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1 STC 单片机 CCP/PCA/PWM 模块原理及实现 主讲 : 何宾 hebin@mail.buct.edu.cn

2 CCP/PCA/PWM 结构 STC15 系列部分单片机内部集成了三路 CCP/PCA/PWM 模块, 如图 24.1 所示 注 : STC15W1K16S STC15W404S STC15W201S STC15F100W 系列单片机无 CCP/PCA/PWM 模块 STC15W4K32S4 系列单片机来说, 只有两路 CCP 输出

3 CCP/PCA/PWM 结构 STC15W4K32S4 系列单片机来说, 只有两路 CCP 输出 PCA 模块包含一个特殊的 16 位定时器, 有 3 个 16 位的捕获 / 比较模块和该定时器 / 计数器模块相连 通过软件程序, 每个模块可以设置工作在下面四种模式中的一种 : 上升 / 下降沿捕获 ; 软件定时器 ; 高速脉冲输出 ; 可调脉冲输出 通过 AUXR1(P_SW1) 寄存器可以控制这三路 CCP/PCA/PWM 输出所使用的引脚号 CCP/PCA/PWM 的输出 对于 CCP/PCA/PWM 模块 0 的输出, 可以选择使用 P1.1 P3.5 或者 P2.5 引脚

4 CCP/PCA/PWM 结构 对于 CCP/PCA/PWM 模块 1 的输出, 可以选择使用 P1.0 P3.6 P2.6 引脚 对于 CCP/PCA/PWM 模块 2 的输出, 可以选择使用 P3.7 或者 P2.7 引脚 注 : 对于 STC15W4K32S4 系列单片机来说, 不存在模块 2 的输出 可以看出, 输出可以选择使用 P1 口 P2 口或者 P3 口的某些引脚, 也就是后面所说的输出可以在 P1 P2 和 P3 口之间进行切换 因此, 也就增加了使用模块输出的灵活性 CCP/PCA/PWM 的外部脉冲输入对于 CCP/PCA/PWM 不同模块使用一个外部脉冲输入, 该输入信号可以选择使用 P1.2 P3.4 或者 P2.4 引脚, 也就是后面所说的输入可以在 P1 P2 和 P3 口之间进行切换 因此, 也就增加了使用模块输入的灵活性

5 CCP/PCA/PWM 结构

6 CCP/PCA/PWM 结构 下面对 16 位 PCA 计数器 / 定时器的结构进行详细说明, 如 24.2 所示 其中, 计数器 CH 和 CL 的内容是正在自由递增计数的 16 位 PCA 定时器的值 PCA 定时器是三个模块的公共时间基准 通过 CMOD 寄存器 CPS2 CPS1 和 CPS0 位, 选择 16 位 PCA 定时器 / 计数器的时钟源, 包括 SYSclk/1 SYSclk/2 SYSclk/4 SYSclk/6 SYSclk/8 SYSclk/12 定时器 0 溢出和外部脉冲输入 此外,CMOD 寄存器还有两位与 PCA 有关 CIDL, 空闲模式下允许停止控制位 ; ECF,PCA 中断使能位 即 : 当 PCA 定时器溢出时, 将 CCON 寄存器的 PCA 计数溢出标志位 CF 置位 CCON 寄存器包含 PCA 的运行控制位 CR 和 PCA 定时器标志 CF 以及各个模块的标志 CCF2 CCF1 和 CCF0

7 CCP/PCA/PWM 结构 通过软件置位 CR 为 1(CCON.6), 使能运行 PCA; 当软件置位 CR 为 0 时, 禁止运行 PCA 当 PCA 计数器溢出时, 置位 CF 如果 CMOD 寄存器的 ECF 位为 1, 则产生 PCA 中断 注 :CF 只能通过软件清除 CCON 寄存器的第 2 位 ~ 第 0 位是 PCA 各个模块的标志位 从图中可以看出, 第 0 位对应与模块 0; 第 1 位对应模块 1; 第 2 位对应模块 2 当发生匹配或者比较时, 由硬件置位这些比特位 注 : 这些位只能通过软件清除

8 CCP/PCA/PWM 结构 PCA 的每个模块都分别对应一个寄存器 模块 0 对应于 CCAPM0; 模块 1 对应于 CCAPM1; 模块 2 对应于 CCAPM2; 此外, 每个模块还对应于另外两个寄存器 CCAPnH 和 CCAPnL 当出现捕获或者比较时, 它们可以用来保存 16 位的计数值 当 PCA 模块用于 PWM 模式时, 用来控制输出的占空比

9 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 工作模式寄存器 本节介绍 PCA 工作模式寄存器 CMOD 该寄存器位于 STC 单片机特 殊功能寄存器地址为 0xD9 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 0xxx0000 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 CIDL CPS2 CPS1 CPS0 ECF 其中 : CIDL 空闲模式下是否停止 PCA 计数的控制位 当该位为 0 时, 空闲模式下 PCA 计数器继续工作 ; 当该位为 1 时, 空闲模式下 PCA 计数器停止工作 CPS2~CPS0 PCA 计数脉冲源选择控制位

