初学51单片机之PWM实例呼吸灯以及遇到的问题（已解答）

PWM全名Pulse Width Modulation中文称呼脉冲宽度调制如图

这是一个周期10ms、频率是100HZ的波形，但是每个周期内，高低电平宽度各不相同，这就是PWM的本质。

占空比是指高电平占整个周期的比列,上图第一个波形的占空比是40%，第二个是60%，第三个是80%。

本案将以PWM控制来制作一个呼吸灯，以及一个大致模拟人体呼吸的呼吸灯。

上代码

# include<reg52.h>

sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned long PeriodCnt = 0; //PWM周期计数值
unsigned char HighRH = 0;    //高电平重载值的高字节
unsigned char HighRL = 0;   //高电平重载值的低字节
unsigned char LowRH = 0;    //低电平重载值的高字节
unsigned char LowRL = 0;    //低电平重载值的低字节
unsigned char T1RH = 0;     //T1重载值的高字节
unsigned char T1RL = 0;     //T1重载值的低字节

void ConfigTimer1(unsigned int ms);
void ConfigPWM(unsigned int fr,unsigned char dc);

void main()
{
  EA = 1;           //开启中断
	ENLED = 0;        //使能U3
	ADDR3 = 1;
	ADDR2 = 1;       //使能LED
	ADDR1 = 1;
	ADDR0 = 0;
	
	ConfigPWM(100,10);  //配置并启动PWM
	ConfigTimer1(50);  //用T1定时调整PWM
	while(1);
}

/* 配置并启动T1，ms为定时时间  */
void ConfigTimer1(unsigned int ms)
{
  unsigned long tmp;               //定义临时变量
	
	tmp = 11059200/12;             //定时器计数频率
	tmp = (tmp * ms)/1000;         //计算所需的计数值
	tmp = 65536 - tmp ;           //计数定时器重载值
	tmp = tmp +12 ;                    //补偿中断响应延时造成的误差
	T1RH = (unsigned char)(tmp >> 8);  //定时器重载值拆分高低字节
	T1RL = (unsigned char)tmp;
	TMOD &= 0x0F;                   //0000 1111 清零T1的控制位
	TMOD |= 0x10;                 //0001 0000 配置T1的模式为1
	TH1 = T1RH;                   //加载T1的重载值
	TL1 = T1RL;                  
	ET1 = 1;                      //使能T1中断
	TR1 = 1;                      //启动T1

}

/*配置并启动PWM，fr为频率，dc为占空比 */
void ConfigPWM(unsigned int fr , unsigned char dc)
{
  unsigned int high, low;
	
	PeriodCnt = (11059200/12) /fr;    //计算一个周期所需的计数值
	high = (PeriodCnt * dc) /100;     //计算高电平所学的计数值
	low = PeriodCnt - high;           //计算低电平所需的计数值
	high = 65536 - high +12;          //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时
	low = 65536 -low +12;             //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时
	HighRH = (unsigned char)(high >> 8); //高电平重载值拆分高低电平
	HighRL = (unsigned char)high;
	LowRH = (unsigned char)(low >> 8);  //低电平重载值拆分高低电平
	LowRL = (unsigned char)low;
	TMOD &= 0xF0;                   //清零T0的控制位
	TMOD |= 0x01;                   //配置T0为模式1
	TH0 = HighRH;                   //加载T0的重载值
	TL0 = HighRL;
	ET0 = 1;                        //使能T0中断
	TR0 = 1;                        //启动T0
	PWMOUT = 0;                     //输出高电平
	
}

/* 占空比调整函数，频率不变只调整占空比 */

void AdjustDutyCycle(unsigned char dc)
{
  unsigned int high,low;
	
	high = (PeriodCnt * dc) / 100;  //计算高电平所需的计数值
	low  = PeriodCnt - high;        //计算低电平所需的计数值
	high = 65536 - high +12;        //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时
	low = 65536 - low +12;          //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时
	HighRH = (unsigned char)(high >> 8); //高电平重载值拆分为高低字节
	HighRL = (unsigned char)high;
	LowRH = (unsigned char)(low >> 8); //低电平重载值拆分为高低字节
	LowRL = (unsigned char)low;
	

}

/* T0中断服务函数，产生PWM输出 */
void interruptTimer0() interrupt 1
{
  if(PWMOUT == 1)                  //当输出位高电平时，装载低电平值并输出低电平
	{
	  TH0 = LowRH;
		TL0 = LowRL;
		PWMOUT = 0;
	}
	else                       //当输出为低电平时，装载高电平值并输出高电平
	{
	  TH0 = HighRH;
		TL0 = HighRL;
		PWMOUT = 1;
	}

