STC15W408AS單片機(jī)集成了3路可編程計(jì)數(shù)器陣列(CCP/PCA)模塊可用于軟件定時(shí)器、外部脈沖的捕捉、高速脈沖輸出以及脈寬調(diào)制(PWM)輸出。

一、與CCP/PWM/PCA應(yīng)用有關(guān)的特殊功能寄存器

STC15系列 1T 8051單片機(jī) CCP/PCA/PWM特殊功能寄存器表 CCP/PCA/PWM SFRs

1.1PCA工作模式寄存器CMOD

PCA工作模式寄存器的格式如下：

CMOD : PCA工作模式寄存器

CIDL：空閑模式下是否停止PCA計(jì)數(shù)的控制位。

當(dāng)CIDL=0時(shí)， 空閑模式下PCA計(jì)數(shù)器繼續(xù)工作

當(dāng)CIDL=1時(shí)， 空閑模式下PCA計(jì)數(shù)器停止工作。

CPS2、CPS1、CPS0：PCA計(jì)數(shù)脈沖源選擇控制位。PCA計(jì)數(shù)脈沖選擇如下表所示。

例如，CPS2/CPS1/CPS0 = 1/0/0時(shí)，CCP/PCA/PWM的時(shí)鐘源是SYSclk，不用定時(shí)器0PWM的頻率為SYSclk/256。

如果要用系統(tǒng)時(shí)鐘/3來(lái)作為PCA的時(shí)鐘源, 應(yīng)選擇T0的益處作為CCP/PCA/PWM的時(shí)鐘源，此時(shí)應(yīng)讓T0工作在1T模式，計(jì) 3個(gè)脈沖即產(chǎn)生溢出 用T0的溢出可對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行1 ~ 65536級(jí)分頻(T0工作在16位重裝載模式)。

ECF：PCA計(jì)數(shù)溢出中斷使能 。

當(dāng)ECF = 0時(shí)，禁止寄存器CCON中CF位的中斷；

當(dāng)ECF = 1時(shí)，允許寄存器CCON中CF位的中斷。

1.2 PCA控制寄存器CCON

PCA控制寄存器的格式如下：

CCON : PCA控制控制寄存器

CF：PCA計(jì)數(shù)器陣列溢出標(biāo)志位。當(dāng)PCA計(jì)數(shù)器溢出時(shí) CF由硬件置位。如果CMOD寄存器的ECF位置位， CF標(biāo)志可用來(lái)產(chǎn)生中斷。CF位可通過(guò)硬件或軟件置位， 但只可通過(guò)軟 件清零。

CR：PCA計(jì)數(shù)器陣列運(yùn)行控制位。該位通過(guò)軟件置位， 用來(lái)起動(dòng)PCA計(jì)數(shù)器陣列計(jì)數(shù)。該位通過(guò)軟件清零， 用來(lái)關(guān)閉PCA計(jì)數(shù)器。

CCF2：PCA模塊2中斷標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)匹配或捕獲時(shí)該位由硬件置位。該位必須通過(guò)軟件清零。

CCF1：PCA模塊1中斷標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)匹配或捕獲時(shí)該位由硬件置位。該位必須通過(guò)軟件清零。

