Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

КР2 / КР2 (Влада)

.pdf
Скачиваний:
23
Добавлен:
08.04.2022
Размер:
2.12 Mб
Скачать

2. Широтно-импульсная модуляция. Понятие широтно-

импульсной модуляции. Различные режимы широтно-импульсной модуляции. Режим быстрый ШИМ (Fast PWM). ШИМ без фазового сдвига (Phase Correct PWM).

Понятие ШИМ.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) (Pulse-width modulation - PWM) – приближение желаемого сигнала (многоуровневого или непрерывного) к действительным бинарным сигналам с двумя фиксированными уровнями – ноль или единица, так чтобы их значения за некоторый промежуток времени в среднем были равны.

Формально этот процесс можно записать в следующем виде:

где x(t) – желаемый входной сигнал в пределе от t1 до t2, ∆Ti

продолжительность i -го ШИМ-импульса с амплитудой A; ∆Ti подбирается таким образом, чтобы суммарные площади (энергии) обеих величин были приблизительно равны за достаточно продолжительный промежуток времени.

Для наших МК: простой и эффективный способ задания аналогового сигнала цифровым методом (по сути, даёт нам возможность сделать простое подобие ЦАП, который не входит в состав периферии 8-битных

AVR МК, за исключением семейства XMega).

В аналоговом варианте преобразование синусоидального сигнала в ШИМ-последовательность и обратно схематически выглядит так:

на один из входов компаратора подается исследуемый аналоговый сигнал Uвх

на другой – сигнал опорной частоты Fоп, имеющий треугольную форму (рис. 4)

11

при совпадении уровней двух сигналов на входах компаратора его выход переключается, формируя в результате последовательность,

состоящую из прямоугольных импульсов с несущей частотой Fоп, в

длительности которых закодирован уровень исходного аналогового сигнала

(т. е. его амплитуда)

если далее требуется получить исходный аналоговый сигнал, эту последовательность необходимо пропустить через фильтр нижних частот,

чтобы отфильтровать опорную частоту и получить исходную синусоиду

В приведённом примере в качестве фильтра нижних частот используется обычная интегрирующая RC-цепочка (для получения более точных результатов преобразования необходимо использовать фильтр более высокого порядка, желательно на операционных усилителях).

Рис. 4. Принцип работы ШИМ-преобразователя При использовании ШИМ мы передаём на выход сигнал, состоящий из

высоких и низких логических уровней, то есть нулей и единиц. Затем эта последовательность пропускается через интегрирующую цепочку. В

результате интегрирования на выходе будет величина напряжения, равная площади под импульсами.

Меняя скважность сигнала (т. е. отношение длительности периода к длительности импульса) ШИМ-последовательности, можно плавно менять эту площадь, а значит и напряжение на выходе (рис. 5).

12

Рис. 5. Принцип ШИМ-преобразования

Во всех контроллерах семейства AVR режим широтно-импульсной модуляции достаточно легко реализовать с помощью таймеров.

13

Модуль для Attiny2313

Различные режимы широтно-импульсной модуляции.

Режим Fast PWM

В этом режиме таймер микроконтроллера считает от 0 до 255, после достижения переполнения счетный регистр сбрасывается в 0, и счет начинается снова (рис. 6). Когда значение в счетчике достигает значения,

записанного заранее в регистр сравнения, то соответствующий ему вывод ОСхn сбрасывается в 0. При обнулении счетчика этот вывод устанавливается в 1.

В общем случае частота fшим на выходе ОСхn микроконтроллера в режиме быстрой модуляции составляет:

где Ftcx – тактовая частота таймера, полученная путем деления тактовой частоты нашего МК на коэффициент деления N, задаваемый с помощью соответствующих разрядов регистра управления TCCRnB.

14

Рис. 6. Формирование ШИМ-сигнала в режиме быстрой модуляции.

Как это выглядит на практике

У таймера T1 есть два особых регистра сравнения OCR1A и OCR1B.

Когда значение в счётном регистре таймера достигает значения,

находящегося в регистре сравнения, то могут возникнуть следующие аппаратные события:

Прерывание по совпадению

Изменение состояния внешнего выхода сравнения OC1A или OC1B

(выводы)

Предположим, что мы настроили наш ШИМ генератор таким образом, чтобы в момент времени, когда значение в счетном регистре

TCNT1 больше, чем в регистре сравнения, то на выходе у нас была логическая 1, а когда меньше, то 0. Что при этом произойдет? Таймер будет считать как ему и положено, от 0 до 255, с той частотой, которую мы настроим при помощи системы предделителя. После переполнения таймер сбрасывается в 0 и счёт продолжается заново. На выходе имеем прямоугольные импульсы. Если мы попробуем увеличить значение в регистре сравнения, то ширина импульсов станет уже (рис. 7).

