(原创)基于MCU的频率可调，占空比可调的PWM实现(MCU,MCS-51/MSP430)

时间：2014-11-22 00:41:03 阅读：471 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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1.Abstract

做这个是受朋友之邀，用在控制电机转动的方面。他刚好在一家好的单位实习，手头工作比较多，无暇分身，所以找我帮忙做个模型。要求很明晰，PWM的频率在0~1KHz范围内，占空比0~99%范围内，二者均可调。抄下指标以后，回到实验室，细细分析以后，决定用MCU来实现一下，毕竟只分析，无实际结果也不是一个好的交代。

2.Content

2.1 理论分析

归根结底来说，是一个时序逻辑，即PWM输出波形是随着时间的推移而变化。用时序图的方式解释更明晰些。

FIG2.1 PWM时序图

basic_time由内部产生，main_cnt记录的是要输出的PWM占空比，sub_cnt用来输出PWM波形。图中是以占空比为80%为例。从上往下，从左往右看，深色部分表示上一次的状态，当设置为占空比为80%时，在basic_time的上升沿下，子计数器开始从0到99计数，当计数个数满设定的占空比时，PWM引脚输出低电平，直至下一次重新计数开始，PWM引脚恢复高电平。

使用CPLD/FPGA或许更容易实现这个逻辑，使用微控制器就需要转一转思维，将这里的basic_time转换成计数器，在MCU的时钟驱动下逐步计数，计满预定的值以后再重新计数。它的功能正如它的名称，单位时钟产生器。

波形产生原理就如上所述了，还有一个要求就是能对PWM的频率和占空比进行控制，好在一般MCU有串行通信接口，可以避免使用外部资源，再适合不过了。将程序写得完整一点，加入数据正确辨识处理等功能。

2.2 程序编码

2.2.1基于传统MCS-51的MCU程序编码

/* --------------------------------------------------------------
File Name:                PWM
File Function:         频率、占空比均可调的程序
File Dependency:    system library -- intrins.h
File Note:            串口进行数据输入，P1.7脚PWM输出
                    频率范围 0 - 999， 占空比 0 - 99
                    晶振11.0592M
 ----------------------------------------------------------------*/

#include<reg52.h> //包含头文件，一般情况不需要改动，头文件包含特殊功能寄存器的定义
#include <intrins.h>

sbit PWM_OUT = P1^7;                     // PWM 引脚输出口

unsigned int t=0;                          // time count 
unsigned char rx[20]=0;                 // 接收字符存储
unsigned char n=0;                        // 字符存储 count
unsigned char fre=0;                    // 频率
unsigned char duty=0;                    // 占空比
unsigned int n_fre=0;                    // 换算后，频率对应需计数的个数
unsigned int n_duty=0;                    // 换算后，占空比应需计数的个数
unsigned char rx_end_flag=0;
unsigned char rx_full_flag=0;
/*------------------------------------------------
                   函数声明
------------------------------------------------*/
void SendStr(unsigned char *s);
void MCU_Answer();
void Data_Process();
void Send_LNK();
void LCD_Refresh();

/*------------------------------------------------
Name:            Init_UART
Function:        串口初始化
Input:            None
Output:            None
Note:            通信方式 8-1,baudrate:9600
------------------------------------------------*/
void Init_UART  (void)
{

    SCON  = 0x50;                   // SCON: 模式 1, 8-bit UART, 使能接收  
    TMOD |= 0x20;                   // TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit 重装
    TH1   = 0xFD;                 // TH1:  重装值 9600 波特率 晶振 11.0592MHz
    TL1   = 0xFD;  
    TR1   = 1;                        // TR1:  timer 1 打开                         
    EA    = 1;                        //打开总中断 
    TI       = 0;
    RI    = 0;
    ES    = 1;
   // ES    = 1;                        //打开串口中断
} 

/*-------------------------------------------------
Name:            Init_Timer0
Function:        定时器0初始化
Input:            None
Output:            None
Note:            11.0592M / 100/ 100
                晶振频率/主计数百分化/从计数百分比
--------------------------------------------------*/
void Init_Timer0(void)
{
    TMOD |= 0x02;                       // Timer 0, Mode 2, 8-bit reload
    TH0 = 0xA3;
    TL0 = 0xA3;
    ET0 = 1;
    TR0 = 1;

