根据定时器计算出来的PWM频率不对，问题出在那里？

猪小呆 · 发表于 2023-12-26 20:41:47

看到坛友用51单片机生成PWM的帖子，发现计算结果怎么算也对不上，请各位大神看看问题出在哪里：

首先是定时器的设置，经过坛友的指导终于搞明白了，这里的10在12Mhz晶振的情况下代表每10微秒中断一次：

TH0=(65536-10)/256; //10us初值高8位
TL0=(65536-10)%256; //10us初值低8位

复制代码

接下来是中断函数，每中断100次就重新开始计数，而每次中断是10us，所以这里应该是1000微秒也就是1毫秒重新开始输出一次PWM，也就是PWM的频率应该是1000HZ：

void time0 ()interrupt 1 //定时器中断函数
{
TR0=0; //
TH0=(65536-10)/256;
TL0=(65536-10)%256;
TR0=1; //
time++; //
if(time>=100) //如果定时满了100次
time=0; //定时清零
if(time<=duty) //如果小于10，相当于只有10%时间是高电平，
PWM=1; //输出高电平
else
PWM=0; //其它时间输出低电平
}

复制代码

但是坛友用示波器测出来的频率是263HZ，并不是计算出来的1000HZ，是哪里出了问题？

xixia001 · 发表于 2023-12-26 22:34:15

这几步执行都要消耗时间
TH0=(65536-10)/256;
TL0=(65536-10)%256;
TR0=1;
另外，单片机在检测到中断申请时，需要将当前正在运行的工作寄存器中的值保存下来，以便中断结束后恢复。也就是所谓的进栈出栈。这些都要消耗时间。
时间长了，记不清了。

kkdkj · 发表于 2023-12-26 22:46:31

过来学习，敬等高手上场。

fishok · 发表于 2023-12-26 23:35:25

你确认10us里51能跑完那一串命令? 用汇编还差不多.

mmxx2015 · 发表于 2023-12-27 00:33:48

fishok 发表于 2023-12-26 23:35
你确认10us里51能跑完那一串命令? 用汇编还差不多.

如果是12MHz的STC89C52，10μS确实跑不完中断中的程序。

CSEG AT 0000BH
LJMP time0 5T
; void time0 ()interrupt 1 //定时器中断函数
RSEG ?PR?time0?IO_MODE
USING 0
time0:
PUSH ACC 5T
PUSH PSW 5T
; SOURCE LINE # 30
; {
; TR0=0; //
; SOURCE LINE # 32
CLR TR0 3T
; TH0=(65536-10)/256;
; SOURCE LINE # 33
MOV TH0,#0FFH 3T
; TL0=(65536-10)%256;
; SOURCE LINE # 34
MOV TL0,#0F6H 3T
; TR0=1; //
; SOURCE LINE # 35
SETB TR0 3T
; time++; //
; SOURCE LINE # 36
INC time 3T
; if(time>=100) //如果定时满了100次
; SOURCE LINE # 37
MOV A,time 2T
CLR C 1T
SUBB A,#064H 2T
JC ?C0001 2T/4T
; time=0; //定时清零
; SOURCE LINE # 38
MOV time,#00H 3T
?C0001:
; if(time<=duty) //如果小于10，相当于只有10%时间是高电平，
; SOURCE LINE # 39
MOV A,time 2T
SETB C 1T
SUBB A,duty 2T
JNC ?C0002 2T/4T
; PWM=1; //输出高电平
; SOURCE LINE # 40
SETB PWM 3T
SJMP ?C0004 4T
?C0002:
; else
; PWM=0; //其它时间输出低电平
; SOURCE LINE # 42
CLR PWM 3T
; }
; SOURCE LINE # 43
?C0004:
POP PSW 4T
POP ACC 4T
RETI 8T
; END OF time0

