Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Тема: Використання таймерів для організації ШІМ
Мета роботи: Вивчити основи отримання ЦАП за допомогою ШІМ. Отримати навики у використанні апаратного ШІМ за допомогою таймерів мікроконтролерів AVR.
Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — наближення бажаного сигналу (аналогового) до дійсних бінарних сигналів (з двома рівнями - вкл/викл), так, що, в середньому, за деякий відрізок часу, їх значення рівні. ФорРисьно, це можна записати так:
,
де x(t) - бажаний вхідний сигнал в межі від t1 до t2, а ΔTi - тривалість i -го імпульсу ШІМ, кожного з амплітудою A. ΔTi підбирається таким чином, що сумарні площі обох величин приблизно рівні за достатньо тривалий проміжок часу, рівні так само і середні значення величин за період:
.
Керованими "рівнями", як правило, є параметри живлення силової установки, наприклад, напруга імпульсних перетворювачів/регуляторів постійної напруги/або швидкість електродвигуна. Для імпульсних джерел x(t)= Uconst стабілізації.
ШІП — широко-імпульсний перетворювач, що генерує ШІМ-сигнал по заданому значенню напруги, що керує. Основна перевага ШІМ — високий ККД його підсилювачів потужності, який досягається за рахунок використання їх виключно в ключовому режимі. Це значно зменшує виділення потужності на силовому перетворювачі (СП).
При широко-імпульсній модуляції як коливання, що несе, використовується періодична послідовність прямокутних імпульсів, а інформаційним параметром, пов'язаним з дискретним модулюючим сигналом, є тривалість цих імпульсів. Періодична послідовність прямокутних імпульсів однакової тривалості має постійну складову, обернено-пропорційну шпаруватості імпульсів, тобто прямопропорційну їх тривалості. Пропустивши імпульси через ФНЧ із значно меншою, ніж частота проходження імпульсів, цю постійну складову можна легко виділити, отримавши постійну напругу. Якщо тривалість імпульсів буде різною, ФНЧ виділить поволі змінну напругу, що відстежує закон зміни тривалості імпульсів. Таким чином, за допомогою ШІМ можна створити нескладний ЦАП: значення відліків сигналу кодуються тривалістю імпульсів, а ФНЧ перетворить імпульсну послідовність в плавно змінний сигнал.
Наприклад, аналоговий ФНЧ можна виконати за допомогою простого пасивного RC-фильтра. Фільтр видаляє високу частоту ШІМ, що несе, і, таким чином, формує аналоговий сигнал. Настроювальна частота фільтру повинна бути вибрана достатньо високою, щоб не спотворити форму аналогового сигналу. В той же час настроювальна частота повинна бути достатньо низькою для мінімізації пульсацій від частоти несучої ШІМ.
Рис. 1 – Низькочастотний RC-фильтр
Якщо аналоговий сигнал поступає до низькоомного входу, то між виходом фільтру і навантаженням повинен бути включений буферний підсилювач. Це запобігає навантаженню конденсатора і появі пульсуючої напруги.
У мікроконтролерах AVR для генерації ШІМ-сигналов використовуються таймери-лічильники. Для зміни частоти ШІМ, що несе, змінюється частота синхронізації таймера і вершина рахунку. Підвищення частоти синхронізації і/або зниження вершини рахунку приводять до підвищення частоти переповнювання таймера і, як наслідок, збільшується частота ШІМ. Максимальній роздільній здатності (вершина рахунку 255) відповідає максимальна частота ШІМ. Подальше збільшення частоти ШІМ можливо шляхом зменшення роздільної здатності, але в цьому випадку скорочується кількість кроків при установці заповнення імпульсів від 0 до 100%.
Зміна вмісту регістра порівняння (OCR) впливає на заповнення імпульсів. Збільшення значення OCR збільшує заповнення імпульсів. До досягнення лічильником значення з регістра OCR ШІМ-вихід знаходиться у високому стані, потім переходить в низький стан до досягнення вершини рахунку, після чого лічильник переходить в нульовий стан і цикл повторюється. Такий спосіб генерації у AVR-микроконтроллеров отримав назву швидкої ШІМ.
Рис. 2 – Значения лічильника и ШІМ-виходу
При використанні ШІМ для генерації аналогових сигналів ширина аналогових рівнів залежить від роздільної здатності ШІМ. Чим вище несуча частота, тим більш просто її подавити і тим самим мінімізувати рівень пульсацій. Таким чином, необхідно оптимізувати співвідношення роздільної здатності і несучої частоти.
Для мікроконтролера AТmega16, 12 Мгц написати програму, що реалізує функцію синуса за допомогою ШІМ, що має наступні параметри:
- максимальна частота ШІМ (мінімальна вершина рахунку = 255 (0xFF), максимальна тактова частота Clk=12 Мгц: fШІМ = 12 Мгц/255 = 47058 Гц )
- частота сигналу ≈ 470 Гц (47058 Гц / 470 Гц ≈ 100 дискретних точок)
- максимально можлива амплітуда сигналу
Реалізувати програму в симуляторі PROTEUS (див. рис.3). Отримати дані осцилографа (див. Рис. 4).
Під наглядом викладача перевірити роботу програми за допомогою лабораторного стенду.
Рис. 3 – Схема експерименту в програмі PROTEUS
Рис. 4 – Приклад знімаємих показників
#include <mega16.h>
#include <math.h>
float t; // t - час одного дискретного сигналу
int A, i; // A - амплітуда сигналу, i,j - допоміжні змінні
#define LIMIT 0xFF // мінімальна вершина рахунку
#define N 100 // кількість точок
short int Tabl[N];
// Функція обробки переривання переповнювання таймера T1
interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void)
{
OCR1A = Tabl[i]; // Заноситься нове значення в OCR1A з таблиці синусів
i++; // Збільшуємо значення індексу
if (i==N) i=0; // Досягши кінця таблиці, переходимо на початок
}
void main(void)
{
PORTD=0x00;
DDRD=0x20; // PD5 - конф. на вивід
// Конфігурація таймера Т1
// Clock source: System Clock
// Clock value: 12000,000 kHz
// Mode: Fast PWM top=00FFh
// OC1A output: Inverted
// OC1B output: Discon.
// Noise Canceler: Off
// Input Capture on Falling Edge
// Timer 1 Overflow Interrupt: On
// Input Capture Interrupt: Off
// Compare A Match Interrupt: Off
// Compare B Match Interrupt: Off
TCCR1A=0x81;
TCCR1B=0x09;
TCNT1H=0x00;
TCNT1L=0x00;
ICR1H=0x00;
ICR1L=0x00;
OCR1AH=0x00;
OCR1AL=0xff;
OCR1BH=0x00;
OCR1BL=0x00;
// Timer(s) /Counter(s) Interrupt(s) initialization
TIMSK=0x04;
A=LIMIT/2-5;
t=2*PI/N;
for (i=0; i<N; i++) Tabl[i]=A*sin(t*i)+LIMIT/2+1;
i=0;
#asm("sei")
while (1){ } // Порожній цикл
}