PIC16F877A 三路 PWM 实现：CCP+TMR2 与软件定时器方案详解

简介：这是一份面向PIC单片机初学者的PWM脉冲宽度调制实现资料，通过简单但可自由调整占空比的程序示例，帮助开发者快速掌握PWM配置与输出。PWM技术广泛用于电源管理、电机控制、LED调光等场景，本例可作为入门参考。整个压缩包共22个文件，C语言源程序与汇编文件构成核心代码，hex烧写文件用于验证，map映射表和lst列表文件辅助调试，配合MPLAB工程文件（mcw/mcp）可直接打开查看配置，丰富类型覆盖编译、链接、烧录、调试完整流程；压缩包整体仅46KB，小巧易用。目前已有174人学习，适合需要快速上手PIC单片机PWM功能的电子爱好者或工程师。通过这份资料，可以获取一套基础PWM应用示例，包括PWM通道配置、计数器与预分频器设定、占空比调节方法以及中断/同步处理思路，也可为多路PWM扩展和电机控制、LED调光等实际项目提供直接参考。

1. PIC 单片机设置 3 路 PWM，先想清楚一路从哪来

手里只有一块 PIC16F877A，需求是输出 3 路频率可调、占空比可调的 PWM：两个直流电机调速，一路 LED 调光；或者三个舵机。翻开数据手册会发现一个尴尬事实——这类经典 PIC 的 CCP 模块只有两个，硬件 PWM 最多两路。第三路要么换芯片，要么借一个定时器中断用软件“凑”出来，而这一凑就牵出频率上限、占空比步进、中断时序这些真正决定方案能不能用的细节。本篇文章会把这个标题背后的完整解题路径拆开：从 CCP/TMR2 的硬件结构讲到频率与占空比公式，再用 MCC 和手写寄存器两套方式分别实现 3 路 PWM，最后收在舵机周期、H 桥死区和波形验证这些落地时一定会碰到的问题上。适合正在用 PIC 做多路输出控制、又不满足于点亮 LED 就算跑通的工程师。

2. CCP 与 TMR2：PIC 硬件 PWM 的频率、占空比和 10 位边界

2.1 一个 TMR2 带两个比较器，PWM 是这样“比”出来的

PIC16F877A 的 PWM 并不是一个独立外设，而是 CCP 模块工作在 PWM 模式下，配合 TMR2 定时器一起完成的。TMR2 是一个 8 位计数器，每个指令周期加一；当它的值与 PR2 寄存器相等时，在下一个计数周期被清零并重新开始。CCP1 和 CCP2 各自有一个比较器，会在 TMR2 与 CCPRxL 相等时产生一个匹配事件，这个事件直接控制 PWM 输出引脚的电平翻转。

输出高电平从 TMR2 清零开始，到比较匹配结束，所以 PR2 决定了 PWM 周期，CCPRxL 加上 CCPxCON 寄存器里的两位低值共同决定占空比。老工程师口中的“10 位 PWM”指的就是 CCPRxL 的 8 位高值加 CCPxCON 的 bit5:4 两位低值，组成一个 10 位占空比寄存器。这里有个容易忽略的细节：占空比低两位不在 CCPRxL 里，而在控制寄存器的高位。改占空比时只写 CCPRxL，相当于丢掉四分之一精度。

2.2 占空比计算公式：先算 PR2，再算 10 位占空比值

PIC PWM 频率的公式是：

Fpwm = Fosc / (4 × TMR2预分频 × (PR2 + 1))

以 8MHz 晶振、指令周期 2MHz 为例，目标频率 10kHz，TMR2 预分频取 1:1，那么 PR2 + 1 = 2000000 / 10000 = 200，PR2 写入 199。预分频在 T2CON 寄存器的 bit1:0 设置，00 表示 1:1。

占空比寄存器值则用另一个公式：

Duty(10位) = 4 × (PR2 + 1) × 占空比百分比

注意这个 4 是公式自带的，不是笔误。10kHz、PR2 + 1 = 200 时，50% 占空比对应的 10 位值是 4 × 200 × 0.5 = 400，CCPRxL 写入 100，CCPxCON 低两位写 0。很多初学者把 CCPRxL 直接写 50，结果实测占空比只有 12.5%，就是因为漏掉了公式里的系数 4。

