ШИМ (PWM) — широтно-импульсная модуляция. Не нужно пугаться данного термина. Это всего навсего способ регулирования напряжения. Допустим подсветка монитора горит слишком ярко, вы меняете яркость. А что же происходит в этот момент на самом деле?

Представим себе, что подсветка монитора это несколько светодиодов. Питается все это дело от постоянного напряжения. Но вот нам понадобилось уменьшить яркость монитора. Логично ответить, что это можно сделать переменным резистором. На маленьких токах — возможно. Но на больших, резистор будет сильно греться. Сильно возрастут габариты, потери, энергопотребление.

Поэтому люди придумали схему на транзисторах, которая делает из постоянного напряжения пульсирующее. Оказывается, пульсирующее напряжение, в зависимости от заполнения периода будет эквивалентно постоянному напряжению. Т.е. если в течение периода напряжение 50% времени было включено, 50% выключено, то эквивалент постоянного напряжения будет равен 50% от номинального.

В цифрах это просто — было 5В постоянного напряжения прогнали через ШИМ — получили 2,5В. Если заполнение импульса равно 75%, то эквивалентное постоянное напряжение будет 3,75В. Думаю идея понятна.

Теперь приступим к практической реализации. Будем при помощи микроконтроллера изменять заполнение от 0 до 100%, потом от 100% до нуля. Конечный результат должен выглядеть так:

Чтобы было более наглядно, подключим светодиод. В результате у нас будет плавно включаться и отключаться светодиод.

Запускаем наш любимый CodeVision. Создаем проект при помощи мастера. В разделе таймеров (Timers), выбираем Timer 2 и выставляем настройки как на рисунке.

Если попробовать сгенерировать проект, то прога может ругнуться. Соглашаемся, ведь у нас нога 3 порта В должна быть настроена как выход.

Приводим код к следующему виду:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

#include void main(void ) { PORTB= 0x00 ; DDRB= 0x08 ; // Timer/Counter 2 initialization ASSR= 0x00 ; TCCR2= 0x6C ; TCNT2= 0x00 ; OCR2= 0x00 ; TIMSK= 0x00 ; while (1 ) { } ; }

#include void main(void) { PORTB=0x00; DDRB=0x08; // Timer/Counter 2 initialization ASSR=0x00; TCCR2=0x6C; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; TIMSK=0x00; while (1) { }; }

Уделим внимание строке OCR2=0x00; Эта переменная как раз и отвечает за величину заполнения импульса. Изменяется данная величина от 0 до 255(0хFF), т.е. 255 соответствует 100% -му заполнению (постоянный ток). Следовательно, если нужно 30% заполнение (255/100)*30=77. Далее 77 переводим в шестнадцатеричную систему OCR2=0x4D;

TCCR2=0x6C; Изменяя данную величину мы можем регулировать частоту ШИМ. Величина частоты работы ШИМ кратна частоте, на которой работает микроконтроллер. В проекте использована частота микроконтроллера 8 МГц, частоту ШИМ использовали 125кГц, следовательно делитель равен 8/125=64
0x6C в двоичной системе счисления 1101100, открываем даташит на Atmega8 и видим описание регистра TCCR2, так вот 1101100 последние цифры 100 и отвечают за выбор частоты работы ШИМ

Приступим непосредственно к программе:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

#include #include void main(void ) { PORTB= 0x00 ; DDRB= 0x08 ; ASSR= 0x00 ; TCCR2= 0x6C ; TCNT2= 0x00 ; OCR2= 0x00 ; TIMSK= 0x00 ; while (1 ) { while (OCR2< 0xff ) { OCR2= OCR2+ 0x01 ; delay_ms(5 ) ; } while (OCR2> 0x00 ) { OCR2= OCR2- 0x01 ; delay_ms(5 ) ; } } ; }

#include #include void main(void) { PORTB=0x00; DDRB=0x08; ASSR=0x00; TCCR2=0x6C; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; TIMSK=0x00; while (1) { while(OCR2<0xff) { OCR2=OCR2+0x01; delay_ms(5); } while(OCR2>0x00) { OCR2=OCR2-0x01; delay_ms(5); } }; }

Код прост до безобразия: сначала в цикле увеличиваем заполнение от 0 до 255(ff), потом уменьшаем от 255 до 0.
И напоследок видосик, как это все должно работать. Успехов в изучении)

ШИМ или PWM (широтно-импульсная модуляция, по-английски pulse-width modulation) – это способ управления подачей мощности к нагрузке. Управление заключается в изменении длительности импульса при постоянной частоте следования импульсов. Широтно-импульсная модуляция бывает аналоговой, цифровой, двоичной и троичной.