10 C P S 2 CPS1 CPS0 选择 PCA 定时器的输入源 SYSclk/ SYSclk/ 定时器溢出脉冲 外部控制脉冲输入 ECI( 最高速度 =SYSclk/2) SYSclk SYSclk/ SYSclk/ SYSclk/8 ECF CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 工作模式寄存器 PCA 计数溢出中断使能位 当该位为 0 时, 禁止寄存器 CCON 中 CF 位的中断 ; 当该位为 1 时, 允许寄存器 CCON 中 CF 位的中断

11 本节介绍 PCA 控制寄存器 CCON 该寄存器位于 STC 单片机特殊功 能寄存器地址为 0xD8 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 00xxx000 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 控制寄存器 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 CF CR CCF2 CCF1 CCF0

12 其中 : CF PCA 计数器阵列溢出标志位 当 PCA 计数器溢出时, 硬件将该位置 1 此时, 如果 CMOD 寄存器的 ECF 位为 1, 则 CF 标志位可用于产生中断 可以通过软件或者硬件给 CF 位置 1, 但是只能通过软件将 CF 位清 0 CR PCA 计数器阵列运行控制位 当该位为 1 时, 启动 PCA 计数器阵列 ; 当该位为 0 时, 关闭 PCA 计数器阵列 CCF2 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 控制寄存器 PCA 模块 2 中断标志 当出现匹配或者捕获时, 由硬件将该位置 1 该位必须通过软件清 0

13 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 控制寄存器 CCF1 PCA 模块 1 中断标志 当出现匹配或者捕获时, 由硬件将该位置 1 该位必须通过软件清 0 CCF0 PCA 模块 0 中断标志 当出现匹配或者捕获时, 由硬件将该位置 1 该位必须通过软件清 0

14 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 本节介绍 PCA 比较捕获寄存器 CCAPM, 包括三个寄存器 CCAPM0 CCAPM1 CCAPM2 注 : 对于 STC4K32S4 系列单片机来说, 没有 CCAPM2 寄存器 PCA 比较捕获寄存器 CCAPM0 本节介绍 PCA 比较捕获寄存器 CCAPM0 该寄存器位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xDA 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 x 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 -- ECOM 0 CAPP0 CAPN0 MAT0 TOG0 PWM0 EECF0

15 其中 : ECOM0 允许比较器功能控制位 当该位为 1 时, 允许比较器功能 ; 当该位为 0 时, 禁止比较器功能 CAPP0 上升沿控制位 当该位为 1 时, 允许上升沿捕获 ; 当该位为 0 时, 禁止上升沿捕获 CAPN0 下降沿控制位 当该位为 1 时, 允许下降沿捕获 ; 当该位为 0 时, 禁止下降沿捕获 MAT0 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 匹配控制位 当该位为 1 时,PCA 计数值与模块的比较 / 捕获寄存器

16 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 TOG0 翻转控制位 当该位为 1 时, 工作在 PCA 高速脉冲输出模式,PCA 计数器的值与模块的比较 / 捕获寄存器值得匹配将使 CCP0 引脚翻转 PWM0 脉冲宽度调节模式 当该位为 1 时, 允许 CCP0 用于 PWM 输出 ; 当该位为 0 时, 禁止 CCP0 用于 PWM 输出 ECCF0 使能 CCF0 中断 当该位为 1 时, 使能寄存器 CCON 的比较 / 捕获标志 CCF0 产生中断

17 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 PCA 比较捕获寄存器 CCAPM1 本节介绍 PCA 比较捕获寄存器 CCAPM1 该寄存器位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xDB 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 x 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 -- ECOM 1 CAPP1 CAPN1 MAT1 TOG1 PWM1 EECF1

18 其中 : ECOM1 允许比较器功能控制位 当该位为 1 时, 允许比较器功能 ; 当该位为 0 时, 禁止比较器功能 CAPP1 上升沿控制位 当该位为 1 时, 允许上升沿捕获 ; 当该位为 0 时, 禁止上升沿捕获 CAPN1 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 下降沿控制位 当该位为 1 时, 允许下降沿捕获 ; 当该位为 0 时, 禁止下降沿捕获

19 MAT1 匹配控制位 当该位为 1 时,PCA 计数值与模块的比较 / 捕获寄存器值的匹配将置位 CCON 寄存器的中断标志 CCF1 TOG1 翻转控制位 当该位为 1 时, 工作在 PCA 高速脉冲输出模式,PCA 计数器的值与模块的比较 / 捕获寄存器值得匹配将使 CCP1 引脚翻转 PWM1 脉冲宽度调节模式 当该位为 1 时, 允许 CCP1 用于 PWM 输出 ; 当该位为 0 时, 禁止 CCP1 用于 PWM 输出 ECCF1 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 使能 CCF1 中断 当该位为 1 时, 使能寄存器 CCON 的比较 / 捕获标志 CCF1 产生中断

