PWM模块介绍

⼿把⼿教你写S12XS128程序--PWM模块介绍

该教程以MC9S12XS128单⽚机为核⼼进⾏讲解，全⾯阐释该16位单⽚机资源。本⽂为第⼀讲，开始介绍该MCU的PWM模块。

PWM 调制波有8个输出通道，每⼀个输出通道都可以独⽴的进⾏输出。每⼀个输出通道都有⼀个精确的计数器（计算脉冲的个数），⼀个周期控制寄存器和两个可供选择的时钟源。每⼀个P WM 输出通道都能调制出占空⽐从0—100% 变化的波形。PWM 的主要特点有：

1、它有8个独⽴的输出通道，并且通过编程可控制其输出波形的周期。2、每⼀个输出通道都有⼀个精确的计数器。

3、每⼀个通道的P WM 输出使能都可以由编程来控制。4、PWM 输出波形的翻转控制可以通过编程来实现。

5、周期和脉宽可以被双缓冲。当通道关闭或PWM 计数器为0时，改变周期和脉宽才起作⽤。6、8 字节或16 字节的通道协议。

7、有4个时钟源可供选择（A、SA、B、SB），他们提供了⼀个宽范围的时钟频率。8、通过编程可以实现希望的时钟周期。9、具有遇到紧急情况关闭程序的功能。

10、每⼀个通道都可以通过编程实现左对齐输出还是居中对齐输出。1、PWM启动寄存器PWMEPWME 寄存器每⼀位如图1所⽰：复位默认值：0000 0000B

图1 PWME 寄存器

每⼀个PWM 的输出通道都有⼀个使能位P WMEx 。它相当于⼀个开关，⽤来启动和关闭相应通道的PWM 波形输出。当任意的P WMEx 位

置1，则相关的P WM 输出通道就⽴刻可⽤。⽤法：PWME7=1 --- 通道7 可对外输出波形PWME7=0 --- 通道7 不能对外输出波形

注意：在通道使能后所输出的第⼀个波形可能是不规则的。当输出通道⼯作在串联模式时（PWMCTL 寄存器中的CONxx置1），那么）使能相应

的16位PWM 输出通道是由PWMEx 的⾼位控制的，例如：设置PWMCTL_CON01 = 1,通道0、1级联，形成⼀个16位PWM 通道，由通道 1 的使能位控制PWM 的输出。

2、PWM时钟选择寄存器PWMCLKPWMCLK 寄存器每⼀位如图3所⽰：复位默认值：0000 0000B

图2 PWMCLK 寄存器

S12的PWM 共有四个时钟源，每⼀个P WM 输出通道都有两个时钟可供选。其中0、1、4、5 通道可选⽤择（Clock A、Clock SA 或Clock B、Clock SB））

Clock A和ClockSA，2、3、6、7 通道可选⽤ClockB、ClockSB 通道。该寄存器⽤来实现⼏个通道时钟源的选择。⽤法：PCLK0 =1 --- 通道0（PTP0）的时钟源设为ClockSAPCLK2 =0 --- 通道2（PTP2）的时钟源设为ClockB1、PWM预分频寄存器PWMPRCLKPWMPRCLK 寄存器每⼀位如图3所⽰：复位默认值：0000 0000B

图3PWMPRCLK 寄存器

PWMPRCLK 寄存器包括ClockA预分频和ClockB预分频的控制位。ClockA、ClockB的值为总线时钟的1/2n (0≤n≤7)，具体设置参照图4和图5

图4Clock A 预分频设置

图5Clock B预分频设置PCKB0~PCKB2是对ClockB进⾏预分频。PCKA0~PCKA2是对ClockA进⾏预分频。2、PWM分频寄存器PWMSCLA、PWMSCLBPWMSCLA 寄存器每⼀位如图6所⽰：

图6 PWMSCLA寄存器

Clock SA 是通过对P WMSCLA 寄存器的设置来对ClockA 进⾏分频⽽产⽣的。其计算公式为：Clock SA=Clock A /(2*PWMSCLA)

