Šírková impulzová modulácia (PWM)

V niektorých aplikáciach potrebujeme premenlivú šírku impulzu, v iných nás viac zaujíma stredná hodnota napätia, impulzy sa naopak snažíme vyfiltrovať. Dôležité sú dva parametre: frekvencia a tzv. plnenie (pozri obr.).

$T_{on}$ je doba, počas ktorej je výstup v log. 1 a $T_{off}$ je čas v log. nule. Celková perióda signálu je $T_{total}$.

$T_{total}=T_{on}+T_{off}$

Plnenie (duty cycle) je pre obdĺžnikový signál definované ako

$D={\frac {T_{on}}{T_{total}}}={\frac {T_{on}}{T_{on}+T_{off}}}$

A výstupné napätie

$V_{out}=DV_{in}={\frac {T_{on}}{T_{total}}}V_{in}$

Ako vidno, výstupné napätie môžeme meniť zmenou periódy $T_{on}$.

Ak je T_on 0, V_out je tiež 0, ak je T_on T_total, potom V_out je maximalne.

Generovanie PWM pomocou 16-bitového počítadla a časovača T1

Literatúra:

• Newbie's Guide to AVR Timers
• The traps when using interrupts
• Ako používať časovače v AVR C
• PWM tutorial
• Prednáška o prerušeniach (Ing. Chamraz)

Zadanie

1. Naprogramujte PWM tak, aby generovalo impulzy 1Hz, 1:1 (kontrola LED diódou pripojenou na Dx)
2. Naprogramujte PWM tak, aby generovalo impulzy {1,0ms 1,5ms 2,0ms} s periódou opakovania 50Hz (kontrola pripojením serva)

Úlohy

1. Program doplňte podľa pokynov asistenta a odsimulujte.
   Pozn.: Treba vypnúť optimalizáciu! (Project/Project options Pozri obr.)
2. Doplňte chýbajúce časti programu tak, aby LED blikala s frekvenciou 1 s.
3. Vyskúšajte na svojej doske.

Rekapitulácia

Máte k dispozícii vývojovú dosku Acrob s procesorom ATmega328 (datasheet).

V tejto úlohe sa predpokladá znalosť funkcie časovača T1 z prednášky. Procesor je nakonfigurovaný na prácu s externým kryštálovým oscilátorom 16,0 MHz.

T1: režim PWM

V režime PWM (Pulse Width Modulation) môžeme použiť T1 ako 8,9 alebo 10-bitový, voľnobežný PWM generátor. Timer/Counter 1 funguje ako počítadlo, ktoré ráta najprv smerom nahor od 0x0000 až po vybraný TOP (8bit -> 0x00FF, 9bit -> 0x01FF, 10bit -> 0x03FF), tam sa otočí a počíta zasa smerom nadol až po 0x0000 a toto sa opakuje stále dokola.

Keď sa hodnota počítadla zhoduje s obsahom porovnávacívch registrov (OCR1A, OCR1B), zmení sa aj hodnota na výstupných pinoch OCA1 a OCB1 nasledovne:

COM1X1 COM1X0   Čo urobí s OCX1

  0      0        nič
  0      1        nič
  1      0      smerom nahor: 0 pri zhode
                smerom nadol: 1 pri zhode
  1      1      smerom nahor: 1 pri zhode
                smerom nadol: 0 pri zhode

V registri TCCR1A musíme nastaviť:

COM1A1 -> bit7 
COM1A0 -> bit6 
COM1B1 -> bit5 
COM1B0 -> bit4

To, ktorý režim PWM chceme používať sa nastavuje bitmi PWM10 (bit0 v TCCR1A) a PWM11 (bit1 v TCCR1A) takto:

PWM11  PWM10  Režim

 0      0       PWM zakázané
 0      1       8-bit PWM
 1      0       9-bit PWM
 1      1      10-bit PWM

Príklad:

Na obrázku je priebeh PWM signálu s plnením 25% tak ako opúšťa procesor (červený) a po vyfiltrovaní RC členom (zelený). Perióda PWM je 3,56 ms (281,25 Hz), $T_{on}$ je 0,9 ms, $T_{off}$ je 2,65 ms. $T_{63}$ (zelený priebeh) je 100 us. Osciloskop: 500us/d., 2.00V/d. Parametre: Timer0, mode 8-bit Fast PWM, Prescaler 1:256, OCR0A = 63.

Príklad: AVR ExamplePWMgenerator.c