AVR:ШИМ

Содержание

1 Введение
2 Описание флагов прерываний
3 Описание работы тайтер/счетчика Т1 в контроллере ATmega8/16
4 Пример реализации ШИМ (T1) на графическом асемблере AlgorithmBuilder (для Atmega8)
5 Пример реализации ШИМ (T1) на классическом асемблере AVRstudio (для Atmega8)

Введение

В данной статье детально рассматривается назначение регистров и битов таймеров/счетчиков Т1 и Т2 и реализация аппаратного ШИМ для контроллеров ATmega8 и ATmega16.

Аппаратная реализация ШИМ дает безусловные преимущества перед программной,так как разгружает процессор как лишним и громоздким кодом, так и временем на его обслуживание, а также дает больше возможностей использования работы с ШИМ. Достаточно провести инициализацию таймер/счетчика (занести необходимые значения в регистры используемые таймер/счетчиком) как таймер/счетчик может работать независимо от процессора, соответственно процессор может заниматься другими задачами,только иногда обращаясь в необходимый момент для корректировки или изменения режима или получения результатов от таймер/счетчика.

Также в статье приводятся в качестве примера простые исходники по реализации аппаратного ШИМ.

Описание флагов прерываний

T1 может генерировать прерывание при наступлении:

переполнения счетного регистра TCNT1;
при равенстве счетного регистра TCNT1 и регистра сравнения OCR1A и OCR1B (по отдельности для каждого регистра);
при сохранении счетного регистра в регистре захвата ICR1.

T2 может генерировать прерывание при наступлении:

переполнения счетного регистра TCNT2;
при равенстве счетного регистра TCNT2 и регистра сравнения OCR2.

Флаги всех прерываний находится в регистре TIFR,а разрешение/запрещение прерываний в регистре TIMSK.

**Разряды регистра TIMSK**
Регистр	7	6	5	4	3	2	1	0
TIMSK	OCIE2	TOIE2	TICIE1	OCIE1A	OCIE1B	TOIE1	OCIE0*	TOIE0

OCIE2 - Флаг разрешения прерывания по событию "совпадение" таймера/счетчика Т2
TOIE2 - Флаг разрешения прерывания по переполнению таймера/счетчика Т2
TICIE1 - Флаг разрешения прерывания по событию "захват" таймера/счетчика Т1
OCIE1A - Флаг разрешения прерывания по событию "совпадение А" таймера/счетчика Т1
OCIE1B - Флаг разрешения прерывания по событию "совпадение В" таймера/счетчика Т1
TOIE1 - Флаг разрешения прерывания по переполнению таймера/счетчика Т1
OCIE0* - Флаг разрешения прерывания по событию "совпадение" таймера/счетчика Т0 (* - отсутствует в ATmega8)
TOIE0 - Флаг разрешения прерывания по переполнению таймера/счетчика Т0

Для индикации наступления прерываний от таймеров/счетчиков Т0,Т1,Т2 предназначен регистр флагов прерываний TIFR. При наступлении какого либо события соответствующий флаг регистра TIFR устанавливается в "1". При переходе на подпрограмму обработки прерывания он аппаратно сбрасывается в "0".Также любой флаг может быть сброшен в "0" программно путем записи в него "1"

**Разряды регистра TIFR**
Регистр	7	6	5	4	3	2	1	0
TIFR	OCF2	TOV2	ICF1	OCF1A	OCF1B	TOV1	OCF0	TOV0

OCF2 - Флаг прерывания по событию "совпадение" таймера/счетчика Т2
TOV2 - Флаг прерывания по переполнению таймера/счетчика Т2
ICF1 - Флаг прерывания по событию "захват" таймера/счетчика Т1
OCF1A - Флаг прерывания по событию "совпадение А" таймера/счетчика Т1
OCF1B - Флаг прерывания по событию "совпадение В" таймера/счетчика Т1
TOV1 - Флаг прерывания по переполнению таймера/счетчика Т1
OCF0 - Флаг прерывания по событию "совпадение" таймера/счетчика Т0
TOV0 - Флаг прерывания по переполнению таймера/счетчика Т0

Описание работы тайтер/счетчика Т1 в контроллере ATmega8/16

Шеснадцатиразрядный таймер/счетчик Т1 может использоватся для формирования временных интервалов, подсчета количества внешних сигналов, и для генерации сигналов с ШИМ разной скважности и длительности на выводах OC1A и OC1B. Кроме того по внешнему сигналу с вывода ICP1 или от аналогового компаратора, Т1 может сохранять свое текущее состояние в отдельном регистре захвата ICR1.

