用AVR單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生正弦波信號(hào)

用AVR單片機(jī)來(lái)產(chǎn)生正弦波信號(hào)

使用AVR定時(shí)/計(jì)數(shù)器的PWM功能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

一、定時(shí)/計(jì)數(shù)器PWM設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)PWM的特點(diǎn)，在使用ATmega128的定時(shí)/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)輸出PWM時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.首先應(yīng)根據(jù)實(shí)際的情況，確定需要輸出的PWM頻率范圍，這個(gè)頻率與控制的對(duì)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(huì)察覺(jué)到燈的閃爍。

2.然后根據(jù)需要PWM的頻率范圍確定ATmega128定時(shí)/計(jì)數(shù)器的PWM工作方式。AVR定時(shí)/計(jì)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(lèi)。

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(shí)計(jì)數(shù)器僅工作在單程正向計(jì)數(shù)方式，計(jì)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(jì)算公式為：

PWM頻率 = 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/(分頻系數(shù)*(1+計(jì)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(yīng)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?yàn)榇藭r(shí)計(jì)數(shù)器僅工作在雙向計(jì)數(shù)方式。同樣計(jì)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(jì)算公式為：

PWM頻率 = 系統(tǒng)時(shí)鐘頻率/(分頻系數(shù)*2*計(jì)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(yīng)用。當(dāng)調(diào)整占空比時(shí)，PWM的相位也相應(yīng)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(yīng)用。此時(shí)應(yīng)注意：不僅調(diào)整占空比時(shí)，PWM 的相位會(huì)相應(yīng)的跟著變化;而一但改變計(jì)數(shù)器上限值，即改變PWM的輸出頻率時(shí)，會(huì)使PWM的占空比和相位都相應(yīng)的跟著變化(Phase and Frequency Correct)。

8.在PWM方式中，計(jì)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?hù)設(shè)定的 0x0000-0xFFFF，設(shè)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(jì)數(shù)器上限值之比即為占空比。

二、 PWM應(yīng)用設(shè)計(jì)參考

下面給出一個(gè)設(shè)計(jì)示例，在示例中使用PWM方式來(lái)產(chǎn)生一個(gè)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(gè)正弦波樣本表，樣本表將一個(gè)正弦波周期分為128個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)按7位量化(127對(duì)應(yīng)最高幅值Vcc/2)：

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

如果在一個(gè)正弦波周期中采用128個(gè)樣點(diǎn)，那么對(duì)應(yīng)1KHz的正弦波PWM的頻率為128KHz。實(shí)際上，按照采樣頻率至少為信號(hào)頻率的2倍的取樣定理來(lái)計(jì)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(shí)際設(shè)計(jì)使用PWM的頻率為16KHz，即一個(gè)正弦波周期(1KHz)中輸出 16個(gè)正弦波樣本值。這意味著在128點(diǎn)的正弦波樣本表中，每隔8點(diǎn)取出一點(diǎn)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(shí)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(gè)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

#i nclude

#i nclude

#pragma data:code

// 128點(diǎn)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(diǎn)指針

if (X_LUT > 127) X_LUT -= 128; // 樣點(diǎn)指針調(diào)整

OCR0 = auc_SinParam[X_LUT]; // 取樣點(diǎn)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(jì)數(shù)器溢出中斷的服務(wù)中取出一個(gè)正弦波的樣點(diǎn)值到比較匹配寄存器中，用于調(diào)整下一個(gè)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(guò)一個(gè)低通濾波器后，便得到一個(gè)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(shí)/計(jì)數(shù)器T /C1，選擇工作模式10，設(shè)置ICR1=250為計(jì)數(shù)器的上限值。

在ATMEL公司網(wǎng)站上，給出了使用一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)雙音頻撥號(hào)的應(yīng)用設(shè)計(jì)參考(AVR314.pdf)，讀者可以從中學(xué)習(xí)到如何更好設(shè)計(jì)和使用PWM的功能。

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

這個(gè)問(wèn)題我也弄過(guò)好長(zhǎng)一段時(shí)間。

在編號(hào)為 AVR314 的 Application Note 中，這個(gè)講得很詳細(xì)。

在這個(gè) note 中，因?yàn)檎也ㄗ罱K用于高、低頻的疊加以生成DTMF信號(hào)，所以就用了7位來(lái)存儲(chǔ)正弦表。7位最大為127

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

再加64，則將值全部上移為正，滿(mǎn)足存儲(chǔ)要求。

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