如何使用ARM7-LPC2148微控制器中的PWM控制LED的亮度

眾所周知，微控制器從模擬傳感器獲取模擬輸入，并使用ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）來處理這些信號。但是，如果微控制器想要產(chǎn)生模擬信號來控制伺服電機(jī)、直流電機(jī)等模擬操作設(shè)備怎么辦？微控制器不會產(chǎn)生像 1V、5V 這樣的輸出電壓，而是使用一種稱為 PWM 的技術(shù)來操作模擬設(shè)備。PWM的一個(gè)例子是我們筆記本電腦的冷卻風(fēng)扇（直流電機(jī)）需要根據(jù)溫度進(jìn)行速度控制，這也是通過在主板中使用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

在本教程中，我們將使用 ARM7-LPC2148 微控制器中的 PWM 控制 LED 的亮度。

PWM（脈沖寬度調(diào)制）

PWM 是一種使用數(shù)字值控制模擬設(shè)備的好方法，例如控制電機(jī)的速度、LED 的亮度等。雖然 PWM 不提供純模擬輸出，但它會產(chǎn)生不錯(cuò)的模擬脈沖來控制 Analog Devices。PWM 實(shí)際上調(diào)制矩形脈沖波的寬度，以便得到結(jié)果波平均值的變化。

PWM 的占空比

PWM 信號保持高電平（開啟時(shí)間）的時(shí)間百分比稱為占空比。如果信號始終打開，則占空比為 100%，如果始終關(guān)閉，則占空比為 0%。

占空比=開啟時(shí)間/（開啟時(shí)間+關(guān)閉時(shí)間）

ARM7-LPC2148 中的 PWM

ARM7-LPC2148 有 6 個(gè) PWM 引腳和 14 個(gè) ADC 引腳。它具有 8 位 PWM 分辨率（2 8），即計(jì)數(shù)器和變量可以高達(dá) 255，因此：

255 的數(shù)字值可提供 LED 的全亮度（100% 占空比）

同樣，數(shù)字值 127 可提供 50% 的 LED 亮度（占空比為 50%）

數(shù)字值 64 提供 25% 的 LED 亮度（25% 占空比）

ARM7-LPC2148 中的 PWM 引腳

下圖顯示了ARM7-LPC2148 的 PWM 輸出引腳。PWM共有 6 個(gè)引腳。

ARM7-LPC2148 中的 PWM 寄存器

在進(jìn)入我們的項(xiàng)目之前，我們需要了解 LPC2148 中的 PWM 寄存器。

這是 LPC2148 中用于 PWM 的寄存器列表

1. PWMPR ： PWM 預(yù)分頻寄存器

用途：它是一個(gè) 32 位寄存器。它包含在遞增 PWM 定時(shí)器計(jì)數(shù)器之前 PCLK 必須循環(huán)的次數(shù)（減 1）（它實(shí)際上保存了預(yù)分頻計(jì)數(shù)器的最大值）。

2. PWMPC： PWM 預(yù)分頻計(jì)數(shù)器

用途：它是一個(gè) 32 位寄存器。它包含遞增的計(jì)數(shù)器值。當(dāng)該值等于 PR 值加 1 時(shí)，PWM 定時(shí)器計(jì)數(shù)器 （TC） 遞增。

3. PWMTCR ： PWM 定時(shí)器控制寄存器

用途：它包含計(jì)數(shù)器使能、計(jì)數(shù)器復(fù)位和 PWM 使能控制位。它是一個(gè) 8 位寄存器。

4. PWMTC ： PWM 定時(shí)器計(jì)數(shù)器

用途：它是一個(gè) 32 位寄存器。它包含遞增 PWM 定時(shí)器的當(dāng)前值。當(dāng)預(yù)分頻器計(jì)數(shù)器 （PC） 達(dá)到預(yù)分頻器寄存器 （PR） 的值加 1 時(shí)，該計(jì)數(shù)器遞增。