Применение широтно-импульсной модуляции позволяет повысить КПД электрических преобразователей, особенно это касается импульсных преобразователей, составляющих сегодня основу вторичных источников питания различных электронных аппаратов. Обратноходовые и прямоходовые однотактные, двухтактные и полумостовые, а также мостовые импульсные преобразователи управляются сегодня с участием ШИМ, касается это и резонансных преобразователей.

Широтно-импульсная модуляция позволяет регулировать яркость подсветки жидкокристаллических дисплеев сотовых телефонов, смартфонов, ноутбуков. ШИМ реализована в , в автомобильных инверторах, в зарядных устройствах и т. д. Любое зарядное устройство сегодня использует при своей работе ШИМ.

В качестве коммутационных элементов, в современных высокочастотных преобразователях, применяются биполярные и полевые транзисторы, работающие в ключевом режиме. Это значит, что часть периода транзистор полностью открыт, а часть периода - полностью закрыт.

И так как в переходных состояниях, длящихся лишь десятки наносекунд, выделяемая на ключе мощность мала, по сравнению с коммутируемой мощностью, то средняя мощность, выделяемая в виде тепла на ключе, в итоге оказывается незначительной. При этом в замкнутом состоянии сопротивление транзистора как ключа очень невелико, и падение на нем напряжения приближается к нулю.

В разомкнутом же состоянии проводимость транзистора близка к нулю, и ток через него практически не течет. Это позволяет создавать компактные преобразователи с высокой эффективностью, то есть с небольшими тепловыми потерями. А резонансные преобразователи с переключением в нуле тока ZCS (zero-current-switching) позволяют свести эти потери к минимуму.

В ШИМ-генераторах аналогового типа, управляющий сигнал формируется аналоговым компаратором, когда на инвертирующий вход компаратора, например, подается треугольный или пилообразный сигнал, а на неинвертирующий - модулирующий непрерывный сигнал.

Выходные импульсы получаются , частота их следования равна частоте пилы (или сигнала треугольной формы), а длительность положительной части импульса связана с временем, в течение которого уровень модулирующего постоянного сигнала, подаваемого на неинвертирующий вход компаратора, оказывается выше уровня сигнала пилы, который подается на инвертирующий вход. Когда напряжение пилы выше модулирующего сигнала - на выходе будет отрицательная часть импульса.

Если же пила подается на неинвертирующий вход компаратора, а модулирующий сигнал - на инвертирующий, то выходные импульсы прямоугольной формы будут иметь положительное значение тогда, когда напряжение пилы выше значения модулирующего сигнала, поданного на инвертирующий вход, а отрицательное - когда напряжение пилы ниже сигнала модулирующего. Пример аналогового формирования ШИМ - микросхема TL494, широко применяющаяся сегодня при построении импульсных блоков питания.

Цифровая ШИМ используются в двоичной цифровой технике. Выходные импульсы также принимают только одно из двух значений (включено или выключено), и средний уровень на выходе приближается к желаемому. Здесь пилообразный сигнал получается благодаря использованию N-битного счетчика.

Цифровые устройства с ШИМ работают также на постоянной частоте, обязательно превосходящей время реакции управляемого устройства, этот подход называется передискретизацией. Между фронтами тактовых импульсов, выход цифрового ШИМ остается стабильным, или на высоком, или на низком уровне, в зависимости от текущего состояния выхода цифрового компаратора, который сравнивает уровни сигналов на счетчике и приближаемый цифровой.

Выход тактуется как последовательность импульсов с состояниями 1 и 0, каждый такт состояние может сменяться или не сменяться на противоположное. Частота импульсов пропорциональна уровню приближаемого сигнала, а единицы, следующие друг за другом могут сформировать один более широкий, более продолжительный импульс.

Получаемые импульсы переменной ширины будут кратны периоду тактования, а частота будет равна 1/2NT, где T – период тактования, N – количество тактов. Здесь достижима более низкая частота по отношению к частоте тактования. Описанная схема цифровой генерации - это однобитная или двухуровневая ШИМ, импульсно-кодированная модуляция ИКМ.

Эта двухуровневая импульсно-кодированная модуляция представляет собой по сути серию импульсов с частотой 1/T, и шириной Т или 0. Для усреднения за больший промежуток времени применяется передискретизация. Высокого качества ШИМ позволяет достичь однобитная импульсно-плотностная модуляция (pulse-density-modulation), называемая также импульсно-частотной модуляцией.

