使用51单片机产生PWM的方法和程序详细说明

在51单片机编程中，产生PWM波形是电子设计中常见的需求，尤其在电机控制、信号生成等领域。然而，89C51芯片本身并不具备硬件PWM功能，因此需要通过软件编程的方式来模拟实现PWM波形的生成。本文将详细介绍两种主要的方法：软件延时法和定时器法。 软件延时法是一种简单易懂的方法，它利用软件编程来控制电平的持续时间，从而模拟PWM波形。该方法编写简单，但存在明显的缺点，当单片机需要执行除PWM波形生成之外的其他任务（如键盘扫描、显示操作等）时，CPU的机器周期会被占用，这将影响PWM的准确性和稳定性。由于CPU资源的限制，该方法并不适用于资源需求高的应用场景。 具体实现软件延时法的程序如下： ```c #include <reg52.h> sbit pwm = P1^0; main() { while(1) { pwm = 1; // 输出高电平 delayus(40); // 延时40微秒 pwm = 0; // 输出低电平 delayus(60); // 延时60微秒，占空比为60% } } void delayus(uint x) { while(x--); } ``` 在上述代码中，pwm变量控制P1端口的第0位，通过交替改变该位的电平状态和延时时间来模拟PWM波形。 定时器法是更加常用的方法，它利用定时器中断来改变电平状态，从而产生PWM波形。定时器中断服务程序中通常仅改变标志位或电平状态，因为过多的操作会干扰PWM波形的准确性。在设计中断服务程序时，应避免在中断内部进行复杂的运算，比如除法、取余以及浮点运算，因为这些运算会消耗大量的CPU周期。定时器的初值设置也需特别注意，初值不应设置得过小，以免定时器频繁溢出中断，导致系统紊乱。通常会预留50-100个数的裕量。在选择定时器工作方式时，工作方式1提供16位定时器，适用于需要较宽调频范围的情况。 定时器初值的计算对于产生准确的PWM波形至关重要。举例来说，若要产生频率为f、占空比为α的PWM波形，可以按照以下公式计算定时器高低8位初值： ```c TH0 = (65535 - a * 100 / fr) / 256; // 定时器高位初值 TL0 = (65535 - a * 100 / fr) % 256; // 定时器低位初值 ``` 其中，a代表100倍的占空比，fr代表频率的0.01倍值。当需要产生低电平时，公式中的α应替换为（1-α）。 例程部分代码则展示了一个应用定时器T0产生PWM波形的完整程序。在这个程序中，可以通过独立键盘控制PWM的频率和占空比，频率的可调范围为100Hz至10kHz，占空比为0%至100%。为提高中断服务效率，程序中定义了临时变量（T0_H, T0_L, T1_H, T1_L）用于存储定时器初值，并在中断服务程序中直接赋值给寄存器TH0、TL0，避免在中断中进行计算。 在实际的软件仿真中，可以看到不同频率和占空比下的PWM波形表现。例如，在100Hz时，占空比约15%和95%的PWM波形；在10kHz时，占空比15%和90%的PWM波形。这些波形通常在仿真软件中查看，如Proteus等，能够直观地评估PWM的输出质量。 总结来说，在51单片机上实现PWM波形的关键在于合理使用定时器和精确计算定时器初值，同时在中断服务程序中要尽量减少复杂运算。通过定时器法，即便在单片机执行多项任务时，也能保证PWM波形的准确性和稳定性。