任务55PWM和呼吸灯

5.5呼吸灯1VCC任务5.5呼吸灯5.5.1任务要求很多手机上有这样一个功能，当手机里有未处理的通知，如未接来电、未查收的短信时等，屏幕上的小灯会渐亮渐灭，像呼吸那样有节奏，起到了一个提示的作用，故又称为“呼吸灯”。本节的任务是：单片机控制开发板上的1个LED，让LED从熄灭状态，慢慢变亮，直到最大亮度，时间为2秒；然后再慢慢变暗，直到熄灭，时间也为2秒。5.2.2知识准备1、PWM的引入和定义在第二单元的发光二极管闪烁任务中，我们做过这样的实验：当闪烁频率比较快时（超过25HZ），由于人的眼睛的“视觉暂留效应”，发光二极管看起来一直被点亮。另外点亮和熄灭的时间不一样时，发光二极管的亮度也不一样。在一个周期内(点亮时间+熄灭时间)，点亮的时间约长，则发光二极管的亮度就会越高。这个案例实际上是PWM（脉冲宽度调制）在LED调光中的应用。PWM是一个连续的脉冲波，在一个周期中，其高电平的和低电平的比例是不同的。一个典型的PWM的波形如图5.5.1所示。图5.5.1典型的PWM波图5.5.1中，T是PWM波的周期，Ton是高电平的宽度，VCC是高电平值。当该PWM波通过积分器（低通滤波器）后，可以得到平均的输出电压V=Vcc*Ton/T。式中，Ton/T称为PWM波的占空比。调节Ton的宽度，可以改变PWM的占空比，从而得到不同的平均电压输出。PWM的实质是利用数字信号控制模拟电路，广泛应用在测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。灯光控制、直流电机调速、开关电源、逆变器、变频器等产品都有PWM的身影。TTon5.5呼吸灯22、PWM的实现和应用注意（1）PWM的程序实现大多数单片机具有硬件PWM模块，在使用的时候，只需要简单的配置就可以了。STC89C52单片机没有硬件PWM，下面是根据PWM的原理，通过定时器控制I/O生成PWM的程序,内容简单，没有模块化，程序如下：#includereg52.h#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitPWMOut=P1^0;//PWM输出端口#definePWMHighPWMOut=1#definePWMLowPWMOut=0#definePWMPeriod100//PWM周期#definePWMDuty20//占空比/***************************************************************************函数名称：Timer0Init()*功能：定时器0初始化*入口参数：无*出口参数：无*说明：100us定时**************************************************************************/voidTimer0Init(){TMOD=0x02;//GATE=0,C/T=0,M1M0=10;TH0=156;TL0=156;//设置初值,EA=ET0=1//开中断TR0=1;//开启定时器}/***************************************************************************函数名称：main()*功能：主函数*入口参数：无*出口参数：无*说明：无**************************************************************************/5.5呼吸灯3程序解释：①程序结构简单，主函数仅需要完成定时器0的初始化，PWM的生成在定时器0的中断服务函数中生成。每进入中断服务函数1次，计数变量PWMCnt加1，当PWMCnt计数到PWMPreroid（PWMPeroid被宏定义为100）,PWMCnt清零，重新计数。PWMCnt从0到100这段时间为定时器溢出时间（100us）*PWMPeroid(100)=10ms，为PWM的周期。每进入一次中断服务函数，PWMCnt都要和PWMDuty（PWMDuty被宏定义为20）相比较,小于PWMDuty,则PWM对应的I/O输出高电平，否则输出低电平,改变PWMDuty就可以改变PWM的占空比。②程序适合于PWM的频率低（周期长）的场合。在不减少占空比的份数的情况下（程序中占空比分成了100份），要提高PWM的频率，只能减少定时器溢出时间。定时器溢出时间voidmain(void){Timer1Init();//定时器初始化while(1){//可以添加别的任务}}/***************************************************************************函数名称：Timer0Isr()*功能：定时器0中断服务函数*入口参数：无*出口参数：无*说明：**************************************************************************/voidTimer0Isr(void)interrupt1{staticucharPWMCnt=0;if(++PWMCnt=PWMPeriod)//周期：100us*PWMPeriodPWMCnt=0;if(PWMCnt=PWMDuty)//占空比：PWMDutyPWMHigh;elsePWMLow;}5.5呼吸灯4太小，会导致程序频繁进入定时器中断服务函数，从而给其他任务的执行带来了隐患。