При цифровой широтно-импульсной модуляции прямоугольные подимпульсы, которыми оказывается заполнен период, могут приходиться на любое место в периоде, и тогда на среднем за период значении сигнала сказывается только их количество. Так, если разделить период на 8 частей, то комбинации импульсов 11001100, 11110000, 11000101, 10101010 и т. д. дадут одинаковое среднее значение за период, тем не менее, отдельно стоящие единицы утяжеляют режим работы ключевого транзистора.

Корифеи электроники, повествуя о ШИМ, приводят такую аналогию с механикой. Если при помощи двигателя вращать тяжелый маховик, то поскольку двигатель может быть либо включен, либо выключен, то и маховик будет либо раскручиваться и продолжать вращаться, либо станет останавливаться из-за трения, когда двигатель выключен.

Но если двигатель включать на несколько секунд в минуту, то вращение маховика будет поддерживаться, благодаря инерции, на некоторой скорости. И чем дольше продолжительность включения двигателя, тем до более высокой скорости раскрутится маховик. Так и с ШИМ, на выход приходит сигнал включений и выключений (0 и 1), и в результате достигается среднее значение. Проинтегрировав напряжение импульсов по времени, получим площадь под импульсами, и эффект на рабочем органе будет тождественен работе при среднем значении напряжения.

Так работают преобразователи, где переключения происходят тысячи раз в секунду, и частоты достигают единиц мегагерц. Широко распространены специальные ШИМ-контроллеры, служащие для управления балластами энергосберегающих ламп, блоками питания, и т. д.

Отношение полной длительности периода импульса ко времени включения (положительной части импульса) называется скважностью импульса. Так, если время включения составляет 10 мкс, а период длится 100 мкс, то при частоте в 10 кГц, скважность будет равна 10, и пишут, что S = 10. Величина обратная скважности называется коэффициентом заполнения импульса, по-английски Duty cycle, или сокращенно DC.

Так, для приведенного примера DC = 0.1, поскольку 10/100 = 0.1. При широтно-импульсной модуляции, регулируя скважность импульса, то есть варьируя DC, добиваются требуемого среднего значения на выходе электронного или другого электротехнического устройства, например двигателя.

26 сентября 2012 в 13:36

Многоканальный программный ШИМ в AVR

• Разработка под Arduino

Что такое ШИМ и как он работает особо подробно расписывать не буду, информацию без труда найдёте на просторах интернета. Коснусь лишь общих понятий. ШИМ - это Широтно-Импульсная Модуляция, (по-английски PWM - Pulse Width Modulation) уже из самого названия ясно, что здесь что-то связанное с импульсами и их шириной. Если изменять ширину (длительность) импульсов постоянной частоты, то можно управлять, например, яркостью источника света, скоростью вращения вала электродвигателя или температурой какого-либо нагревательного элемента. Обычно, именно с помощью ШИМ микроконтроллер управляет подобной нагрузкой. Микроконтроллеры имеют аппаратную реализацию ШИМ, но, к сожалению, количество аппаратных ШИМ-каналов ограничено, например, в AТmega88 их аж шесть штук, в ATtiny2313 - четыре, в ATmega8 - три, а в ATtiny13 только два. В AVR ШИМ-каналы используют таймеры и их регистры сравнения OCRxx. Изменяя их содержимое и задавая параметры таймеров, в зависимости от задач, можно управлять состоянием, связанного с регистром, выхода - подавать на него 1 либо 0. То же самое можно организовать программно, управляя любым выводом контроллера, а главное, реализовать большее количество ШИМ-каналов, чем имеется на борту аппаратных. Практически, количество каналов ограничено лишь количеством ножек-выводов микроконтроллера (по крайней мере, если говорить о семействах Mega или Tiny). Как оказалось, алгоритм довольно прост, но у меня ушло некоторое время на его понимание и полное осознание.

Данный алгоритм подробно изложен в оригинальном Appnote AVR136: Low-Jitter Multi-Channel Software PWM. Принцип работы программной реализации заключается в имитации работы таймера в режиме ШИМ. Требуемая длительность импульсов задаётся переменными, соответственно, по одной на каждый канал (в моём коде lev_ch1, lev_ch2, lev_ch3), а так же задаются «близнецы» этих переменных, которые хранят значение для конкретного периода работы таймера (в моём коде buf_lev_ch1, buf_lev_ch2, buf_lev_ch3). Восьмибитный таймер запускается на основной частоте МК и генерирует прерывание по переполнению, то есть, каждые 256 тактов. Это накладывает ограничение на длительность процедуры обработки прерывания - необходимо уложиться в 256 тактов, чтобы не пропустить следующее прерывание. В результате, один полный период ШИМ равняется 256*256=65536-и тактам. Восьмибитная переменная-счетчик (в моём примере counter) увеличивается на единицу каждое прерывание и действует, как указатель позиции внутри цикла ШИМ. Всё это обеспечивает разрешение (минимальный шаг) ШИМ в 1/256, а частоту импульсов в ƒ/(256*256), где ƒ-частота задающего генератора микроконтроллера. Следует заметить, что тактовая частота микроконтроллера должна быть довольно высокой. В моём примере ATtiny13 работает на максимально возможной частоте, без применения внешнего генератора - 9,6МГц. Это даёт период ШИМ в 9600000/65536≈146,5Гц чего вполне достаточно в большинстве случаев.
Код на C, пример реализации идеи для МК ATtiny13 (три канала ШИМ на выводах PB0, PB1, PB2):