5. PWMIR： PWM中斷寄存器

用途：它是一個(gè) 16 位寄存器。它包含 PWM 匹配通道 0-6 的中斷標(biāo)志。當(dāng)該通道（MRx 中斷）發(fā)生中斷時(shí)，將設(shè)置一個(gè)中斷標(biāo)志，其中 X 是通道號（0 到 6）。

6. PWMMR0-PWMMR6： PWM匹配寄存器

用途：它是一個(gè) 32 位寄存器。 實(shí)際上，匹配通道組允許設(shè)置 6 個(gè)單邊沿控制或 3 個(gè)雙邊沿控制 PWM 輸出。您可以修改七個(gè)匹配通道來配置這些 PWM 輸出以滿足您在 PWMPCR 中的要求。

7. PWMMCR ： PWM 匹配控制寄存器

用途：它是一個(gè) 32 位寄存器。它包含控制所選匹配通道的中斷、復(fù)位和停止位。PWM 匹配寄存器和 PWM 定時(shí)器計(jì)數(shù)器之間發(fā)生匹配。

8. PWMPCR ： PWM 控制寄存器

用途：它是一個(gè) 16 位寄存器。它包含啟用 PWM 輸出 0-6 并為每個(gè)輸出選擇單邊沿或雙邊沿控制的位。

9. PWMLER： PWM 鎖存器使能寄存器

用途：它是一個(gè) 8 位寄存器。它包含每個(gè)匹配通道的匹配 x 鎖存位。

現(xiàn)在讓我們開始構(gòu)建硬件設(shè)置來演示 ARM 微控制器中的脈沖寬度調(diào)制。

所需組件

電路圖和連接

LCD和ARM7-LPC2148之間的連接

LED與ARM7-LPC2148之間的連接

LED 的 ANODE 連接到 LPC2148 的 PWM 輸出 （P0.0），而 LED 的 CATHODE 引腳連接到 LPC2148 的 GND 引腳。

ARM7-LPC2148與帶3.3V穩(wěn)壓器的電位器連接

需要注意的點(diǎn)

1. 這里使用 3.3V 的穩(wěn)壓器為 LPC2148 的 ADC 引腳 （P0.28） 提供模擬輸入值，因?yàn)槲覀兪褂玫氖?5V 電源，我們需要使用 3.3V 的穩(wěn)壓器來調(diào)節(jié)電壓。

2. 電位器用于在（0V 至 3.3V）之間改變電壓，以向 LPC2148 引腳 P0.28 提供模擬輸入（ADC）

為 PWM 和 ADC 編程 LPC2148 所涉及的步驟
第 1 步：-首先是配置 PLL以生成時(shí)鐘，因?yàn)樗鶕?jù)程序員的需要設(shè)置 LPC2148 的系統(tǒng)時(shí)鐘和外設(shè)時(shí)鐘。LPC2148 的最大時(shí)鐘頻率為 60Mhz。以下行用于配置 PLL 時(shí)鐘生成。

void initilizePLL (void) //使用 PLL 產(chǎn)生時(shí)鐘的函數(shù)
{
PLL0CON = 0x01;
PLL0CFG = 0x24；
PLL0FEED = 0xAA；
PLL0FEED = 0x55；
而（?。≒LL0STAT＆0x00000400））；
PLL0CON = 0x03；
PLL0FEED = 0xAA；
PLL0FEED = 0x55；
VPBDIV = 0x01；
}
第 2 步：-接下來是使用 PINSEL 寄存器選擇 LPC2148 的 PWM 引腳和 PWM 功能。我們使用 PINSEL0，因?yàn)槲覀兪褂?P0.0 作為 LPC2148 的 PWM 輸出。

PINSEL0 = 0x00000002；//設(shè)置引腳P0.0為PWM輸出
第 3 步：-接下來我們需要使用 PWMTCR（定時(shí)器控制寄存器）重置定時(shí)器。

PWMTCR = (1<<1); //設(shè)置PWM定時(shí)器控制寄存器為計(jì)數(shù)器復(fù)位
然后，設(shè)置決定 PWM 分辨率的預(yù)分頻值。我將它設(shè)置為零