复制代码

即使忽略中断响应过程，从中断跳转开始算，中断中用时约69T，如果是12MHz的STC89C52，即使工作在6分频模式，也要69*(1/(12MHz/6))=34.5μS。看程序设置初值(65536-10)，可能是工作在12分频模式，用时69*(1/(12MHz/12))=69μS。即使按官方资料最高频率42MHz、6分频模式，也需要69*(1/(42MHz/6))=9.86μS。

hellozwt · 发表于 2023-12-27 10:47:24

我也有此疑问，今天又做了一次试验
我把初值改成100 定时次数改为10 总的中断时间还是1mS 频率794Hz

TH0=(65536-100)/256; //
TL0=(65536-100)%256; //

茶壹杯 · 发表于 2023-12-27 11:21:06

hellozwt 发表于 2023-12-27 10:47
我也有此疑问，今天又做了一次试验
我把初值改成100 定时次数改为10 总的中断时间还是1mS 频率794Hz

其实答案楼上几位已经给出了
把中断处理代码改成最简单的方波试试

如果无法优化代码就简化任务

wangxiangtan2 · 发表于 2023-12-27 11:29:31

时钟周期

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]时钟周期也叫振荡周期或晶振周期，即晶振的单位时间发出的脉冲数，一般有外部的振晶产生，比如12MHZ=12×10的6次方，即每秒发出12000000个脉冲信号，那么发出一个脉冲的时间就是时钟周期，也就是1/12微秒。通常也叫做系统时钟周期。是计算机中最基本的、最小的时间单位。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在传统的8051单片机中把一个时钟周期定义为一个节拍(用P表示)，二个节拍定义为一个状态周期(用S表示)。

机器周期

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]单片机在执行指令的过程中，其实需要完成很多个操作，比如，取指令、存储器读、存储器写等，这每一项工作称为一个基本操作。在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段，每一阶段完成一项工作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个S周期(状态周期)组成。传统8051系列单片机的一个机器周期由6个S周期(状态周期)组成。节拍和状态周期前面已经介绍过了。传统8051单片机的机器周期由6个状态周期组成，也就是说一个机器周期=6个状态周期=12个时钟周期。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]在传统的51单片机中，一般情况下，1个机器周期=12个时钟周期。在一个单片机最小系统中，如果外接的是12MHZ的晶振，那么机器周期=1微秒（前几天问小编为什么是1us的小伙伴到此处来领取答案）。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]单片机工作时，是一条一条地从ROM中取指令，然后一步一步地执行。单片机访问一次存储器的时间，称之为一个机器周期，这是一个时间基准。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]机器周期不仅对于指令执行有着重要的意义，而且机器周期也是单片机定时器和计数器的时间基准。例如一个单片机选择了12MHZ晶振，那么当定时器的数值加1时，实际经过的时间就是1us，这就是单片机的定时原理。

指令周期

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]指令周期是执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成。指令不同，所需的机器周期数也不同。对于一些简单的的单字节指令，在取指令周期中，指令取出到指令寄存器后，立即译码执行，不再需要其它的机器周期。对于一些比较复杂的指令，例如转移指令、乘法指令，则需要两个或者两个以上的机器周期。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]

系统时钟

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]系统时钟：系统时钟就是CPU指令运行的频率，这个才是CPU真正的频率。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]一般来说,单片机只有一个时钟源.用了外部晶振,就不用内部RC,用了内部RC,就不用外部晶振。振荡器振荡,产生周期波.单片机在这样的周期波的作用一下有规律的一拍一拍的工作,波的频率越高,单片工作得就越快,波的频率越低,单片机工作得就越慢。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]单片机内部所有工作，都是基于由晶振产生的同一个触发信号源，由这个信号来同步协调工作步骤，我们把这个信号称为系统时钟，系统时钟一般由晶振产生，但在单片机内部系统时钟不一定等于晶振频率，有可能小于晶振频率，也有可能大于晶振频率，具体要看单片机的实际设计及其原理。比如传统的51单片机，其实际的系统时钟就只有晶振频率的1/12,；比如大家觉得比较高级的STM32单片机，内部具有时钟倍频电路，可以通过程序设置系统时钟是实际晶振的多少倍，常见的STM32开发板上实际的晶振都是8Mhz的，可以通过倍频，实际的系统时钟都是运行在72Mhz。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]系统时钟是整个单片机工作节奏的基准，它每振荡一次，单片机就被触发执行一次操作。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]