20 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 PCA 比较捕获寄存器 CCAPM2 本节介绍 PCA 比较捕获寄存器 CCAPM2 该寄存器位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xDA 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 x 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 -- ECOM 2 CAPP2 CAPN2 MAT2 TOG2 PWM2 EECF2

21 其中 : ECOM2 允许比较器功能控制位 当该位为 1 时, 允许比较器功能 ; 当该位为 0 时, 禁止比较器功能 CAPP2 上升沿控制位 当该位为 1 时, 允许上升沿捕获 ; 当该位为 0 时, 禁止上升沿捕获 CAPN2 下降沿控制位 当该位为 1 时, 允许下降沿捕获 ; 当该位为 0 时, 禁止下降沿捕获 MAT2 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 匹配控制位 当该位为 1 时,PCA 计数值与模块的比较 / 捕获寄存器

22 CCF2 产生中断 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 比较捕获寄存器 TOG2 翻转控制位 当该位为 1 时, 工作在 PCA 高速脉冲输出模式,PCA 计数器的值与模块的比较 / 捕获寄存器值匹配将使 CCP2 引脚翻转 PWM2 脉冲宽度调节模式 当该位为 1 时, 允许 CCP2 用于 PWM 输出 ; 当该位为 0 时, 禁止 CCP2 用于 PWM 输出 ECCF2 使能 CCF2 中断 当该位为 1 时, 使能寄存器 CCON 的比较 / 捕获标志

23 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 的 16 位计数器 本节介绍 PCA 的 16 位计数器, 分别用 CL 寄存器和 CH 寄存器表示 CL 和 CH 寄存器分别位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xE9 和 0xF9 的位置 当复位后,CL 和 CH 寄存器的值均为 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 16 位计数值的低 8 位 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 16 位计数值的高 8 位

24 本节介绍 PCA 捕获 / 比较寄存器, 分别对应于每个模块, 即 CCAP0 CCAP1 和 CCAP2 当 PCA 模块用于捕获或者比较时, 它们用于保 存各个模块的 16 位捕捉计数值 ; 当 PCA 模块用于 PWM 时, 它们用 来控制输出的占空比 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 捕获 / 比较寄存器

25 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 捕获 / 比较寄存器 PCA 捕获 / 比较寄存器 CCAP0 PCA 捕获 / 比较寄存器 CCAP0, 分别用 CCAP0L 寄存器和 CCAP0H 寄存器表示 CCAP0L 和 CCAP0H 寄存器分别位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xEA 和 0xFA 的位置 当复位后, CCAP0L 和 CCAP0H 寄存器的值均为 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 捕获 / 比较寄存器 CCAP0 低 8 位 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 捕获 / 比较寄存器 CCAP0 高 8 位

26 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 捕获 / 比较寄存器 PCA 捕获 / 比较寄存器 CCAP1 PCA 捕获 / 比较寄存器 CCAP1, 分别用 CCAP1L 寄存器和 CCAP1H 寄存器表示 CCAP1L 和 CCAP1H 寄存器分别位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xEB 和 0xFB 的位置 当复位后, CCAP1L 和 CCAP1H 寄存器的值均为 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 捕获 / 比较寄存器 CCAP1 低 8 位 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 捕获 / 比较寄存器 CCAP1 高 8 位

27 CCP/PCA/PWM 寄存器组 --PCA 捕获 / 比较寄存器 PCA 捕获 / 比较寄存器 CCAP2 PCA 捕获 / 比较寄存器 CCAP2, 分别用 CCAP2L 寄存器和 CCAP2H 寄存器表示 CCAP2L 和 CCAP2H 寄存器分别位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xEC 和 0xFC 的位置 当复位后, CCAP2L 和 CCAP2H 寄存器的值均为 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 捕获 / 比较寄存器 CCAP2 低 8 位 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 捕获 / 比较寄存器 CCAP2 高 8 位

28 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块 PWM 寄存器 本节介绍 PCA 模块 PWM 寄存器 PCA_PWM, 它包含 PCA_PWM0 PCA_PWM1 和 PCA_PWM2, 这些寄存器分别对应一个模块 PCA 模块 PWM 寄存器 PCA_PWM0 PCA 模块 PWM 寄存器 PCA_PWM0 该寄存器位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xF2 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 00xxxx00 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 EBS0_ 1 EBS0_ EPC0H EPC0L

29 其中 : EBS0_1 和 EBS0_0 当 PCA 模块工作在 PWM 模式时的功能选择位 ESB0_ 1 ESB0_0 功能 0 0 PCA 模块 0 工作于 8 位 PWM 功能 0 1 PCA 模块 0 工作于 7 位 PWM 功能 1 0 PCA 模块 0 工作于 6 位 PWM 功能 1 1 无效,PCA 模块 0 仍工作于 8 位 PWM 功能 EPC0H 在 PWM 模式下, 与 CCAP0H 组成 9 位数 EPC0L CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块 PWM 寄存器 在 PWM 模式下, 与 CCAP0L 组成 9 位数