**Разряды регистров TCCR1A:TCC1B:TCNT1:OCR1A:OCR1B:ICR1**
Регистр	7	6	5	4	3	2	1	0
TCCR1A	COM1A1	COM1A0	COM1B1	COM1BO	FOC1A	FOC1B	WGM11	WGM10
TCCR1B	ICNC1	ICES1	*	WGM13	WGM12	CS12	CS11	CS10
TCNT1:H	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W
TCNT1:L	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W
OCR1A:H	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W
OCR1A:L	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W
OCR1B:H	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W
OCR1B:L	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W
ICR1:H	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W
ICR1:L	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W	R/W

Каждый 16-разрядный регистр физически размещается в двух 8-разрядных регистрах поэтому при чтении записи в них нужно выполнить две операции. При записи первым загружается старший байт потом младший,при чтении наоборот сначала младший прочитывается потом старший.

TCCR1A:TCCR1B - 8-разрядные регистры управления таймером/счетчиком Т1

TCNT1 - 16-разрядный счетный регистр таймера/счетчика Т1. Взависимости от режима работы содержимое этого регистра обнуляется,инкрементируется(увеличивается значение на 1) или декрементируется(уменьшается значение на 1) по каждому импульсу тактового сигнала таймера/счетчика.

OCR1A:OCR1B - 16-разрядные регистры сравнения

ICR1 - 16-разрядный регистр захвата,сохраняет значение TCNT1 при подаче активного фронта сигнала на вывод ICP1 или по сигналу от компаратора.

Назначение битов

COM1A1:COM1A0:COM1B1:COM1B0 - Эти разряды определяют поведение вывода OC1A:OC1B при совпадении значения счетного регистра TCNT1 и регистра сравнения OCR1A:OCR1B

FOC1A:FOC1B - Эти разряды служат для прнудительного изменения состояния вывода OC1A:OC1B

ICNC1 - Разряд управления схемой помех,если бит равен "0" захват будет по первому активному фронту, если "1" захват будет после четвертой одинаковой выборки сигнала захвата.

ICES1 - Разряд выбора активного фронта сигнала,если его значение равно "0", сохранение счетного регистра TCNT1 в регистре захвата OCR1 будет по спадающему фронту сигнала, если "1" по нарастающему.

WGM13:WGM12:WGM11:WGM10 - Эти разряды определяют режим работы таймера/счетчика Т1

CS22:CS21:C20 - Разряды, определяющие источник тактового сигнала таймера/счетчика Т1.

**Выбор режима работы таймера/счетчика Т1**
WGM23	WGM22	WGM21	WGM20	Режим работы	Модуль счета (TOP)
0	0	0	0	Normal	$FFFF
0	0	0	1	Phase correct PWM 8-разрядный	$00FF
0	0	1	0	Phase correct PWM 9-разрядный	$01FF
0	0	1	1	Phase correct PWM 10-разрядный	$03FF
0	1	0	0	CTC (сброс при совпадении)	OCR1A
0	1	0	1	Fast PWM 8-разрядный	$00FF
0	1	1	0	Fast PWM 9-разрядный	$01FF
0	1	1	1	Fast PWM 10-разрядный	$03FF
1	0	0	0	Phase and Freguensy Correct PWM	ICR1
1	0	0	1	Phase and Freguensy Correct PWM	OCR1A
1	0	1	0	Phase correct PWM	ICR1
1	0	1	1	Phase correct PWM	OCR1A
1	1	0	0	CTC (сброс при совпадении)	ICR1
1	1	0	1	Зарезервировано	*
1	1	1	0	Fast PWM	ICR1
1	1	1	1	Fast PWM	OCR1A

**Выбор источника тактового сигнала**
CS12	CS11	CS10	Источник тактового сигнала
0	0	0	Таймер/счетчик остановлен
0	0	1	slk
0	1	0	slk/8
0	1	1	slk/64
1	0	0	slk/256
1	0	1	slk/1024
1	1	0	Таймер/счетчик подключен к выводу Т1 контроллера Счет осуществляется по спадающему фронту импульсов
1	1	1	Таймер/счетчик подключен к выводу Т1 контроллера Счет осуществляется по нарастающему фронту импульсов

Режим Normal

Самый простой режим работы Т1. По каждому импульсу тактового сигнала происходит инкремент счетного регистра TCNT1 (увеличение значения на 1). При переходе через значение $FFFF модуля счета (ТОР) возникает переполнение и вследующем такте начинается счет со значения $0000, в этот же момент устанавливается флаг TOV1=1 в регистре TIFR, и может быть сгенерировано прерывание если установлен флаг TOIE1=1 в регистре TIMSK. Для того, чтобы сгенерировать сигна заданной частоты в этом режиме необходимо записать в разряды COM1A1=0:COM1A0=1 для вывода OC1A или COM1B1=0:COM1B0=1 для вывода OC1B контроллера.