}                           

void Short_Delay()              //短暂延时，消除串口工作频率太快反应不过来的问题
{
    unsigned char i=100,j=100;
    while(--i) --j;
}

void SendByte(unsigned char dat)        // 发送一个字符
{

    SBUF = dat;
}

void SendStr(unsigned char *s)            // 发送一个字符串
{
     while(*s != ‘\0‘)
     {
         SendByte(*s);
        Short_Delay();
        Short_Delay();
        Short_Delay();
        s ++;
     }
}

char CheckCharLegal()
{
    unsigned char i=0;
    while(i<5)
    {
        if((rx[i]>‘9‘)||(rx[i]<‘0‘)) return -1;
        i++;
    }

    if(n==5) return 1;
    else return -2;

}

/* ------------------------------------------------
 Name:            MCU_Answer
 Function:        MCU应答，下位机上传做数据验证
 Input:            None
 Output:        None
 Note:            有对数据的检验并提示
 -------------------------------------------------*/
void MCU_Answer()               // MCU 应答
{                         // 手动输入频率和占空比以后，单片机做出相应的界面应答
    unsigned char i=0;    
    char temp;
    temp=CheckCharLegal();
    n=0;                 

    if(temp==1)
    {
        SendStr("Input Success!");
        SendStr("  Fre: ");
    
        i=0;                                 // 输出频率
        while(i<3)
        {
            SendByte(rx[i]);
            Short_Delay();
            Short_Delay();
            Short_Delay();
            i++;
        }
        SendStr("Hz");

        SendStr("  Duty: ");                  // 输出占空比
        while(i<5)
        {
            SendByte(rx[i++]);
            Short_Delay();
            Short_Delay();
            Short_Delay();
        }
        SendStr("%");

          SBUF=0x0A;                              // 换行
        Short_Delay();                        // 消除串口工作频率太快
        Short_Delay();
        Short_Delay();
        LCD_Refresh();
    }
    else if(temp == -1)
    {
         SendStr("Ops, including ILLEGAL character, for conforming...");
         Send_LNK();
         SendStr("Input data: ");
         SendStr(rx);
         Send_LNK();
         SendStr("Error occured, input failure!");
        Send_LNK();
    }
    else if(temp == -2)
    {
        SendStr("Ops, input data ILLEGAL, format: FFFDDe or FFFDDE");
        Send_LNK();
        SendStr("Error occured, input failure!");
        Send_LNK();
    }

}

/*-----------------------------------------------------
Name:            Data_Process
Function:        将串口接收的数据转为十进制数并离散化
Input:            None
Output:            None
Note:            None
 -----------------------------------------------------*/
void Data_Process()                          // 数据处理
{
// 字符转 十进制数 例如 "123"->123

 fre  = ((rx[0]-‘0‘)*100 + (rx[1]-‘0‘)*10 + (rx[2]-‘0‘))/2;

 duty = (rx[3]-‘0‘)*10 + (rx[4]-‘0‘);
    
    t=0;// reload
// 将频率和占空比转成相应的计数个数

   n_fre = (unsigned int)((10000.0/(float)fre+0.5));

   n_fre = n_fre>>1;
// 将误差简单处理， 四舍五入

  n_duty = (unsigned int)(100.0*((float)duty)/((float)fre)+0.5);

  n_duty = n_duty>>1;    
}

/*------------------------------------------------
Name：            UART_SER
Function:        串口中服
Input:            None
Output:            None
Note:            None
------------------------------------------------*/
void UART_SER() interrupt 4               //串行中断服务程序
{

 unsigned char temp; 
                                  
     if(RI)                              //判断是接收中断产生
     {
          RI=0;
        temp = SBUF;                     //标志位清零
        if(n<10)
        {
              if((temp==‘e‘)||(temp==‘E‘)) //end input char
            {
            //    n = 0;
                rx_end_flag=1;
            }
            else
            {
                rx[n++]=temp;
            } 
        } 
        else
        {
            rx_full_flag=1;
        }         
     }
   if(TI)                               //如果是发送标志位，清零
     TI=0;