30 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块 PWM 寄存器 PCA 模块 PWM 寄存器 PCA_PWM1 PCA 模块 PWM 寄存器 PCA_PWM1 该寄存器位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xF3 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 00xxxx00 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 EBS1_ 1 EBS1_ EPC1H EPC1L 其中 : EBS1_1 和 EBS1_0 当 PCA 模块工作在 PWM 模式时的功能选择位

31 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块 PWM 寄存器 ESB0 _1 ESB1_0 功能 0 0 PCA 模块 1 工作于 8 位 PWM 功能 0 1 PCA 模块 1 工作于 7 位 PWM 功能 1 0 PCA 模块 1 工作于 6 位 PWM 功能 1 1 无效,PCA 模块 1 仍工作于 8 位 PWM 功能 EPC1H 在 PWM 模式下, 与 CCAP1H 组成 9 位数 EPC1L 在 PWM 模式下, 与 CCAP1L 组成 9 位数

32 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块 PWM 寄存器 PCA 模块 PWM 寄存器 PCA_PWM2 PCA 模块 PWM 寄存器 PCA_PWM2 该寄存器位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xF4 的位置 当复位后, 该寄存器的值为 00xxxx00 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 EBS2_1 EBS2_ EPC2H EPC2L 其中 : EBS2_1 和 EBS2_0 当 PCA 模块工作在 PWM 模式时的功能选择位

33 EPC2H 在 PWM 模式下, 与 CCAP2H 组成 9 位数 EPC2L CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块 PWM 寄存器 在 PWM 模式下, 与 CCAP2L 组成 9 位数 ESB2_ 1 ESB2_0 功能 0 0 PCA 模块 2 工作于 8 位 PWM 功能 0 1 PCA 模块 2 工作于 7 位 PWM 功能 1 0 PCA 模块 2 工作于 6 位 PWM 功能 1 1 无效,PCA 模块 2 仍工作于 8 位 PWM 功能

34 PCA 模块引脚切换寄存器 AUXR1(P_SW1), 用于选择 CCP 输出 SPI 接口和串口所使用的引脚在单片机上的位置 该寄存器位于 STC 单片机特殊功能寄存器地址为 0xA2 的位置 当复位后, 该寄存 器的值为 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块引脚切换寄存器 比特位 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 名字 S1_S1 S1_S0 CCP_S 1 CCP_S 0 SPI_S1 SPI_S0 0 DPS

35 其中 : CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块引脚切换寄存器 S1_S1 和 S1_S0 确定串口 1 在单片机上引脚的位置 S1_S1 S1_S0 功能 0 0 选择串口 1 分别对应于单片机 P3.0/RxD 和 P3.1/TxD 引脚 无效 选择串口 1 分别对应于单片机 P3.6/RxD_2 和 P3.7/TxD_2 引脚选择串口 1 分别对应于单片机 P1.6/RxD_3 和 P1.7/TxD_3 引脚

36 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块引脚切换寄存器 CCP_S1 和 CCP_S0 确定 CCP 输出在单片机上引脚的位置 CCP_S1 CCP_S0 功能 0 0 选择 CCP 输入对应于单片机 P1.2/ECI 引脚, 同时选择 CCP 三个输出分别对应于单片机的 P1.1/CCP0 P1.0/CCP1 和 P3.7/CCP2 引脚 0 1 选择 CCP 输入对应于单片机 P3.4/ECI_2 引脚, 同时选择 CCP 三个输出分别对应于单片机的 P3.5/CCP0_2 P3.6/CCP1_2 和 P3.7/CCP2_2 引脚 1 0 选择 CCP 输入对应于单片机 P1.2/ECI 引脚, 同时选择 CCP 三个输出分别对应于单片机的 P2.4/CCP0_3 P2.6/CCP1_3 和 P2.7/CCP2_3 引脚 1 1 无效

37 CCP/PCA/PWM 寄存器组 -- PCA 模块引脚切换寄存器 注 : 对于 STC4KW32S4 系列单片机只存在 2 个 CCP 通道 SPI_S1 和 SPI_S0 确定 SPI 接口在单片机上引脚的位置 SPI_S1 SPI_S0 功能 选择 SPI 接口分别对应于单片机 P1.2/SS P1.3/MOSI P1.4/MISO P1.5/SCLK 引脚 选择 SPI 接口分别对应于单片机 P2.4/SS_2 P2.3/MOSI_2 P2.2/MISO_2 P2.1/SCLK_2 引脚 选择 SPI 接口分别对应于单片机 P5.4/SS_3 P4.0/MOSI_3 P4.1/MISO_3 P4.3/SCLK_3 引脚 1 1 无效