Кроме того по каждому такту происходит сравнение счетного регистра TCNT1 и регистра сравнения OCR1A:OCR1B, при совпадении устанавливается флаг прерывания OCF1A=1:OCF1B=1 и если разряд OCIE1A=1:OCIE1B=1 регистра TIMSK генерируется прерывание. В тот же момент может быть изменено состояние вывода OC1A:OC1B в зависимости от установок битов COM1A1:COM1A0:COM1B1:COM1B0.

**Поведение вывода ОС1A при совпадении**
COM1A1	COM1A0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1A
0	1	Состояние вывода меняется на противоположное (только в режимах Normal и CTC)
1	0	"Вывод сбрасывается "0"
1	1	"Вывод устанавливается "1"

**Поведение вывода ОС1B при совпадении**
COM1B1	COM1B0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1B
0	1	Состояние вывода меняется на противоположное (только в режимах Normal и CTC)
1	0	"Вывод сбрасывается "0"
1	1	"Вывод устанавливается "1"

Режим СТС (сброс при совпадении)

В этом режиме Т1 работает по такому же принципу как и в режиме Normal. Отличие заключается в том, что максимально возможное значение счетного регистра TCNT1 ограничивается значением регистра сравнения OCR1A или ICR1 (смотрите таблицу выбора режима таймер/счетчика). При достижении TCNT1 значения OCR1A или ICR1, значение TCNT1 обнуляется в TCNT1=$0000 В этот же момент устанавливается флаг TOV1=1 COM1A1:COM1A0:COM1B1:COM1B0 Опрелеляют поведение вывода ОС1A:OC1B при совпадении.

**Поведение вывода ОС1A при совпадении**
COM1A1	COM1A0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1A
0	1	Состояние вывода меняется на противоположное (только в режимах Normal и CTC)
1	0	"Вывод сбрасывается "0"
1	1	"Вывод устанавливается "1"

**Поведение вывода ОС1B при совпадении**
COM1B1	COM1B0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1B
0	1	Состояние вывода меняется на противоположное (только в режимах Normal и CTC)
1	0	"Вывод сбрасывается "0"
1	1	"Вывод устанавливается "1"

Режим Fast PWM (быстродействующий ШИМ)

С помощью этого режима можно генерировать высокочастотный сигал ШИМ. Принцип и порядок работы не отличается от режима Normal, кроме наличия двойной буферизации регистра OCR1A:OCR1B, благодаря которому исключается появление несиметричных импульсов сигнала, а также отличается поведением выводов ОС1A:OC1B (смотрите таблицу).

**Поведение вывода ОС1A при совпадении**
COM1A1	COM1A0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1A
0	1	Зарезервировано
1	0	Сбрасывается в "0" при прямом счете ,когда TCNT1=OCR1A, устанавливается "1" при обнулении TCNT1=$0000
1	1	Устанавливается в "1" при прямом счете ,когда TCNT1=OCR1A, сбрасывается "0" при обнулении TCNT1=$0000

**Поведение вывода ОС1B при совпадении**
COM1B1	COM1B0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1B
0	1	Зарезервировано
1	0	Сбрасывается в "0" при прямом счете ,когда TCNT1=OCR1B, устанавливается "1" при обнулении TCNT1=$0000
1	1	Устанавливается в "1" при прямом счете ,когда TCNT1=OCR1B, сбрасывается "0" при обнулении TCNT1=$0000

Режим Phase Correct PWM (ШИМ с точной фазой)

Отличие этого режима от предыдущих заключается в том, что счетный регистр работает как реверсивный счетчик. Так как этот режим рекомендуется Атмел как наиболее подходящий для регулировки двигателей, мы его рассмотрим наиболее подробно. При достижении счетным регистром TCNT1 значения модуля счета (ТОР) (или значения регистра ICR1 или значения регистра OCR1A, смотрите таблицу выбора режима таймер/счетчика), происходит изменение направления счета. При достижении счетным регистром TCNT1 минимального значения ($0000) также происходит изменение направления счета и в тот же момент устанавливается флаг прерывания TOV1 регистра TIFR. Так же при равенстве содержимого счетного регистра TCNT1 и регистра сравнения OCR1A:OCR1B ,устанавливается флаг OCF1A:OCF1B регистра TIFR и изменяется состояние вывода OC1A:OC1B,согласно таблице.