} 

/* ----------------------------------------------
Name:             Timer0_ISR
Function:        定时器0中断服务
Input:            None
Output:            None
Note:            100us/time
 -----------------------------------------------*/
 void Timer0_ISR() interrupt 1           // 100us/time
 {
       if(t >= (n_fre-1)) t=0;

    if(t<(n_duty))  PWM_OUT = 1; 
    else          PWM_OUT = 0; 

    t++;
 }

 // 液晶端口定义
 sbit RS = P2^4;   //定义端口 
sbit RW = P2^5;
sbit EN = P2^6;

#define RS_CLR RS=0 
#define RS_SET RS=1

#define RW_CLR RW=0 
#define RW_SET RW=1 

#define EN_CLR EN=0
#define EN_SET EN=1

#define DataPort P0
/*------------------------------------------------
Name:            DelayUs2x
Function:        延时2倍的微秒时长
Input:            t -- 延时2*t us
Output:            None
Note:            None
------------------------------------------------*/
void DelayUs2x(unsigned char t)
{   
 while(--t);
}

/*------------------------------------------------
Name:            DelayMs
Function:        毫秒延时
Input:            t -- 延时时长
Output:            None
Note:            程序整合时应该去掉
------------------------------------------------*/
void DelayMs(unsigned char t)
{
     
 while(t--)
 {
     //大致延时1mS
     DelayUs2x(245);
     DelayUs2x(245);
 }
}

/*------------------------------------------------
Name:            LCD_Write_Com
Function:        液晶写指令时序
Input:            Com -- 指令
Output:            None
Note:            None
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_Com(unsigned char com) 
 {  
// while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待
 RS_CLR; 
 RW_CLR; 
 EN_SET; 
 DataPort= com; 
 _nop_(); 
 EN_CLR;
  Short_Delay();
 Short_Delay();
 Short_Delay();  
 }

/*------------------------------------------------
Name:            LCD_Write_Data
Function:        液晶写数据时序
Input:            Dat -- 写入数据
Output:            None
Note:            None
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_Data(unsigned char Data) 
 { 
// while(LCD_Check_Busy()); //忙则等待
 RS_SET; 
 RW_CLR; 
 EN_SET; 
 DataPort= Data; 
 _nop_();
 EN_CLR;
  Short_Delay();
 Short_Delay();
 Short_Delay();  
 }

/*------------------------------------------------
Name:        LCD_Clear
Function:    清屏
Input:        None
Output:        None
Note:        None
-----------------------------------------------*/
 void LCD_Clear(void) 
{ 
 LCD_Write_Com(0x01); 
 DelayMs(5);
}

/*------------------------------------------------
Name:            LCD_Write_String
Function:        向液晶写入字符串
Input:            x -- 液晶行
                y -- 液晶列
                s -- 字符串首地址
Note:            None
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s) 
 {     
 if (y == 0) 
     {     
     LCD_Write_Com(0x80 + x);     //表示第一行
     }
 else 
     {      
     LCD_Write_Com(0xC0 + x);      //表示第二行
     }        
 while (*s) 
     {     
 LCD_Write_Data( *s);     
 s ++; 
  
     }
 }

/*------------------------------------------------
Name:            LCD_Write_Char
Function:        向液晶写入一个字符
Input:            x -- 液晶行数
                y -- 液晶列数
                Data -- 写入的字符
Output:            None
Note:            None
------------------------------------------------*/
 void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data) 
 {     
 if (y == 0) 
     {     
     LCD_Write_Com(0x80 + x);     
     }    
 else 
     {     
     LCD_Write_Com(0xC0 + x);     
     }        
 LCD_Write_Data( Data); 
  
 }

/*------------------------------------------------
Name:            LCD_Init
Function:        液晶初始化
Input:            None
Output:            None
Note:            None
------------------------------------------------*/
 void LCD_Init(void) 
 {
   LCD_Write_Com(0x38);    /*显示模式设置*/ 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x38); 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x38); 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x38);
   DelayMs(5);  
   LCD_Write_Com(0x08);    /*显示关闭*/
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x01);    /*显示清屏*/
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x06);    /*显示光标移动设置*/ 
   DelayMs(5); 
   LCD_Write_Com(0x0C);    /*显示开及光标设置*/
   DelayMs(5);
 }

 /* -----------------------------------------------
 Name:            LCD_Refresh
 Function:        液晶刷新
 Input:            None
 Output:        None
 Note:            None
  -----------------------------------------------*/
void LCD_Refresh()
{
    unsigned char i=0;
    LCD_Clear();
    LCD_Write_String(2,0,"fre: ");
    while(i<3)
    {
        LCD_Write_Char(8+i,0,rx[i++]);
        Short_Delay();
        Short_Delay();
        Short_Delay();
    }
    LCD_Write_String(13,0,"Hz");