12T模式和1T模式

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]前面我们说的绝大部分都是传统51单片机的例子，现在传统51单片机已经可以收藏了，51单片机中小伙伴们最常见应该是手推车（STC）。STC51的单片机基本已经把51内核压榨到了极致，本节标题里说的额12T和1T也就是STC提出来的。STC把绝大部分的汇编指令所需要的的时钟周期压缩到了1个时钟周期，而传统的51单片机是最快的指令都需要12个时钟周期，所以STC官方就把他们的单片机叫做是1T的单片机。说到1T和12T，还有一个常用到的就是在用STC单片机的定时器时，和定时器相关的寄存器中专门有设置定时器是1T模式还是12T模式，如果是1T模式，而我们计算初值时又计算为了12T模式，那这样出来的定时器会比实际的速度快12倍，在使用时需要注意

[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]

猪小呆 · 发表于 2023-12-27 13:49:14

hellozwt 发表于 2023-12-27 10:47
我也有此疑问，今天又做了一次试验
我把初值改成100 定时次数改为10 总的中断时间还是1mS 频率794Hz

把中断函数里的先关中断再开中断的这两句注释掉看看频率能不能更大些，我看别人代码是直接赋值不用先关再开的：

//TR0=0;
.......
//TR0=1;

复制代码

猪小呆 · 发表于 2023-12-27 13:52:33

wangxiangtan2 发表于 2023-12-27 11:29
时钟周期

好详细

猪小呆 · 发表于 2023-12-27 13:53:39

mmxx2015 发表于 2023-12-27 00:33
如果是12MHz的STC89C52，10μS确实跑不完中断中的程序。
即使忽略中断响应过程，从中断跳转开始算，中断 ...

厉害，每条语句的执行时间都能看到，这是用什么软件分析出来的？

mmxx2015 · 发表于 2023-12-27 13:58:38

猪小呆发表于 2023-12-27 13:53
厉害，每条语句的执行时间都能看到，这是用什么软件分析出来的？

对着指令表数的。

hellozwt · 发表于 2023-12-27 15:10:57

本帖最后由 hellozwt 于 2023-12-27 15:12 编辑

我把程序做了最简化
//程序功能：P1.0口输出PWM信号

#include <reg52.h> //头文件
typedef unsigned char uchar; //类型定义
typedef unsigned int uint;

sbit PWM=P1^0; //P1.0口输出PWM信号
uchar time; //定义中断次数

void time0init(); //声明定时器初始化子函数

void main () //主函数
{
 time0init(); //调用初始化子函数
 while(1)
 {
 }
}

void time0init() //定时器初始化函数
{
TMOD=0X01; // 定时器模式1
 TH0=(65536-100)/256; //10us初值高8位
 TL0=(65536-100)%256; //10us初值低8位
 EA=1; //开总中断
 ET0=1; //开定时器0
 TR0=1; //定时器0开始
}

void time0 ()interrupt 1 //定时器中断函数
{
 TH0=(65536-100)/256; //
 TL0=(65536-100)%256; //
 time++; //
 if(time>=10) //如果定时满了10次
 {
 time=0; //定时清零
 PWM=!PWM;
 }
}

如果TH0=(65536-10)/256 定时100次，出来的频率是177HZ 因为是定时翻转，所以频率应该177*2＝354HZ
如果TH0=(65536-100)/256 定时10次，出来的频率是404HZ 因为是定时翻转，所以频率应该404*2＝808HZ

我又尝试了TMOD=0X02；模式
TH0=0X9C; //256-100
定时次数10次
出来的频率是460HZ 因为是定时翻转，所以频率应该460*2＝920HZ