分辨率同样受 PR2 约束。PIC16F877A 数据手册上的分辨率公式是：

分辨率(位) = log2(4 × (PR2 + 1))

它不能超过 10 位，因为占空比寄存器只有 10 位。常见频率下的参数如下表所示：

在 8MHz 时钟下，1kHz 用 1:4 预分频会算出 PR2 = 499，超出 8 位寄存器最大值 255，所以必须升到 1:16。这个表建议保存，配参数时照着填，比反复试波形快得多。

提示：占空比寄存器写到 4 × (PR2 + 1) 时输出恒为高，再大也没有意义；而 255 是 PR2 的最大值，不是占空比寄存器在 PWM 里的上限。

2.3 三路 PWM 的三种可行路线：2+1、换芯片、全软件

标题里的“3 路”在 PIC16F877A 上有三条实现路线，选哪条取决于频率和占空比精度要求。

路线一是 CCP1 + CCP2 做两路硬件 PWM，第三路用 TMR0 中断软件翻转。这是成本最低、改动最小的方案。两路硬件 PWM 的频率、相位完全由 TMR2 决定，精度高；软件路受中断响应延迟影响，会有纳秒到微秒级的抖动。对于 LED 调光和舵机这种不要求严格相位的场景足够，但用于电机电流闭环就要谨慎。

路线二直接换芯片。PIC18F45K22 这类型号有 CCP 和 ECCP 组合，PWM 通道数更多；部分 PIC16F 系列也带多路 PWM 模块。换芯片的代价是重新确认引脚映射、中断向量和外设寄存器差异，但这在量产项目里反而是更干净的做法。

路线三是三路全部用定时器中断软件输出，只在引脚不够或频率很低时用。它最大的问题是 CPU 占用率：每路都要在中断里翻转引脚，三路 20kHz 意味着每秒 12 万次中断，主循环基本被吃掉大半。所以我的建议是：能用硬件 PWM 就不碰软件 PWM，软件路只做低频、低精度那一路。

2.4 为什么 20ms 舵机周期用硬件 PWM 做不出来

舵机控制需要 50Hz 频率，周期 20ms。把公式反过来算：PIC16F877A 的 TMR2 预分频最大 1:16，PR2 + 1 最大 256，最低硬件 PWM 频率是 8000000 / (4 × 16 × 256) ≈ 488Hz。离 50Hz 差了将近一个数量级，数据手册里不会直接写“最低频率”，但用公式一推就能发现：PIC16F877A 的 CCP 硬件 PWM 根本发不出舵机需要的 20ms 周期脉冲。

这时候第三路软件 PWM 不是备选方案，而是唯一可行解。常见做法是让 TMR0 中断提供一个 0.5ms 或 1ms 的时基，在中断服务程序里计数翻转，实现 20ms 周期内 1ms 到 2ms 的高电平脉宽。这个思路在第 4 章会给出完整代码，也是“3 路 PWM”标题里最容易踩坑的部分。

3. 用 MCC 生成 3 路 PWM：CCP1/CCP2 配硬件，TMR0 配软件路

3.1 MPLAB Code Configurator 里的三块配置

MPLAB X IDE 里装好 MCC（MPLAB Code Configurator）后，新建工程第一件事是 System Module 里把时钟配好。选 8MHz 内部振荡器，对应指令周期 2MHz，这样后面 PR2 的计算才一致。然后按顺序打开三个外设：TMR2、CCP1、CCP2，再加一个 TMR0 给第三路软件 PWM 当时基。

TMR2 页面里要手动确认预分频，MCC 默认不一定是你想要的 1:1。CCP1 和 CCP2 页面各有一个 PWM 模式开关，打开后需要填两个参数：PWM Frequency 和 Duty Cycle。注意 MCC 界面上 Duty Cycle 的单位是百分比，生成代码后 API 接收的参数却是 10 位数值，这个差别在移植时最容易出错。