}

/* T1中断服务函数，定时动态调整占空比 */

void interruptTimer1() interrupt 3
{
  static bit dir = 0;
	static unsigned char index = 0;
	unsigned char code table[13] = {
	  5,18,30,41,51,60,68,75,81,86,90,93,95      //占空比调整
	};
	TH1 = T1RH;
	TL1 = T1RL;
	AdjustDutyCycle(table[index]);            //调整PWM的占空比
	if(dir == 0)                               //逐步增大占空比
	{
	  index++;
		if(index >= 12)   
		 {
		   dir = 1;
		 }
	 
	}
	else                   //减少占空比
	{
	  index--;
		if(index == 0)
		 {
		   dir = 0;
		 }
	}
}

看结果视频：这是一个频率比较快的呼吸灯，提供下逻辑导图。

呼吸灯_哔哩哔哩_bilibili

笔者用它的占空比数组做了一个曲线图，

竖轴是占空比，横轴是时间。

上篇博文数字秒表，笔者已经计算过类似的时间补偿。本案也演算一次

首先这个时间循环可以看着是这样如下图，无论占空比如何改变频率都是100HZ即10ms

上次博文笔者求解了数字秒表的误差，这次在求解呼吸灯的时候遇到了一些问题，而且这些问题目前不知如何解决；

第一个是函数赋值出错的问题：对于函数 ConfigPWM(unsigned int fr , unsigned char dc)

当运行到

HighRH = (unsigned char)(high >> 8); 变量high 与low的值应该都已经赋值完毕，而且赋值完的结果应该是是high =FC73 low=DFA5。但是笔者debug的结果是

可以看到high的值没有问题，高低电平拆分，从新赋值也没问题。

但是Low出问题了，Low的值竟然是0x20A5，拆分后的赋值又是正确的，那么这里到底是哪里出了问题？为什么High值没有问题，low值却有问题呢？它们两的计算过程都一样，这是一处问题。

第二个问题已经解决了：

刚才没考虑到PWMOUT是单片机P0^0端口，不是单纯的变量，因此在debug的时候是无法按照变量的方式是去考虑的，把PWMOUT改成变量就可以进入if函数了。刚吃完饭灵光一线。

第二：在debug时间误差的时候笔者发现，定时器0中断，程序指针一直无法进入if函数，直接进入了else函数，导致中断时间间隔一直都是1ms，看视频 keil5Debug过程异常_哔哩哔哩_bilibili

可以看到debug过程中无法进入定时器0中断的if函数，但是如果你注释掉if函数了的关键语句PWMOUT = 0;它就不会工作，显然if函数是起作用的，事实上笔者后续按了好久的F5j都已经72了，时间都到85ms了，i还是0。85ms定时器1中断都进入一次了，很快就要进入第二次了，if函数还是没进入一次，这显然不符合程序逻辑的。事实上主函数第一次执行 ConfigPWM（）的时候，把PWMOUT赋值为1，是可以进入一次if函数的，然后会经过9ms的等待再次进入中断进入else（）函数，从此后就再也无法进入if函数了，后续现象和视频一样。

这个问题产生的缘由笔者不清楚，如果有读者小伙伴知道原因，请留下言。笔者多多感谢。如果有keil软件的话，可以复制过去，debug一下，看是否和笔者的结论一样。事实上笔者用keil4也试了，结果也一样。

然后笔者想既然已经实现一个呼吸灯功能了，那么用呼吸灯模拟下人正常呼吸的频率。

根据笔者自己的体验吸气要2s，呼气要3s。一个周期是5s。然后是呼吸曲线图。

本案的LED的是低电平使能，因此曲线图最高点占空比95，应是它的反向占空比即5%。这个数组是

unsigned char code tableup[10] = { //吸气数组2s
   95,80,67,56,45,36,27,18,10,5
   };

   unsigned char code tabledown[17] = { //呼气数组3s多一点
   5,10,20,31,44,56,68,78,85,89,92,93,94,95,95,95,95
   };

上代码

# include<reg52.h>

sbit PWMOUT = P0^0;
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned long PeriodCnt = 0; //PWM周期计数值
unsigned char HighRH = 0;    //高电平重载值的高字节
unsigned char HighRL = 0;   //高电平重载值的低字节
unsigned char LowRH = 0;    //低电平重载值的高字节
unsigned char LowRL = 0;    //低电平重载值的低字节
unsigned char T1RH = 0;     //T1重载值的高字节
unsigned char T1RL = 0;     //T1重载值的低字节

void ConfigTimer1(unsigned int ms);
void ConfigPWM(unsigned int fr,unsigned char dc);

void main()
{
  EA = 1;           //开启中断
	ENLED = 0;        //使能U3
	ADDR3 = 1;
	ADDR2 = 1;       //使能LED
	ADDR1 = 1;
	ADDR0 = 0;
	
