一、定時/計數(shù)器PWM設計要點
根據(jù)PWM的特點,在使用ATmega128的定時/計數(shù)器設計輸出PWM時應注意以下幾點:
1.首先應根據(jù)實際的情況,確定需要輸出的PWM頻率范圍,這個頻率肟刂頻畝韻笥泄?。瓤r涑鯬WM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?冉掀ヅ浼拇嫫韉鬧稻齠?蘇伎氈鵲拇笮 ?WM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)精度要求高的應用。當調(diào)整占空比時,PWM的相位也相應的跟著變化(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)精度要求高的應用。此時應注意:不僅調(diào)整占空比時,PWM的相位會相應的跟著變化;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的跟著變化(Phase andFrequencyCorrect)。
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)?;蛴捎脩粼O定的0x0000-0xFFFF,設定值在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應用設計參考
下面給出一個設計示例,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??紤]盡量提高PWM的輸出精度,實際設計使用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,設置ICR1=250為計數(shù)器的上限值。
在ATMEL公司網(wǎng)站上,給出了使用一個定時/計數(shù)器實現(xiàn)雙音頻撥號的應用設計參考(AVR314.pdf),讀者可以從中學習到如何更好設計和使用PWM的功能。