CCF0：PCA模塊0中斷標(biāo)志。當(dāng)出現(xiàn)匹配或捕獲時(shí)該位由硬件置位。該位必須通過(guò)軟件清零。

1.3 PCA比較/捕獲寄存器CCAPM0、CCAPM1和CCAPM2

PCA模塊0的比較/捕獲寄存器的格式如下：

CCAPM0 : PCA模塊0的比較/捕獲寄存器

B7：保留為將來(lái)之用。

ECOM0：允許比較器功能控制位

當(dāng)ECOM0＝1時(shí)，允許比較器功能

CAPP0：正捕獲控制位

當(dāng)CAPP0＝1時(shí)，允許上升沿捕獲

CAPN0：負(fù)捕獲控制位

當(dāng)CAPN0＝1時(shí)，允許下降捕獲

MAT0：匹配控制位

當(dāng)MAT0＝1時(shí)，PCA計(jì)數(shù)值與模塊的比較/捕獲寄存器的值的匹配將置位CCON寄存器的中斷標(biāo)志位CCF0。

TOG0：翻轉(zhuǎn)控制位

當(dāng)TOG0＝1時(shí)，工作在PCA高速脈沖輸出 PCA計(jì)數(shù)器的值與模塊的比較/捕獲

寄存器的值的匹配將使CCP0腳翻轉(zhuǎn)。

(CCP0/PCA0/PWM0/P1.1或CCP0_2/PCA0/PWM0/P3.5或CCP0_3/PCA0/PWM0/P2.5)

PWM0：脈寬調(diào)節(jié)模式。

當(dāng)PWM0＝1時(shí)， CCP0腳用作脈寬調(diào)節(jié)輸出。

(CCP0/PCA0/PWM0/P1.1或CCP0_2/PCA0/PWM0/P3.5或CCP0_3/PCA0/PWM0/P2.5)

ECCF0：使能CCF0中斷。使能寄存器CCON的比較/捕獲標(biāo)志CCF0， 用來(lái)產(chǎn)生中斷。

CCAPM1和CCAPM2分別是PCA1和PCA2模塊的比較/捕獲寄存器，功能了CCAPM0一樣，這里不做說(shuō)明了。

1.4 PCA的16位計(jì)數(shù)器 — 低8位CL和高8位CH

CL和CH地址分別為E9H和F9H，復(fù)位值均為00H，用于保存PCA的裝載值。

1.5 PCA捕捉/比較寄存器 — CCAPnL(低位字節(jié))和CCAPnH(高位字節(jié))

當(dāng)PCA模塊用于捕獲或比較時(shí)，它們用于保存各個(gè)模塊的16位捕捉計(jì)數(shù)值；當(dāng)PCA模塊用于PWM模式時(shí)，它們用來(lái)控制輸出的占空比。其中，n=0、1、2，分別對(duì)應(yīng)模塊0、模塊1和模塊2。復(fù)位值均為00H。它們對(duì)應(yīng)的地址分別為：

CCAP0L — EAH、CCAP0H — FAH：模塊0的捕捉/比較寄存器。

CCAP1L — EBH、CCAP1H — FBH：模塊1的捕捉/比較寄存器。

CCAP2L — ECH、CCAP2H — FCH：模塊2的捕捉/比較寄存器。

1.6 PCA模塊PWM寄存器PCA_PWM0、PCA_PWM1和PCA_PWM2

PCA模塊0的PWM寄存器的格式如下：

PCA_PWM0 : PCA模塊0的PWM寄存器

EBS0_1 , EBS0_0：當(dāng)PCA模塊0工作于PWM模式時(shí)的功能選擇位。

0 , 0 : PCA模塊0工作于8位PWM功能；

0 , 1 : PCA模塊0工作于7位PWM功能；

1 ， 0 ：PCA模塊0工作于6位PWM功能；

1 ， 1 ：無(wú)效，PCA模塊0仍工作于8位PWM模式.

EPC0H：在PWM模式下，與CCAP0H組成9位數(shù)。

EPC0L：在PWM模式下，與CCAP0L組成9位數(shù)。

PCA_PWM1和PCA_PWM2分別是PCA1和PCA2模塊的PWM寄存器，功能了PCA_PWM0一樣，這里不做說(shuō)明了。

PCA模塊的工作模式設(shè)定表位下表所示：

PCA模塊工作模式設(shè)定 CCAPMn寄存器，n = 0,1,2)