#define F_CPU 9600000 //fuse LOW=0x7a #include #include uint8_t counter=0; uint8_t lev_ch1, lev_ch2, lev_ch3; uint8_t buf_lev_ch1, buf_lev_ch2, buf_lev_ch3; void delay_ms(uint8_t ms) //функция задержки { while (ms) { _delay_ms(1); ms--; } } int main(void) { DDRB=0b00000111; // установка PortB пины 0,1,2 выходы TIMSK0 = 0b00000010; // включить прерывание по переполнению таймера TCCR0B = 0b00000001; // настройка таймера, делитель выкл sei(); // разрешить прерывания lev_ch1=0; //начальные значения lev_ch2=64; //длительности ШИМ lev_ch3=128; //трёх каналов while (1) //бесконечная шарманка { for (uint8_t i=0;i<255;i++) { lev_ch1++; //увеличиваем значения lev_ch2++; //длительности ШИМ lev_ch3++; //каждого канала delay_ms(50); //пауза 50мс } } } ISR (TIM0_OVF_vect) //обработка прерывания по переполнению таймера { if (++counter==0) //счетчик перехода таймера через ноль { buf_lev_ch1=lev_ch1; //значения длительности ШИМ buf_lev_ch2=lev_ch2; buf_lev_ch3=lev_ch3; PORTB |=(1<Думаю, всё достаточно наглядно и пояснения излишни. Для значений длительности и их буферов, при большем числе каналов, возможно, будет лучше использовать массивы, но в данном примере, я этого делать не стал, ради большей наглядности.
Проверено на avr-gcc-4.7.1 и avr-libc-1.8.0. Компиляция и получение файла прошивки:
avr-gcc -mmcu=attiny13 -Wall -Wstrict-prototypes -Os -mcall-prologues -std=c99 -o softPWM.obj softPWM.c
avr-objcopy -O ihex softPWM.obj softPWM.hex
Для правильной работы нужно выставить младшие fuse-биты в 0x7a (частота 9,6МГц). в avrdude это, например, делается так:
avrdude -p t13 -c usbasp -U lfuse:w:0x7a:m