38 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 捕获模式 PCA 模块工作于捕获模式的内部结构如图 24.3 所示 从图中可以看出, 要想工作在该模式, 寄存器 CCAPMn 的两位 (CAPNn 和 CAPPn) 或者其中一位必须置为 1 当该模块工作于捕获模式时, 对模块外部 CCPn 输入 ( 可选择 CCP0/P1.1 CCP1/P1.0 或 CCP2/P3.7) 的跳变进行采样 当采样到有效跳变时,PCA 硬件就将 PCA 计数器阵列寄存器 (CH 和 CL) 的值加载到模块的捕获寄存器 CCAPnL 和 CCAPnH 中 如果将 CCON 寄存器中位 CCFn 和 CCAPMn 寄存器中的 ECCFn 置位为 1, 则将产生中断 可在中断服务程序中, 判断产生中断的模块, 并注意中断标志的清零问题

39 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 捕获模式

40 例 24-1 捕获模式 C 语言描述的例子 代码清单 24-1 main.c 文件 #include "reg51.h" CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 捕获模式 sfr P_SW1 =0xA2; // 声明 P_SW1 寄存器的地址 0xA2 sfr CCON =0xD8; // 声明 CCON 寄存器的地址 0xD8 sfr CMOD =0xD9; // 声明 CMOD 寄存器的地址 0xD9 sfr CL =0xE9; // 声明 CL 寄存器的地址 0xE9 sfr CH =0xF9; // 声明 CH 寄存器的地址 0xF9

41 sfr CCAPM0 =0xDA; CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 捕获模式 // 声明 CCAPM0 寄存器的地址 0xDA sbit CCF0 =CCON^0; // 声明 CCF0 标志位 sbit CCF1 =CCON^1; // 声明 CCF1 标志位 sbit CR =CCON^6; // 声明 CR 标志位 sbit CF =CCON^7; // 声明 CF 标志位 void PCA_int() interrupt 7 // 声明 PCA 中断服务程序 { CCF0=0; //CCF0 标志清零

42 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 捕获模式 P46=!P46; P47=!P47; } //P4.6 端口取反 //P4.7 端口取反 void main() { P46=0; P47=0; P_SW1=0x00; //P4.6 端口置 0, 灯亮 //P4.7 端口置 0, 灯亮 //CCP_S0=0,CCP_S1=0

43 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 捕获模式 CCON=0; CL=0; CH=0; CMOD=0x00; CCAPM0=0x11; CR=1; EA=1; while(1); } // 停止 PCA 定时器, 清除 CF 和 CCF0 标志 //CL 寄存器清零 //CH 寄存器清零 // 设置时钟源, 禁止 CF 溢出中断 //PCA 模块下降沿触发 // 启动 PCA 定时器 //CPU 允许响应中断请求

44 16 位软件定时器模式结构 CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式

45 通过设置 CCAPMn 寄存器中的 ECOM 和 MAT 位, 使得 PCA 模块 工作在 16 位软件定时器模式 PCA 定时器的值与模块捕获寄存器 的值进行比较, 当它们相等时, 如果 CCON 寄存器的 CCFn 位和 CCAPMn 寄存器的 ECCFn 位都置位, 则将产生中断 在 16 位软件定时器模式下, 每个时钟节拍 ( 由所选择时钟源确定 ) 到来时, 自动加 1 当 [CH,CL] 增加到等于 [CCAPnH, CCAPnL] 时,CCFn=1, 产生中断请求 如果每次 PCA 模块中 断后, 在中断服务程序给 CCAPnH,CCAPnL] 增加相同的值时, 下次中断来临的间隔时间也是相同的, 从而实现了定时功能 定 时时间的长短取决于时钟源的选择, 以及 PCA 计数器计数值的设 置 CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式

46 例 位软件定时器模式 C 语言描述的例子 代码清单 24-2 main.c 文件 #include "reg51.h" CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式 #define value 3906 // 定义 value 为 3906 sfr P_SW1 =0xA2; // 声明 P_SW1 寄存器的地址为 0xA2 sfr CCON =0xD8; // 声明 CCON 寄存器的地址为 0xD8 sfr CMOD =0xD9; // 声明 CMOD 寄存器的地址为 0xD9

47 sfr CL =0xE9; // 声明 CL 寄存器的地址为 0xE9 sfr CH =0xF9; // 声明 CH 寄存器的地址为 0xF9 sfr CCAPM0 =0xDA; sfr CCAP0L =0xEA; sfr CCAP0H =0xFA; sfr CLK_DIV =0x97; CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式 // 声明 CCAPM0 寄存器的地址为 0xDA // 声明 CCAP0L 寄存器的地址为 0xEA // 声明 CCAP0H 寄存器的地址为 0xFA // 声明 CLK_DIV 寄存器的地址为 0x97 sbit CCF0 =CCON^0; // 声明 CCON 寄存器内的 CCF0 位