	ConfigPWM(100,95);  //配置并启动PWM
	ConfigTimer1(50);  //用T1定时调整PWM
	while(1);
}

/* 配置并启动T1，ms为定时时间  */
void ConfigTimer1(unsigned int ms)
{
  unsigned long tmp;               //定义临时变量
	
	tmp = 11059200/12;             //定时器计数频率
	tmp = (tmp * ms)/1000;         //计算所需的计数值
	tmp = 65536 - tmp ;           //计数定时器重载值
	tmp = tmp +12 ;                    //补偿中断响应延时造成的误差
	T1RH = (unsigned char)(tmp >> 8);  //定时器重载值拆分高低字节
	T1RL = (unsigned char)tmp;
	TMOD &= 0x0F;                   //0000 1111 清零T1的控制位
	TMOD |= 0x10;                 //0001 0000 配置T1的模式为1
	TH1 = T1RH;                   //加载T1的重载值
	TL1 = T1RL;                  
	ET1 = 1;                      //使能T1中断
	TR1 = 1;                      //启动T1

}

/*配置并启动PWM，fr为频率，dc为占空比 */
void ConfigPWM(unsigned int fr , unsigned char dc)
{
  unsigned int high, low;
	
	PeriodCnt = (11059200/12) /fr;    //计算一个周期所需的计数值
	high = (PeriodCnt * dc) /100;     //计算高电平所学的计数值
	low = PeriodCnt - high;           //计算低电平所需的计数值
	high = 65536 - high +12;          //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时
	low = 65536 -low +12;             //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时
	HighRH = (unsigned char)(high >> 8); //高电平重载值拆分高低电平
	HighRL = (unsigned char)high;
	LowRH = (unsigned char)(low >> 8);  //低电平重载值拆分高低电平
	LowRL = (unsigned char)low;
	TMOD &= 0xF0;                   //清零T0的控制位
	TMOD |= 0x01;                   //配置T0为模式1
	TH0 = HighRH;                   //加载T0的重载值
	TL0 = HighRL;
	ET0 = 1;                        //使能T0中断
	TR0 = 1;                        //启动T0
	PWMOUT = 1;                     //输出高电平
	
}

/* 占空比调整函数，频率不变只调整占空比 */

void AdjustDutyCycle(unsigned char dc)
{
  unsigned int high,low;
	
	high = (PeriodCnt * dc) / 100;  //计算高电平所需的计数值
	low  = PeriodCnt - high;        //计算低电平所需的计数值
	high = 65536 - high +12;        //计算高电平的定时器重载值并补偿中断延时
	low = 65536 - low +12;          //计算低电平的定时器重载值并补偿中断延时
	HighRH = (unsigned char)(high >> 8); //高电平重载值拆分为高低字节
	HighRL = (unsigned char)high;
	LowRH = (unsigned char)(low >> 8); //低电平重载值拆分为高低字节
	LowRL = (unsigned char)low;
	

}

/* T0中断服务函数，产生PWM输出 */
void interruptTimer0() interrupt 1
{
	
	
  if(PWMOUT == 1)                  //当输出位高电平时，装载低电平值并输出低电平
	{
	  TH0 = LowRH;
		TL0 = LowRL;
		PWMOUT = 0;
	}
	else                       //当输出为低电平时，装载高电平值并输出高电平
	{
	  TH0 = HighRH;
		TL0 = HighRL;
		PWMOUT = 1;
	}
 
}

/* T1中断服务函数，定时动态调整占空比 */

void interruptTimer1() interrupt 3
{
  static bit dir = 0;
	static unsigned char index = 0;
	static unsigned char index2 = 0;
	static char cnt = 0;
	//unsigned char code tableup[10] = {
	//  5,20,33,44,55,64,73,82,90,95      //占空比调整
	//};
	unsigned char code tableup[10] = {            //吸气数组
	 95,80,67,56,45,36,27,18,10,5
	};
	//unsigned char code tabledown[15] = {
	 // 95,90,80,69,56,44,32,22,15,11,8,7,6,5,5
	//};
	unsigned char code tabledown[17] = {         //呼气数组
	  5,10,20,31,44,56,68,78,85,89,92,93,94,95,95,95,95
	};
	
	TH1 = T1RH;
	TL1 = T1RL;
	cnt++;
	if(cnt >= 4)
	{
	   cnt = 0;          
	  if(dir == 0)                              
	  {
		 AdjustDutyCycle(tableup[index]);   //吸气2s
	   index++;
		 if(index >= 10)   
		  {
		    dir = 1;
				index = 0;
		  }
	 
	   }
	   else                   
	  {
			AdjustDutyCycle(tabledown[index2]);   //呼气3s
	    index2++;
		if(index2 >= 17)
		 {
		   dir = 0;
			 index2 = 0;
		  }
	  }
	}
	
}

看下结果：模拟人体呼吸灯2_哔哩哔哩_bilibili

总结：不知道是keil5软件本身有问题，还是笔者的keil5软件有问题，还是笔者哪里没有考虑到，路过的小伙伴如果知道缘由，请多多留言，指点下笔者，笔者在此多多感谢。

再和初学的小伙伴分享一个关于定时器运行的相关问题。定时器计时相关_哔哩哔哩_bilibili