Мой вариант реализации на ассемблере. Программа делает абсолютно то же самое, что и предыдущий код на C.
;чтобы не тянуть include-файл.list .equ DDRB= 0x17 .equ PORTB= 0x18 .equ RAMEND= 0x009f .equ SPL= 0x3d .equ TCCR0B= 0x33 .equ TIMSK0= 0x39 .equ SREG= 0x3f ;это лишь демонстрация, потому регистров и не жалеем.def temp=R16 .def lev_ch1=R17 .def lev_ch2=R18 .def lev_ch3=R19 .def buf_lev_ch1=R13 .def buf_lev_ch2=R14 .def buf_lev_ch3=R15 .def counter=R20 .def delay0=R21 .def delay1=R22 .def delay2=R23 .cseg .org 0 ;таблица прерываний из даташита: rjmp RESET ; Reset Handler rjmp EXT_INT0 ; IRQ0 Handler rjmp PIN_CHG_IRQ ; PCINT0 Handler rjmp TIM0_OVF ; Timer0 Overflow Handler rjmp EE_RDY ; EEPROM Ready Handler rjmp ANA_COMP ; Analog Comparator Handler rjmp TIM0_COMPA ; Timer0 CompareA Handler rjmp TIM0_COMPB ; Timer0 CompareB Handler rjmp WATCHDOG ; Watchdog Interrupt Handler rjmp ADC_IRQ ; ADC Conversion Handler ;RESET: EXT_INT0: PIN_CHG_IRQ: ;TIM0_OVF: EE_RDY: ANA_COMP: TIM0_COMPA: TIM0_COMPB: WATCHDOG: ADC_IRQ: reti RESET: ldi temp,0b00000111 ; назначаем PortB пины PB0, PB1 out DDRB,temp ; и PB2 выходами ldi temp,0 ; выставляем все выводы out PORTB,temp ; PortB в 0 ldi temp,low(RAMEND) ; инициализация out SPL,temp ; стека ldi temp,0b00000001 ; вкл. таймер out TCCR0B,temp ; без делителя ldi temp,0b00000010 ; вкл. прерывание out TIMSK0,temp ; таймера по переполнению sei ; разрешить прерывания start_pwm: ; бесконечная шарманка inc lev_ch1 ; увеличиваем значения inc lev_ch2 ; длительности ШИМ inc lev_ch3 ; по всем каналам rcall delay ; небольшая пауза для плавности rjmp start_pwm delay: ; процедура задержки ldi delay2,$01 ; выставляем число ldi delay1,$77 ; до скольки считать ldi delay0,$00 ; $017700 - даст задержку в 50мс loop: subi delay0,1 ; считаем sbci delay1,0 ; считаем sbci delay2,0 ; считаем brcc loop ret TIM0_OVF: ; обработка прерывания таймера push temp ; на всякий пожарный сохраняем in temp,SREG ; temp и SREG в стеке push temp inc counter ; счетчик перехода таймера через 0 cpi counter,0 ; если не 0, то проверяем brne ch1_off ; не надо ли чего погасить mov buf_lev_ch1,lev_ch1 ; если счетчик 0 mov buf_lev_ch2,lev_ch2 ; то задаем новые mov buf_lev_ch3,lev_ch3 ; значения длительности ШИМ каналов ldi temp,0b00000111 ; включить все out PORTB,temp ; три выхода ch1_off: ; а не погасить ли нам cp counter,buf_lev_ch1 ; первый канал? brne ch2_off ; нет, рано - проверяем второй cbi PORTB,0 ; да погасить ch2_off: ; а не погасить ли нам cp counter,buf_lev_ch2 ; второй канал? brne ch3_off ; нет, рано - проверяем третий cbi PORTB,1 ; да погасить ch3_off: ; а не погасить ли нам cp counter,buf_lev_ch3 ; третий канал? brne irq_end ; нет, рано - двигаемся к выходу из прерывания cbi PORTB,2 ; да, погасить irq_end: ; достаем из стека pop temp ; SREG и temp out SREG,temp pop temp reti ;выходим из прерывания
Компилируется с помощью avra или tavrasm. Не забыть про fuse-биты (см. выше).

После того, как мы поморгали светодиодами, разобрались с тактированием и источниками прерываний, пришло время освоить таймер контроллера MSP430G2553.
Таймер – это счетный механизм, привязанный к импульсам сигнала тактового генератора. Таймер Timer_A , является 16-ти битным таймером. Это означает, что он считает от нуля до двоичного 0b1111111111111111, или шестнадцатеричного 0xFFFF, или десятеричного 65535. Таймер является периферийным устройством и так же имеет собственные прерывания.
Таймер Timer_A имеет три режима работы.

Режим непрерывного счёта, в нём таймер просто считает от 0 до 0xFFFF, потом начинает с начала, и так до бесконечности.

Режим прямого счёта, в нём таймер работает так же, считает до верхней границы, и начинает опять с 0. Только в этом режиме вы можете выбирать, верхнюю границу, до которой будет считать таймер.

Режим реверсивного счёта, похож на режим прямого счёта тем, что в нём вы можете выбрать максимальное значение таймера. Отличие его в том, что достигнув максимума, таймер начинает считать вниз, потом, достигнув 0, опять вверх и т.д.
На графиках есть обозначение TACCR0 – это регистр захвата сравнения. Их может быть два (TACCR0 и TACCR1), может быть три (TACCR0, TACCR1 и TACCR2) в зависимости от модели. В этот регистр можно записывать так называемые ключевые точки, по достижению которых таймер будет вызывать прерывание.

