《電子技術(shù)應(yīng)用》
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AVR單片機定時器輸出PWM的設(shè)計及注意問題
摘要: 一,、定時/計數(shù)器PWM設(shè)計要點根據(jù)PWM的特點,,在使用ATmega128的定時/計數(shù)器設(shè)計輸出PWM時應(yīng)注意以下幾點:1.首先應(yīng)根據(jù)實際的情況,確定需要輸出的PWM頻率范圍,,這個頻率與控制的對象有關(guān),。如輸出PWM波
關(guān)鍵詞: avr PWM 定時器
Abstract:
Key words :

一,、定時/計數(shù)器PWM設(shè)計要點
  
根據(jù)PWM的特點,在使用ATmega128的定時/計數(shù)器設(shè)計輸出PWM時應(yīng)注意以下幾點:
  1.首先應(yīng)根據(jù)實際的情況,,確定需要輸出的PWM頻率范圍,,這個頻率與控制的對象有關(guān)。如輸出PWM波用于控制燈的亮度,,由于人眼不能分辨42Hz以上的頻率,,所以PWM的頻率應(yīng)高于42Hz,否則人眼會察覺到燈的閃爍,。
  2.然后根據(jù)需要PWM的頻率范圍確定ATmega128定時/計數(shù)器的PWM工作方式,。AVR定時/計數(shù)器的PWM模式可以分成快速PWM和頻率(相位)調(diào)整PWM兩大類。
  3.快速PWM可以的到比較高頻率的PWM輸出,,但占空比的調(diào)節(jié)精度稍微差一些,。此時計數(shù)器僅工作在單程正向計數(shù)方式,計數(shù)器的上限值決定PWM的頻率,,而比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小,。PWM頻率的計算公式為:
  PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/(分頻系數(shù)*(1+計數(shù)器上限值))
  4.快速PWM模式適合要求輸出PWM頻率較高,但頻率固定,,占空比調(diào)節(jié)精度要求不高的應(yīng)用,。
  5.頻率(相位)調(diào)整PWM模式的占空比調(diào)節(jié)精度高,但輸出頻率比較低,,因為此時計數(shù)器僅工作在雙向計數(shù)方式,。同樣計數(shù)器的上限值決定了PWM的頻率,比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小,。PWM頻率的計算公式為:
  PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/(分頻系數(shù)*2*計數(shù)器上限值))
  6.相位調(diào)整PWM模式適合要求輸出PWM頻率較低,,但頻率固定,占空比調(diào)節(jié)精度要求高的應(yīng)用,。當(dāng)調(diào)整占空比時,,PWM的相位也相應(yīng)的跟著變化(Phase Correct)。
  7.頻率和相位調(diào)整PWM模式適合要求輸出PWM頻率較低,,輸出頻率需要變化,,占空比調(diào)節(jié)精度要求高的應(yīng)用。此時應(yīng)注意:不僅調(diào)整占空比時,,PWM的相位會相應(yīng)的跟著變化;而一但改變計數(shù)器上限值,,即改變PWM的輸出頻率時,會使PWM的占空比和相位都相應(yīng)的跟著變化(Phase And Frequency Correct),。
  8.在PWM方式中,,計數(shù)器的上限值有固定的0xFF(8位T/C);0xFF、0x1FF,、0x3FF(16位T/C),。或由用戶設(shè)定的0x0000-0xFFFF,,設(shè)定值在16位T/C的ICP或OCRA寄存器中,。而比較匹配寄存器的值與計數(shù)器上限值之比即為占空比。
  
二,、 PWM應(yīng)用參考設(shè)計
  
下面給出一個設(shè)計示例,,在示例中使用PWM方式來產(chǎn)生一個1KHz左右的正弦波,幅度為0-Vcc/2,。
  
首先按照下面的公式建立一個正弦波樣本表,,樣本表將一個正弦波周期分為128個點,每點按7位量化(127對應(yīng)最高幅值Vcc/2):
  F(X) = 64 + 63 * Sin(2πx/180) X∈[0…127]
  
如果在一個正弦波周期中采用128個樣點,,那么對應(yīng)1KHz的正弦波PWM的頻率為128KHz,。實際上,按照采樣頻率至少為信號頻率的2倍的取樣定理來計算,,PWM的頻率的理論值為2KHz即可,。考慮盡量提高PWM的輸出精度,,實際設(shè)計使用PWM的頻率為16KHz,,即一個正弦波周期(1KHz)中輸出16個正弦波樣本值,。這意味著在128點的正弦波樣本表中,每隔8點取出一點作為PWM的輸出,。
  
程序中使用ATmega128的8位T/C0,,工作模式為相位調(diào)整PWM模式輸出,系統(tǒng)時鐘為8MHz,,分頻系數(shù)為1,,其可以產(chǎn)生最高PWM頻率為: 8000000Hz / 510 = 15686Hz。每16次輸出構(gòu)成一個周期正弦波,,正弦波的頻率為980.4Hz,。PWM由OC0(PB4)引腳輸出。參考程序如下(ICCAVR),。
  //ICC-AVR Application Builder : 2004-08
  // Target : M128
  // Crystal: 8.0000Mhz
  #Include
  #Include
  #Pragma Data:code
  // 128點正弦波樣本表
  Const Unsigned Char Auc_SinParam[128] = {
  64,67,70,73,76,79,82,85,88,91,94,96,99,102,104,106,109,111,113,115,117,118,120,121,
  123,124,125,126,126,127,127,127,127,127,127,127,126,126,125,124,123,121,120,118,
  117,115,113,111,109,106,104,102,99,96,94,91,88,85,82,79,76,73,70,67,64,60,57,54,51,48,
  45,42,39,36,33,31,28,25,23,21,18,16,14,12,10,9,7,6,4,3,2,1,1,0,0,0,0,0,0,0,1,1,2,3,4,6,
  7,9,10,12,14,16,18,21,23,25,28,31,33,36,39,42,45,48,51,54,57,60};
  #Pragma Data:data
  Unsigned Char X_SW = 8,X_LUT = 0;
  #Pragma Interrupt_handler Timer0_ovf_isr:17
  Void Timer0_ovf_isr(Void)
  {
  X_LUT += X_SW; // 新樣點指針
  If (X_LUT > 127) X_LUT -= 128; // 樣點指針調(diào)整
  OCR0 = Auc_SinParam[X_LUT]; // 取樣點指針到比較匹配寄存器
  }
  Void Main(Void)
  {
  DDRB |= 0x10; // PB4(OC0)輸出
  TCCR0 = 0x71; // 相位調(diào)整PWM模式,,分頻系數(shù)=1,正向控制OC0
  TIMSK = 0x01; // T/C0溢出中斷允許
  SEI(); // 使能全局中斷
  While(1)
  {……};
  }
  
每次計數(shù)器溢出中斷的服務(wù)中取出一個正弦波的樣點值到比較匹配寄存器中,,用于調(diào)整下一個PWM的脈沖寬度,,這樣在PB4引腳上輸出了按正弦波調(diào)制的PWM方波。當(dāng)PB4的輸出通過一個低通濾波器后,,便得到一個980.4Hz的正弦波了,。如要得到更精確的1KHz的正弦波,可使用定時/計數(shù)器T/C1,,選擇工作模式10,,設(shè)置ICR1=250為計數(shù)器的上限值。

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