PWMPR = 0X00；//設(shè)置PWM預(yù)分頻值
第 4 步：-接下來我們需要設(shè)置 PWMMCR（PWM 匹配控制寄存器），因?yàn)樗O(shè)置了復(fù)位等操作，PWMMR0 的中斷。

PWMMCR = (1<<0)|(1<<1); //設(shè)置PWM匹配控制寄存器
第 5 步：-使用 PWMMR 設(shè)置 PWM 通道的最大周期。

PWMMR0 = PWM值；//給PWM值最大值
在我們的例子中，最大值是 255（對于最大亮度）

第 6 步：-接下來我們需要使用 PWMLER 將 Latch Enable 設(shè)置為相應(yīng)的匹配寄存器

PWMLER = (1<<0); //啟用PWM鎖存器
（我們使用 PWMMR0）所以通過在 PWMLER 中設(shè)置 1 來啟用相應(yīng)的位

第 7 步：-要使 PWM 輸出到引腳，我們需要使用 PWMTCR 來啟用 PWM 定時(shí)器計(jì)數(shù)器和 PWM 模式。

PWMTCR = (1<<0) | (1<<3); //啟用PWM和PWM計(jì)數(shù)器
第 8 步：-現(xiàn)在我們需要從 ADC 引腳 P0.28 獲取用于設(shè)置 PWM 占空比的電位器值。因此，我們使用 LPC2148 中的 ADC 模塊將電位器模擬輸入（0 至 3.3V）轉(zhuǎn)換為 ADC 值（0 至 1023）。

在這里，我們通過將其除以 4 將值從 0-1023 轉(zhuǎn)換為 0-255，因?yàn)?LPC2148 的 PWM 具有 8 位分辨率 (2 8 )。

第 9 步：-為了選擇 LPC2148 中的 ADC 引腳 P0.28，我們使用

PINSEL1 = 0x01000000；//設(shè)置P0.28為ADC INPUT
AD0CR = (((14)<<8) | (1<<21)); //為A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置時(shí)鐘和PDN
以下行捕獲模擬輸入（0 到 3.3V）并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字值（0 到 1023）。然后將此數(shù)字值除以 4 以將它們轉(zhuǎn)換為（0 到 255），最后作為PWM 輸出饋送到連接 LED 的 LPC2148 的 P0.0 引腳。

AD0CR |= (1<<1);
//在ADC寄存器delaytime(10)
中選擇AD0.1通道；AD0CR |= (1<<24); //開始A/D轉(zhuǎn)換
while( (AD0DR1 & (1<<31)) == 0 ); //檢查ADC數(shù)據(jù)寄存器中的DONE位
adcvalue = (AD0DR1>>6) & 0x3ff; //從 ADC 數(shù)據(jù)寄存器中獲取 RESULT
dutycycle = adcvalue/4; //從 (0 到 255) 獲取占空比值的公式
PWMMR1 = dutycycle; //設(shè)置占空比值到 PWM 匹配寄存器
PWMLER |= (1<<1); //使用占空比值啟用 PWM 輸出
第 10 步：-接下來我們在 LCD (16X2) 顯示模塊中顯示這些值。所以我們添加以下行來初始化 LCD 顯示模塊

void LCD_INITILIZE(void) //準(zhǔn)備 LCD 的函數(shù)
{
IO0DIR = 0x0000FFF0; //設(shè)置引腳P0.12,P0.13,P0.14,P0.15,P0.4,P0.6為OUTPUT
delaytime(20);