48 CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式 sbit CCF1 =CCON^1; // 声明 CCON 寄存器内的 CCF1 位 sbit CR =CCON^6; // 声明 CCON 寄存器内的 CR 位 sbit CF =CCON^7; // 声明 CCON 寄存器内的 CF 位 void PCA_int() interrupt 7 // 声明 PCA 中断服务程序 { CCF0=0; //CCF0 标志清零 CL=0; //CL 寄存器清零 CH=0; //CH 寄存器清零

49 CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式 P46=!P46; P47=!P47; } //P4.6 端口清零 //P4.7 端口清零 void main() { P46=0; //P4.6 端口置 0, 灯亮 P47=0; //P4.7 端口置 0, 灯亮 CLK_DIV=0x07; // 设置 SYSclk 频率 = 主时钟频率 /128 P_SW1=0x00; //CCP_S0=0,CCP_S1=0

50 CCON=0; CL=0; CH=0; CMOD=0x00; CCAP0L=value; CCAP0H=value>>8; CCAPM0=0x49; CR=1; EA=1; while(1); } CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式 // 停止 PCA 计数器, 清除 CF 和 CCF0 标志 //CL 寄存器清零 //CH 寄存器清零 // 设置 PCA 时钟源 SYSclk/12 //value 低 8 位赋值给 CCAP0L 寄存器 //value 高 8 位赋值给 CCAP0H 寄存器 // 打开比较器, 使能匹配控制, 使能 CCF0 中断 // 启动 PCA 定时器 / 计数器 //CPU 允许响应中断请求

51 CCP/PCA/PWM 工作模式 位软件定时器模式 注 : 读者可以进入本书所提供资料的 \STC_example\ 例子 24-2 目录下打开并参考该设计 下面对该设计进行验证和分析, 步骤主要包括 : 在 STC-ISP 软件中, 将 IRC 频率设置为 12MHz 下载设计到 STC 学习板

52 高速脉冲输出模式结构 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式

53 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式 当 PCA 计数器的计数值与模块捕获寄存器的值匹配时,PCA 模块的 CCPn 输出将发生翻转 当 CCAPMn 寄存器的 TOGn 位 MATn 位 和 ECOMn 位都置为 1 时,PCA 模块工作在高速脉冲模式 CCAPnL 的值决定了 PCA 模块 n 的输出脉冲频率 当 PCA 时钟源 是 SYSclk/2 时, 输出脉冲的频率为 f=sysclk/(4 CCAPnL) 因此, 就可以得到对应的 CCAPnL 寄存器的值

54 例 24-3 高速脉冲输出模式 C 语言描述的例子 代码清单 24-3 main.c 文件 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式 #include "reg51.h" #define value 3906 sfr P_SW1 =0xA2; // 声明 P_SW1 寄存器的地址 0xA2 sfr CCON =0xD8; // 声明 CCON 寄存器的地址 0xD8 sfr CMOD =0xD9; // 声明 CMOD 寄存器的地址 0xD9 sfr CL =0xE9; // 声明 CL 寄存器的地址 0xE9 sfr CH =0xF9; // 声明 CH 寄存器的地址 0xF9

55 sfr CCAPM0 =0xDA; sfr CCAP0L =0xEA; sfr CCAP0H =0xFA; sfr CLK_DIV =0x97; CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式 // 声明 CAPM0 寄存器的地址 0xDA // 声明 CCAP0L 寄存器的地址 0xEA // 声明 CCAP0H 寄存器的地址 0xFA // 声明 CLK_DIV 寄存器的地址 0x97 sbit CCF0 =CCON^0; // 声明 CCON 寄存器的 CCF0 位 sbit CCF1 =CCON^1; // 声明 CCON 寄存器的 CCF1 位 sbit CR =CCON^6; // 声明 CCON 寄存器的 CR 位 sbit CF =CCON^7; // 声明 CCON 寄存器的 CF 位

56 void PCA_int() interrupt 7 { CCF0=0; CL=0; CH=0; P46=!P46; P47=!P47; } CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式 //CCF0 标志清零 //CL 寄存器清零 //CH 寄存器清零 //P4.6 端口取反 //P4.7 端口取反 // 声明中断服务程序

57 void main() { P46=0; P47=0; //P4.6 端口置 0, 灯亮 //P4.7 端口置 0, 灯亮 CLK_DIV=0x07; //SYSclk 频率 = 主时钟频率 /128 P_SW1=0x00; CCON=0; CL=0; CH=0; CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式 //CCP_S0=0,CCP_S1=0 // 停止 PCA 定时器, 清除 CF 和 CCF0 位 //CL 寄存器清空 //CH 寄存器清空

58 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式 CMOD=0x00; CCAP0L=value; CCAP0H=value>>8; CCAPM0=0x4d; CR=1; EA=1; while(1); } // 设置时钟源,SYSclk/12 //value 的低 8 位赋值给 CCAP0L //value 的高 8 位赋值给 CCAP0H //PCA 模块为 16 位定时器模式, 同时翻转 CCP0 // 启动 PCA 定时器 //CPU 允许响应中断请求