（2）PWM应用时注意问题①PWM的频率与控制对象有关，例如PWM用于控制灯的亮度，其频率应该高于40HZ，即周期小于25ms。PWM用作直流电机调速时，PWM的频率越高，直流电机转动越平滑。②除了频率外，还要考虑PWM的占空比的调节精度。如一些单片机自带的PWM具有8位的精度，指的是PWM的占空比分成28=256份，具有256级调节，很显然，PWM的位数越高，输出就会越精细。但占空比的调节精度和PWM的频率是一对矛盾，在相同的的时钟下，提高占空比的精度，将导致PWM的频率降低。③PWM控制本身属于开环控制，具有调节功能但不具备稳定负载的能力，也不保证输出结果正比于占空比。例如在电机调速应用中，通过PWM控制可以改变电机的功率，但不能稳定电机的转速，电机的转速受到负载力矩的影响不与占空比成正比关系。PWM控制灯光中，由于灯丝在不同温度下电阻不同，虽然占空比越大，灯光越亮，但实际亮度也不与占空比成正比。需要得到高精度、高稳定度的结果，需要借助反馈，结合各种反馈控制算法（如PID算法、模糊控制算法等）。5.5.2任务实施本节的任务是让开发板上的一个LED实现渐亮渐灭的效果。PWM可以实现LED亮度的调节，通过不断调节PWM的占空比，可以实现渐亮渐灭的效果。渐亮：不断加大占空比；渐灭：不断减少占空比。根据视觉暂留效应的特点，我们取LED闪烁的频率为50HZ，即每20ms改变一次PWM的占空比，所以PWM的周期为20ms。占空比分成100份，则每一份所占用的时间为PWM周期(20ms)/100=200us，200us用定时器产生。LED从亮到灭需要的时间为20ms*100=2秒，同样从灭到亮也需要2秒的时间。PWM的输出在中断函数中完成，主函数完成定时器的初始化。工程的结构如图5.5.2所示。图5.2.2工程结构图5.5呼吸灯5（1）主函数main.c:主函数中完成定时器的初始化就可以了，呼吸灯的任务在定时器中断服务函数中。（2）呼吸灯模块BreathLed.h:BreathLed.c：#ifndef_BREATHLED_H_#define_BREATHLED_H_#includereg52.h#includeMicroDefine.h//LED接口定义sbitLED=P1^0;#defineLedOnLED=0#defineLedOffLED=1#includereg52.h#includeBreathLed.h#includeMircoDefine.h/***************************************************************************函数名称：main()*功能：完成定时器的初始化*入口参数：无*出口参数：无*说明：**************************************************************************/voidmain(void){DelayMs(200);Timer0Init();//定时器的初始化while(1){//添加其它任务}}5.5呼吸灯6BreathLed.c:#includeBreathLed.h/***************************************************************************函数名称：Timer0Init()*功能：定时器0初始化*入口参数：无*出口参数：无*说明：200us定时**************************************************************************/voidTimer0Init(){TMOD=0x02;//GATE=0,C/T=0,M1M0=10;TH0=56;TL0=56;//设置初值,ET0=EA=1;//开中断TR0=1;//开启定时器}/***************************************************************************函数名称：Timer0Isr()*功能：定时器0中断函数*入口参数：无*出口参数：无*说明：实现LED渐亮渐灭**************************************************************************/voidTimer0Isr(void)interrupt1{staticucharPwmCnt=0;//PWM计数器staticbitPwmDirection=0;//亮灭方向标志位staticcharPwmDuty=100;//占空比初始化为100if(++PwmCnt=100)//1个周期到，调整一次占空比{PwmCnt=0;//定时器0初始化externvoidTimer0Init();#endif5.5呼吸灯7程序解释：PWM的周期为20ms，每运行一个周期，根据亮灭方向标志位，调整PWM的占空比（PWMDuty加1，或PWMDuty减1）。if(PwmDirection==0)//从全亮到灭{if(--PwmDuty=0)//占空比减1，为0则改变方向标志位PwmDirection=1;}else//从灭到全亮{if(++PwmDuty=100)//占空比加1，到100则该变方向标志位PwmDirection=0;}}if(PwmCnt=PwmDuty)//改变输出状态LedOn;elseLedOff;}