TMR0 页面把定时器打开，选 8 位模式，预分频随意，后面反正要用中断计数实现 20ms 周期，MCC 生成的数值只是初始值。

3.2 MCC 生成的初始化代码里藏着 PR2 和占空比的关系

生成代码后打开pwm1.c，核心初始化函数大概是这个结构：

void PWM1_Initialize(void) { // 关闭 PWM 输出，占空比清 0 CCP1CON = 0x00; // PWM 周期寄存器：8MHz / (4 * 1 * 10000) - 1 = 199 PR2 = 0xC7; // TMR2 开启，预分频 1:1 T2CON = 0x04; // 占空比高 8 位清 0 CCPR1L = 0x00; // PWM 模式，低 2 位占空比清 0 CCP1CON = 0x0C; // RC2 设为输出 TRISC2 = 0; }

PR2 写入 0xC7 就是十进制的 199，对应 10kHz。CCP1CON = 0x0C是重点：0x0C 的二进制是 00001100，低四位 1100 表示 CCP1 工作在 PWM 模式，bit5:4 的占空比低两位为 0。MCC 可能在后续 API 里对这两个位做运算，所以在 main 中不要直接覆盖整个 CCP1CON，而是用 MCC 提供的PWM1_LoadDutyValue。

在 main 函数里改占空比时，传进去的是 10 位数值，不是百分比：

// 10kHz 下 50% 占空比：4 * 200 * 0.5 = 400 PWM1_LoadDutyValue(400); // 25% 占空比：200，CCPR1L 会自动写入 50 PWM2_LoadDutyValue(200);

PWM1_LoadDutyValue内部会把 400 拆成高 8 位写入 CCPR1L，低 2 位写入 CCP1CON 的 bit5:4。我见过不少人在调用时写 50 或 0.5，结果示波器上占空比完全不对。每次改频率后，这个 10 位值都必须用公式重算。

3.3 第三路软件 PWM：在 TMR0 中断里翻转一个普通 IO

第三路没法靠 CCP 生成，我用 TMR0 中断做一个可配占空比的软件 PWM。思路是让 TMR0 每 25us 溢出一次，维护一个周期计数器和占空比计数器，中断里比较后决定引脚输出高低：

volatile unsigned int sw_period = 800; // 20ms 周期 = 800 * 25us volatile unsigned int sw_duty = 600; // 15ms 高电平 volatile unsigned int sw_count = 0; void __interrupt() isr(void) { if (TMR0IF) { TMR0IF = 0; TMR0 += 50; // 重装载，补偿中断延迟 if (++sw_count >= sw_period) sw_count = 0; if (sw_count < sw_duty) RC0 = 1; else RC0 = 0; } }

主循环里只需要修改sw_duty就能改变占空比，修改sw_period可以改变频率。TMR0 的“25us 中断一次”是由 TMR0 初值和预分频决定的，不同时钟下需要重新算；TMR0 += 50是常见的可重装载写法，比直接赋值更稳，但首次中断会有半个周期的偏差，要求严格时需要用示波器校准这个偏移量。

3.4 MCC 配置里最容易出的两个问题

第一个是把占空比当成百分比直接传给 LoadDutyValue 系列 API，前面已经说过。第二个是换了带 PPS 引脚映射的 PIC 型号后，CCP1 输出没有指定到具体引脚。PIC16F877A 的 CCP1 固定接在 RC2、CCP2 固定接在 RC1，不需要配置；但用 PIC16F1789 这类带 PPS 的芯片时，必须在 MCC 的 Pin Module 或 PPS 页面里把 PWM 映射到某个可输出引脚，再确认这个引脚没有复用为模拟输入，否则上电后引脚被 ADC 占用，输出永远是低电平。

