飞思卡尔基于HCS12的嵌入式系统设计-Chapter7

脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

HCS12的嵌入式系统设计 的嵌入式系统设计合肥工业大学 吴 晔，张 阳，滕 勤 Email:wuye@, : , yzhang0615@, , tengqin7348@ TEL:13505612773 :的嵌入式系统设计》 《基于HCS12的嵌入式系统设计》 基于 的嵌入式系统设计

脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

第7章 章 S12脉宽调制模块及其应用实例 脉宽调制模块及其应用实例PWM模块概述 模块概述 PWM模块结构组成和特点 模块结构组成和特点 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置 PWM模块基础应用实例 模块基础应用实例 智能车系统中PWM模块的应用 智能车系统中 模块的应用

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.1 PWM模块概述 模块概述脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现 D/A转换的有效手段，微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于 工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电 动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、 周期和相位，能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、 D/A转换器等应用。例如，电视机遥控部分普遍采用14位或16 位的PWM产生调谐电压；在无人自动驾驶汽车系统中，常用伺 服电动机来控制方向盘，伺服电动机的旋转角度与给定的PWM 信号占空比一致，每个占空比数值都对应一个旋转角度；同时， 在灯光亮度调节、直流电动机速度控制等方面，采用PWM都很 容易实现。 MC9S12DG128产生PWM信号的方法主要有两种：利用 输出比较功能和单片机内置的PWM模块实现。利用输出比较功 能可以通过软件编程设定输出任意脉冲信号，但会占用CPU资 源，而且不易产生精确的脉冲序列；而单片机内部集成的PWM 模块专门用于输出PWM信号，使用时极少占用CPU资源。的嵌入式系统设计》 《基于HCS12的嵌入式系统设计》 基于 的嵌入式系统设计

脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.2 PWM模块概述 模块概述MC9S12DG128单片机内置的PWM模块框图如图7.1所示。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.2 PWM模块概述 模块概述由图7.1可知，MC9S12DG128的PWM模块具有8路8位独立 PWM通道，通过相应设置也可以变为4个16位PWM通道，每个PWM 通道由独立运行的8位脉冲计数器PWMCNT、两个比较寄存器 PWMPER和PWMDTY等组成。通过对各寄存器的参数设置，确定 PWM波形的输出周期和占空比，另外还可以通过极性寄存器 PWMPOL和对齐方式选择寄存器PWMCAE设置PWM波形输入的极 性和对齐方式。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.2 PWM模块概述 模块概述PWM模块具有以下基本特征： 具有可编程周期和占空比的8个独立PWM

通道； 每个PWM通道具有独立的计数器； 每个通道可编程允许/禁止PWM功能； 每个通道可软件选择PWM脉冲极性； 具有双缓冲的周期和占空比寄存器，当到达有效周期终 点(PWM到达0)或通道禁止时，修改值生效； 每个通道可编程中心对齐或左对齐输出； 8个8位通道或4个16位通道PWM分辨率； 4个时钟源(A、B、SA和SB)提供宽频带频率； 可编程的时钟选择逻辑； 紧急关闭。的嵌入式系统设计》 《基于HCS12的嵌入式系统设计》 基于 的嵌入式系统设计

脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置MC9S12DG128的PWM模块共有37个寄存器，详见表7.1,其中 PWM测试寄存器(PWMTST)、PWM预分频计数寄存器 (PWMPRSC)、PWM比例因子A计数寄存器(PWMSCNTA)和 PWM比例因子B计数寄存器(PWMSCNTB)仅用于出厂测试，所以 后文不对其进行说明。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.1 PWM允许寄存器 允许寄存器PWM允许寄存器(PWM Enable Register,PWME)中的每个控 制位对应相应的PWM通道，可以通过设置相应的控制位启动或者停止 PWM信号输出。当任意一个PWMEx位被置位(PWMEx=1)时，相应 的PWM信号产生输出。但是，由于PWMEx需要与时钟源同步，直到 PWM模块时钟的下一个周期到来，才能输出正确的PWM波形。 当处于级联模式时，8个8位PWM通道通过两两级联构成4个16位 的PWM通道，此时PWME1、PWME3、PWME5和PWME7对应控制4 个16位PWM通道，而其他控制位无效，如图7.2所示。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.1 PWM允许寄存器 允许寄存器 读：任何时刻；写：任何时刻。 PWME7:PWM通道7允许。 1表示允许PWM通道7输出； 0表示禁止PWM通道7输出。 PWME6 PWM PWME6:PWM通道6允许。 6 1表示允许PWM通道6输出，如果CON67=1,该位无效； 0表示禁止PWM通道6输出。 PWME5:PWM通道5允许。 1表示允许PWM通道5输出； 0表示禁止PWM通道5输出。 PWME4:PWM通道4允许。 1表示允许PWM通道4输出，如果CON45=1,该位无效； 0表示禁止PWM通道4输出。的嵌入式系统设计》 《基于HCS12的嵌入式系统设计》 基于 的嵌入式系统设计

脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.1 PWM允许寄存器 允许寄存器 PWME3:PWM通道3允许。 1表示允许PWM通道3输出； 0表示禁止PWM通道3输出。 PW

ME2:PWM通道2允许。 1表示允许PWM通道2输出，如果CON23=1,该位无效； 0表示禁止PWM通道2输出。 PWME1:PWM通道1允许。 1表示允许PWM通道1输出； 0表示禁止PWM通道1输出。 PWME0:PWM通道0允许。 1表示允许PWM通道0输出；如果CON01=1,该位无效； 0表示禁止PWM通道0输出。的嵌入式系统设计》 《基于HCS12的嵌入式系统设计》 基于 的嵌入式系统设计

脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.2 PWM极性寄存器 极性寄存器 每个PWM通道波形开始的极性由PWMPOL寄存器中的相应 PPOLx位决定，如果极性选择位是1,周期开始时PWM通道输出高电 平，当通道计数器数值等于占空比计数值时翻转为低电平；相反，如果 极性选择位是0,周期开始时PWM通道输出低电平，当通道计数器数值 等于占空比计数值时翻转为高电平，PWM极性寄存器(PWM Polarity Register,PWMPOL)如图7.3所示。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.2 PWM极性寄存器 极性寄存器 读：任何时刻；写：任何时刻。 注意：PPOLx寄存器的位可以在任何时刻写入。如果正在产生PWM信 号时改变极性，在转换过程中可能截短或延长输出脉冲。 PPOLx:PWM通道x输出波形极性。 1=PWM通道x 在周期开始时输出高电平，当到达占空比计数值时 翻转为低电平； 0=PWM通道x 在周期开始时输出低电平，当到达占空比计数值时 翻转为高电平。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.3 PWM时钟选择寄存器 时钟选择寄存器 每一个PWM通道可以选择两个时钟作为该通道的时钟源。PWM时 钟选择寄存器(PWM Clock Select Register,PWMCLK)如图7.4所示。

读：任何时刻；写：任何时刻。 注意：PCLKx寄存器的位可以在任何时刻写入。如果正在产生PWM信号时改变极性，在 转换过程中可能截短或延长输出脉冲。 PCLK7、PCLK6、PCLK3、PCLK2:PWM通道7、6、3、2时钟选择位。 1表示Clock SB作为相应通道时钟源； 0表示Clock B作为相应通道时钟源。 PCLK5、PCLK4、PCLK1、PCLK0:PWM通道5、4、1、0时钟选择位。 1表示Clock SA作为相应通道时钟源； 0表示Clock A作为相应通道时钟源。的嵌入式系统设计》 《基于HCS12的嵌入式系统设计》 基于 的嵌入式系统设计

脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.3 PWM时钟选择寄存器 时钟选择寄存器 PWM时钟选择框图如图7.5所示，从图中可知，PWM模块一共有4 个时钟源，分别为Clock A、Clock B、Clock SA和Clock SB,其中 Clock A和Clock B由总线时钟直

接分频得到，分频因子由PWM预分频时 钟选择寄存器(PWMPRCLK)中的Bit2~Bit0或Bit6~Bit4确定(见图 7.6),PWM预分频时钟选择寄存器的介绍详见7.3.4节。Clock SA由 Clock A通过PWM比例因子寄存器A(PWMSCLA)再次分频得到， Clock SB由Clock B通过PWM比例因子寄存器B(PWMSCLB)再次分 频得到，PWM比例因子寄存器A和PWM比例因子寄存器B的介绍详见 7.3.7节和7.3.8节。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.3 PWM时钟选择寄存器 时钟选择寄存器

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.4 PWM预分频时钟选择寄存器 预分频时钟选择寄存器 PWM预分频时钟选择寄存器(PWM Prescale Clock Select Register,PWMPRCLK)为Clock A和B选择独立的预分频因子。 读：任何时刻；写：任何时刻。 注意：PWMPRCLK寄存器的位可以在任何时刻写入。如果正在产生 PWMPRCLK PWM信号时改变极性，在转换过程中可能截短或延长输出脉冲。 PCKB2~PCKB0:Clock B预分频因子选择。 Clock B是可以用做通道2、3、6或7的两个时钟源之一，这3位决 定了Clock B的频率，如表7.2所示。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.4 PWM预分频时钟选择寄存器 预分频时钟选择寄存器

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.4 PWM预分频时钟选择寄存器 预分频时钟选择寄存器 PCKA2~PCKA0:Clock A预分频因子选择。 Clock A是可以用做通道0、1、4或5的两个时钟源之一，这3位决 定了Clock A的频率，如表7.3所示。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.5 PWM居中对齐允许寄存器 居中对齐允许寄存器 PWM居中对齐允许寄存器(PWM Center Align Enable Register, PWMCAE)包含8个控制位，如图7.7所示。用于控制相应PWM通道输 出波形为中心对齐输出或左对齐输出。如果CAEx=1,相应的PWM通道 输出波形为中心对齐；如果CAEX=0,相应的PWM通道输出波形为左对 齐。

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脉冲宽度调制(PWM)是产生精确脉冲序列输出和实现D/A转换的有效手段,微控制器的脉宽调制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品(例如智能空调、节能冰箱、电动自行车等)。PWM信号可以通过软件编程调节波形的占空比、周期和相位,能够用于直流电动机调速、伺服电动机控制、D/A转换器等应用。例如,电视机遥控部分普遍采用14位或16位的PWM产生调谐电压;在无人自动驾驶汽车系统中,常用伺服电动机来控制方向盘,伺服电动机

7.3 PWM模块寄存器及设置 模块寄存器及设置7.3.5 PWM居中对齐允许寄存器 居中对齐允许寄存器 PWM居中对齐允许寄存器(PWM Center Align Enable Register, PWMCAE)包含8个控制位，如图7.7所示。用于控制相应PWM通

道输出波形 为中心对齐输出或左对齐输出。如果CAEx=1,相应的PWM通道输出波形为中 心对齐；如果CAEX=0,相应的PWM通道输出波形为左对齐。

注意：仅当相应的通道被禁止输出时，才可以设置该寄存器。 SAEx:通道x居中对齐输出方式。 1表示通道x输出波形为居中对齐方式。 0表示通道x输出波形为居中左齐方式。的嵌入式系统设计》 《基于HCS12的嵌入式系统设计》 基于 的嵌入式系统设计

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