Урок 13

 

Часть 1

 

ШИМ. Мигаем светодиодом плавно

 

Сегодня мы изучим возможность использования широтно-импульсной модуляции в микроконтроллере AVR, или, как говорят в народе, ШИМ.

В технической документации мы будем видеть чаще аббревиатуру PWM или pulse-width modulation, что преводится имено также.

Что же такое вообще широтно-импульсная модуляция.

ШИМ — это управление свечением светодиодов, вращением двигателей, и прочими устройствами необычным способом, при котором данное управление осуществляется не приложенным напряжением к контактам, а квадратными импульсами. При этом напряжение будет только двух видов — высокое (1) и низкое (0). При данном способе результирующее напряжение вычисляется как среднее по времени между временем высокого состояния в одном импульсе и временем низкого состояния. Мы вычисляем отношение времени (или широты) высокого состояния к общему периоду импульса. Называем мы это скважностью импульса. То есть чем больше в периоде напряжение находилось в высоком состоянии, тем больше скважность, а, следовательно, тем больше и результирующее среднее напряжение. То есть, чтобы найти результирующее напряжение, нам необходимо и достаточно вычисленную скважность умножить на напряжение и разделить на 100, так как скважность как правило измеряется в процентах. Например, если у нас в квадратном импульсе широта логического нуля равна широте логической единицы, то скважность у нас будет 50 процентов, и, если напряжение будет 5 вольт, то среднее результирующее напряжение мы получим равное 2,5 вольт и т.д. Лучшую картину объяснения данной ситуации мы можем увидеть, посмотрев видеоурок, ссылка на который дана в конце данной статьи.

Это конечно очень упрощённое понятие ШИМ. Есть более серьёзные разъяснение данной технологии, но нам для наших экспериментов этого будет вполне достаточно.

То есть, подведя итоги объяснению, мы управляем результирующим напряжением, а также и свечением светодиода, угловой скоростью электродвигателя и прочими значениями за счёт изменения скважности импульсов.

Но всё-таки самое интересное, как же всё-таки всё это организовано в нашем микроконтроллере?

В микроконтроллере AVR широтно-импульсную модуляцию можно организовать как программно, так и аппаратно.

Программная организация ШИМ — это когда мы включим на определённое время на ножке контроллера логическую единицу, а затем на определённое время — логический ноль и так по циклу. Плюсы данного способа — это то, что мы можем организовать ШИМ на абсолютно любой ножке любого порта контроллера, а минусом — то, что всё это будет связано с немалыми затратами на процессорное время, и возможно даже будет сопряжено с какими-то ошибками, вытекающими из этого.

Поэтому всегда в любой технологии мы стараемся придерживаться всё-таки именно аппаратного способа реализации.

Аппаратная организация ШИМ в МК AVR происходит на уровне таймера 2.

Как мы помним из предыдущего занятия, таймеров в конкретном нашем микроконтроллере Atmega8 три. И таймеры 0 и 2 являются восьмибитными. Но на уровне 2-го таймера как раз и организована широтно-импульсная модуляция.

Давайте посмотрим вот такую вот картину

 

 

Здесь иллюстрируется то, какие мы должны включить биты в регистре TCCR второго таймера, чтобы запустить широтно-импульсную модуляцию.

 

 

Биты WGM как раз и включают таймер в резим PWM (ШИМ). С остальными битами разберёмся позже, если это потребуется.

А сейчас, чтобы это всё прочувствовать, нам необходим проект, который мы и создадим сейчас.

Проект создаем таким же образом, как и на прошлых занятиях. Назовём его Test10, создадим и добавим файлы PWM.c и PWM.h, последний автоматически оформится при создании соответствующими директивами прероцессора. А в главном файле Test01.c мы напишем стандартный код

 

#include «main.h»

//—————————————-

void port_ini(void)

{

PORTB=0x00;

DDRB=0x08;

}

//—————————————-

int main(void)

{

  port_ini();

  while(1)

  {

  }

}

 

Как мы видим в коде, в порте B мы включили на выход 3 ножку. В распиновке контроллера мы видим, что у данной ножки есть ещё альтернативное обозначение OC2, которое и означает возможность этой ножки работать непосредственно с ШИМ

 

 

 

 

 

Файл main.h мы можем даже подключить с прошлого занятия по LCD и немного исправим код, подключив туда уже новый наш модуль PWM

 

#ifndef MAIN_H_

#define MAIN_H_

#define F_CPU 8000000UL

#include <avr/io.h>

#include <avr/interrupt.h>

#include <util/delay.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include «PWM.h»

#endif /* MAIN_H_ */

 

Ну и теперь начнём писать код в новую библиотеку для работы непосредственно с ШИМ — в файл PWM.c.

Там мы также подключим заголовочный файл и создадим каркас функции для работы с ШИМ

 

#include «PWM.h»

void init_PWM_timer(void)

{

}

 

А в заголовочный файл нашей библиотеки мы добавим прототип данной функции, а также подключим библиотеку для работы с прерываниями

 

#ifndef PWM_H_

#define PWM_H_

#include <avr/interrupt.h>

void init_PWM_timer(void);

#endif /* PWM_H_ */

 

И вызовем сразу эту функцию в main()

 

port_ini();

init_PWM_timer();

 

Начнём теперь писать код непосредственно в функцию. Сначала запишем все нули в регистр ASSR, который существует у таймера, но мы его никак не используем

 

void init_PWM_timer(void)

{

  ASSR=0x00;

 

Дальше уже займёмся управляющим регистром нашего таймера. Назначение битов WGM и то, какие именно из них мы включим, мы разобрали. Теперь биты COM20 и COM21, отвечающие за режим самого ШИМ. Мы выберем вот такой режим и соответственно ему и включим данные биты

 

 

А включим мы режим, при котором при начале счёта напряжение на ножке OC2 будет находиться в высоком логическом состоянии, а как только мы досчитаем до определённой цифры, то ножка перейдёт в низкое состояние и будет в нём находиться до окончания счёта. И так по кругу.

И останется нам только настроить делитель. Слишком большая частота нам не нужна. Но когда была слишком маленькая, также было заметно мерцание, поэтому давайте включим следующую величину

 

 

Поэтому мы включим все три бита.

В итоге значение регистра станет вот таким

 

ASSR=0x00;

TCCR2=0b01101110; //Fast PWM, Clear OC2 on Compare Match, clkT2S/256 (From prescaler) (реальная частота получится 8мгц/256 = 31250 гц)

 

Теперь попробуем собрать проект. Проект нормально собрался. В следующей части мы продолжим работать с ШИМ.

 

 

Предыдущий урок Программирование МК AVR Следующая часть

 

Купить программатор можно здесь (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0

 

 

Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)