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51单片机-DA（数字转模拟）（呼吸灯）

🕗 发布于 2024-09-23 15:58 51单片机  嵌入式硬件  单片机  

作者：Whappy

个人理解：将电压或电流信号进行等分或不等分（高电平的电压范围和低电平的范围，如0-5v，0-1.8位低电平，3.8-5v为高电平），同样也是通过采样，量化等操作将不连续的数字量进行模拟化。（实际转换中精度很重要！）本实验通过PWM实现

DA：常用T型电阻网络事项

AD：常用逐次逼近型AD转化器

采用PWM来实现数字信号到模拟信号的编码！（也可以说PWM是一种对模拟信号的编码方法）

（在这个DA存在交直流分量，我们只需要直流分量）采用二阶低通滤波器截止频率较低，作用就是将交流分量滤除！（由于低通滤波器的驱动能力也很弱，后面加一个电压跟随器，增大驱动能力）

main.c

/**************************************************************************************
深圳市普中科技有限公司（PRECHIN 普中）
技术支持：www.prechin.net
PRECHIN
 普中

实验名称：DAC模数转换实验
接线说明：
实验现象：下载程序后，DAC(PWM)模块上的指示灯DA1呈呼吸灯效果，由暗变亮再由亮变暗
注意事项：  
***************************************************************************************/
#include "public.h"
#include "pwm.h"


/*******************************************************************************
* 函 数 名       : main
* 函数功能 : 主函数
* 输    入       : 无
* 输    出     : 无
*******************************************************************************/
void main()
{
u8 dir=0;//默认为0
u8 duty=0;

pwm_init(0XFF,0XF6,100,0);//定时时间为0.01ms，PWM周期是100*0.01ms=1ms，占空比为0%

while(1)
{
if(dir==0)//当dir为递增方向
{
duty++;//占空比递增
if(duty==70)dir=1;//当到达一定值切换方向，占空比最大能到100，但到达70左右再递增，
//肉眼也分辨不出亮度变化
}
else
{
duty--;
if(duty==0)dir=0;//当到达一定值切换方向
}
pwm_set_duty_cycle(duty);//设置占空比
delay_ms(1);//短暂延时，让呼吸灯有一个流畅的效果
}
}

PWM.c

#include "pwm.h"

//全局变量定义
u8 gtim_h=0;//保存定时器初值高8位
u8 gtim_l=0;//保存定时器初值低8位
u8 gduty=0;//保存PWM占空比
u8 gtim_scale=0;//保存PWM周期=定时器初值*tim_scale


/*******************************************************************************
* 函 数 名       : pwm_init
* 函数功能 : PWM初始化函数
* 输    入       : tim_h：定时器高8位
   tim_l：定时器低8位
   tim_scale：PWM周期倍数：定时器初值*tim_scale
   duty：PWM占空比（要小于等于tim_scale）
* 输    出     : 无
*******************************************************************************/
void pwm_init(u8 tim_h,u8 tim_l,u16 tim_scale,u8 duty)
{
gtim_h=tim_h;//将传入的初值保存在全局变量中，方便中断函数继续调用
gtim_l=tim_l;
gduty=duty;
gtim_scale=tim_scale;

TMOD|=0X01;//选择为定时器0模式，工作方式1
TH0 = gtim_h;//定时初值设置 
TL0 = gtim_l;
ET0=1;//打开定时器0中断允许
EA=1;//打开总中断
TR0=1;//打开定时器
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : pwm_set_duty_cycle
* 函数功能 : PWM设置占空比
* 输    入       : duty：PWM占空比（要小于等于tim_scale）
* 输    出     : 无
*******************************************************************************/
void pwm_set_duty_cycle(u8 duty)
{
gduty=duty;
}

void pwm(void) interrupt 1//定时器0中断函数
{
static u16 time=0;

TH0 = gtim_h;//定时初值设置 
TL0 = gtim_l;

time++;
if(time>=gtim_scale)//PWM周期=定时器初值*gtim_scale，重新开始计数
time=0;
if(time<=gduty)//占空比
PWM=1;
else
PWM=0;
}

代码思路

该代码实现了一个 PWM（脉宽调制）控制的呼吸灯，通过 DAC 模数转换 来控制灯的亮度。主要原理是通过调节 PWM 占空比（duty cycle）来实现灯的亮度从暗到亮，再从亮到暗的逐渐变化，产生呼吸灯的效果。

主要工作原理：

  • PWM 信号的占空比控制输出设备（此处为LED）的亮度。

  • 通过递增或递减占空比，模拟灯光由暗到亮再由亮到暗的变化，形成呼吸灯效果。

  • 使用定时器周期性地产生中断，并在中断中根据当前占空比控制 LED 的开关状态。

代码实现的主要方法

  1. 全局变量的使用：

    • gtim_h 和 gtim_l：保存定时器的初值，设定定时器0的初始计数值。

    • gduty：当前 PWM 的占空比，控制灯亮度。

    • gtim_scale：PWM 周期长度，由定时器初值与该变量相乘得到。

  2. PWM初始化函数 (pwm_init())：

    • 该函数初始化定时器0，用于生成 PWM 信号。通过设置定时器的初值以及周期倍数 tim_scale 来控制 PWM 信号的频率。

    • 开启定时器和中断，开始产生 PWM 信号。

  3. 占空比设置函数 (pwm_set_duty_cycle())：

    • 该函数用于设置 PWM 信号的占空比，从而控制输出设备（LED）的亮暗变化。占空比的范围为 0 到 tim_scale。

  4. 定时器中断服务函数 (pwm())：

    • 每次定时器0产生中断时会执行该函数。

    • 通过计数器 time 记录定时器溢出的次数。当 time 小于占空比时，输出高电平（点亮LED）；当 time 超过占空比时，输出低电平（熄灭LED）。

    • time 从0递增到 gtim_scale，表示一个完整的 PWM 周期。

  5. 主函数 (main())：

    • 主函数控制占空比的递增和递减，使得 LED 亮度随着时间逐渐增加和减小，形成呼吸灯效果。

    • 使用 dir 变量控制递增或递减方向，当占空比达到70时改变方向（因为人眼对亮度的变化在某个范围内不再敏感）。

    • delay_ms(1) 用于在占空比每次变化时稍作延时，使得呼吸灯效果更加平滑。

实现思路

  1. PWM控制亮度：

    • 通过定时器0定时产生中断，利用占空比控制 PWM 信号的高低电平。高电平时间越长，LED 越亮；高电平时间越短，LED 越暗。

  2. 呼吸灯效果：

    • 通过在主循环中不断改变占空比，使灯光的亮度呈现由暗变亮、由亮变暗的循环变化。

  3. 定时器中断机制：

    • 定时器中断周期性触发，根据设定的 PWM 周期和占空比控制输出，确保 PWM 信号的精准性。

代码的主要好处

  • 高效性：通过定时器和中断机制，系统可以在不占用主程序的情况下精准地产生 PWM 信号，减少 CPU 负载。

  • 流畅性：通过逐渐改变占空比，呼吸灯效果十分平滑，不会出现明显的亮暗突变。

  • 可调性：通过设置不同的 PWM 周期和占空比范围，可以很方便地调节 LED 的亮暗周期和呼吸灯效果。

总结

该代码展示了如何利用51单片机定时器和中断功能生成 PWM 信号，从而控制 LED 的亮度变化，最终实现呼吸灯效果。通过精确的时间控制和占空比调节，实现了灯光的渐变效果，具备良好的流畅性和稳定性。


原文地址：https://blog.csdn.net/qq_58662017/article/details/142355313

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