Razumijevanje modulacije širine impulsa (pwm) u mikrokontrolerima atmega16 / 32 avr

Modulacija širine impulsa (PWM) snažna je tehnika kojom se širina impulsa mijenja održavanjem frekvencije konstantnom. Tehnika se danas koristi u mnogim sustavima upravljanja. Primjena PWM-a nije ograničena i koristi se u širokom spektru aplikacija kao što su kontrola brzine motora, mjerenje, upravljanje snagom i komunikacija itd. U PWM tehnici se lako može generirati analogni izlazni signal pomoću digitalnih signala. Ovaj vodič pomoći će vam u razumijevanju PWM-a, njegovih terminologija i kako ga možemo implementirati pomoću mikrokontrolera. U ovom uputstvu demonstrirat ćemo PWM s AVR Atmega16 mikrokontrolerom mijenjajući intenzitet LED-a.

Da biste detaljno razumjeli osnove PWM-a, posjetite naše prethodne vodiče o PWM-u s raznim mikrokontrolerima:

• Vodič za PWM za ARM7-LPC2148: Upravljanje svjetlinom LED-a
• Modulacija širine impulsa (PWM) pomoću MSP430G2: Upravljanje svjetlinom LED-a
• Generiranje PWM-a pomoću PIC mikrokontrolera s MPLAB-om i XC8
• Modulacija širine impulsa (PWM) u STM32F103C8: Kontrola brzine istosmjernog ventilatora
• Generiranje PWM signala na GPIO pinovima PIC mikrokontrolera
• Vodič za PWM za Raspberry Pi

PWM igle u AVR mikrokontroleru Atmega16

Atmega16 ima četiri namjenska PWM pina. To su pinovi PB3 (OC0), PD4 (OC1B), PD5 (OC1A), PD7 (OC2).

Također Atmega16 ima dva 8-bitna timera i jedan 16-bitni timer. Timer0 i Timer2 su 8-bitni timeri, dok je Timer1 16-bitni timer. Da bismo generirali PWM, moramo imati pregled tajmera jer se tajmeri koriste za generiranje PWM-a. Kao što znamo da je frekvencija broj ciklusa u sekundi na kojem tajmer radi. Tako će nam veća frekvencija dati brži mjerač vremena. U generiranju PWM-a, brža PWM frekvencija dat će finiju kontrolu nad izlazom, jer može brže reagirati na nove radne cikluse PWM-a.

U ovom tutorialu za PWM za Atmega16 koristit ćemo Timer2. Možete odabrati bilo koji radni ciklus. Ako ne znate što je radni ciklus u PWM -u, razgovarajmo ukratko.

Što je PWM signal?

Modulacija širine impulsa (PWM) digitalni je signal koji se najčešće koristi u upravljačkim krugovima. Vrijeme tijekom kojeg signal ostaje visok naziva se "on time", a vrijeme tijekom kojeg signal ostaje nizak "vrijeme isključenja". Postoje dva važna parametra za PWM o kojima se govori u nastavku:

Radni ciklus PWM

Postotak vremena u kojem PWM signal ostaje VISOK (na vrijeme) naziva se radnim ciklusom.

Kao u impulsnom signalu od 100 ms, ako je signal VISOK 50 ms i NISAK 50 ms, to znači da je puls bio napola VISOK, a napola NISAK. Tako možemo reći da je radni ciklus 50%. Slično tome, ako je puls u VISOKOM stanju od 25 ms, a od 100 ms u Niskom stanju od 75 ms, tada bi radni ciklus bio 25%. Primijetite da izračunavamo samo trajanje VISOKOG stanja. Za vizualno razumijevanje možete se pozvati na donju sliku. Formula radnog ciklusa je tada,

Radni ciklus (%) = vrijeme uključivanja / (vrijeme uključivanja + vrijeme isključenja)

Dakle, promjenom radnog ciklusa možemo promijeniti širinu PWM-a, što rezultira promjenom svjetline LED-a. Imat ćemo demonstraciju korištenja različitih radnih ciklusa u kontroli svjetline LED-a. Pogledajte demo video na kraju ovog vodiča.

Nakon odabira radnog ciklusa, sljedeći bi korak bio odabir PWM načina. Način PWM određuje kako želite da PWM radi. Postoje uglavnom 3 vrste PWM načina. To su kako slijedi:

1. Brzi PWM
2. Faza ispravna PWM
3. Fazni i frekvencijski ispravni PWM

Brzi PWM koristi se tamo gdje promjena faze nije bitna. Korištenjem brzog PWM-a možemo brzo iznijeti vrijednosti PWM-a. Brzi PWM ne može se koristiti tamo gdje promjena faze utječe na rad poput upravljanja motorom, pa se u takvoj primjeni koriste drugi načini PWM-a. Budući da ćemo kontrolirati svjetlinu LED-a tamo gdje promjena faze neće puno utjecati, pa ćemo koristiti brz PWM način.