PWMSCLB 寄存器与PWMSCLA 寄存器相似，Clock S B 就是通过对PWMSCLB 寄存器的设置来对C lockB 进⾏分频⽽产⽣的。其计算公式为：Clock SB=Clock B /(2*PWMSCLB)1、PWM极性选择寄存器PWMPOLPWMPOL 寄存器每⼀位如图7所⽰：

该寄存器是0～7通道PWM输出起始极性控制位，⽤来设置PWM输出的起始电平。

⽤法：PWMPOL_PPOL0=1--- 通道0 在周期开始时输出为⾼电平，当计数器等于占空⽐寄存器的值时，输出为低电平。对外输出波形先是⾼电平然后再变为低电平。

2、PWM波形对齐寄存器PWMCAEPWMCAE 寄存器每⼀位如图8所⽰：

图8PWMCAE 寄存器

PWMCAE 寄存器包含8个控制位来对每个P WM 通道设置左对齐输出或中⼼对齐输出。⽤法: PWMCAE_CAE0 = 1 --- 通道0 中⼼对齐输出PWMCAE_CAE7 = 0 --- 通道7 左对齐输出

注意：只有输出通道被关闭后才能对其进⾏设置，即通道被激活后不能对其进⾏设置。1、PWM控制寄存器PWMCTLPWMCTL 寄存器每⼀位如图9所⽰：图9PWMCTL 寄存器

该控制寄存器设定通道的级联和两种⼯作模式：等待模式和冻结模式。这两种模式如图10和图11所⽰。

图10 等待模式图11 冻结模式

只有当相应的通道关闭后，才能改变这些控制字。⽤法：

PWMCTL＿CON67=1 --- 通道6、7 级联成⼀个16位的PWM通道。此时只有7通道的控制字起作⽤，原通道7的使能位、PWM输出极性选择位、时钟选择控制位以及对齐⽅式选择位⽤来设置级联后的PWM输出特性PWMCTL＿CON67=0 --- 通道6，7通道不级联

CON45、CON23、CON01 的⽤法同CON67 相似。设置此控制字的意义在于扩⼤了P WM 对外输出脉冲的频率范围。

PSW AI=1--- M CU ⼀旦处于等待状态，就会停⽌时钟的输⼊。这样就不会因时钟在空操作⽽费电；当它置为0，则M CU 就是处于等待状态，也允许时钟的输⼊。

P FRZ=1 --- M CU ⼀旦处于冻结状态，就会停⽌计数器⼯作。

S12微控制器PWM模块是由独⽴运⾏的8位脉冲计数器PWMCNT、两个⽐较寄存器PWMPER和PWMDTY组成。1、左对齐⽅式

在该⽅式下，脉冲计数器为循环递增计数，计数初值为0 。

当PWM使能后，计数器PWMCNT从0开始对时钟信号递增计数，开始⼀个输出周期。当计数值与占空⽐常数寄存器

PWMDTY相等时，⽐较器1输出有效，将触发器置位，⽽PWMCNT继续计数；当计数值与周期常数寄存器PWMPER相等时，⽐较器2输出有效，将触发器复位，同时PWMCNT也复位，结束⼀个输出周期。原理参照图14：

图14 PWM左对齐⽅式2、中⼼对齐⽅式

在该⽅式下，脉冲计数器为双向计数，计数初值为0 。

当PWM使能后，计数器PWMCNT从0开始对时钟信号递增计数，开始输出⼀个周期。当计数器与占空⽐常数寄存器

PWMDTY相等时，⽐较器1输出有效，触发器翻转，⽽PWMCNT继续计数，当计数值与周期常数PWMPER相等时，⽐较器2输出有效，此时改变PWMCNT的计数⽅向，使其递解计数；当PWMCNT再次与PWMDTY

相等时，⽐较器1再⼀次输出有效，使触发器再次翻转，⽽PWMCNT继续递减计数，等待PWMCNT减回⾄0，完成⼀个输出

周期。原理参照图15:

