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1、 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 合肥工业大学张阳 吴晔 滕勤Email yzhang0615 wuye tengqin7348 TEL 13966717615 13505612773 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 第7章MC9S12XS系列脉宽调制模块及其应用实例 PWM模块概述PWM模块结构组成和特点PWM模块寄存器及设置PWM模块应用实例智能车系统中PWM模块的应用 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 1PWM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转换的有效方法 微控制器的脉宽调
2、制模块被广泛应用于工业控制和新型消费机电产品中 如智能空调 节能冰箱 电动自行车等 PWM信号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 在灯光亮度调节 直流电动机速度控制等方面 采用PWM信号能够很容易实现 MC9S12XS系列产生PWM信号的方法主要有两种 利用输出比较功能和MCU内置的PWM模块实现 利用输出比较功能可以通过软件编程
3、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MCU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 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 2PWM模块结构组成和特点 MC9S12XS128内置的PWM模块框图如图7 1所示 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 2PWM模块概述 由图7 1可知 MC9S12XS128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位通道计数器PWMCNT 两个比较寄存器为通道周期寄存器PWMPER和占空比寄存器PWMDTY等组成
4、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 另外还可以通过通道极性寄存器PWMPOL和居中对齐使能寄存器PWMCAE设置PWM输出脉冲波形的极性和对齐方式 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 2PWM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计数器到达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
5、A B SA和SB 提供宽频带频率 可编程的时钟选择逻辑 紧急关闭功能 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 MC9S12XS128的PWM模块的相关寄存器详见表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 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 1PWM使能寄存器 PWME
6、 PWM使能寄存器 PWMEnableRegister 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 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3
7、 1PWM使能寄存器 PWME 读 任何时刻 写 任何时刻 PWME7 PWM通道7使能位 0表示禁止PWM通道7输出 1表示允许PWM通道7输出 PWME6 PWM通道6使能位 0表示禁止PWM通道6输出 1表示允许PWM通道6输出 如果CON67 1 该位无效 且PWM通道6输出无效 PWME5 PWM通道5使能位 0表示禁止PWM通道5输出 1表示允许PWM通道5输出 PWME4 PWM通道4使能位 0表示禁止PWM通道4输出 1表示允许PWM通道4输出 如果CON45 1 该位无效 且PWM通道4输出无效 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3
8、 1PWM使能寄存器 PWME PWME3 PWM通道3使能位 0表示禁止PWM通道3输出 1表示允许PWM通道3输出 PWME2 PWM通道2使能位 0表示禁止PWM通道2输出 1表示允许PWM通道2输出 如果CON23 1 该位无效 且PWM通道2输出无效 PWME1 PWM通道1使能位 0表示禁止PWM通道1输出 1表示允许PWM通道1输出 PWME0 PWM通道0使能位 0表示禁止PWM通道0输出 1表示允许PWM通道0输出 如果CON01 1 该位无效 且PWM通道0输出无效 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 2PWM极性寄存器 PWM
9、POL 每个PWM通道波形开始时的信号极性由PWM极性寄存器 PWMPolarityRegister PWMPOL 中的极性选择位 PPOLx 决定 如果PPOLx位为1 周期脉冲开始时PWM通道输出高电平信号 当通道计数器PWMCNTx数值等于占空比寄存器PWMDTYx数值时翻转为低电平信号 相反 如果PPOLx位为0 周期脉冲开始时PWM通道输出低电平信号 当PWMCNTx数值等于PWMDTYx数值时翻转为高电平信号 PWMPOL寄存器如图7 3所示 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 2PWM极性寄存器 PWMPOL 读 任何时刻 写 任何时