    LCD_Write_String(2,1,"duty: ");
    while(i<5)
    {
        LCD_Write_Char(5+i,1,rx[i++]);
        Short_Delay();
        Short_Delay();
        Short_Delay();
    }
    LCD_Write_String(13,1,"%");
} 

/* ----------------------------------------------
Name:            Send_LNK
Function:        向终端输出换行符
Input:            None
Output:            None
Note:            None
 -----------------------------------------------*/
void Send_LNK()
{
    SBUF=0x0A;
    Short_Delay();
    Short_Delay();
    Short_Delay();
}

/* --------------------------------------------
Name:            ShowWelcomeScreen
Function:        显示主界面，辅助使用
Input:            None
Output:            None
Note:            None
 ---------------------------------------------*/
void ShowWelcomeScreen()
{
  SendStr("           WELCOME ...   ");
  Send_LNK();
  SendStr("Format: HHHDDe or HHHHDDE");
  Send_LNK();
  SendStr("Example: 10050e means 100HZ, Duty 50%");
  Send_LNK();
  SendStr("Note: f ranges from 1Hz to 100Hz, Duty Ranges from 1 to 99");
  Send_LNK();
  SendStr("Insert control data to start!");
  Send_LNK();
  Send_LNK();
  Send_LNK();
  Send_LNK();
}

/* -----------------------------------------------
Name:            SendFullWarning
Function:        发出已满警告
Input:            None
Output:            None
Note:            None
 ------------------------------------------------*/
void SendFullWarning()
{
    
    Send_LNK();
    Send_LNK();
    SendStr("Error occured: Input data overflowed!");
    Send_LNK();
    SendStr("Please Re-Insert control data...");
    Send_LNK();
    n=0;
} 
/*------------------------------------------------
Name:            Main
Function:        主函数,程序入口
Input:            None
Output:            None
Note:            None
------------------------------------------------*/
void main ()
{

    Init_UART();
    Init_Timer0();
    LCD_Init();

    LCD_Clear();

    P1 =0x7f;

    LCD_Write_String(4,0,"Welcome");
    LCD_Write_String(0,1,"Status: Stopped!");
    ShowWelcomeScreen();

    while (1)
    {
        if(rx_end_flag == 1)
        {
            ET0=0;
            PWM_OUT = 0;                  // 关闭PWM输出 
            MCU_Answer();
            Data_Process();
            
            rx_end_flag=0;
            ET0=1;
        }
        if(rx_full_flag == 1)
        {

            PWM_OUT = 0;
            SendFullWarning();
            rx_full_flag=0;
        }
    
    }
}

这段代码有我写的一部分，也参照了别人的一部分，尤其是液晶那一块儿，液晶的程序已经写了很多回了，但随着计算机的格式化，数据都没有好好保存起来，久而久之文件就都丢失了，索性就直接用别人的代码了。

总体来说，这段代码是非常的冗余的，很不规范，要是实际去用，就得分文件写好了，然后去掉那些大量占用CPU的函数。这段代码是在我深入学习编码规则所写的，更侧重于功能的实现吧。

FIG2.2 MCS-51验证平台

2.2.2基于新型MSP430的MCU程序编码

刚好手上有一套比较新的MSP430套件——MSP430 LantchPad，核心芯片是MSP430G2553，用新的器件可以将频率做得更高，误差更小。

/*-----------------------------------------
File Name:      main.c
File Function:  实现PWM频率可调，占空比可调测试
File Dependency: system library -- intrinsics.h
File Note:       通过串口设置占空比和频率，P1.0设
                 置为信号输出。输入格式
#################################################
    HHHHDDe 或者 HHHHDDE
格式说明： HHHH表示输入频率，四位。范围0000-1000；
         如1000表示频率1KHz。
           DD 表示占空比，两位。范围00-99；如50表
         示占空比为50%
           E/e 表示输入结束标志符END/end。
#################################################
                 输入格式具有位数校验和字符校验，可
             避免因输入不当对波形产生影响。
                 程序仅作测试使用，资源已分配完毕，如
             需供其他模块使用，则必要做整合处理。