Ниже подробно описаны регистры Таймера А
TACTL – Timer_A Control Register, Регистр управления Таймера А. Используется для связи таймера с тактовыми сигналами и выбора режимов работы.
TASSELx , биты 8 и 9, указывают таймеру, какой из тактовых сигналов использовать.
IDx , биты 6 и 7, указывают, какой делитель частоты тактового сигнала использовать, 2, 4 или 8. Делится частота, полученная уже после применения делителя в самом генераторе тактового сигнала.
MCx , биты 4 и 5, указывают на режим работы таймера. Если они равны 0 (стоит по умолчанию) таймер полностью остановлен.
TACLR , бит 2. Если в него вписать 1, это приведет к сбросу таймера. Микроконтроллер автоматически вписывает в этот бит 0, после перезапуска таймера.
TAIE и TAIFG , биты 0 и 1, соответственно. Контролируют прерывание таймера, об этом чуть ниже.
TAR – Timer_A Register, Регистр счётчика Таймера А, в нём содержится текущее значение таймера.
TACCRx – Timer_A Capture/Compare Registers, Регистры захвата/сравнения Таймера А. Их может быть два (TACCR0 и TACCR1), может быть три (TACCR0, TACCR1 и TACCR2) в зависимости от модели микроконтроллера. В режиме сравнения, мы вписываем в них значения, по достижении которых, таймер должен подать нам сигнал. TACCR0 зачастую используется для указания верхней границы счёта. В режиме захвата, процессор записывает в них текущее значение TAR, по сигналу на входе.
TACCTLx – Timer_A Capture/Compare Control Registers, Регистр управления блоком захвата/сравнения Таймера А. От его значения, зависят режимы работы регистров захвата/сравнения.
CMx , биты 14 и 15, определяют тип сигнала, по которому происходит захват. (По нарастающему, спадающему, обоим фронтам. – Прим. пер.)
CCISx , биты 12 и 13, выбирают, откуда берется сигнал захвата.
SCS и SCCI, биты 11 и 10 соответственно, синхронизация сигнала захвата с тактовым сигналом таймера. Обычно, таймер работает независимо, асинхронно, от внешних сигналов. (Я сам до конца не разобрался в этой функции, напишу подробней в следующих уроках)
CAP , бит 8, выбор режима работы, 1 – режим захвата, 0 – режим сравнения.
OUTMODx , биты 5-7, выбор режима работы модуля вывода, т.е. тип реакции на событие захвата или сравнения.
CCIE и CCIFG , биты 4 и 0 соответственно, обработка прерываний по захвату/сравнению.
CCI и OUT , биты 3 и 2 соответственно, вход и выход захвата/сравнения.
COV , бит 1, переполнение захвата. Устанавливается в 1, если произошел второй захват, а первый еще не был считан. Должен сбрасываться программно.
TAIV – Taimer_A Interrupt Vector Register, регистр вектора прерывания Таймера А. Так как прерывание таймера, может быть вызвано по нескольким разным причинам, содержимое этого регистра, указывает на причину вызова прерывания.
TAIVx , биты 1-3, содержат тип случившегося прерывания, что позволяет нам, совершить разные действия для обработки разных причин прерываний.

Итак, если вам необходимо просто поморгать светодиодом, или переключать реле, или тому подобное, через определённые промежутки времени, то сконфигурировать таймер в таком случае очень просто.

TACCR0 = 62499; // период 62,500 циклов TACCTL0 = CCIE; // Разрешаем прерывание таймера по достижению значения CCR0. TACTL = TASSEL_2 + ID_3 + MC_1 + TACLR; //Настройка режима работы Timer_A: // TASSEL_2 - источник так тов SMCLK (SubMainCLocK), // по умолчанию настроенны х на работу от DCO // ID_3 - делитель частоты на 8, от 1MHz это будет 125kHz // MC_1 - режим прямого счёта (до TACCR0) // TACLR - начальное обнуление таймера

Но давайте немного усложним задачу и сделаем плавное зажигание и затухание светодиода. Для этого нам необходимо применить ШИМ. Принцип ШИМ заключается в подаче напряжения импульсами с фиксированной частотой и переменным коэффициентом заполнения. ШИМ характеризуется таким параметром как коэффициент заполнения — это величина обратная скважности и равна отношению длительности импульса к его периоду.

Чтобы было понятнее, на рисунке ниже приведены сигналы ШИМ для коэффициента заполнения: а – 25%; б – 50 %; в – 75 %; г – 100 %.

t0– время импульса;
T – период;
Изменяя t0, можно получать различные средние значения напряжения на нагрузке, таким образом, изменяя яркость свечения светодиода.
Период широтно-импульсной модуляции должен быть постоянным и больше чем время импульса. Поэтому запишем TACCR0 = 600; // период 600 циклов . Это число я подобрал экспериментальным путём, чтобы работу таймера было видно невооруженным глазом.
Так как светодиод должен медленно начать светиться, то начальное время импульса должно быть очень маленьким например TACCR1 = 10; // время импульса 10 циклов . TACCR1 – это второй регистр захвата\сравнения Таймера А. Итак, получается, что при достижении значения TACCR0 = 600 таймер будет генерировать прерывание, в котором мы будем устанавливать выход микроконтроллера в единицу, что будет началом импульса. При это таймер обнуляется и начинает считать заново с нуля пока не дойдёт до TACCR1 = 10, тогда будет сгенерировано прерывание по второму регистру захвата\сравнения, в котором мы установим выход микроконтроллера в ноль. Таким образом длительность импульса t0 будет длиться 5 тактов.
Для того, чтобы светодиод увеличивал интенсивность свечения, необходимо увеличивать время импульса. Для этого после каждого прерывания от TACCR0 будем прибавлять к текущему значению TACCR1 какое-то значение. При этом максимально значения, которое может иметь TACCR1 будет равно периоду, то есть 600. В зависимости о значения, которое мы будем прибавлять, будет зависеть плавность и скорость изменения интенсивности свечения.