二、CCP/PCA模塊的工作模式

2.1 捕獲模式

PCA 模塊工作于捕獲模式的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。要使一個(gè)PCA模塊工作在捕獲模式，寄存器CCAPMn的兩位(CAPNn和 CAPPn)或其中任何一位必須置1。PCA模塊工作于捕獲模式時(shí)，對(duì)模塊的外部CCPn CCP0/P1.1,CCP1/P1.0, CCP2/P3.7)的跳變進(jìn)行采樣。當(dāng)采樣到有效跳變時(shí)，PCA硬件就將PCA計(jì)數(shù)器陣列列寄存器(CH和CL)的值裝載到模塊的捕獲寄存器中(CCAPnL和CCAPnH)。

PCA 捕獲模式圖

如果CCON特殊寄存器中的位CCFn和CCAPMn特殊功能寄存器的ECCFn位被置位，將產(chǎn)生中斷。可在中斷服務(wù)程序中判斷哪一個(gè)模塊產(chǎn)生了中斷，并注意中斷標(biāo)志位的軟件清零問(wèn)題。

2.2 捕獲模式測(cè)試程序

// PCA0 工作為 捕獲模式
// 這個(gè)模式有點(diǎn)類似 外部中斷或者計(jì)數(shù)器
#include "stc15.h"
int count = 0;
void PCAInit();
void main()
{
  PCAInit();
  EA = 1;    // CPU開(kāi)放中斷
  while (1);
}
// 捕獲模式 初始化
void PCAInit()
{
  CMOD = 0x05;    // PCA 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘位 系統(tǒng)時(shí)鐘  允許CCON中的CF位中斷
  CCON = 0x00;    // 初始化 寄存器
  CCAPM0 = 0x11;  // 下降沿捕獲  使能CCF0 中斷
  CL = 0;
  CH = 0;         // 初始化  計(jì)數(shù)器
  CR = 1;         // 允許PCA 模塊運(yùn)行
}
// 中斷服務(wù)程序
void PCA_isr() interrupt 7 
{
  CCF0 = 0;     // 清除中斷標(biāo)志位
  count ++;
  if(count == 100)
  {
    count = 0;
    P10 = !P10;   // P10 取反
  }
}

這里我采取的做法是，單片機(jī)的外部捕獲引腳CCP0(P1.1)外接到示波器的校準(zhǔn)輸出端上面，在中斷服務(wù)程序中計(jì)數(shù)100次，就把P1.0引腳輸出取反，這樣就把外部捕獲到的信號(hào)縮小了200倍輸出顯示了。

2.3 高速脈沖輸出模式

該模式中(下圖)，當(dāng)PCA計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值與模塊捕獲寄存器的值相匹配時(shí),PCA模塊的CCPn輸出將發(fā)生翻轉(zhuǎn)。要激活高速脈沖輸出模式，CCAPMn寄存器的TOGn，MATn和ECOMn位必須都置位。

PCA 高速脈沖輸出模式

CCAPnL的值決定了PCA模塊n的輸出脈沖頻率。當(dāng)PCA時(shí)鐘源是SYSclk時(shí)，輸出脈沖的頻率F位：

f = SYSclk / ([CPS2,CPS0] *2 * CCAPnL)

其中，SYSclk為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。由此，可以得到CCAPnL的值CCAPnL = SYSclk / ( 2×f ).

如果計(jì)算出的結(jié)果不是整數(shù)，則進(jìn)行四舍五入取整，即

CCAPnL = INT (SYSclk / ( 2×f ) + 0.5 )

