Золотовский Д.В. Учебный курс для новичков по микроконтроллерам AVR. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

без особого напряга ATmega16 может реализовать одновременно четыре

канала ШИМ.

Как это реализовано

У таймера есть особый регистр сравнения OCR**. Когда значение в счётном

регистре таймера достигнает значения находящегося в регистре сравнения,

то могут возникнуть следующие аппаратные события:

•

Прерывание по совпадению

•

Изменение состояния внешнего выхода сравнения OC**.

Выходы сравнения выведены наружу, на выводы микроконтроллера

На демоплате Pinboard к этим выводам как раз подключены светодиоды. А

если поставить джамперы вдоль, в сторону надписи RC то к выводу ШИМ

будет подключена интегрирующая цепочка.

Предположим, что мы настроили наш ШИМ генератор так, чтобы когда

значение в счетном регистре больше чем в регистре сравнения, то на выходе

у нас 1, а когда меньше, то 0.

Что при этом произойдет? Таймер будет считать как ему и положено, от нуля

до 256, с частотой которую мы настроим битами предделителя таймера.

После переполнения сбрасывается в 0 и продолжает заново.

Как видишь, на выходе появляются импульсы. А если мы попробуем

увеличить значение в регистре сравнения, то ширина импульсов станет уже.

Так что меняя значение в регистре сравнения можно менять скважность

ШИМ сигнала. А если пропустить этот ШИМ сигнал через сглаживающую

RC цепочку (интегратор) то получим аналоговый сигнал.

У таймера может быть сколько угодно регистров сравнения. Зависит от

модели МК и типа таймера. Например, у Атмега16

•

Timer0 - один регистр сравнения

•

Timer1 - два регистра сравнения (16ти разрядных!)

•

Timer2 - один регистр сравнения

Итого - четыре канала. В новых AVR бывает и по три регистра сравнения на

таймер, что позволяет одним МК организовать просто прорву независимых

ШИМ каналов.

Самих режимов ШИМ существует несколько:

Fast PWM

В этом режиме счетчик считает от нуля до 255, после достижения

переполнения сбрасывается в нуль и счет начинается снова. Когда значение в

счетчике достигает значения регистра сравнения, то соответствующий ему

вывод ОСхх сбрасыватся в ноль. При обнулении счетчика этот вывод

устанавливается в 1. И все!

Частота получившегося ШИМ сигнала определяется просто: Частота

процесора 8Мгц, таймер тикает до 256 с тактовой частотой. Значит один

период ШИМ будет равен 8000 000/256 = 31250Гц. Вполне недурно. Быстрей

не получится - это максимальная скорость на внутреннем 8Мгц тактовом

генераторе. Но если переключить FUSE биты на внешний кварц то можно

раскачать МК на 16Мгц.

Еще есть возможность повысить разрешение, сделав счет 8, 9, 10 разрядным

(если разрядность таймера позволяет), но надо учитывать, что повышение

разрядности, вместе с повышением дискретности выходного аналогового

сигнала, резко снижает частоту ШИМ.

Phase Correct PWM

ШИМ с точной фазой. Работает похоже, но тут счетчик считает несколько по

другому. Сначала от 0 до 255, потом от 255 до 0. Вывод OCxx при первом

совпадении сбрасывается, при втором устанавливается.

Но частота ШИМ при этом падает вдвое, изза большего периода. Основное

его предназначение, делать многофазные ШИМ сигналы, например,

трехфазную синусоиду. Чтобы при изменении скважности не сбивался угол

фазового сдвига между двумя ШИМ сигналами. Т.е. центры импульсов в

разных каналах и на разной скважности будут совпадать.

Еще одна тонкость:

Чтобы не было кривых импульсов, то в регистр сравнения любое значение

попадает через буфферный регистр и заносится только тогда, когда значение

в счетчике достигнет максимума. Т.е. к началу нового периода ШИМ

импульса.

Clear Timer On Compare

Сброс при сравнении. Это уже скорей ЧИМ - частотно-импульсно

моделированный сигнал. Тут работает несколько иначе, чем при других

режимах. Тут счетный таймер тикает не от 0 до предела, а от 0 до регистра

сравнения! А после чего сбрасывается.

В результате, на выходе получаются импульсы всегда одинаковой

скважности, но разной частоты. А чаще всего этот режим применяется когда

надо таймером отсчитывать периоды (и генерить прерывание) с заданной

точностью.

Например, надо нам прерывание каждую миллисекунду. И чтобы вот точно.

Как это реализовать проще? Через Режим СТС! Пусть у нас частота 8Мгц.

Прескалер будет равен 64, таким образом, частота тиков таймера составит

125000 Гц. А нам надо прерывание с частотой 1000Гц. Поэтому настраиваем

прерывание по совпадению с числом 125.

Дотикал до 125 — дал прерывание, обнулился. Дотикал до 125 — дал

прерывание, обнулился. И так бесконечно, пока не выключим.

Вот вам и точная тикалка.

Нет, конечно, можно и вручную. Через переполнение, т.е. дотикал до

переполнения, загрузил в обработчике прерывания заново нужные значение

TCNTх=255-125, сделал нужные полезные дела и снова тикать до

переполнения. Но ведь через СТС красивей! :)

Аппаратура

А теперь контрольные регистры, которыми все это безобразие задается и

программируется. Опишу на примере Двухканального FastPWM на таймере

1. В других все похоже. Даташит в зубы и вперед.

