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单片机：实现pwm调光（附带源码）

article 2025/1/21 8:59:10

单片机实现PWM调光

PWM（脉宽调制）是一种通过调整信号的高电平和低电平的比例来控制功率输出的方法。PWM信号通常用于控制电机速度、LED亮度等。通过调节PWM信号的占空比（Duty Cycle），可以精确控制LED的亮度。在本项目中，我们将使用8051单片机实现PWM调光，通过PWM控制LED的亮度。

项目目标

PWM信号产生：通过定时器和中断产生PWM信号。
PWM调光控制：根据PWM的占空比调节LED的亮度。
用户交互：通过按键或其他输入方式来调整LED亮度。
定时器中断：使用定时器中断来控制PWM信号的周期和占空比。

一、硬件设计

1.1 单片机选择

本项目使用8051单片机。8051单片机具有定时器模块，可以生成精确的PWM信号，适合本项目的需求。

1.2 外部硬件

LED：用作调光目标。通过控制LED的开关频率来改变其亮度。
按键：用于调整LED的亮度。每按一次键，PWM的占空比增加或减少。
定时器：用于生成PWM信号。定时器会周期性地触发中断，控制LED的亮灭周期。

1.3 硬件连接

LED连接：LED连接到8051的某个I/O端口（例如P1.0），通过PWM信号控制LED的亮度。
按键：通过P3端口连接按键。按下按键时，通过软件控制PWM的占空比，调节LED亮度。

二、系统设计

2.1 功能模块

PWM生成模块：使用定时器模块生成PWM信号，并通过中断控制PWM的占空比。
LED调光模块：控制LED的亮度，根据PWM信号的占空比调节LED的亮灭比例。
按键输入模块：通过按键调整PWM的占空比，从而改变LED的亮度。

2.2 数据结构

PWM占空比：通过一个变量存储当前的占空比。占空比的范围通常为0~100，用来决定LED的亮度。
定时器周期：定时器控制PWM信号的周期，通常为1ms或更短的时间。

2.3 工作原理

PWM信号生成：通过定时器中断产生PWM信号。定时器定时中断，每次中断时根据当前的占空比决定LED的亮灭状态。
LED调光：当PWM信号的高电平持续时间越长，LED的亮度越高；反之，LED的亮度越低。
按键调整：每次按下按键时，PWM的占空比增加或减少，从而调整LED的亮度。

三、程序设计

3.1 定时器中断

我们使用8051的定时器中断，每次定时器溢出时，更新PWM信号的状态（高电平或低电平），从而控制LED的亮度。

3.2 主程序框架

初始化定时器：使用定时器中断来控制PWM周期。
PWM信号更新：定时器中断触发时更新PWM信号的占空比，控制LED的亮灭状态。
按键扫描：通过按键输入调整PWM占空比，从而改变LED亮度。

3.3 代码实现

#include <reg51.h>  // 包含8051单片机的寄存器定义

// 定义LED连接的端口
#define LED P1_0  // LED连接到P1.0

// 定义按键输入的端口
#define BUTTON_UP P3_0  // 增加亮度的按键
#define BUTTON_DOWN P3_1  // 减少亮度的按键

// PWM占空比，范围从0到100
unsigned char pwm_duty_cycle = 50;  // 默认占空比为50%

// 定时器初始化函数
void timer0_init() {
    TMOD = 0x02;  // 设置定时器0为模式2（自动重装载模式）
    TH0 = 0xFF;   // 定时器初值（1ms计时）
    TL0 = 0x00;   
    IE = 0x82;    // 启用定时器中断
    TR0 = 1;      // 启动定时器0
}

// 延时函数
void delay_ms(unsigned int ms) {
    unsigned int i, j;
    for (i = 0; i < ms; i++) {
        for (j = 0; j < 120; j++) {
            // 空循环，产生延时
        }
    }
}

// 按键扫描函数
unsigned char key_scan() {
    if (BUTTON_UP == 0) {  // 如果按下增加亮度键
        delay_ms(20);  // 去抖动
        return 1;  // 增加亮度
    }
    if (BUTTON_DOWN == 0) {  // 如果按下减少亮度键
        delay_ms(20);  // 去抖动
        return 2;  // 减少亮度
    }
    return 0;  // 无操作
}

// 更新PWM占空比
void update_pwm() {
    static unsigned char pwm_counter = 0;  // 用于计时PWM周期

    if (pwm_counter < pwm_duty_cycle) {
        LED = 1;  // 亮
    } else {
        LED = 0;  // 灭
    }

    pwm_counter++;
    if (pwm_counter >= 100) {
        pwm_counter = 0;  // 重新计时
    }
}

// 定时器中断函数
void timer0_isr() interrupt 1 {
    update_pwm();  // 更新PWM信号状态

    TH0 = 0xFF;  // 重装载定时器初值
    TL0 = 0x00;  
}

// 主函数
void main() {
    timer0_init();  // 初始化定时器

    while (1) {
        unsigned char key = key_scan();
        
        if (key == 1) {  // 增加亮度
            if (pwm_duty_cycle < 100) {
                pwm_duty_cycle++;  // 增加PWM占空比
            }
        }
        
        if (key == 2) {  // 减少亮度
            if (pwm_duty_cycle > 0) {
                pwm_duty_cycle--;  // 减少PWM占空比
            }
        }
    }
}

四、程序说明

PWM信号生成：使用定时器中断，每次定时器溢出时，通过比较pwm_counter与pwm_duty_cycle，决定LED的亮灭状态。如果pwm_counter小于pwm_duty_cycle，LED亮，否则LED灭。PWM的占空比由pwm_duty_cycle变量控制，范围从0到100。
按键扫描：通过key_scan()函数扫描按键输入。当按下“增加亮度”按键时，PWM占空比增加；当按下“减少亮度”按键时，PWM占空比减少。
定时器中断：定时器每1ms中断一次，控制PWM信号的周期，更新LED的亮灭状态，模拟调光效果。