原创 51单片机软模PWM误差率之深入再研究--基于Keil、Proteus仿真调试

本人不揣冒昧，两天前写了个“51单片机软模PWM误差率之研究--基于Keil、Proteus仿真调试”，事后三思，犹不尽之处夥颐；这次趁机添柴，又烧了把火，陈述如下：

在PWM调速中，占空比α是一个非常重要的参数（故，在“之研究”中，本人针对α开刀，进行了详细的误差分析），一般改变α的方法有三：

         1、定宽调频法：这种方法保持PWM_HIGH不变，只改变PWM_LOW，这样使周期或频率而随之改变；

         2、调宽调频法：这种方法是保持PWM_LOW不变，而改变PWM_HIGH，这样使周期或频率也随之改变；

         3、定频调宽法：这种方式是保持周期或频率不变，而同时改变PWM_HIGH、PWM_LOW值，从而达到改变占空比α的目的。

头两种方法由于调速时也改变了控制脉冲的周期或频率，当控制脉冲的频率与系统固有频率接近时，将导致振荡，因此用的较少。故工程控制中，尤其是直流电机的控制中，最主要使用的还是定频调宽法。

本文的定位为：怎样在C51中实现定频调宽（改变α）的同时也保证较低的PWM波形误差率 ?单片机中使用软件模拟的方法输出PWM波其波形频率是否和预期的完全吻合 ?若不吻合，其误差率是多大 ?

上文中，本人特定义了三个重要的参数宏：

                  #define PWM_CYCLE  XXXX     //PWM波的一个周期，单位：us；
                  #define PWM_HIGH     XXX        //高电平持续时间，单位：us；
                  #define PWM_LOW      XXX        //低电平持续时间，单位：us；

接着，不断改变PWM_CYCLE的取值（实际上也是改变PWM的波形频率），在实验和仿真分析的基础上，最后得出这样的结论：在51单片机上采用软件模拟的方式输出PWM波，其频率越大，占空比误差越不可收拾；在PWM波形频率不是很高的情况下（比如小于1kHz），采用软模方式输出PWM是完全可行的；其占空比计算式可写为：（PWM_HIGH+12）/(PWM_HIGH+PWM_LOW+24)。

将PWM波形参数参数写成宏定义的方式有利于程序的编译暨研究的方便性；但这样一来，程序调试正确刷入MCU后运行，则PWM波的频率一定，占空比也一定，达不到调速或调控的目的；为此，本人修改源程序中PWM子模块（PWM.C），追加四个8位的模块级变量：

                  int8u data gPWM_HIGH_L;  //PWM_HIGH的低八位；
                  int8u data gPWM_HIGH_H;  //PWM_HIGH的高八位；

                  int8u data gPWM_LOW_L;  //PWM_LOW的低八位；
                  int8u data gPWM_LOW_H;  //PWM_LOW的高八位；
而保留PWM_CYCLE 宏定义不变，最终确定的中断服务函数为：

                 extern void Timer1_ISR(void) interrupt 3
                {
                  if(PWM_PIN){PWM_PIN = 0;
                     TH1 = gPWM_LOW_H;
                     TL1 = gPWM_LOW_L;}
                  else                  {PWM_PIN = 1;
                     TH1 = gPWM_HIGH_H;
                     TL1 = gPWM_HIGH_L;}  
                  }

（注：尽量避免在中断服务函数中执行16位计算，这样只会使PWM波形误差雪上加霜 !）

在Keil中编译后的汇编代码（默认8级优化）如下：

             ; FUNCTION Timer1_ISR (BEGIN)
                                           ; SOURCE LINE # 63
                                           ; SOURCE LINE # 65
0000 309709            JNB     PWM_PIN,?C0002
                                           ; SOURCE LINE # 66
                                           ; SOURCE LINE # 67
0003 C297              CLR     PWM_PIN
                                           ; SOURCE LINE # 68
0005 85008D      R     MOV     TH1,gPWM_LOW_H
                                           ; SOURCE LINE # 69
0008 85008B      R     MOV     TL1,gPWM_LOW_L
                                           ; SOURCE LINE # 70
000B 32                RETI   
000C         ?C0002:
                                           ; SOURCE LINE # 72
                                           ; SOURCE LINE # 73
000C D297              SETB    PWM_PIN
                                           ; SOURCE LINE # 74
000E 85008D      R     MOV     TH1,gPWM_HIGH_H
                                           ; SOURCE LINE # 75
0011 85008B      R     MOV     TL1,gPWM_HIGH_L
                                           ; SOURCE LINE # 76
                                           ; SOURCE LINE # 77
0014         ?C0004:
0014 32                RETI   
             ; FUNCTION Timer1_ISR (END)

这代码与先前的几乎相同，只不过将立即数寻址改变成了直接地址寻址，而这两条指令的指令周期是一样的，均为2us（12.0M晶振）；因此，其执行效果也完全一样。gPWM_HIGH_L、gPWM_HIGH_H、 gPWM_LOW_L、 gPWM_LOW_L 的取值可以在例程初始化或调速调控函数中随时修改；由于采用的是定频调宽法，例程修改中只要注意gPWM_HIGH+gPWM_LOW的值为PWM_CYCLE即可。这样，实现了占空比可变的同时，也有效的控制了输出PWM波的误差率。

最后的这一条结论再明显不过了：其输出PWM波形频率的误差率计算式为：24/(PWM_CYCLE+24)。

全文到此结束，欢迎大家指正，砖头拍下来我也接着 !