10、刻 注意 PWMPOL寄存器中的PPOLx位可以在任何时刻进行写入操作 如果正在产生PWM信号时要求改变信号极性 则PWM输出脉冲在信号极性转换过程中可能被截短或延长 PPOLx PWM通道x输出波形极性位 0表示PWM通道x在周期脉冲开始时输出低电平 当到达占空比计数值时翻转为高电平 1表示PWM通道x在周期脉冲开始时输出高电平 当到达占空比计数值时翻转为低电平 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 3PWM时钟选择寄存器 PWMCLK 每一个PWM通道可以选择两个时钟之一作为该通道的时钟源 PWM时钟选择寄存器 PWMClockSelectReg
11、ister PWMCLK 如图7 4所示 读 任何时刻 写 任何时刻 注意 PWMCLK寄存器中的PCLKx位可以在任何时刻写入 如果正在产生PWM信号时要求改变信号极性 则PWM输出脉冲在信号极性转换过程中可能被截短或延长 PCLK7 PCLK6 PCLK3 PCLK2 PWM通道7 6 3 2时钟选择位 0表示ClockB作为相应通道时钟源 1表示ClockSB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 0表示ClockA作为相应通道时钟源 1表示ClockSA作为相应通道时钟源 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3
12、PWM模块寄存器及设置 7 3 3PWM时钟选择寄存器 PWMCLK 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ClockA ClockB ClockSA和ClockSB 其中ClockA和ClockB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 如图7 6所示 PWMPRCLK寄存器的介绍详见7 3 4节 ClockSA由ClockA通过PWM比例因子A寄存器 PWMSCLA 再次分频得到 ClockSB由ClockB通过PWM比例因子B寄存器 PWMSCLB 再次分频得到
13、 PWMSCLA寄存器和PWMSCLB寄存器的介绍详见7 3 7节和7 3 8节 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 3PWM时钟选择寄存器 PWMCLK MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 4PWM预分频时钟选择寄存器 PWMPRCLK 读 任何时刻 写 任何时刻 注意 PWMPRCLK寄存器中的位可以在任何时刻写入 如果正在产生PWM信号时要求改变极信号性 则PWM输出脉冲在信号极性转换过程中可能被截短或延长 PCKB2 PCKB0 ClockB预分频因子选择位 这3位决定了ClockB的分频因子
14、ClockB可以作为通道2 3 6或7的两个时钟源之一 如表7 2所示 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 4PWM预分频时钟选择寄存器 PWMPRCLK MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 4PWM预分频时钟选择寄存器 PWMPRCLK PCKA2 PCKA0 ClockA预分频因子选择位 这3位决定了ClockA的分频因子 ClockA是可以作为通道0 1 4或5的两个时钟源之一 如表7 3所示 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 5PWM居中对齐使能寄
15、存器 PWMCAE PWM居中对齐使能寄存器 PWMCenterAlignEnableRegister 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 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 5PWM居中对齐使能寄存器 PWMCAE 注意 仅当相应的通道被禁止输出时 才可以设置该寄存器 CAEx 通道x居中对齐输出方式位 0表示通道x输出波形为左对齐方式 1表示通道x输出波形为居中对齐方式 M
16、C9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 5PWM居中对齐使能寄存器 PWMCAE PWM左对齐输出波形如图7 8所示 当使用左对齐方式输出时 8位通道计数器PWMCNTx只做加法计数 当PWMCNTx计数器加法计数到通道占空比寄存器PWMDTYx中设置的数值时 PWM通道输出波形发生变化 当PWMCNTx计数器加法计数到通道周期寄存器PWMPERx中设置的数值时 PWMCNTx清零 输出波形电平发生变化 然后读取PWMDTYx寄存器和PWMPERx寄存器中的数值作为下一次PWMCNTx加法计数参考使用 PWM通道计数器PWMCNTx介绍详见7 3 9节 PWM通道周期寄存器PWMPERx介绍详见7 3 10节 PWM通道占空比寄存器PWMDTYx介绍详见7 3 11节 MC9S12XS单片机原理及嵌入式系统开发 7 3PWM模块寄存器及设置 7 3 5PWM居中对齐使能寄存器 PWMCAE PWM居中对齐输出波形如图7 9所示 当使用居中对齐格式输出时 8位计数器PWMCNTx既做加法计数器也能做减法计数器 当PWMCNTx计数器加法计数到PWM