**Поведение вывода ОС1A при совпадении**
COM1A1	COM1A0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1A
0	1	Зарезервировано
1	0	Сбрасывается в "0" при прямом счете, когда TCNT1=OCR1A устанавливается "1" при обратном,когда TCNT1=OCR1A
1	1	Устанавливается в "1" при прямом счете, когда TCNT1=OCR1A, сбрасывается "0" при обратном,когда TCNT1=OCR1A

**Поведение вывода ОС1B при совпадении**
COM1B1	COM1B0	Режим работы
0	0	Таймер/счетчик отключен от вывода ОС1B
0	1	Зарезервировано
1	0	Сбрасывается в "0" при прямом счете, когда TCNT1=OCR1B устанавливается "1" при обратном, когда TCNT1=OCR1AB
1	1	Устанавливается в "1" при прямом счете, когда TCNT1=OCR1B, сбрасывается "0" при обратном, когда TCNT1=OCR1B

Во избежание несимметричных выбросов во время записи значения в регистр OCR1A:OCR1B, в этом режиме реализована двоиная буферизация записи. Благодаря этому действительное изменение значения регистра изменяется в момент достижения счетным регистром TCNT1 значения модуля счета (ТОР) (или значения регистра ICR1 или значения регистра OCR1A смотрите таблицу выбора режима таймер/счетчика). Поэтому в самом начале, при инициализации таймер/счетчика вывод ОС1A:OC1B не изменит свое состояние при совпадении до тех пор, пока регистр не достигнет значения (ТОР).

Пример реализации ШИМ (T1) на графическом асемблере AlgorithmBuilder (для Atmega8)

1. Создаем новый проект в среде AlgorithmBuilder

2. Входим в настройки и инициализируем стек(выбираем закладку SP и нажимаем кнопку ОК)

3. Присваеваем значение $E0 регистру OCR1A и значение $10 регистру OCR1B (операции как макрокоманды ,нажать кнопку F2)

4. Входим в настройки и выбираем закладку Timer1, и делаем настройку таймер/счетчика как на рисунках(выбираем тактовую частоту Т2 равную частоте процессора СК, режим Phase correct PWM (8 bit, равно периоду ШИМ 256Х2 в тактах Т1) и сброс вывода ОС2 в "0" при прямом счете и установку в "1" при обратном, а также подключаем порты к таймер/счетчику 1->DDRB.1 и 1->DDRB.2).

5. Делаем пустой цикл по кругу.

Пример реализации ШИМ (T1) на классическом асемблере AVRstudio (для Atmega8)

PWM
bodja
telepribor.narod.ru
bodja74@mail.ru

.include "m8def.inc"

Variable Declarations

.def tempH = r16 ; присваиваем регистру R16 имя tempH .def tempL = r17 ; присваиваем регистру R17 имя tempL

.dseg ; сегмент ОЗУ

.eseg ; сегмент ЕЕПРОМ

.cseg ; сегмент программы

.org 0

PROG: ldi r16,$04 ; Инициализируем стек

               out SPH,r16
               ldi r16,$5F
               out SPL,r16

               ldi tempH,$00           ; Заносим значение $00E0 в регистр OCR1A 
               out OCR1AH,tempH
               ldi tempL,$E0           ;
               out OCR1AL,tempL

               ldi tempH,$00           ; Заносим значение $0010 в регистр OCR1A  
               out OCR1BH,tempH
               ldi tempL,$10           ;
               out OCR1BL,tempL

               ldi tempL,$A1           ; инициализация таймер/счетчика Т1
               out TCCR1A,tempL
               ldi tempL,$01
               out TCCR1B,tempL

               sbi DDRB,1              ; подключаем вывод PB1 к таймер/счетчику Т1
               sbi DDRB,2              ; подключаем вывод PB2 к таймер/счетчику Т1

end: rjmp end ; пустой цикл </source>

После программирования контроллера на выводе ОС1A должны быть прямоугольные импульсы "1"=448 мксекунды "0"=32 мксекунд и для вывода ОС1B должны быть прямоугольные импульсы "1"=32 мксекунды "0"=448 мксекунд. На рисунке расмотрено поведение вывода ОС1A при присвоении значения $E0(240) регистру OCR1A и поведение вывода ОС1B при присвоении значения $10(240) регистру OCR1B

Это незавершённая статья об электронике.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

AVR:ШИМ

Содержание

Введение

Описание флагов прерываний

Описание работы тайтер/счетчика Т1 в контроллере ATmega8/16

Назначение битов

Режим Normal

Режим СТС (сброс при совпадении)

Режим Fast PWM (быстродействующий ШИМ)

Режим Phase Correct PWM (ШИМ с точной фазой)

Пример реализации ШИМ (T1) на графическом асемблере AlgorithmBuilder (для Atmega8)

Пример реализации ШИМ (T1) на классическом асемблере AVRstudio (для Atmega8)

Навигация

Персональные инструменты

Пространства имён

Варианты

Просмотры

Ещё

Поиск

Навигация

Инструменты