---------------------------------------------*/
#include "msp430g2553.h"
#include "intrinsics.h"

// 宏定义
#define PWM_OUT_HIGH P1OUT |= BIT0
#define PWM_OUT_LOW  P1OUT &=~BIT0
#define nop  __no_operation()

// 参量定义
unsigned  int fre=0;          // 频率
unsigned char duty=0;         // 占空比
unsigned long int n=0;        // 计数器
unsigned long int n_fre=0;    // 数字化频率
unsigned long int n_duty=0;   // 数字化占空比
unsigned char rx[10];         // 接收字符最大宽度
unsigned long int t=0;        // 时间计数器

// 函数声明，可单独列文件
/* 发送字符串函数*/
void Send_String(unsigned char *s);
/* 发送一个字节 */
void Send_Byte(unsigned char dat);
/* 必要短暂延时 */
void Short_Delay();
/* 发送换行符 */
void Send_LNK();



/* ----------------------------
Name:     UART_IO_Set
Function: 串口引脚配置
Input:    None
Output:   None
Note:     TXD  设置输出
          RXD  设置输入
 -----------------------------*/
void UART_IO_Set()
{
   P1SEL   |= BIT1 + BIT2;
   P1SEL2  |= BIT1 + BIT2;
   
   P1DIR   |= BIT2;  // OUTPUT
   P1DIR   &= ~BIT1; // INPUT

}

/* ----------------------------
Name:     UART_Init
Function: 串口初始化
Input:    None
Output:   None
Note:     8-1-1 baudrate 9600
 -----------------------------*/
void UART_Init()
{
   UART_IO_Set();
   
   UCA0CTL0 = 0x00;  // 8-1
   UCA0CTL1 |= UCSSEL1+UCSSEL0+UCSWRST;
//----------------1M-------------------
//   UCA0BR1   = 0x00;
//   UCA0BR0   = 0x6D;
//   UCA0MCTL |= UCBRS1; // Baudrate 9600
//--------------16M--------------------
   UCA0BR1 = 0x06;
   UCA0BR0 = 0x82;
   UCA0MCTL |= UCBRS2+UCBRS1;
   UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;
   IE2      |= UCA0TXIE + UCA0RXIE;
   IFG2     &= ~(UCA0TXIFG+UCA0RXIFG);
   __enable_interrupt();

}

/* ------------------------------------
Name:     UCA0_TX_ISR
Function: 串口中断接收函数
Input:    None
Output:   None
Note:     None
 -------------------------------------*/
#pragma vector=USCIAB0TX_VECTOR
__interrupt void UCA0_TX_ISR(void)
{

     IFG2  &= ~UCA0TXIFG;

}

/* ------------------------------------
Name:     MCU_Answer
Function: MCU应答，将所收到的数据返回至终端，
         供确认
Input:    None
Output:   None
Note:     None
 -------------------------------------*/
void MCU_Answer()
{
  unsigned char i=0;
  Send_String("Input Sucess!  Fre: ");
  while(i<4)
  {
    Send_Byte(rx[i++]);
  }
  Send_String(" Hz  Duty: ");
  while(i<6)
  {
    Send_Byte(rx[i++]);
  }
  Send_String("%");
  Send_LNK();
  
}

/* ------------------------------------
Name:     Data_Process
Function: 将接收到的数据转换为十进制数据，
        并将所得的十进制数据离散化--转成
        计数的个数
Input:    None
Output:   None
Note:     数据处理阶段是比较敏感时期，关
        闭中断打扰
 -------------------------------------*/
void Data_Process()
{
    PWM_OUT_LOW;
    __disable_interrupt();
    t=0;
    fre = (rx[0]-‘0‘)*1000+(rx[1]-‘0‘)*100+(rx[2]-‘0‘)*10+(rx[3]-‘0‘);
    duty= (rx[4]-‘0‘)*10+(rx[5]-‘0‘);
 /*   
    n_fre = 200000/fre;
    n_duty = 2000/fre*duty;
 */
    n_fre = (unsigned long)(200000.0/(double)fre+0.5);
    n_duty = (unsigned long)(2000.0/((double)fre)*((double)duty)+0.5);
    //n_duty = n_fre*duty/100;
    __enable_interrupt();
}