TACCR0 = 600; // Период TACCR1 = 5; //Время импульса TACCTL0 = CCIE; // Разрешаем прерывание таймера по достижению CCR0. TACCTL1 = CCIE; // Разрешаем прерывание таймера по достижению CCR1. TACTL = TASSEL_2 + ID_3 + MC_1 + TACLR; //Настройка режима работы Timer_A

Теперь необходимо написать обработчик прерываний для TACCR0 , который будет задавать начало каждому новому периоду, а так же прибавлять или отнимать значение TACCR1, чтобы светодиод плавно зажигался и так же плавно тух.

#pragma vector = TIMER0_A0_VECTOR __interrupt void CCR0_ISR(void) //вектор прерывания для TACCR0, Таймера А { P1OUT |= BIT0; // устанавливаем нулевой бит в еденицу if (TACCR1><=5) // если TACCR1 меньше минимального значения, то увеличиваем TACCR1 { indeX=2; } if (indeX == 1) { --TACCR1; // уменьшаем TACCR1 на 1 } if ((indeX == 2) || (indeX == 0)) { ++TACCR1; // увеличиваем TACCR1 на 1 } }

Прерывание для TACCR1 будет выглядеть следующим образом.

#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR __interrupt void CCR1_ISR(void) //вектор прерывания для TACCR1, Таймера А { P1OUT &= ~BIT0; // устанавливаем нулевой бит порта Р1 в ноль. TAIV &= ~TA0IV_TACCR1; //сбрасываем флаг прерывания. }

Обратите внимание, что в первом случае, в обработчике прерывания от TACCR0 я не сбрасывал флаг прерывания, а для TACCR1 сделал это. Все потому, что флаг прерывания для TACCR0 сбрасывается автоматически при вызове такого прерывания, а для TACCR1 его нужно сбрасывать вручную.

Теперь можно составить полный текст программы.

#include /* Глобальные переменные */ unsigned int indeX = 0; /* Объявление функций */ void main(void) { WDTCTL = WDTPW + WDTHOLD; // отключаем сторожевой таймер P1DIR |= 0x01;// настраиваем нулевой бит порта Р1 на выход P1OUT = 0x01; // устанавливаем нулевой бит порта Р1 в единицу BCSCTL1 = CALBC1_1MHZ; // Устанавливаем частоту DCO DCOCTL = CALDCO_1MHZ; TACCR0 = 600; // Период TACCR1 = 10; // Время импульса TACCTL0 = CCIE; // Разрешаем прерывание таймера по достижению CCR0 TACCTL1 = CCIE; // Разрешаем прерывание таймера по достижению CCR1 TACTL = TASSEL_2 + ID_3 + MC_1 + TACLR; //Настройка режима работы Timer_A: // TASSEL_2 - источник так тов SMCLK (SubMainCLocK), // по умолчанию настроенны х на работу от DCO // ID_3 - делитель частоты на 8, от 1MHz это будет 125kHz // MC_1 - режим прямого счёта (до TACCR0) // TACLR - начальное обнуление таймера _enable_interrupt(); // разрешаем все прерывания } #pragma vector = TIMER0_A0_VECTOR __interrupt void CCR0_ISR(void) //вектор прерывания для TACCR0, Таймера А { P1OUT |= BIT0; // устанавливаем нулевой бит в еденицу if (TACCR1>=(TACCR0-5)) // если TACCR1 больше TACCR0, то уменьшаем TACCR1 { indeX=1; } if (TACCR1<=5) // если TACCR1 меньше минимального значения, то увеличиваем TACCR1 { indeX=2; } if (indeX == 1) { --TACCR1; // уменьшаем TACCR1 на 1 } if ((indeX == 2) || (indeX == 0)) { ++TACCR1; // увеличиваем TACCR1 на 1 } } #pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR __interrupt void CCR1_ISR(void) //вектор прерывания для TACCR1, Таймера А { P1OUT &= ~BIT0; // устанавливаем нулевой бит порта Р1 в ноль. TAIV &= ~TA0IV_TACCR1; //сбрасываем флаг прерывания. }

Итак, прошиваем контроллер, запускаем программку и видим, что красный светодиод медленно зажигается и гаснет, зажигается и гаснет.
Данную программку очень удобно применить на практике. Допустим вам необходимо менять яркость свечения диодного светильника или скорость вращения двигателя постоянного тока, все эти вещи прекрасно реализуются с помощью ШИМ, управлять которой можно с помощью таймера, имеющегося в контроллере MSP430G2553. На нашем сайте обязательно появится цикл статей по управлению двигателем постоянного тока с помощью ШИМ, где мы и применим данные навыки на практике.