Итак, тут правят бал регистры TCCR1A и TCCR1B. Гы, кто бы сомневался

Распишу их по битам.

Регистр TCCR1A, биты COM1A1:COM1A0 и COM1B1:COM1B0. Эта

братия определяет поведение вывода сравнения OC1A и OC1B

соответственно.

COMxx1

COMxx0

Режим работы выхода

вывод отцеплен от регистра сравнения и не меняется никак.

Поведение вывода зависит от режима заданного в WGM,

различается для разных режимов (FastPWM, FC PWM, Compar out) и

разных МК, надо сверяться с даташитом.

прямой ШИМ (сброс при совпадении и установка при обнулении

счета)

обратный ШИМ (сброс при обнулении и установка при совпадении)

Регистр TCCR1A, биты WGM11 и WGM10 вместе с битами WGM12 и

WGM13, находящимися в регистре TCCR1B задают режим работы

генератора.

WGM13

WGM12

WGM11

WGM10

Режим работы

Fast PWM 8 бит

Fast PWM 9 бит

Fast PWM 10 бит

Другие комбинации битов WGM задают режимы Phase Correct PWM и

CTC (сброс OCxx при совпадении). Если интересно, то читай даташит, я для

себя много интересного там не нашел, кроме Phase Correct PWM. И то мне

сейчас важней скорость, а не точность фазы :)

После остается только запустить таймер, установив бит CS10 (подсчет

тактовых импульсов с делителем 1:1)

Пример кода:

Попробуем поиграться яркостью светодиодов с помощью ШИМ сигналов.

Подключи джамперы, чтобы запитать светодиоды LED1 и LED2

Теперь все готово, можно писать код. Вначале в раздел инициализации

устройств добавляю настройку таймера на запуск ШИМ и подготовку

выводов.

;FastPWM Init

SETB DDRD,4,R16 ; DDRD.4 = 1 Порты на выход

SETB DDRD,5,R16 ; DDRD.5 = 1

; Выставляем для обоих каналов ШИМ режим вывода ОС** сброс п

ри совпадении.

; COM1A = 10 и COM1B = 10

; Также ставим режим FAST PWM 8bit (таймер 16ти разрядный и допускает

; большую разрядность ШИМ сигнала. Вплоть до 10 бит. WGM = 0101

; Осталось только запустить таймер на частоте МК CS = 001

OUTI TCCR1A,2<<COM1A0|2<<COM1B0|0<<WGM11|1<<WGM10

OUTI TCCR1B,0<<WGM13|1<<WGM12|1<<CS10

Готово! Теперь ШИМ таймера1 генерит сигнал на выходаx OC1А и OC1B

Закинем в регистры сравнения первого и второго канала число 255/3=85 и

255/2 = 128

Так как ШИМ у нас 8ми разрядный, то заброс идет только в младший разряд.

Старший же остается нулем. Но регистры сравнения тут у нас 16ти

разрядные поэтому грузить надо оба байта сразу. Не забыв запретить

прерывания (это важно!!! ибо атомарный доступ)

CLI

OUTI OCR1AH,0

OUTI OCR1AL,85

OUTI OCR1BH,0

OUTI OCR1BL,128

SEI

Поехали! Прошиваем, тыкаемся в ноги микроконтроллера осциллографом —

видим следующую картину по каналам:

Как мы и запланировали. С первого канала длительность импульса в 1/3

периода, а со второго в 1/2

Ну и светодиоды горят с разной яркостью. Один ярче, другой тусклей. Меняя

значение в регистрах OCR*** мы можем менять скважность.

Давай сделаем так, чтобы светодиод плавно менял свою яркость от нуля до

максимума. Как помнишь, у нас там была программа, с мигающем по

таймеру0 светодиодом. Немного ее подправим, сделаем так, чтобы по

таймеру не светодиод мигал, а менялось значение в регистрах сравнения

OCR1A и OCR1B. Причем меняться оно будет в разные стороны :)

; Main =========================================================

Main: LDS R16,TCNT ; Грузим числа в регистры

LDS R17,TCNT+1

CPI R16,0x10 ; Сравниванем побайтно выдержку

BRCS NoMatch

CPI R17,0x01 ; Выдержку сделали поменьше = 0x0110

BRCS NoMatch

; Если совпало то делаем экшн

Match: CLI ; Запрет прерываний, т.к. атомарный доступ

; Меняем первый канал

; Особенность 16ти разрядных регистров в том, что их надо правильно читать

и записывать.

; Читают вначале младший, потом старший байты. Так надо, чтобы младший не

успел измениться

; (он ведь может тикать по таймеру) пока читают первым старший. Укладывают

их в обратном

; порядке. Сначала старший, потом младший. Правда для регистров OCR это не

имеет большой

; разницы -- они статичные, а вот для TCNT очень даже!

IN R16,OCR1AL ; Достали первый байт сравнения

IN R17,OCR1AH ; он 16ти разрядный, но старший байт будет 0

INC R16 ; Увеличили

OUT OCR1AH,R17 ; И сунули их обратно

OUT OCR1AL,R16

; Меняем второй канал

IN R16,OCR1BL ; Достали второй байт сравнения

IN R17,OCR1BH ; он 16ти разрядный, но старший байт будет 0

DEC R16 ; Уменьшили

OUT OCR1BH,R17 ; И сунули их обратно

OUT OCR1BL,R16

SEI ; Конец атомарного доступа

; Теперь надо обнулить счетчик, иначе за эту же итерацию главного цикла