PWM（Pulse Width Modulation），一般指脈沖寬度調(diào)節(jié)，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中，比如LED亮度調(diào)節(jié)、電機轉(zhuǎn)速控制等。

而在某些特殊應用中，我們也需要通過測量輸入PWM的占空比，來實現(xiàn)不同的輸出控制，這就需要使用到PWM占空比的測量方法。這里介紹三種不同的測量方法：阻塞方式、中斷方式以及定時器捕獲功能。

1. 阻塞方式

MCU阻塞方式測量PWM占空比的原理比較簡單，也只需要使用到一個普通的IO端口（設置為輸入模式，對于51而言那就是一個普通的雙向口具體實現(xiàn)流程為：

等待上升沿到來，然后開啟定時器，開始計時；

等待下降沿到來，記錄下定時器的計數(shù)值，即得到PWM的高電平時間H；

同時，清零定時器，重新開始計數(shù)；

等待上升沿到來，記錄下定時器的計數(shù)值，即得到PWM的低電平時間L；

計算得出占空比：duty = H / （H + L）;

阻塞方式原理簡單，而且只需要MCU有一個定時器的資源即可實現(xiàn)；但采集時阻塞CPU運行，阻塞的時間和輸入PWM的周期相關，只適用于實時性較低的系統(tǒng)。

另外，上述流程中存在著一個嚴重的BUG，即當輸入的PWM占空比為0%或者100%時，程序會被一直阻塞，等待上升沿/下降沿的到來。所以解決方法是，在等待上升沿/下降沿的過程中，實時提取定時器的值，一旦定時時間超過1個周期的限定（一般可定義為2-3個周期時間），即退出等待，并根據(jù)端口電平判斷此時占空比為0%（低電平）或100%（高電平）。

示例代碼，僅供參考：

//獲取PWM輸入腳的電平

#define PWM_IN（） xxxxxx

//定義超時時間（如2-3倍PWM周期）

#define T1_TIMEOUT xxxxxx

uint8_t PWM_Analyse（void）

{

uint8_t duty = 0xFF;

uint16_t pwm_H = 0;

uint16_t pwm_L = 0;

if （PWM_IN（）） //初始為高電平，則開始等待低電平

{

TH1 = 0;

while （PWM_IN（）） //等待下降沿

{

if （TH1 》= T1_TIMEOUT） //下降沿沒有到來，判定為100%占空比

{

duty = 100;

return duty;

}

}

TH1 = 0;

TL1 = 0;

while （！PWM_IN（）） //等待上升沿

{

if （TH1 》= T1_TIMEOUT） //上升沿沒有到來，判定為0%占空比

{

duty = 0;

return duty;

}

}

pwm_L = （TH1 《《 8） | TL1;

TH1 = 0;

TL1 = 0;

while （PWM_IN（）） //等待下降沿

{

if （TH1 》= T1_TIMEOUT） //下降沿沒有到來，判定為100%占空比

{

duty = 100;

return duty;

}

}

pwm_H = （TH1 《《 8） | TL1;

duty = pwm_H * 100 / （pwm_H + pwm_L）;

return duty;

}

else //當前為低電平，則開始等待高電平

{

TH1 = 0;

while （！PWM_IN（）） //等待上升沿

{

if （TH1 》= T1_TIMEOUT） //上升沿沒有到來，判定為0%占空比

{

duty = 0;

return duty;

}

}

TH1 = 0;

TL1 = 0;

while （PWM_IN（）） //等待下降沿

{

if （TH1 》= T1_TIMEOUT） //下降沿沒有到來，判定為100%占空比

{

duty = 100;

return duty;

}

}

pwm_H = （TH1 《《 8） | TL1;

TH1 = 0;

TL1 = 0;

while （！PWM_IN（）） //等待上升沿

{

if （TH1 》= T1_TIMEOUT） //上升沿沒有到來，判定為0%占空比

{

duty = 0;

return duty;

