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基于AVR单片机的PWM功能设计

2018年06月08日 10:21 次阅读

一、定时/计数器PWM设计要点

根据PWM的特点,在使用ATmega128的定时/计数器设计输出PWM时应注意以下几点:

1.首先应根据实际的情况,确定需要输出的PWM频率范围,这个频率与控制的对象有关。如输出PWM波用于控制灯的亮度,由于人眼不能分辨42Hz以上的频率,所以PWM的频率应高于42Hz,否则人眼会察觉到灯的闪烁。

2.然后根据需要PWM的频率范围确定ATmega128定时/计数器的PWM工作方式。AVR定时/计数器的PWM模式可以分成快速PWM和频率(相位)调整PWM两大类。

3.快速PWM可以的到比较高频率的PWM输出,但占空比的调节精度稍微差一些。此时计数器仅工作在单程正向计数方式,计数器的上限值决定PWM的频率,而比较匹配寄存器的值决定了占空比的大小。PWM频率的计算公式为:

基于AVR单片机的PWM功能设计

PWM频率 = 系统时钟频率/(分频系数*(1+计数器上限值))

4.快速PWM模式适合要求输出PWM频率较高,但频率固定,占空比调节精度要求不高的应用。

5.频率(相位)调整PWM模式的占空比调节精度高,但输出频率比较低,因为此时计数器仅工作在双向计数方式。同样计数器的上限值决定了PWM的频率,比较匹配寄存器的值决定了占空比的大小。PWM频率的计算公式为:

PWM频率 = 系统时钟频率/(分频系数*2*计数器上限值))

6.相位调整PWM模式适合要求输出PWM频率较低,但频率固定,占空比调节精度要求高的应用。当调整占空比时,PWM的相位也相应的跟着变化(Phase Correct)。

7.频率和相位调整PWM模式适合要求输出PWM频率较低,输出频率需要变化,占空比调节精度要求高的应用。此时应注意:不仅调整占空比时,PWM 的相位会相应的跟着变化;而一但改变计数器上限值,即改变PWM的输出频率时,会使PWM的占空比和相位都相应的跟着变化(Phase and Frequency Correct)。

8.在PWM方式中,计数器的上限值有固定的0xFF(8位T/C);0xFF、0x1FF、0x3FF(16位T/C)。或由用户设定的 0x0000-0xFFFF,设定值在16位T/C的ICP或OCRA寄存器中。而比较匹配寄存器的值与计数器上限值之比即为占空比。

二、 PWM应用设计参考

下面给出一个设计示例,在示例中使用PWM方式来产生一个1KHz左右的正弦波,幅度为0-Vcc/2。

首先按照下面的公式建立一个正弦波样本表,样本表将一个正弦波周期分为128个点,每点按7位量化(127对应最高幅值Vcc/2):

f(x) = 64 + 63 * sin(2πx/180) x∈[0…127]

如果在一个正弦波周期中采用128个样点,那么对应1KHz的正弦波PWM的频率为128KHz。实际上,按照采样频率至少为信号频率的2倍的取样定理来计算,PWM的频率的理论值为2KHz即可。考虑尽量提高PWM的输出精度,实际设计使用PWM的频率为16KHz,即一个正弦波周期(1KHz)中输出 16个正弦波样本值。这意味着在128点的正弦波样本表中,每隔8点取出一点作为PWM的输出。

程序中使用ATmega128的8位T/C0,工作模式为相位调整PWM模式输出,系统时钟为8MHz,分频系数为1,其可以产生最高PWM频率为: 8000000Hz / 510 = 15686Hz。每16次输出构成一个周期正弦波,正弦波的频率为980.4Hz。PWM由OC0(PB4)引脚输出。参考程序如下(ICCAVR)。

//ICC-AVR applicaTIon builder : 2004-08

// Target : M128

// Crystal: 8.0000Mhz

#i nclude

#i nclude

#pragma data:code

// 128点正弦波样本表

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; // 新样点指针

if (X_LUT > 127) X_LUT -= 128; // 样点指针调整

OCR0 = auc_SinParam[X_LUT]; // 取样点指针到比较匹配寄存器

}

void main(void)

