当定时器通道配置成输出比较方式时，16位比较寄存器的值与定时器通道寄存器的值相比较，若两值相等，会在通道的引脚上输出预设的电平。若要产生一个硬件的定时中断，只要设置中断标志为（CnF=1），允许输出比较中断即可。
定时器计数寄存器TCNT是一个递增计数器，它对内部时钟信号进行计数，可以随时进行读取，但应按字节访问。如果分别访问高、低字节，可能会得到不同的结果。
定时器寄存器如下表4.1所列。
表 4.1 定时计数寄存器TCNT
TCNT Hi TCNT Lo Read Write Read Write Bit15 Bit14 Bit13 Bit12 Bit11 Bit10 Bit9 Bit8 Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 定时器模块控制寄存器控制定时器的中断使能、定时器的复位允许、和预分频选择。预分频在本设计中主要用来控制计数器溢出次数，使其尽可能降低。
预分频系数如表4.2。
表 4.2 预分频系数选择
PR2~PR0 预分频系数 000 1 001 2 010 4 011 8 100 16 101 32 110 64 111 128 定时器的预分频系数选择128，这时，由于总线时钟为16MHz，分频后为131072Hz，计数溢出的时间为65536131072Hz=0.5s，使得超声波发送与接收时间不会超出TCNT两个计数周期。 4.2.3 PWM初始化
PWM（Pulse Width Modulate）即脉宽调制[42]，是工业控制和新型消费机
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电产品（例如智能空调，节能冰箱，电动车等）中最常用的技术。脉宽调制是一种可以用程序来控制波形占空比、周期、相位的方法。非常广泛的用在直流电机、D/A转换器等场合。MC9S12XS128芯片的PWM模块具有如下特点：
（1）8个可编程控制周期和占空比的8位PWM通道； （2）每个PWM通道具有专用的计数器； （3）软件选择脉冲极性； （4）周期和占控比的值双缓冲； （5）高电平边沿或中心对称方式； （6）8个8位通道，或是4个16位通道； （7）4个可编程选择的时钟源； （8）紧急关闭；
（9）输出频率可与总线时钟频率相同；
（1）占空比的可调范围为0~100%，最高分辨率为0.15%。 PWM模块的初始化过程流程图可以表示成图4.4。
开始PWM信号禁止PWM信号时钟频率设定PWM信号对齐方式、极性的设定PWM信号周期、占空比设定PWM计数器初始计数值设定PWM端口输出使能PWM信号使能结束 图4.4 PWM初始化流程图
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PWM信号要完成电机的控制。电机要求的极限频率为10KHz，占空比要求从0～100％变化，舵机要求的频率为50Hz，占空比要求从5～10％，为了使所有的控制在一个字节内可以完成，要仔细考虑分频系数的选择。
对于电机控制，可以选择分频系数为2800，这样电机控制信号的频率就约是8571Hz，小于极限频率。
这里PWM模块采用左对齐方式，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。如图4.5所示。
PWMDTYxPPOLx=0Period=PWMPREx
图4.5 PWM左对齐方式
左对齐方式下周期计算方法：
输出周期 = 通道周期 PWMPERx （4.2）
左对齐方式下脉宽计算方法：
占空比 = [ (PWMPERx —PWMDTYx) / PWMPERx ] 100% （4.3） PWM初始化程序及说明如下： void PWMready（void）{
PWMPOL=0XFF; //通道0输出波形开始极性为1 PWMCAE=0x00; //左对齐输出方式 PWMCLK=0XFF; //时钟选择ClockSA PWMSCLA=0x08; //时钟SA为1MHz/128/2
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PWMSCLB=0x08; //同上 PWMCTL=0XF0; //通道级联 PWMPER01=4000; PWMDTY01=0; PWMPER23=4000; PWMPER45=4000; PWMDTY45=0;
PWME=0X3f; } //使能
4.3 速度闭环控制程序
本设计重点是基于数字PID算法的速度控制程序设计。 4.3.1 PID控制原理
在模拟控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制[46]。PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差。、积分（I）和微分（D）通过线性组合构e(t)=r(t)-c(t)。将偏差的比例（P）
成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制。其控制框图[6]如图4.6所示。
KPr?e?1KIs???uG(s)yKDs 图4.6 PID控制框图
其控制规律为：
u(t)?KP[e(t)?1TI?t0e(t)dt?TDde(t)] （4.4） dt29
传递函数表达形式为G(S)?U(S)1?KP[1??TDS] E(S)TIS式中KP、TI、TD分别为比例系数、积分时间常数、微分时间常数。PID控制器三个校正环节，比例环节能及时成比例地反映控制系统的偏差信号
e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。比例控制不
能消除稳态误差，KP的加大，会引起系统的不稳定;积分环节主要用于消除静态误差，提高系统的无差度。只要系统存在误差，积分控制作用就不断的积累，输出控制量以消除误差。比例环节的作用是对信号的偏差瞬间做出反应，KP越大，控制作用越强，但过大的KP会导致系统振荡，破坏系统的稳定性。积分环节的作用虽然可以消除静态误差，但也会降低系统的响应速度，增加系统的超调量，甚至使系统出现等幅振荡，减小KI可以降低系统的超调量，但会减慢系统的响应过程。微分环节的作用是阻止偏差的变化，有助于减小超调量，克服振荡，使系统趋于稳定，但其对干扰敏感，不利于系统的鲁棒性。
4.3.2 数字PID控制算法
计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此式4.4中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。当采样周期T足够短时，用求和代替积分、用向后差分代替微分，则有下式成立:
tk?e(t)dt?T?e(i) （4.5）
0i?0
de(t)e(k)?e(k?1)? （4.6） dtT将上式代入到公式4.4可得到离散的PID控制表达式：
Tke(k)?e(k?1)u(k)?KP[e(k)??e(i)?TD] （4.7）
TIi?0T ?KPe(k)?KI?e(i)?KD[e(k)?e(k?1)] （4.8）
i?0k式中Kp、KI(KI= KpT∕TI )、KD(KD=KpTD∕T)分别为比例系数，积分系数，
微分系数。
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