)器更新情況。24/29使用中央對齊模式應(yīng)該注意：（1）啟動中央對齊模式時(shí)，計(jì)數(shù)器將按照原有的向上/向下的配置計(jì)數(shù)。也就是說PWMA_CR1寄存器中的DIR位將決定計(jì)數(shù)器是向上還是向下計(jì)數(shù)。此外，軟件不能同時(shí)修改DIR位和CMS位的值。（2）不推薦在中央對齊模式下，計(jì)數(shù)器正在計(jì)數(shù)時(shí)寫計(jì)數(shù)器的值，這將導(dǎo)致不能預(yù)料的后果。（3）安全使用中央對齊模式的計(jì)數(shù)器的方法是在啟動計(jì)數(shù)器之前先用軟件（置位PWMA_EGR寄存器的UG位）產(chǎn)生一個(gè)更新事件，并且不在計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)修改計(jì)數(shù)器的值。25/294.

重復(fù)計(jì)數(shù)器時(shí)基單元解釋了計(jì)數(shù)器向上/向下溢出時(shí)更新事件（UEV）是如何產(chǎn)生的，然而事實(shí)上它只能在重復(fù)計(jì)數(shù)器的值達(dá)到0的時(shí)候產(chǎn)生。這個(gè)特性對產(chǎn)生PWM信號非常有用。這意味著在每N次計(jì)數(shù)上溢或下溢時(shí)，數(shù)據(jù)從預(yù)裝載寄存器傳輸?shù)接白蛹拇嫫鳎≒WMA_ARR自動重載入寄存器，PWMA_PSCR預(yù)裝載寄存器，還有在比較模式下的捕獲/比較寄存器PWMA_CCRx），N是PWMA_RCR重復(fù)計(jì)數(shù)寄存器中的值。26/29重復(fù)計(jì)數(shù)器在下述任一條件成立時(shí)遞減：（1）向上計(jì)數(shù)模式下每次計(jì)數(shù)器向上溢出時(shí)；（2）向下計(jì)數(shù)模式下每次計(jì)數(shù)器向下溢出時(shí)；（3）中央對齊模式下每次上溢和每次下溢時(shí)。重復(fù)