{

DDRB |= 0x10; // PB4(OC0)输出

TCCR0 = 0x71; // 相位调整PWM模式,分频系数=1,正向控制OC0

TIMSK = 0x01; // T/C0溢出中断允许

SEI(); // 使能全局中断

while(1)

{……};

}

每次计数器溢出中断的服务中取出一个正弦波的样点值到比较匹配寄存器中,用于调整下一个PWM的脉冲宽度,这样在PB4引脚上输出了按正弦波调制的PWM方波。当PB4的输出通过一个低通滤波器后,便得到一个980.4Hz的正弦波了。如要得到更精确的1KHz的正弦波,可使用定时/计数器T /C1,选择工作模式10,设置ICR1=250为计数器的上限值。

在ATMEL公司网站上,给出了使用一个定时/计数器实现双音频拨号的应用设计参考(AVR314.pdf),读者可以从中学习到如何更好设计和使用PWM的功能。

f(x) = 64 + 63 * sin(2πx/128) x∈[0…127]

这个问题我也弄过好长一段时间。

在编号为 AVR314 的 Application Note 中,这个讲得很详细。

在这个 note 中,因为正弦波最终用于高、低频的叠加以生成DTMF信号,所以就用了7位来存储正弦表。7位最大为127

而f(x)=sin(x)的值域为[0…1],所以,63 * sin(2πx/128)就放大了值域。

再加64,则将值全部上移为正,满足存储要求。

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发表于 2018-05-28 11:26 317次阅读
物联网全栈教程-从云端到设备(十)

物联网全栈教程-从云端到设备(十一)

发表于 2018-05-28 11:26 459次阅读
物联网全栈教程-从云端到设备(十一)

物联网全栈教程-从云端到设备(十二)

一 经过前面的铺垫,你已经学会了在LinkDevelop上新建一个项目,然后通过使用MQTT电脑客户...

发表于 2018-05-28 11:26 320次阅读
物联网全栈教程-从云端到设备(十二)

物联网全栈教程-从云端到设备(十三)

一 很多朋友一听说要搞硬件总觉得还要重新学习很多电路基础知识,零妖告诉你这是个错误的想法。如果在十年...

发表于 2018-05-28 11:26 316次阅读
物联网全栈教程-从云端到设备(十三)

DIY一款双路输出四电压等级电源

上面两图展示的为成品线路板,输出、输入遵循左低右高的原则。从图中大家应该不难看出,本人在有限的成本...

发表于 2018-05-28 09:16 711次阅读
DIY一款双路输出四电压等级电源

浅谈AVR中定时器几种工作模式

AVR有三个定时计数器,其中定时计数器0和定时计数器2是8位的,定时计数器1是16位。

发表于 2018-05-27 10:16 153次阅读
浅谈AVR中定时器几种工作模式

大神提供的AVR单片机的相关总结

AVR文档里要求最好不要中断嵌套,只能执行完这个中断再执行下一个中断;

发表于 2018-05-27 10:16 120次阅读
大神提供的AVR单片机的相关总结

三分钟告诉你:AVR单片机的熔丝与解锁

AVR单片机的熔丝位配置是AVR单片机初学者很容易出错的地方,其实只要注意一些事项,还是能够尽量避免...

发表于 2018-05-25 17:10 153次阅读
三分钟告诉你:AVR单片机的熔丝与解锁

一文带你深入了解:AVR单片机程序设计架构

最精彩的部分要数多任务并行运行。简单的多进程程序还是很容易的,比方同时控制流水灯和数码管(动态),单...

发表于 2018-05-25 16:43 114次阅读
一文带你深入了解:AVR单片机程序设计架构

大神教你快速上手:标准80C51单片机模拟I2C...

在做程序是我在网上找的是周立功的程序,感觉还不错顺便转载;在使用的过程中一定要注意时序、时间的问题。

发表于 2018-05-25 16:37 215次阅读
大神教你快速上手:标准80C51单片机模拟I2C...

单片机的一生如同人类

一阵铃声吵醒你(wake up,激活),你感觉很饿,于是大哭(Alarm Ring),父母马上来喂你...

发表于 2018-05-25 15:13 489次阅读
单片机的一生如同人类

大神手把手教你:单片机DS18B20水温控制系统...