59 注 : 读者可以进入本书所提供资料的 \STC_example\ 例子 24-3 目录下打开并参 考该设计 下面对该设计进行验证和分析, 步骤主要包括 : 在 STC-ISP 软件中, 将 IRC 频率设置为 12MHz 下载设计到 STC 学习板 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 高速脉冲输出模式

60 本节介绍脉冲宽度调试原理和 STC 单片机 PCA 模块脉冲宽度调制模 式的实现方法 脉冲宽度调试原理 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 使用数字电路来控制电机的速度, 通常使用脉冲宽度调制 PWM 信号波形 在 PWM 中, 脉冲周期是恒定的 在一个脉冲周期内, 将高电平的时间称为占空, 占空是可变的

61 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 占空比表示为 PWM 信号的直流平均值与占空是成比例的 一个占空比为 50% 的 PWM 信号, 其直流值为 PWM 信号幅度最大值的 1/2 如果通过电机的电压与 PWM 成正比, 简单的改变脉冲占空比就可以改变电机的速度

62 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 下面将介绍使用 PWM 信号控制直流电机的原理 当连接电机或其他负载时, 可能向数字电路 (CPLD,FPGA 和微处理器 ) 流入很大的电流, 因此最安全和最容易的方法是使用一些类型的固态继电器 (solid-state relay, SSR), 数字电路提供小的电流 (5-10mA) 到输入引脚 1 和 2, 将开启固态继电器内的 LED, 来自 LED 的光将打开 MOSFET, 这样将允许引脚 3 和 4 之间流经很大的电流 这种光电耦合电路将数字电路隔离开, 这样可以降低电路的噪声和防止对数字电路造成的破坏

63 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 SSR 适用于控制直流负载 然而, 一些 SSR 有两个 MOSFET 和背对背的二极管用来控制交流负载 当使用直流或交流 SSR 时, 需要确认 SSR 能处理所使用的电压和电流负载 通常, 需要为电机提供独立的电源, 将两个地连在一起 一个例子是使用 G3VM-61B1/E1 固态继电器 SSR, 该 SSR 是欧姆龙公司的一个 6 脚的 MOSFET 继电器, 能用作直流或交流 SSR 最大的交流负载电压是 60V, 最大负载电流是 500mA( 将两个 MOSFET 并联后可为直流负载提供 1A 电流 )

64 直流电机的速度取决于电机的电压, 电压越高, 电机转动的越快 如果需要电机以恒定的速度旋转, 将 4 脚和电源连接起来, 将电 机连在 3 脚和地之间 ( 页可以将 3 脚连接到地和将连接电机道第四 引脚和电源之间 ) 连接到电机的电源的极性决定了电机的转动 方式 如果转动方向错误, 只需要改变电机的两个连接 注 : 如果使用数字电路改变电机的方向, 需要使用 H 桥 SN75440 是一个四半 桥驱动器, 它能管理两个双向的电机, 其供电电压可以到 36V, 负载电流可以 到 1A CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式

65 脉冲宽度调制实现 通过设置 PCA 各个模块 CCAPMn 寄存器的 PWMn 和 ECOMn 比特位, 使得 PCA 模块工作在 PWM 模式 此外, 通过设置 PCA 模块各自 PCA_PWMn(n=0,1,2) 寄存器中的 EBSn_1 以及 EBSn_0 比特位, 使得 PCA 模块工作在 8 位 7 位或者 6 位 PWM 模式 8 位脉冲宽度调节方式 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 当设置 [EBSn_1,EBSn_0]=[0,0] 或者 [1,1] 时,PCA 模块工作在 8 位 PWM 模式, 如图 24.9 所示 此时,{0,CL[7:0]} 与捕获寄存器 {EPCnL,CCAPnL[7:0]} 进行比较

66 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式

67 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 当 PCA 模块工作于 8 位模式时, 由于所有模块共用仅有的 PCA 定时器, 因此它们的输出频率相同 每个模块的占空比各自独立, 只与该模块的捕获寄存器 {EPCnL,CCAPnL[7:0]} 有关 当 {0,CL[7:0]} 的值 <{EPCnL,CCAPnL[7:0]} 时, 输出为低 ; 当 {0,CL[7:0]} 的值 {EPCnL,CCAPnL[7:0]} 时, 输出为高 ; 当 CL 的值由 FF 变成 00 溢出时, 将 {EPCnH,CCAPnH[7:0]} 的内容加载到 {EPCnL,CCAPnL[7:0]} 中 因此, 就可以实现无干扰更新 PWM 在 8 位模式下,PWM 的频率由下式确定 : fpwm=pca 时钟输入源频率 /256

68 7 位脉冲宽度调节方式 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 当设置 [EBSn_1,EBSn_0]= [0,1] 时,PCA 模块工作在 7 位 PWM 模式, 如图 所示 此时, {0,CL[6:0]} 与捕获寄存器 {EPCnL,CCAPnL[6:0]} 进行比较

