《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于PWM功能的AVR單片機定時-計數(shù)器設(shè)計
摘要: 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。
關(guān)鍵詞: avr PWM 計數(shù)器
Abstract:
Key words :

  一,、定時/計數(shù)器PWM設(shè)計要點

  根據(jù)PWM((脈寬調(diào)制(PWM:(Pulse Width ModulaTION)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的模式))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.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:

  3.然后根據(jù)需要PWM的頻率范圍確定ATmega128(是ATMEL公司的 8位系列單片機的最高配置的一款單片機,,應(yīng)用極其廣泛)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,。

  PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/(分頻系數(shù)*(1+計數(shù)器上限值)) AVR單片機是1997年由Atmel公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced 根據(jù)PWM((脈寬調(diào)制(PWM:(PULSE Width Modulation)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的模式))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.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:

  3.然后根據(jù)需要PWM的頻率范圍確定ATmega128(是Atmel公司的 8位系列單片機的最高配置的一款單片機,,應(yīng)用極其廣泛)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,。

  PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/(分頻系數(shù)*(1+計數(shù)器上限值)) AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced InSTruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機,。

  4.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))

  5.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,。

  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(PhaseCorrect)。

  7.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),。

  8.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)。

  二,、 PWM應(yīng)用設(shè)計參考

  PWM模式可以分成快速PPWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法,。通過高分辨率計數(shù)器的使用,方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼,。PWM信號仍然是數(shù)字的,,因為在給定的任何時刻,滿幅值的直流供電要么完全有(ON),,要么完全無(OFF),。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候,,斷的時候即是供電被斷開的時候,。只要帶寬足夠,任何模擬值都可以使用PWM進行編碼,。WM和頻率(相位)調(diào)整PWM兩大類。

  * 設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時器/計數(shù)器的周期

  * 在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時間

  * 設(shè)置PWM輸出的方向,,這個輸出是一個通用I/O管腳

  * 啟動定時器

  * 使能PWM控制器PWM模式可以分成快速PWM和頻率(相位)調(diào)整PWM兩大類,。

  下面在示例中使用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,。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,。

  程序中用的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 《iom128v.h》

  #include 《macros.h》

  #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。

  ATMEL在系統(tǒng)級集成方面所擁有的世界級專業(yè)知識和豐富的經(jīng)驗使其產(chǎn)品可以在現(xiàn)有模塊的基礎(chǔ)上進行開發(fā),,保證最小的開發(fā)延期和風(fēng)險,。憑借業(yè)界最廣泛的知識產(chǎn)權(quán)(IP)組合,Atmel提供電子系統(tǒng)完整的系統(tǒng)解決方案的廠商,。 這使客戶能夠帶領(lǐng)他們與市場的電子產(chǎn)品的體積更小,,更聰明,更符合成本效益比以往任何時候都通用的服務(wù)。 Atmel集成電路的主要集中在消費,,工業(yè),,安全,通信,,計算和汽車市場,。在ATMEL公司網(wǎng)站上,給出了使用一個定時/計數(shù)器實現(xiàn)雙音頻撥號(雙音頻用兩中頻率組合表示一個號碼,。比如你撥7 就是 1230 和 990HZ兩種頻率,。5 為1230 和 1100, 相當(dāng)與不同的二進制組合,。)

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