Был рассмотрен аппаратный ШИМ генератор микроконтроллера. Всё в нем хорошо, но есть несколько "но":
- аппаратный ШИМ жёстко привязан к определенным выводам МК, его невозможно переназначить на другую ногу
- количество аппаратных ШИМ каналов ограничено, их количество зависит от модели МК
- разрядность аппаратного ШИМ невозможно изменить

В этом случае может пригодиться программный метод получения ШИМ сигнала. Делается он не сложно, но требователен к частоте работы микроконтроллера и занимает достаточно много процессорного времени, в отличие от аппаратного, работающего незаметно для основной программы. Но так как применяется он, как правило, для светодиодных мигалок, то это не столь важно.

Нам необходимо в начале периода ШИМ сигнала выставлять определенную ногу МК в 1 или 0 (в зависимости от того, какой сигнал нам нужен), а потом, по достижении заданной длительности импульса, инвертировать значение ножки. Делать это удобнее всего в прерывании по переполнению. Так мы и поступим, воспользуемся прерыванием по переполнению таймера T0. Управлять будем RGB светодиодом, поэтому и названия переменных и макроопределения для портов сделаем удобочитаемыми.

/*блок дефайнов***************************************************************************************************/ #define RED PORTB.0 #define GREEN PORTB.1 #define BLUE PORTB.2 /*****************************************************************************************************************/ /*объявляем прерменные********************************************************************************************/ unsigned char red=255, green, blue; //переменные, для изменения скважности ШИМ в программе unsigned char red_b, green_b, blue_b; //переменные, для буферизации значений скважности ШИМ unsigned char count; //переменная- счетчик вызовов обработчика прерываний unsigned char temp=1; //переменная для работы алгоритма смены цветов /*****************************************************************************************************************/

Когда наступает прерывание, необходимо увеличить программный счетчик на 1 и проверить, не переполнился ли он. Если таймер переполнен, то нужно на все ножки, на которые выводится ШИМ, вывести логическую 1, а так же сохранить переменные в буфер. Переменные в буфер сохраняются для того, чтобы данные о скважности обновлялись раз в начале каждого периода, это исключает непредсказуемое поведение выхода. Далее сравниваем значение счетчика со значением буфера скважности каждого канала. Если счетчик достиг этого значения- выводим в соответствующую ногу МК логический 0.

/*обработчик прерывания*******************************************************************************************/ interrupt void timer0_ovf_isr(void) { count++; if (count == 0){ //если счетчик переполнился и принял значение 0 red_b = red; //сохранием значения в буфер green_b = green; blue_b = blue; RED =1; //выставляем ноги, отвечающие за ШИМ в логическую 1 GREEN =1; BLUE =1; } if (red_b == count) { RED = 0;} //по достижении заданной скважности выводим логический 0 в ножку МК if (green_b == count) { GREEN = 0;} if (blue_b == count) { BLUE = 0;} } /*****************************************************************************************************************/

Для демонстрации работы будем выводить на светодиод плавную смену цвета по цветам радуги (Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан). Для этого воспользуемся нехитрым алгоритмом, который будем крутить в бесконечном цикле.

/*главная функция*************************************************************************************************/ void main(void) { PORTB=0x08; //конфигурируем порт DDRB=0x07; TCCR0=0x01; //настраиваем таймер TCNT0=0x00; TIMSK=0x01; //разрешаем генерацию прерывания по переполнению таймера T0 #asm("sei") //глобально разрешаем прерывания /*бесконечный цикл************************************************************************************************/ while (1) { if (temp==1) {if (green < 255) green += 1; else temp = 2;} if (temp==2) {if (red > 0) red -= 1; else temp = 3;} if (temp==3) {if (blue < 255) blue += 1; else temp = 4;} if (temp==4) {if (green > 0) green -= 1; else temp = 5;} if (temp==5) {if (red < 255) red += 1; else temp = 6;} if (temp==6) {if (blue > 0) blue -= 1; else temp = 1;} delay_ms(2); }; /*****************************************************************************************************************/ } /*****************************************************************************************************************/