LCD_SEND(0x02); // 以 4 位操作模式初始化 lcd
LCD_SEND(0x28); // 2 行 (16X2)
LCD_SEND(0x0C); // 光標(biāo)關(guān)閉時(shí)顯示
LCD_SEND(0x06); // 自動(dòng)遞增光標(biāo)
LCD_SEND(0x01); // 顯示清除
LCD_SEND(0x80); // 第一行第一個(gè)位置
}
當(dāng)我們將4 位模式的 LCD 與 LPC2148連接時(shí)，我們需要發(fā)送值以逐個(gè)半字節(jié)（上半字節(jié)和下半字節(jié)）顯示。所以使用以下幾行。

void LCD_DISPLAY (char* msg) //函數(shù)將發(fā)送的字符一一打印
{
uint8_t i=0;
while(msg[i]!=0)
{
IO0PIN = ( (IO0PIN & 0xFFFF00FF) | ((msg[i] & 0xF0)<<8) ); //發(fā)送高半字節(jié)
IO0SET = 0x00000050; //RS HIGH & ENABLE HIGH 打印數(shù)據(jù)
IO0CLR = 0x00000020; //RW LOW 寫模式
延遲時(shí)間(2);

IO0CLR = 0x00000040；// EN = 0，RS 和 RW 不變（即 RS = 1，RW = 0）
delaytime(5);

IO0PIN = ( (IO0PIN & 0xFFFF00FF) | ((msg[i] & 0x0F)<<12) ); //發(fā)送低半字節(jié)
IO0SET = 0x00000050; //RS & EN HIGH
IO0CLR = 0x00000020;
延遲時(shí)間（2）；

IO0CLR = 0x00000040；
延遲時(shí)間（5）；

我++；
}
}
為了顯示這些 ADC 和 PWM 值，我們在int main()函數(shù)中使用以下行。

LCD_SEND(0x80);
sprintf(displayadc, "adcvalue=%f", adcvalue);
LCD_DISPLAY(displayadc); //顯示ADC值（0到1023）
LCD_SEND(0xC0);
sprintf（ledoutput，“PWM OP=%.2f”，亮度）；
LCD_DISPLAY（LED輸出）；//顯示從（0到255）的占空比值

無效初始化PLL（無效）；

無效初始化PWM（無符號整數(shù)周期PWM）；

無效延遲時(shí)間（uint16_t j）；



void initilizePLL (void) //使用PLL產(chǎn)生時(shí)鐘的函數(shù)

{

PLL0CON = 0x01；

PLL0CFG = 0x24；

PLL0FEED = 0xAA；

PLL0FEED = 0x55；

而（！（PLL0STAT＆0x00000400））；

PLL0CON = 0x03；

PLL0FEED = 0xAA；

PLL0FEED = 0x55；

VPBDIV = 0x01；

}



void delaytime(uint16_t j) // 產(chǎn)生 1 毫秒延遲的函數(shù)

{

uint16_t x,i;

for(i=0;i
{

對于（x=0；x<6000；x++）；

}

}



無效初始化PWM（無符號整數(shù)PWM值）

{

PINSEL0 = 0x00000002；//設(shè)置引腳P0.0為PWM輸出

PWMTCR = (1<<1); //設(shè)置PWM定時(shí)器控制寄存器為計(jì)數(shù)器復(fù)位

PWMPR = 0X00；//設(shè)置PWM預(yù)分頻值

PWMMCR = (1<<0)|(1<<1); //設(shè)置PWM匹配控制寄存器

PWMMR0 = PWM值；//給PWM值最大值

PWMLER = (1<<0); //啟用PWM鎖存器

PWMTCR = (1<<0) | (1<<3); //啟用PWM和PWM計(jì)數(shù)器

}



void LCD_SEND(char command) //發(fā)送十六進(jìn)制命令的函數(shù)

{

IO0PIN = ( (IO0PIN & 0xFFFF00FF) | ((命令 & 0xF0)<<8) ); //發(fā)送命令的上半字節(jié)

IO0SET = 0x00000040；//使啟用高

IO0CLR = 0x00000030；//使 RS & RW 低

延遲時(shí)間（5）；

IO0CLR = 0x00000040；//使啟用低

延遲時(shí)間（5）；

IO0PIN = ( (IO0PIN & 0xFFFF00FF) | ((命令 & 0x0F)<<12) ); //發(fā)送命令的低半字節(jié)