}

}

pwm_L = （TH1 《《 8） | TL1;

duty = pwm_H * 100 / （pwm_H + pwm_L）;

return duty;

}

return 0xFF;

}

2. 中斷方式

中斷方式的PWM采集原理與阻塞方式相同，只是將判定移動至外部中斷中。開啟MCU端口的外部中斷（上升沿和下降沿中斷）；如果MCU外部中斷觸發(fā)不支持上升和下降沿中斷，則先開啟上升沿中斷，在中斷處理中切換中斷觸發(fā)條件。

處理方法：在中斷處理函數(shù)中，根據(jù)當前電平狀態(tài)，記錄下定時器的值，并清零定時器的值，重新開始下一輪計時。

0%和100%的處理：設定一個定時遞增的變量，同時在外部中斷中執(zhí)行清零操作。若該變量超過一定值（說明外部中斷有較長時間沒有觸發(fā)），則判定為0%或100%。

uint16_t pwm_H = 0;

uint16_t pwm_L = 0;

uint16_t pwm_time_out = 0;

void EXT1_ISR（void） interrupt EXTI1_VECTOR

{

if （PWM_IN（））

{

pwm_L = （TH1 《《 8） | TL1; //記錄低電平時間

TH1 = 0;

TL1 = 0;

}

else

{

pwm_H = （TH1 《《 8） | TL1; //記錄高電平時間

TH1 = 0;

TL1 = 0;

}

//該變量定時遞增（如1ms遞增1），在外部中斷中清零

//在主程序中判斷，超過一定值時認為PWM占空比為0%或100%

pwm_time_out = 0;

return;

}

注：使用中斷方式，則占空比計算不建議放在中斷中處理；同時，為了保證占空比的準確性，可以連續(xù)2-3次計算結(jié)果一致時，再確定當前占空比的結(jié)果。

3. MCU捕獲方式

采用捕獲方式的前提是MCU支持捕獲功能。當前部分廠家推出的51內(nèi)核單片機，會包含一個定時器2，其擁有捕獲功能；或者采用32位單片機，一般都帶有捕獲功能。捕獲的原理很簡單，當上升沿或下降沿來臨時，MCU硬件將定時器/計數(shù)器的值保存在一個影子寄存器中，并產(chǎn)生捕獲中斷。

通過固定每次上升/下降沿的計數(shù)器值，相減即可分別得出高電平值和低電平值，從而計算出占空比。

下面以某顆51內(nèi)核的MCU為例，提供示例代碼：

unsigned int pwm_fall = 0， pwm_rise = 0;

volatile unsigned int pwm_H;

volatile unsigned int pwm_L;

volatile unsigned char pwm_time_out;

//------------------------------------------------------------

void T2_interrupt（void） interrupt 5 //定時器2中斷;

{

if （CCCON & 0x02） //CC1中斷標志位

{

CCCON &= 0xFD; //清除中斷標志

if （PWM_IN（）） //上升沿觸發(fā)

{

pwm_rise = CC1; //獲取捕獲寄存器中的值

pwm_L = pwm_rise - pwm_fall;

}

else

{

pwm_fall = CC1; //獲取捕獲寄存器中的值

pwm_H = pwm_fall - pwm_rise;

}

//該變量定時遞增（如1ms遞增1），在外部中斷中清零

//在主程序中判斷，超過一定值時認為PWM占空比為0%或100%

pwm_time_out = 0;

}

}

注： pwm_rise/pwm_fall/pwm_L/pwm_H都必須使用無符號數(shù)，否則相減時可能得到錯誤的值。

總結(jié)

方式一：任何單片機都可以實現(xiàn)，但是阻塞方式會使系統(tǒng)的實時性變差；

方式二：在使用時，需要保證外部中斷的最高優(yōu)先級，不可以被其他中斷打斷，以保證其準確性；

方式三：的穩(wěn)定性和準確性都較高，但是需要MCU硬件支持。

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審核編輯：何安