在一些温控系统电路中,广泛采用的是通过热电偶、热电阻或PN结测温电路经过相应的信号调理电路,转换成A...

发表于 2018-05-25 15:09 310次阅读
大神手把手教你:单片机DS18B20水温控制系统...

基于STM32F103系列单片机的无线解说器

本实例是以STM32F103系列单片机作为核心处理器,利用VS1003芯片进行音频解码的一种无线解...

发表于 2018-05-25 10:00 1350次阅读
基于STM32F103系列单片机的无线解说器

基于HT1621B段式液晶模块的驱动应用设计

段式液晶由于其功耗低、价格便宜在很多家电中得到广泛的应用,其驱动其实并不复杂,大多是情况下都是用HT...

发表于 2018-05-25 03:48 341次阅读
基于HT1621B段式液晶模块的驱动应用设计

mega16单片机科学计算器程序源代码

支持最大八位的无符号长整型数值计算

发表于 2018-05-24 16:08 86次阅读
mega16单片机科学计算器程序源代码

目前较为主流的手势检测方案简要分析

ELMOS推出的汽车级多用途传感器IC-E909.06,同样可以实现手势检测。E909.06基于目标...

发表于 2018-05-24 15:42 667次阅读
目前较为主流的手势检测方案简要分析

esp8266中文资料汇总(esp8266引脚图...

本文首先介绍了esp8266引脚图功能与esp8266特性,其次介绍了 单片机与ESP8266串口...

发表于 2018-05-24 08:36 1175次阅读
esp8266中文资料汇总(esp8266引脚图...

凌力尔特公司推出多拓扑电流模式 PWM 控制器 ...

ADI 旗下凌力尔特公司 (Linear Technology Corporation) 推出多拓扑...

发表于 2018-05-23 15:54 195次阅读
凌力尔特公司推出多拓扑电流模式 PWM 控制器 ...

Microchip PIC24F32KA304超...

这讲我们讲:Microchip PIC24F32KA304超低功耗16位单片机

发表于 2018-05-23 15:47 313次阅读
Microchip PIC24F32KA304超...

Microchip全新的PIC32MX3/4系列...

本视频介绍了Microchip全新的PIC32MX3/4系列高性能低成本32位单片机。该系列是对原有...

发表于 2018-05-23 14:47 427次阅读
Microchip全新的PIC32MX3/4系列...

单片机的发展历程

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。尽管它的大部分功能集成在一块小芯片上,但是它具有一个...

发表于 2018-05-23 14:45 2870次阅读
单片机的发展历程

PIC®单片机与LED驱动及控制相关外设介绍(上...

本课讲述PIC®单片机与LED驱动及控制相关外设介绍上篇

发表于 2018-05-23 13:48 469次阅读
PIC®单片机与LED驱动及控制相关外设介绍(上...

掌握段式数码管的工作原理和如何通过动态驱动的方法...

74HC138 是常用的3-8 线译码器, 即具有3 个输入端( 管脚1,2,3) 与8 个输出端(...

发表于 2018-05-23 09:34 1044次阅读
掌握段式数码管的工作原理和如何通过动态驱动的方法...

MCU单片机主流芯片公司有哪些_十大主流MCU单...

本文主要盘点了全球十家主流MCU单片机公司,分别有瑞萨电子、恩智浦、微芯科技、意法半导体、英飞凌、德...

发表于 2018-05-22 16:44 690次阅读
MCU单片机主流芯片公司有哪些_十大主流MCU单...

单片机C语言之串口通信协议

本文首先介绍了串口的基本结构,其次介绍了串口通信方式,最后详细介绍了单片机C语言之串口通信协议。

发表于 2018-05-22 12:37 293次阅读
单片机C语言之串口通信协议

单片机外接键盘电路

键盘接口电路是单片机系统设计非常重要的一环,作为人机交互界面里最常用的输入设备。我们可以通过键盘输入...

发表于 2018-05-22 11:21 3296次阅读
单片机外接键盘电路

PWM转换为模拟量电压的电路介绍

本文首先介绍了PWM的原理,其次介绍了PWM分类及信号产生电路图,最后介绍了PWM转换为模拟量电压的...

发表于 2018-05-22 09:51 966次阅读
PWM转换为模拟量电压的电路介绍