飞思卡尔PWM模块与编程

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 PWM 对外输出脉冲的频率范围。

PSWAI=1 ---  MCU 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 MCU 就是处于等待状态，也允许时钟的输入。

PFRZ=1 ---  MCU 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 × 2

4、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 PWMCNTx 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 PWM 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 PWM 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（PWMEx = 0）

这样就会使 PWM 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 PWMPER0 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 PWM 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（PWMEx = 0）

这样就会使 PWM 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 PWMCNT 继续计数，当计数值与周期常数 PWMPER 相等时，比较器输出有效，将触发器复位，同时也使 PWMCNT 复位，结束一个输出周期。

S12微控制器PWM模块是由运行的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 × 2

4、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 ] 

1、A/D转换原理

A/D转换的过程是模拟信号依次通过取样、保持和量化、编码几个过程后转换为数字格式。

a)取样与保持

一般取样与保持过程是同时完成的，取样-保持电路的原理图如图16所示，由输入放大器A1、输出放大器A2、保持电容CH和电子开关S组成，要求 AV1 * AV2 =  1。原理是：当开关S闭合时，电路处于取样阶段，电容器充电，由于 AV1 * AV2 =  1，所以输出等于输入；当开关S断开时，由于A2输入阻抗较大而且开关理想，可认为CH没有放电回路，输出电压保持不变。

图16  取样-保持电路

取样-保持以均匀间隔对模拟信号进行抽样，并且在每个抽样运算后在足够的时间内保持抽样值恒定，以保证输出值可以被 A/D 转换器精确转换。

b)量化与编码

量化的方法，一般有舍尾取整法和四舍五入法，过程是先取顶量化单位Δ，量化单位取值越小，量化误差的绝对值就越小，具体过程在这里就不做介绍了。将量化后的结果用二进制码表示叫做编码。

2、A/D转换器的技术指标

a)分辨率

分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力，理论上，n位A/D转换器能区分的输入电压的最小值为满量程的 1/2n 。也就是说，在参考电压一定时，输出位数越多，量化单位就越小，分辨率就越高。S12的ATD模块中，若输出设置为8位的话，那么转换器能区分的输入信号最小电压为19.53mV。

b)转换时间

A/D转换器按其工作原理可以分为并联比较型（转换速度快ns级）、逐次逼近型（转换速度适中us级）、双积分型（速度慢抗干扰能力强）。

不同类型的转化的A/D转换器转换时间不尽相同，S12的ATD模块中，8位数字量转换时间仅有6us，10位数字量转换时间仅有7us。

S12内置了2组10位/8位的A/D模块：ATD0和ATD1，共有16个模拟量输入通道，属于逐次逼近型A/D转换器（这个转换过程与用天平称物的原理相似）。

1、功能结构图

图17  A/D 模块功能结构图

     图17所示的是 A/D 模块的功能结构，这个功能模块被虚线划分成为图示所示的虚线所隔离的三个部分：IP 总线接口、转换模式控制/寄存器列表，自定义模拟量。

IP 总线接口负责该模块与总线的连接，实现 A/D 模块和通用 I/O 的目的， 还起到分频的作用；

转换模式控制寄存器列表中有控制该模块的所有的寄存器，执行左右对齐运 行和连续扫描。

自定义模拟量负责实现模拟量到数字量的转换。包括了执行一次简单转换所 需的模拟量和数字量。

2、 HCS12 中A/D转化模块特点

8/10 位精度；7 us, 10-位单次转换时间.；采样缓冲放大器；可编程采样时间； 左/右对齐,  有符号/无符号结果数据；外部触发控制；转换完成中断；模拟输入 8 通道复用；模拟/数字输入引脚复用；1 到 8 转换序列长度；连续转换模式；多通 道扫描方式。

ATD 模块有模拟量前端、模拟量转换、控制部分及结果存储等四部分组成。其中模拟前端包括多路转换开关、采样缓冲器、放大器等，结果存储部分主要有8个 16 位的存储器和反映工作状态的若干标志位。

1、ATD0控制寄存器2---ATD0CTL2

ATD0CTL2主要控制ATD0的启动、状态标志以及上电模式，对寄存器进行写操作时，将中断当前的转化过程。寄存器ATD0CTL2如图18所示：

图18  ATD0CTL2寄存器

ADPU：A/D 使能控制位，相当于一个开关，用来启动/禁止A/D转换

1 = A/D 模块上电

0 = 禁止 A/D，以减少功耗

AFFC：A/D 快速转换完成标志位清零

1 =  快速标志位清零顺序，每次读取结果寄存器自动清零

0 =  正常标志位清零顺序，需要软件方式对状态标志位清零

AWAI：A/D  等待模式

       1 =  等待模式下，ATD继续运行

  0 =  等待模式下，ATD停止运行，以降低功耗

ETRIGP、ETRIGLE、ETRIGE:

ETRIGLE        ETRIGP        ETRIGE        描述

x        x        0        忽略外部触发

0        0        1         下降沿触发

0        1        1        上升沿触发

1        0        1        低电平触发

1        1        1        高电平触发

【注意】ETRIGE：外部触发使能控制位，该功能借助引脚AN7，当AN7接收到外部触发时，启动A/D转换，否则不进行转换。0--忽略外部触发；1--有外部触发时开始转换，此时AN7不能用于A/D转换。