4. 不用 MCC，手写寄存器实现 PIC 3 路 PWM

4.1 两路硬件 PWM 的完整初始化顺序

不依赖 MCC 时，寄存器操作顺序非常关键。很多人先开 TMR2 再写 PR2，结果第一个周期长度是错的。正确顺序是先关 TMR2，再写 PR2，然后配置 CCP 寄存器，最后启动 TMR2：

void pwm_init(void) { // 1. 关闭 TMR2，等待配置完成 T2CON = 0x00; // 2. 周期寄存器：10kHz，预分频 1:1 PR2 = 199; // 3. 占空比高 8 位 CCPR1L = 100; // 10kHz 50%：4 * 200 * 0.5 / 4 = 100 CCPR2L = 50; // 10kHz 25%：4 * 200 * 0.25 / 4 = 50 // 4. CCP1、CCP2 进入 PWM 模式，占空比低 2 位为 0 CCP1CON = 0x0C; CCP2CON = 0x0C; // 5. 输出引脚 TRISC2 = 0; TRISC1 = 0; // 6. 启动 TMR2，预分频 1:1 T2CON = 0x04; }

T2CON = 0x04的 bit2 是 TMR2ON，置 1 才启动定时器；bit1:0 为 00 表示预分频 1:1。CCP1CON 和 CCP2CON 的低四位都是 1100，即 PWM 模式。这里初始化占空比用的 CCPRxL 值是“10 位占空比值除以 4 后的商”，因为低两位已经由 0x0C 里的 bit5:4 补上了。PIC16F877A 的 CCP1、CCP2 引脚分别是 RC2 和 RC1，都不是模拟复用引脚，TRIS 清零即可。

4.2 动态改占空比：高 8 位和低 2 位不能分开随便写

运行中改占空比，最忌讳的做法是只写 CCPR1L 而不管 CCP1CON 的低两位，或者整个 CCP1CON 直接赋值覆盖掉 PWM 模式位。标准写法如下：

void pwm1_set_duty(unsigned int duty10) { // 限制最大值为 4 * (PR2 + 1) = 800 if (duty10 > 800) duty10 = 800; // 先写高 8 位 CCPR1L = (unsigned char)(duty10 >> 2); // 保留 CCP1CON 的模式位，只更新 bit5:4 CCP1CON = (CCP1CON & 0xCF) | ((duty10 & 0x03) << 4); }

先写 CCPR1L 再改 CCP1CON 低两位，是为了避免占空比跳变过程中出现一两个周期的错误脉宽。实际占空比更新并不在写入瞬间立即生效，而是等当前 PWM 周期结束后的边界才会起作用，所以这种“分成两步写”的手法在绝大多数 PICPIC 应用里不会造成毛刺。要求严苛的场合，可以在关闭 TMR2 的情况下更新寄存器，或者利用 CCPxCON 的同步更新机制。

4.3 第三路软件 PWM：不依赖 MCC 的 TMR0 中断写法

手写版第三路和 MCC 版的思路一致，但要去掉对生成代码的依赖，直接用 OPTION_REG 和 INTCON 配置 TMR0：

void sw_pwm_init(void) { // TMR0 内部时钟，8 位模式，预分频 1:2 OPTION_REG = 0x02; // TMR0 溢出中断允许，总中断开放 TMR0 = 0; INTCON = 0xA0; } void __interrupt() isr(void) { if (TMR0IF) { TMR0IF = 0; TMR0 += 100; // 调整此值改变时基 if (++sw_count >= sw_period) sw_count = 0; if (sw_count < sw_duty) RC0 = 1; else RC0 = 0; } }

OPTION_REG = 0x02的含义是：bit5 为 0 选内部指令时钟，bit3 为 0 表示预分频器分配给 TMR0，bit2:0 为 010 表示 1:2 分频。8MHz 时钟下指令周期 2MHz，1:2 分频后 TMR0 计数频率 1MHz。TMR0 每溢出一次需要 256 个计数，即约 256us，所以sw_period设 78 大约就是 20ms 周期。这个值只是个起点，实际中断延迟和重装载开销都需要用示波器校准。