/* --------------------------------------
Name:     UCA0_RX_ISR
Function: 接收数据，存入到接收寄存器，并做
        结束符检验
Input:    None
Output:   None
Note:     能做数据已满的错误警示
 ----------------------------------------*/
#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR
__interrupt void UCA0_RX_ISR(void)
{
   unsigned char temp;
   temp = UCA0RXBUF;
    // __disable_interrupt(); // disable all interrupt
     IFG2  &= ~UCA0RXIFG;
     if(n<10)
     {
       if((temp==‘e‘)||(temp==‘E‘))
       {
          n=0;
          MCU_Answer();
          Data_Process();
       }
       else
       {
          rx[n++]=temp;
       }
     }
     else
     {
        n=0;
        Send_String("Error: Input Full!");
        Send_LNK();
     }
    // __enable_interrupt();
}

/* ---------------------------------------
Name:     Short_Delay
Function: 做短时间的延时缓冲
Input:    None
Output:   None
Note:     整合程序以后需将这部分精细化，尽量
        不要出现在大程序中。
 -----------------------------------------*/
void Short_Delay()
{
  unsigned char i,j;
  i=200;j=200;
  while(i--)j--;
}

/* ----------------------------------------
Name:     Send_Byte
Function: 发送一个字节至终端
Input:    dat -- 要发送的字符
Output:   None
Note:     None
 -----------------------------------------*/
void Send_Byte(unsigned char dat)
{
  unsigned char i;
  UCA0TXBUF=dat;
  
    i=15;
    while(i--)
      Short_Delay();
}

/* ----------------------------------------
Name:     Send_LNK
Function: 发送一个换行符至终端
Input:    None
Output:   None
Note:     None
 ------------------------------------------*/
void Send_LNK()
{
  unsigned char i=15;
  UCA0TXBUF=0x0a;
  while(i--)
    Short_Delay();
}

/* ------------------------------------------
Name:     Send_String
Function: 向终端输出字符串
Input:    str -- 字符串指针
Output:   None
Note:     None
 ------------------------------------------*/
void Send_String(unsigned char *str)
{

  while(*str != ‘\0‘)
  {
    Send_Byte(*str);
      str++;
  }
}

/* --------------------------------------
Name:     Clock_Init
Function: 系统时钟配置
Input:    None
Output:   None
Note:     根据数据手册做相应配置，设置为内部
       最大时钟16MHz, 并将时钟做输出以便检测；
       时钟检测引脚：P1.4   
-------------------------------------------*/
void Clock_Init()
{
  DCOCTL = 0xa0;
  BCSCTL1 = 0x8f;
  BCSCTL2 = 0x00;
  BCSCTL3 = 0x04;
  
  P1DIR |= BIT4;
  P1SEL |= BIT4;
  
}

/* ----------------------------------------
Name:     PWM_IO_Set
Function: 设置PWM输出引脚
Input:    None
Output:   None
Note:     PWM输出引脚为P1.0
 -----------------------------------------*/
void PWM_IO_Set()
{
  P1OUT &= ~BIT0; //P1.0 Set as PWM OUT PIN
  P1DIR |= BIT0;
}

/* ---------------------------------------
Name:     ShowWelcomScreen
Function: 显示主界面
Input:    None
Output:   None
Note:     系统复位后，在终端显示一部分字符，
        提示如何使用
 ----------------------------------------*/
void ShowWelcomeScreen()
{
  Send_String("           WELCOME ...   ");
  Send_LNK();
  Send_String("Format: HHHHDDe or HHHHDDE");
  Send_LNK();
  Send_String("Example: 100050e means 1000HZ, Duty 50%");
  Send_LNK();
  Send_String("Note: f ranges from 1Hz to 2000Hz, Duty Ranges from 1 to 99");
  Send_LNK();
  Send_String("Insert control data to start!");
  Send_LNK();
  Send_LNK();
  Send_LNK();
  Send_LNK();
}

/* ------------------------------------------------
Name:      TimerA0_Init
Function:  脉冲单位宽度，最小的计数时间
Input:     None
Output:    None
Note:      Nmin = 16M / 1000 /   100 /  2 = 80 
       单位计数 = 时钟/最大频率/百分化/脉冲折半 
---------------------------------------------------*/
void TimerA0_Init()
{
  CCTL0 = CCIE;                             // CCR0 interrupt enabled
  CCR0 = 78;  // should be 80, for compensate
  TACTL = TASSEL_2 + MC_1;                  // SMCLK, upmode
  __enable_interrupt();
}