Sada ćemo za generiranje PWM-a kontrolirati odbrojavanje unutarnjeg odbrojavanja, a zatim ćemo se vratiti na nulu pri određenom odbrojavanju, tako da će odbrojavanje odbrojavati i vraćati se na nulu uvijek iznova. Ovo postavlja razdoblje. Sada imamo mogućnost upravljanja pulsom, UKLJUČIVANJE pulsa na određenom brojaču u tajmeru dok on raste. Kad se brojač vrati na 0, isključite puls. Puno je fleksibilnosti s tim, jer uvijek možete pristupiti brojaču odbrojavanja i pružiti različite impulse jednim odbrojavanjem. Ovo je sjajno kada želite kontrolirati više LED dioda odjednom. Počnimo sada povezivati ​​jednu LED diodu s Atmega16 za PWM.

Ovdje provjerite sve projekte povezane s PWM-om.

Komponente potrebne

1. Atmega16 AVR mikrokontroler IC
2. Kristalni oscilator od 16 MHz
3. Dva kondenzatora od 100 nF
4. Dva kondenzatora od 22pF
5. Pritisnite tipku
6. Jumper žice
7. Breadboard
8. USBASP v2.0
9. 2 LED (bilo koja boja)

Kružni dijagram

Za PWM koristimo OC2, odnosno Pin21 (PD7). Dakle, spojite jednu LED diodu na PD7 pinu Atmega16.

Programiranje Atmega16 za PWM

Kompletni program dan je u nastavku. Snimite program u Atmega16 pomoću JTAG-a i Atmel studija i pogledajte PWM efekt na LED-u. Njegova će se svjetlina polako povećavati i smanjivati ​​zbog promjenjivog radnog ciklusa PWM-a. Pogledajte video na kraju.

Počnite programirati Atmega16 podešavanjem Registra Timer2. Bitovi registra Timer2 su sljedeći i bitove možemo postaviti ili resetirati u skladu s tim.

Sada ćemo razgovarati o svim bitovima Timer2 kako bismo mogli dobiti željeni PWM koristeći pisani program.

U registru Timer2 uglavnom se nalaze četiri dijela:

FOC2 (Usporedba izlaza snage za Timer2): Bit FOC2 postavlja se kada WGM bitovi određuju način koji nije PWM.

WGM2 (način generiranja valova za timer2): Ovi bitovi kontroliraju slijed brojanja brojača, izvor maksimalne (TOP) vrijednosti brojača i vrstu generiranja valnog oblika.

COM2 (Usporedite izlazni način za timer2): Ovi bitovi kontroliraju ponašanje izlaza. Cjelovit opis bita objašnjen je u nastavku.

TCCR2 - = (1 <

Postavite bitove WGM20 i WGM21 kao VISOKO da biste aktivirali PWM brzi način. WGM stoji za način generiranja valnih oblika. Izborni bitovi su kao u nastavku.

WGM00	WGM01	Rad Timer2 načina
0	0	Normalni mod
0	1	CTC (Clear Timer On Compare Match)
1	0	PWM, faza ispravna
1	1	Način brzog PWM-a

Za više detalja o načinu generiranja valnih oblika možete pogledati službenu tablicu podataka Atmega16.

TCCR2 - = (1 <

Također nismo koristili nikakvo prethodno skaliranje pa smo postavili registar izvora sata na '001'.

Bitovi za odabir sata su sljedeći:

CS22	CS21	CS20	Opis
0	0	0	Nema izvora sata (tajmer / brojač zaustavljen)
0	0	1	clk T2S / (bez predkalciranja)
0	1	0	Clk T2S / 8 (s uređaja za predskalivanje)
0	1	1	Clk T2S / 32 (s uređaja za predskalivanje)
1	0	0	Clk T2S / 64 (s uređaja za predskalivanje)
1	0	1	Clk T2S / 128 (s uređaja za predskalivanje)
1	1	0	Clk T2S / 256 (s uređaja za predskaliranje)
1	1	1	Clk T2S / 1024 (s uređaja za predskalivanje)

Također se OC2 briše u usporedbi podudaranjem postavljanjem COM21 bita kao '1' i COM20 kao '0'.

Opcije odabira načina uspoređivanja izlaza (COM) za brzi PWM način dane su u nastavku:

COM21	COM21	Opis
0	0	Uobičajen rad luke, OC2 odspojen.
0	1	Rezervirano
1	0	Očistite OC2 na usporedbi, OC2 postavite na VRH
1	1	Postavite OC2 na usporedbu, očistite OC2 na vrhu

Povećajte radni ciklus s 0% na 100% tako da će se svjetlina s vremenom povećavati. Uzmite vrijednost od 0-255 i pošaljite je na OCR2 pin.

for (duty = 0; duty <255; duty ++) // 0 do maksimalnog radnog ciklusa { OCR2 = duty; // polako povećavajte svjetlinu LED-a _delay_ms (10); }

Slično tome smanjite radni ciklus sa 100% na 0% kako biste postupno smanjivali svjetlinu LED-a.

for (duty = 0; duty> 255; duty--) // maks. do 0 radni ciklus { OCR2 = duty; // polako smanjujemo svjetlinu LED-a _delay_ms (10); }

Ovim je završen naš vodič za upotrebu PWM-a u Atmega16 / 32.