其中，INT( )為取整運(yùn)算，直接去掉小數(shù)。

2.4 高速脈沖輸出模式測(cè)試程序

#include "stc15.h"
#define uint unsigned int
#define T1KHz 5530;  // SYSclk / ([CPS2,CPS0] *2 * CCAPnL)
uint value = 0;
void PCAInit();
void main()
{
  PCAInit();
  EA = 1;    // CPU開(kāi)放中斷
  while (1);
}
// 初始化PCA模塊
void PCAInit()
{
  CMOD = 0x08;    // PCA 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘位 系統(tǒng)時(shí)鐘  
  CCON = 0x00;    // 初始化 寄存器
  CL = 0;         //復(fù)位PCA計(jì)數(shù)器
  CH = 0;
  value = T1KHz;
  CCAP0L = value;  // 捕獲比較寄存器
  CCAP0H = value > > 8;
  value += T1KHz;
  CCAPM0 = 0x4D;  // 允許比較器功能 
  CR = 1;         // 允許PCA 模塊運(yùn)行
}
// 中斷服務(wù)程序
void PCA_isr() interrupt 7 
{
  CCF0 = 0; //清中斷標(biāo)志
  CCAP0L = value;  // 捕獲比較寄存器
  CCAP0H = value > > 8;
  value += T1KHz;
}

在CCP0引腳通過(guò)示波器，測(cè)得如上圖所示波形。

這里的PCA模塊的頻率為單片機(jī)時(shí)鐘頻率11.0592MHz，所以對(duì)外輸出鐘頻是：

11.0592MHz ÷ (2 * 5530) = 1KHz。

2.5 脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)

脈寬調(diào)制(PWM，Pulse Width Modulation)是一種使用程序來(lái)控制波形占空比、周期、相位波形的技術(shù)，在三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)、D/A轉(zhuǎn)換等場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。

STC15系列單片機(jī)的PCA模塊可以通過(guò)設(shè)定各自的寄存器PCA_PWMn (n=0,1,2.下同)中的位EBSn_1/PCA_PWMn.7及EBSn_0/PCA_PWMn.6，使其工作于8位PWM或7位PWM或6位PWM模式。

8位脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)

PCA PWM mode / 可調(diào)制脈沖寬度輸出模式結(jié)構(gòu)圖(PCA模塊工作于8位PWM模式)

當(dāng)PCA模塊工作于8位PWM模式時(shí)， 由于所有模塊公用僅有PCA定時(shí)器，所有它們的輸出頻率相同。各個(gè)模塊的輸出占空比是獨(dú)立變化的，與使用的捕獲寄存{EPCnL,CCAPnL[7:0]}

有關(guān)。當(dāng){0,CL[7:0]}的值小于{EPCnL,CCAPnL[7:0]}時(shí)，輸出為低；{0,CL[7:0]}的值等于或大于{EPCnL,CCAPnL[7:0]}時(shí)，輸出為高。當(dāng)CL的值由FF變?yōu)?0溢出時(shí){EPCnH,CCAPnH[7:0]}的內(nèi)容裝載到{EPCnL,CCAPnL[7:0]}中。這樣就可實(shí)現(xiàn)無(wú)干擾地更新PWM。要使能PWM模式，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。

當(dāng)PWM是8位的時(shí)：PWM的頻率=PCA時(shí)鐘輸入源頻率/256。

2.6 脈寬調(diào)節(jié)模式(PWM)測(cè)試程序

// PCA 工作為 PWM模式


#include "stc15.h"
void PCAInit();
void main()
{
  PCAInit();
  EA = 1;    // CPU開(kāi)放中斷
  while (1);
}
// 初始化
void PCAInit()
{
  CMOD = 0x00;    // PCA 計(jì)數(shù)器時(shí)鐘 系統(tǒng)時(shí)鐘/12 
  CCON = 0x00;    // 初始化 寄存器
  CCAPM0 = 0x42;          //PCA模塊0 PWM模式
  PCA_PWM0 = 0x00;        //PCA模塊0 工作于8位PWM
  CCAP0H = CCAP0L = 0x20; //PWM0的占空比為87.5% ((100H-20H)/100H)
  CR = 1;                 // 允許PCA 模塊運(yùn)行
}

PWM頻率 = 11.0592MHz ÷ 12 ÷ 256 = 3.61KHz

PWM占空比 = (256 - [CCAP0H = CCAP0L]) ÷ 256

代碼中注釋的 100H = 256。

關(guān)乎16位軟件定時(shí)器模式這里不做測(cè)試，其實(shí)就是高速脈沖輸出的變種程序。