Hi, Robots（一）：基于PIC硬件的PWM

其实我很早就有自己做一个机器人的想法了，受到两部《Iron Man》的刺激，曾热血沸腾，不过苦于没有经验，不知道从何入手。2010年第1期的《无线电》来了，我欣喜地发现上面有个关于机器人入门的专题。读了这次专题，我才知道，其实机器人也很好做。当然，敢说这句话，只是因为我有单片机基础，至于电子方面的问题，可以和老爸合作。我的想法是做一个最简单的机器人：避撞机器人，说白了就是一只车。

虽说是避撞，但是第一步还是要撞的。我的初步构想是，前面弄一根杆，杆上弄一排微动开关，撞上东西了微动就被触发，电平变化，单片机做出指示：倒退、转弯。等这个作品完成了，再来真正的避撞，大概用红外线来搞吧。

本以为撞只是简单的事情，但看到后面才想起来：电机是模拟的，而单片机输出的信号确是数字的（即要么高电平，要么低电平），无法控制电机的快慢。这才注意到应该用PWM来实现。根据维基百科上面的解释：
脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation, 缩写为 PWM），简称脉宽调制，是将模拟信号 转换为脉波的一种技术，一般转换后脉波的周期固定，但脉波的占空比会依模拟信号的大小而改变。

占空比说白了就是在一个周期内，高电位时间占总时间的多少，例如下面，占空比就是T1/T。

也就是利用占空比，可以调整输出的“电压”，从而来控制模拟器件的运行。要控制直流电机，就要学会PWM！PIC16F877A单片机中带有两路的CCP模块，也就是支持两路PWM。不过这两路共用TMR2计时器，所以它们频率相同，但是可以设置独立的占空比。经过一个早上的奋斗，终于弄懂了基于PIC硬件的PWM。

PIC16F877A的CCP模块通过两个寄存器控制：CCP1CON、CCP2CON。因为功能相同，所以下面直接将(1,2)写为x，即CCPxCON。单片机具有10位精度的占空比控制，用到的寄存器是CCPRxL和CCPxCON<5:4>（其中CCPRxL是高8位，CCPxCON<6:5>是低2位）。同时，PWM功能需要结合TMR2实现，所以又要用到PR2和T2CON两个寄存器。

PWM 周期是通过写Timer2 的PR2 寄存器来指定的。可以使用如下公式来计算：PWM周期=(PR2+1)4TOSC(TMR2预分频值)（TOSC=1/FOSC）。例如使用的是4MHz的晶振，它的TOSC=0.25μs，TMR2预分频值为1:1，要产生5kHz的方波，也就是PWM周期为200μs，PR2=200μs/(40.25μs*1)-1=199。

占空比也可以通过公式来计算：占空比=(CCPRxL:CCPxCON<5:4>)/4(PR2+1)。例如PR=199，要获得60%的占空比，那么CCPRxL:CCPxCON<5:4>就要设为560，即CCPRxL=140、CCPxCON<5:4>=0。

从上面可以看出，PR2不仅用来控制TMR2，而且可以被用来控制PWM。下面再来介绍一下CCPxCON：

它的高2位未定义，<5:4>是对TMR2补充的2位，<3:0>模式设置，为了开启PWM，可以设为1100。

理论的基础就是这样，在TMR2为PWM计数同时，也可以设置中断，这样就可以利用TMR2中断来做其他的事情，包括修改占空比，实现SPWM等。由于控制直流电机只需要输出方波即可，所以这里不做深入研究。

根据PIC16F877A的引脚图，CCP1模块控制RC2，CCP2控制RC1，启用PWM时硬件会自动控制高低电平。需要注意的是，要把RC1和RC2设为输出。

下面来看看软件方面的实现。

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/*
2011-1-1
Auther：abcdabcd987
通过两个按键，实现动态改变两路PWM的占空比。硬件方面，在RC1和RC2接上10k电阻和LED。
*/
#include <pic.h>
#include "ButtonPress.h";//用来做按键扫描，内容略去。
__CONFIG(0x2739);
bit Up1,Up2;
int Light1,Light2;
void delay(int);
void SetLight1(int);
void SetLight2(int);
int main();
int main()
{
  TRISB = 0xff;
  TRISC = 0;
  PORTC = 0;
  PR2 = 199; //200us/(4*0.25us)-1
  T2CON = 0b00000100;//1:1,1:1
  CCP1CON = 0b00001100; //PWM Mode
  CCP2CON = 0b00001100; //PWM Mode
  Up1 = 1;
  Light1 = 256;
  Up2 = 0;
  Light2 = 480;
  SetLight1(Light1);
  while(1)
  {
      if (IsPressedBT1())
      {
          if (Up1)
          {
              ++Light1;
              if (Light1 == 800)
                  Up1 = 0;
          }
          else
          {
              --Light1;
              if (Light1 == 1)
                  Up1 = 1;
          }
      }
      if (IsPressedBT2())
      {
          if (Up2)
          {
              ++Light2;
              if (Light2 == 800)
                  Up2 = 0;
          }
          else
          {
              --Light2;
              if (Light2 == 1)
                  Up2 = 1;
          }
      }
      SetLight1(Light1);
      SetLight2(Light2);
      delay(0xff);
  }
}
void SetLight1(int Light)
{
  char low = (Light&3)<<2|0b00001100;
  char high = Light>>2;
  CCP1CON = low;
  CCPR1L = high;
}
void SetLight2(int Light)
{
  char low = (Light&3)<<2|0b00001100;
  char high = Light>>2;
  CCP2CON = low;
  CCPR2L = high;
}
void delay(int x)
{
  while(--x);
}

这是最简单的程序。效果不错，在示波器上可以看到波形（悲剧的是用Proteus模拟的时候竟然不变，模拟和现实往往存在差距啊╮(╯▽╰)╭），频率计上也显示5000Hz。

学会PWM，就离Robots近了一步。

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