图15 中⼼对齐⽅式3、周期计算⽅法左对齐⽅式：

输出周期 = 通道周期× PWMPERx中⼼对齐⽅式：

输出周期 = 通道周期× PWMPERx × 24、脉宽计算⽅法左对齐⽅式：

占空⽐ = [ (PWMPERx - PWMDTYx) / PWMPERx ] × 100%中⼼对齐⽅式：占空⽐ = [ PWMDTYx / PWMPERx ] × 100%1、PWM通道计数寄存器PWMCNTx

PWMCNTx 寄存器共有8个，每⼀个通道都有⼀个8位PWM加/减双向计数器，通道级联后可变成16位PWM加/减双向计数器。下⾯以PWMCNT0为例对P WMCNTx 寄存器进⾏介绍。PWMCNT0寄存器如图12所⽰：

图12 PWMCNT0 寄存器

计数器以所选时钟源的频率运⾏。计数器在任何时候都可以被读，⽽不影响计数，也不影响对P WM 通道的操作。

任何值写⼊PWMCNT0 寄存器都会导致计数器复位置0，且其计数⽅向会被设置为向上计数，并且会⽴刻从缓冲器载⼊任务和周期值，并会根据翻转极性的设置来改变输出。当计数器达到计数值后，会⾃动清零。只有当通道使能后，计数器才开始计数。

2、PWM通道周期寄存器PWMPERx

PWMPERx 寄存器共有8个，每⼀个通道都有⼀个这样的周期寄存器。这个寄存器的值就决定了相关P WM 通道的周期。每⼀个通道的周期寄存器都

是双缓冲的，因此如果当通道使能后，改变他们的值，将不会发⽣任何作⽤，除⾮当下列情况之⼀发⽣：*有效的周期结束。

*对计数器进⾏写操作（计数器复位）*通道不可⽤（PWME x = 0）

这样就会使P WM 输出波形要么是新波形要么是旧波形，并不会在两者之

间进⾏交替变换。如果通道不可⽤，那么对周期寄存器进⾏写操作，将会直接图表1导致周期寄存器同缓冲器⼀起闭锁。图13所⽰的是P WMPER0 寄存器：

图13 PWMPER0 寄存器

3、PWM通道占空⽐寄存器PWMDTYx

PWMDTYx 寄存器也有8 个，每⼀个通道都有⼀个这样的占空⽐常数寄存器。这个寄存器的值就决定了相关P WM 通道输出波形的占空⽐。每⼀个

通道的占空⽐寄存器都是双缓冲的，因此如果当通道被激活后，改变他们的值将不会发⽣任何作⽤，除⾮当下列情况之⼀发⽣：*有效的周期结束。

*对计数器进⾏写操作（计数器复位）*通道不可⽤（PWME x = 0）

这样就会使P WM 输出波形要么是新波形要么是旧波形，并不会在两者之

间进⾏交替变换。如果通道没有被激活，那么对占空⽐常数寄存器进⾏写操作，将会直接导致周期寄存器同缓冲器⼀起闭锁。当计数值与占空⽐常数PWMDTY 相等时，则⽐较输出器有效，这时就会将触发器置位，然后P WMCNT 继续计数，当计数值与周期常数P WMPER 相等时，⽐较器输出有效，将触发器复位，同时也使P WMCNT 复位，结束⼀个输出周期。S12微控制器PWM模块是由独⽴运⾏的8位脉冲计数器PWMCNT、两个⽐较寄存器PWMPER和PWMDTY组成。1、左对齐⽅式

在该⽅式下，脉冲计数器为循环递增计数，计数初值为0 。

当PWM使能后，计数器PWMCNT从0开始对时钟信号递增计数，开始⼀个输出周期。当计数值与占空⽐常数寄存器

PWMDTY相等时，⽐较器1输出有效，将触发器置位，⽽PWMCNT继续计数；当计数值与周期常数寄存器PWMPER相等时，⽐较器2输出有效，将触发器复位，同时PWMCNT也复位，结束⼀个输出周期。原理参照图14：