IO0SET = 0x00000040；//啟用高

IO0CLR = 0x00000030；//RS & RW 低

延遲時(shí)間（5）；

IO0CLR = 0x00000040；//啟用低

延遲時(shí)間（5）；

}



void LCD_INITILIZE(void) //準(zhǔn)備LCD的函數(shù)

{

IO0DIR = 0x0000FFF0；//設(shè)置引腳P0.12,P0.13,P0.14,P0.15,P0.4,P0.6為OUTPUT

延遲時(shí)間（20）；

LCD_SEND(0x02); // 以 4 位操作模式初始化 lcd

LCD_SEND(0x28); // 2 行 (16X2)

LCD_SEND(0x0C); // 光標(biāo)關(guān)閉時(shí)顯示

LCD_SEND(0x06); // 自動(dòng)遞增光標(biāo)

LCD_SEND(0x01); // 顯示清晰

LCD_SEND(0x80); // 第一行第一個(gè)位置

}



void LCD_DISPLAY (char* msg) //函數(shù)將發(fā)送的字符一一打印

{

uint8_t i=0;

而（味精[i]！=0）

{

IO0PIN = ( (IO0PIN & 0xFFFF00FF) | ((msg[i] & 0xF0)<<8) ); //發(fā)送上半字節(jié)

IO0SET = 0x00000050；//RS HIGH & ENABLE HIGH 打印數(shù)據(jù)

IO0CLR = 0x00000020；//RW LOW 寫模式

延遲時(shí)間（2）；

IO0CLR = 0x00000040；// EN = 0，RS 和 RW 不變（即 RS = 1，RW = 0）

延遲時(shí)間（5）；

IO0PIN = ( (IO0PIN & 0xFFFF00FF) | ((msg[i] & 0x0F)<<12) ); //發(fā)送低半字節(jié)

IO0SET = 0x00000050；//RS & EN 高

IO0CLR = 0x00000020；

延遲時(shí)間（2）；

IO0CLR = 0x00000040；

延遲時(shí)間（5）；

我++；

}

}



主函數(shù)（）

{

LCD_INITILIZE(); //調(diào)用函數(shù)準(zhǔn)備LCD顯示

字符顯示ADC[18]；

浮動(dòng)亮度；

字符 LED 輸出[18]；

LCD_DISPLAY("電路摘要");

延遲時(shí)間（900）；

LCD_SEND(0xC0);

LCD_DISPLAY("LPC2148 中的 PWM");

延遲時(shí)間（900）；



占空比；

浮動(dòng) adc 值；

初始化PLL（）；//調(diào)用函數(shù)initilizePLL

PINSEL1 = 0x01000000；//設(shè)置P0.28為ADC INPUT

AD0CR = (((14)<<8) | (1<<21)); //為A/D轉(zhuǎn)換設(shè)置時(shí)鐘和PDN

初始化PWM（255）；//調(diào)用函數(shù)initilizePWM，值為255

PWMPCR |= (1<<9); //在LPC2148的P0.0引腳啟用PWM1輸出



而（1）

{

AD0CR |= (1<<1); //選擇ADC寄存器中的AD0.1通道

延遲時(shí)間（10）；

AD0CR |= (1<<24); //開始A/D轉(zhuǎn)換

而( (AD0DR1 & (1<<31)) == 0 ); //檢查ADC數(shù)據(jù)寄存器中的DONE位

adcvalue = (AD0DR1>>6) & 0x3ff; //從ADC數(shù)據(jù)寄存器中獲取RESULT

占空比 = adcvalue/4；//從 (0 到 255) 獲取占空比值的公式

PWMMR1 = 占空比；//設(shè)置占空比值到PWM匹配寄存器

PWMLER |= (1<<1); //使用占空比值啟用 PWM 輸出

亮度 = 占空比；

LCD_SEND(0x80);

sprintf(displayadc, "adcvalue=%f", adcvalue);

LCD_DISPLAY(displayadc); //顯示ADC值（0到1023）

LCD_SEND(0xC0);

sprintf（ledoutput，“PWM OP=%.2f”，亮度）；

LCD_DISPLAY（LED輸出）；//顯示從（0到255）的占空比值

}

}