4.4 中断和主循环之间的共享变量

软件 PWM 的sw_duty、sw_period在主循环里改，在中断里读，必须声明为volatile。否则编译器可能把sw_duty优化到寄存器里，中断读到的永远是被优化前的旧值。更稳妥的做法是主循环只写一个“目标值”，中断里再把目标值赋给实际使用变量，这样即使主循环写入半个 int 也不会让中断读到撕裂数据：

volatile unsigned int sw_duty_target = 0; volatile unsigned int sw_duty_actual = 0; // 中断里 if (sw_duty_target != sw_duty_actual) sw_duty_actual = sw_duty_target;

8 位 MCU 上 16 位变量的非原子写是真实存在的风险，尤其是编译器优化等级开高之后。这不算小题大做，电机 PWM 项目里遇到过多次随机占空比跳变，最后定位到都是这类问题。

5. 舵机、H 桥死区和波形验证：三路 PWM 的进阶细节

5.1 三路相位对齐：用同一个 TMR2 做不到的就用软件路让步

两路硬件 PWM 由同一个 TMR2 驱动，天然同频同相。第三路软件 PWM 如果挂在 TMR0 上，相位和硬件路没有确定关系。要求三路上升沿对齐的应用（比如三相逆变半成品实验），可以让软件路也使用 TMR2 中断作为时基；但 TMR2 被硬件 PWM 占用时，中断触发点和 PWM 边沿可能只差几个指令周期，抖动无法消除。常见的折中是只在启动时刻做对齐：初始化时先清 TMR2、软件路计数器清零，然后同时启动输出，后续相位会慢慢漂移。要求严格的场合，我的建议是放弃 PIC16F877A 这条路线，直接换多通道 PWM 芯片。

5.2 舵机控制：把 20ms 周期放到软件路上

结合 2.4 节的结论，PIC16F877A 的舵机控制基本固定在软件路。舵机中立点通常要求 1.5ms 高电平脉冲，对应 20ms 周期里的占空比 7.5%。以 TMR0 每 25us 中断一次为例，20ms 周期需要 800 个中断计数，1.5ms 高电平对应 60 个计数：

sw_period = 800; sw_duty = 60; // 60 * 25us = 1.5ms

左右极限一般是 1ms 到 2ms，对应sw_duty的 40 到 80。SW 路控制舵机时，占空比分辨率只有 40 格，舵机转角精度约 4.5 度每格，要求精细控制的话需要缩短 TMR0 时基，代价是更高的中断频率。实测时用示波器测舵机信号线的脉宽，校准TMR0 += 100里这个重装载值比盯着角度看要直接得多。

5.3 H 桥死区处理：PIC16F877A 没有内置死区发生器

PIC16F877A 的 CCP 在 PWM 模式下没有死区控制逻辑，这是它和高端定时器的本质差别。H 桥上下桥臂需要两路互补 PWM，且要保证死区时间，否则 MOSFET 直通烧毁。常见做法是让互补的两路用同一路硬件 PWM 加反相器电路，再用 RC 延迟产生死区；或者把两路都放软件路，在翻转沿手动插入一段忙等：

// 低电平转高电平前插入死区 RC0 = 0; __delay_us(1); RC1 = 1;

这段延时必须在逻辑分析仪或双通道示波器上确认：两路信号不能同时为高。测量方法是把 CH1 接到上桥 PWM、CH2 接到下桥 PWM，触发方式设为上升沿，放大时间轴观察交叠。用__delay_us做死区虽然占 CPU，但在 1kHz 到 20kHz 频率下足够可靠。

5.4 三路 PWM 上电无波形快速定位

PIC 上电后 PWM 没有输出，按下面顺序查一圈，多数问题五个寄存器内解决：

这五步检查完仍然没有波形，下一个怀疑对象是外部电路：PWM 引脚对地短路、限流电阻开路、示波器探头挡位错误。PWM 输出是高阻态被外部上拉电阻拉成恒高，还是完全无电平，这两类现象对应的排查方向完全不一样。用万用表量引脚直流电压只能判断有无翻转，测频率和占空比还是要上示波器，观察 10us 挡位下的边沿细节，才能确认死区、相位和占空比是否符合预期。

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