ASCIE：A/D  转化序列转换结束中断使能控制位

       1 = 允许ATD转换序列转换结束后发生中断

    0 = 禁止ATD 中断

ASCIF：A/D转换序列转换结束中断标志，只用于读。

    1 = 发生中断

0 = 为发生中断        

2、ATD0控制寄存器3---ATD0CTL3

ATD0CTL3主要控制结果寄存器的映射，设置转换序列的长度，还可以暂时冻结ATD0模块，尤其确定ATD0在BDM状态下的行为。寄存器ATD0CTL3如图19所示：

图19  ATD0CTL3寄存器

S1C、S2C、S4C、S8C：转换序列长度选择位控制位

【注意】ATD的每次启动要进行若干次扫描循环，每次扫描循环称为一个转换序      列。

FIFO：结果寄存器 FIFO模式控制位，

1 =  结果寄存器映射到转换序列

0 =  结果寄存器没有映射到转换序列

FRZ0、FRZ1:背景调试冻结控制位

        FRZ        Response

        00        Ignore IFREEZE(冻结模式下继续转换)

        01        Reserved(冻结模式下保留)

        10        Finish conversion then freeze(完成转换后冻结)

        11        Freeze Immediately(冻结模式下立刻冻结)

3、ATD0控制寄存器4---ATD0CTL4

ATD0CTL4用于选择时钟，选择采样转换时间以及选择8位/10位转换方式。寄存器ATD0CTL4如图20所示：

图20  ATD0CTL4寄存器

SRES8 ： A/D 精度选择控制位

1 = 将采集到的模拟量以8位二进制数表示

0 = 将采集到的模拟量以10位二进制数表示

SMP0、SMP1 : 采样时间选择控制位

SMP [1:0]        采样时间

00        2 A/D 时钟周期

01        4 A/D 时钟周期

10        8 A/D 时钟周期

11        16 A/D 时钟周期

PPS[0:4] : 5 位 模数计数器预分频器

-  分频系数从 2 到 

-  A/D时钟计算公式 ：ATDClock = BusClock/(PRS + 1) × 0.5

-  A/D时钟频率应满足： 

【注意】对于AD转换来说，它的转换周期包括采样时间和运算时间。如果频率太高，则采样时间过短。这对于输出阻抗比较大或信号频率比较高的信号来说，就会产生较大的采样误差，那么AD转换的精度就会受较大的影响。

4、ATD0控制寄存器4---ATD0CTL5

ATD0CTL5用于选择转换方式，选择转换通道，设置单/多通道转换和单次/连续转换模式以及对齐方式。寄存器ATD0CTL5如图20所示：

5、ATD0状态寄存器5---ATD0START0、ATD0START0

ATD0START0反映当前的转换通道、A/D转换是否结束、是否有外部触发等；

ATD0START1反映转换序列中相应的转换是否完成。寄存器ATD0START0、ATD0START1如图21所示： 

SCF ---转换序列完成标志

       在单次转换模式时，当转换完成后置位 (SCAN = 0)

       在连续转换模式时，当第一次转换完成后置位 (SCAN = 1)，当AFFC = 0，写 1 清零。

ETORF ---外部触发覆盖标志

   如果在转换过程中高/低电平出现，置位 FIFOR

   当结果寄存器在读出之前已经被写入时，置位 ( CCF 没有清零) 

CC[2:0]转换计数器---3位计数器指向下一个将要转换的通道 

CCF7 -CCF0 ---通道转换完成标志位每个相应的通道转换结束后置位,当相应的 A/D 结果寄存器被读出时，清零，注意当 AFFC 位不同时的情况

第十六讲：A/D转换应用实例

要让 ATD 开始转换工作，必须经过以下三个步骤：

1.将 ADPU 置 1，使 ATD 启动；

2.按照要求对转换为数、扫描方式、采样时间、时钟频率及标志检查等方式 进行设置；

3.发出启动命令；

如果上电默认状态即能满足工作要求，那么只要将 ADPU 置 1，然后通过控 制寄存器发出转换命令，即可实现转换。

【例程2】

程序描述：由通道ATD0进行单通道A/D转换，转换值在B口显示

程序如下：

#include       /* common defines and macros */

#include      /* derivative information */

#pragma LINK_INFO DERIVATIVE "mc9s12dg128b"

/******定义变量********/

word AD_wValue;//AD转换结果

/*时钟初始化*/

void PLL_Init(void)      //PLLCLK=2*OSCCLK*(SYNR+1)/(REFDV+1)

{                     //锁相环时钟=2*16*(2+1)/(1+1)=48MHz

  REFDV=1;           //总线时钟=48/2=24MHz

  SYNR=2;

  while(!(CRGFLG&0x08));

  CLKSEL=0x80;

}

/*AD初始化*/

void AD_Init(void)     

{

  ATD0CTL2=0xC0;  // 启动A/D, 快速清零, 无等待模式, 禁止外部触发, 中断禁止

  ATD0CTL3=0x20;  // 转换序列长度为4, No FIFO, Freeze模式下继续转换

  ATD0CTL4=0x85; // 8位精度, 2个时钟, ATDClock=[BusClock*0.5]/[PRS+1]=2MHz