69 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 当 PCA 模块工作于 7 位模式时, 由于所有模块共用仅有的 PCA 定时 器, 因此它们的输出频率相同 每个模块的占空比各自独立, 只与 该模块的捕获寄存器 {EPCnL,CCAPnL[6:0]} 有关, 即 : 当 {0,CL[6:0]} 的值 <{EPCnL,CCAPnL[6:0]} 时, 输出为低 ; 当 {0,CL[6:0]} 的值 {EPCnL,CCAPnL[6:0]} 时, 输出为高 ; 当 CL 的值由 7F 变成 00 溢出时, 将 {EPCnH,CCAPnH[6:0]} 的内容 加载到 {EPCnL,CCAPnL[6:0]} 中, 就可以实现无干扰更新 PWM 在 7 位模式下,PWM 的频率由下式确定 : fpwm=pca 时钟输入源频率 /128

70 6 位脉冲宽度调节方式 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 当设置 [EBSn_1,EBSn_0]= [1,0] 时,PCA 模块工作在 6 位 PWM 模式 此时,{0,CL[5:0]} 与捕获寄存器 {EPCnL,CCAPnL[5:0]} 进行比较 当 PCA 模块工作于 6 位模式时, 由于所有模块共用仅有的 PCA 定时器, 因此它们的输出频率相同 每个模块的占空比各自独立, 只与该模块的捕获寄存器 {EPCnL,CCAPnL[5:0]} 有关, 即 : 当 {0,CL[5:0]} 的值 <{EPCnL,CCAPnL[5:0]} 时, 输出为低 ; 当 {0,CL[5:0]} 的值 {EPCnL,CCAPnL[5:0]} 时, 输出为高 ; 当 CL 的值由 3F 变成 00 溢出时, 将 {EPCnH,CCAPnH[5:0]} 的内容加载到 {EPCnL,CCAPnL[5:0]} 中 因此, 就可以实现无干扰更新 PWM

71 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式

72 在 6 位模式下,PWM 的频率由下式确定 : 钟输入源频率 /64 例 24-4 脉冲宽度调制模式 C 语言描述的例子 代码清单 24-4 main.c 文件 #include "reg51.h" #define value 3906 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 sfr P_SW1 =0xA2; // 声明 P_SW1 寄存器的地址 0xA2 sfr CCON =0xD8; // 声明 CCON 寄存器的地址 0xD8 sfr CMOD =0xD9; // 声明 CMOD 寄存器的地址 0xD9 sfr CL =0xE9; // 声明 CL 寄存器的地址 0xE9 sfr CH =0xF9; // 声明 CH 寄存器的地址 0xF9 fpwm=pca 时

73 sfr CCAPM0 =0xDA; sfr CCAP0L =0xEA; sfr CCAP0H =0xFA; sfr PCA_PWM0 =0xF2; CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 // 声明 CCAMP0 寄存器的地址 0xDA // 声明 CCAP0L 寄存器的地址 0xEA // 声明 CCAP0H 寄存器的地址 0xFA // 声明 PCA_PWM0 寄存器的地址 0xF2 sbit CCF0 =CCON^0; // 声明 CCON 寄存器的 CCF0 比特位 sbit CCF1 =CCON^1; // 声明 CCON 寄存器的 CCF1 比特位

74 sbit CR =CCON^6; // 声明 CCON 寄存器的 CR 比特位 sbit CF =CCON^7; // 声明 CCON 寄存器的 CF 比特位 unsigned char i=0; void PCA_int() interrupt 7 { CF=0; CCAP0H=i; CCAP0L=i; if(i<255) i++; } else i=0; CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 //CF 标志清零 // 声明无符号的 8 位全局变量 i // 声明 PCA 中断服务程序 //i 赋值给 CCAP0H 寄存器 //i 赋值给 CCAP0L 寄存器 // 如果 i<255, 则 i 递增 // 否则,i=0

75 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 void main() { P_SW1=0x00; CCON=0; CL=0; CH=0; CMOD=0x03; PCA_PWM0=0x00; CCAP0L=0x10; CCAP0H=0x10; //CCP_S0=0,CCP_S1=0 // 停止 PCA 定时器, 清除 CF 和 CCF0 标志 //CL 寄存器清零 //CH 寄存器清零 // 时钟源主时钟 /2, 允许 CF 中断 //PCA 模块 0, 工作于 8 位的 PWM 模式 //CCAP0L 赋初值 0x10 //CCAP0H 赋初值 0x10

76 CCP/PCA/PWM 工作模式 -- 脉冲宽度调制模式 CCAPM0=0x42; CR=1; EA=1; // 使能比较, 脉宽调制模式 // 启动 PCA 定时器工作 //CPU 允许响应中断请求 while(1); } 注 : 读者可以进入本书所提供资料的 \STC_example\ 例子 24-4 目录下打开并参考该设计 下面对该设计进行验证和分析, 步骤主要包括 : 在 STC-ISP 软件中, 将 IRC 频率设置为 12MHz 下载设计到 STC 学习板

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