/* -----------------------------------------------
Name:     TimerA0_ISR
Function: 定时器0中断服务程序
Input:    None
Output:   None
Note:     控制PWM输出，若小于占空比，则输出高，反之，
          则输出低
 ------------------------------------------------*/
#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void TimerA0_ISR(void)
{
 if(t>=n_fre)  t=0;
  
  if(t<n_duty) PWM_OUT_HIGH;
  else         PWM_OUT_LOW;
  
  t++;
}

/* -----------------------------------------------
Name:     main
Function: 程序主入口
Input:    None
Output:   None
Note:     系统初始化，总调度入口
-------------------------------------------------*/
void main( void )
{
  // Stop watchdog timer to prevent time out reset
  WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD;
  Clock_Init();
  UART_Init();
  TimerA0_Init();
  PWM_IO_Set();
  
  PWM_OUT_HIGH;
  PWM_OUT_LOW;
  
  ShowWelcomeScreen();
  
  while(1)
  {    
    // add other events here
  }
}

相对编码MCS-51来说，去掉了液晶显示的功能，而且代码也写的比较合理，整体看起来也美观多了（都是自己编码的）。

FIG2.3 LantchPad 验证平台

2.3 验证

用两种单片机写了程序，就要用各自的平台来做测试了。测试仪器需要一台示波器或者逻辑分析仪就可以了。因为对示波器使用得比较习惯，而且借来手续不需要很多，故采用示波器进行数据采集，型号为Tektronix MSO2024 混合信号数字示波器，它是四踪的，但实际只需要用到其中一踪。

2.3.1对MCS-51的程序验证

为了和上位机通讯，晶振采用的是11.5092M，MCU型号为STC89RC54D+。用串口调试助手与MCU进行通信，按照通信格式要求，捕捉一个频率为100Hz，占空比为50%的信号和一个频率为50Hz,占空比为80%的信号。误差在后边一起进行讨论（随机设置，可任意设定）。

FIG 2.4 上位机发送数据

FIG2.5 频率为100Hz，占空比为50%的信号捕捉

FIG2.6 频率为50Hz,占空比为80%的信号捕捉

2.3.2 对MSP430的程序验证

实现平台是以MSP430G2553为核心芯片的LantchPad开发套件，MSP430G2553可以内部产生可调的时钟，故可以省去外部的晶振，在程序中，设置它的工作频率为16MHz。捕捉一个频率为500Hz，占空比为50%的信号和一个频率为1000Hz,占空比为99%的信号（随机设置，可任意设定）。

FIG2.7 频率为500Hz，占空比为50%的信号捕捉

FIG2.8 频率为1000Hz,占空比为99%的信号捕捉

2.3.3 误差对比及分析

FIG2.9 误差对比

由上表可以看出，实际做出来的MCS-51的频率误差远小于MSP430，而占空比误差比MSP430大的多。MCS-51随着设置频率的减小频率误差和相位误差均出现明显变化；而MSP430的频率误差和相位误差比较稳定。

因为整个程序是由C语言编写，故与编译器的性能有很大的关系，代码中也用到了部分的延时函数，即使采用定时器的方式来获得精准的时间片，仍会由于晶振源和部分的冗余代码而产生时间偏差。根据在同一段代码执行的条件下，设定不同的频率和占空比，比较它们的误差变化幅度，可以衡量器件的质量。即通过判断误差的稳定性来评价器件的性能。

若需获得更佳的PWM控制信号，可以采取使用汇编的方式进行编码，也可以采用新型高速的MCU来实现，达到减小误差的目的。

3.Conclusion

通过对设计要求的分析，编写了基于两种不同的MCU的代码并进行测试，在可接受误差的范围内实现了频率和占空比可调的PWM输出程序。尽管原理比较简单，将数据测试好并进行细致的分析，做好相关的笔记，算是能对朋友有一个好的交代了。

4.Referece

[1] 单片机技术何立民

[2] www.stc.com

[3] www.ti.com

5.Platform

1.TimeGen V3.1

2. Keil V3.51

3. IAR Embedded Workbench for MSP430 IDE V5.40.3

4. LY51S