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使用51单片机的GPIO输出占空比可调节的PWM波

news 2025/7/30 23:29:53

一、前言

在一些单片机或微控制器中，通用GPIO可以被配置为产生PWM信号。PWM即脉冲宽度调制，是一种用于模拟输出的技术。它可以通过改变输出信号的脉冲宽度来控制电路中的电平，从而实现对电路的控制。

二、什么是PWM波？

PWM波（Pulse-Width Modulation），即脉宽调制波，是一种用于控制电子电路中电力开关的技术。它通过调节脉冲信号的占空比，即高电平与低电平的时间比例，来控制输出电压或电流的大小。

PWM波可以用于各种场合，例如控制电机的转速和方向、控制LED灯的亮度等。在数字信号处理、嵌入式系统、机器人等领域中都有广泛应用。

PWM波的占空比是指高电平的时间占一个周期时间的比例。具体来说，如果PWM波周期为T，高电平时间为t，那么占空比D的计算公式为：

D = t / T * 100%

其中D是占空比的百分比，t是高电平时间，T是PWM波的周期。例如，如果PWM波的周期为1ms，高电平时间为0.3ms，那么该PWM波的占空比为：

D = 0.3ms / 1ms * 100% = 30%

通常情况下，占空比越大，PWM波的平均电压就越高，所以PWM波的占空比对控制电路的输出电压和电流非常重要。

三、输出PWM波的实现思路

在51单片机中，可以使用定时器/计数器模块和通用IO口结合来实现PWM输出。具体步骤如下：

配置定时器/计数器工作模式：定时器/计数器模块通常包含多种工作模式，如定时器模式、计数器模式、PWM输出模式等。需要选择合适的工作模式，并对其进行相应的配置。比如，对于STC89C52单片机的定时器/计数器模块，可以选择16位定时器模式，并设置计数器初值和重载值。
配置IO口工作模式：需要将通用IO口配置为输出模式，并将其连接到PWM信号输出引脚上。
编写中断服务程序：在定时器/计数器计数完成时，将触发相应的中断请求。需要编写中断服务程序，以便在中断处理程序中更新PWM输出信号的占空比。
更新PWM输出信号的占空比：中断服务程序中需要更新PWM输出信号的占空比。可以通过调整计数器重载值或修改IO口输出状态等方式实现。

通过合理配置定时器/计数器模块和IO口，并编写相应的中断服务程序，就可以在51单片机上实现可调节占空比的PWM输出了。

四、定时器配置

在51单片机中，使用定时器来生成PWM信号需要首先选择定时器，根据具体需要，选择需要使用的定时器，比如定时器0、定时器1等。在确定了我们要使用的定时器后就可以开始配置定时器的模式了，根据具体的PWM波形需要，选择定时器的工作模式。比如，可以选择定时器工作在 定时器/计数器 模式或者 自动重载 模式。

在这里插入图片描述

下面是对一个定时器初始化需要的一些语句：

 	TMOD = 0x01;  // 定时器0设置为模式1，计时器TH0 = 0xFC;   // 定时器0初始值TL0 = 0x66;   // 定时器0重载值ET0 = 1;      // 使能定时器0中断TR0 = 1;      // 启动定时器0EA = 1;       // 全局中断使能

在这个示例中，定时器0的计时时间为1ms，当定时器计数器达到重载值时，就会触发定时器中断，调用中断服务程序执行相关操作。

五、代码实现

根据上面的知识我们可以编写出以下代码，该代码可以实现51单片机的通用GPIO输出占空比可调节的PWM波：

#include <reg52.h>
#define PWM_OUT P1// 定义占空比
unsigned char PWM_duty_ratio = 50;  // 50%占空比void main()
{// 设置定时器1的计数初值TH1 = 0xFC;TL1 = 0x66;// 设置定时器1为工作模式2TMOD |= 0x10;// 启动定时器1TR1 = 1;// 设置PWM输出的IO口为输出模式PWM_OUT = 0;// 开始输出PWM波while(1){if(PWM_OUT >= PWM_duty_ratio)PWM_OUT = 0;elsePWM_OUT = 1;}
}