15

Рис. 7. Изменение ширины импульсов Теперь, меняя значение в регистре сравнения, можно менять

скважность выходного ШИМ сигнала. А если пропустить этот ШИМ сигнал через сглаживающую RC цепочку (интегратор), то получим аналоговый сигнал.

ШИМ с корректной фазой

Phase Correct PWM - ШИМ с корректной (или точной) фазой (более продвинутый режим). В данном случае 16-разрядный счетчик (в 8-битном таймере данный режим недоступен) работает как реверсивный. При этом он непрерывно считает сначала от 0 до max значения модуля счета (который определяется либо заданной разрядностью, либо содержимым режима захвата), затем обратно до 0. При достижении 0 счет опять начинается в сторону увеличения, далее цикл повторяется. Вывод OCxn при первом совпадении сбрасывается в 0, при втором устанавливается обратно в 1 (рис.

8). Частота ШИМ при этом падает вдвое вследствие увеличения периода.

16

Рис. 8. Сравнение режимов работы ШИМ Рассмотрим поподробнее регистры, ответственные за реализацию

различных

режимов

ШИМ

(табл.

1).

Регистр TCCR0A

биты COM0A1:COM0A0 и COM0B1:COM0B0 определяют

поведение

выводов сравнения OC0A и OC0B соответственно.

 

 

Таблица 1. Режимы работы вывода Ocnx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CO

CO

 

Режим работы вывода Ocnx

 

 

Mnx1

Mnx0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

0

 

Вывод не подсоединен к регистру сравнения

 

 

 

 

0

1

 

Поведение вывода зависит от режима, заданного

 

 

в WGM

 

 

 

 

 

 

 

 

1

0

 

Прямой ШИМ (сброс при совпадении и

 

 

установка при обнулении счета)

 

 

 

 

 

 

1

1

 

Инверсный ШИМ (сброс при обнулении и

 

 

установка при совпадении)

 

 

 

 

 

 

 

Регистр TCCR0A – биты WGM01 и WGM00 (совместно с

 

битами WGM02 и WGM03, которые находятся в регистре TCCR0B) задают

режим работы генератора.

17

(На всякий случай вырезка управляющих регистров из даташита на

Attiny2313) + сайт, где для 2313 расписаны все эти штуки прям хорошо

Програмирование в AVR Studio 5 с самого начала. Часть 8 » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

3. Цифро-аналоговые преобразователи. Структурная схема ЦАП.

Параллельная схема суммирования токов. Последовательная схема

суммирования токов.

Микросхемы ЦАП классифицируются по следующим признакам:

По виду выходного

1. С токовым выходов (тогда используется

сигнала

преобразователь)

 

2. Выход в виде напряжения (обычно требуется)

 

 

По типу цифрового

1. С последовательным вводом

интерфейса

2. С параллельным вводом (устарели)

 

 

По числу ЦАП на

1. Одноканальные

кристалле

2. Многоканальные

 

 

По быстродействию

1. Стандартные

 

2. Высокого быстродействия

 

 

18

Структурная схема ЦАП (с суммированием токов)

UВЫХ = – IВХ*RОС

IВХ = d0*I0 + d1*2I0 + d2*4I0 + … + dn*2n*I0 , где d0, d1, … , dn – значение n-

го разряда (0 или 1)

Схема: Имеем n-ое количество источников тока, каждый из которых соответствует текущему разряду. Каждый следующий, выдает ток, в 2 раза больше предыдущего (от разряда к разряду).

Далее ток суммируется и преобразуются в выходное напряжение

(трансимпедансный усилитель)

d0, d1, … , dn – состояния разрядов. «0» если ключ разомкнут, тогда источник тока не участвует в общей схеме. «1» если ключ разомкнут, ток будет вносить вклад в общий.

19

Параллельная схема суммирования тока

UВЫХ = – IВХ*RОС

IВХ = UОП * (d0/R + d1*2/R + d2*4/R + … + dn*2n/R)

Схема: Источник опорного напряжения и делитель напряжения.

Каждое последующее сопротивление меньше предыдущего в 2 раза (от

разряда к разряду.

Недостатки параллельной схемы:

При высокой разрядности сопротивления резисторов должны быть согласованы с высокой точностью (нужно очень точно подбирать резисторы)

Жесткие требования к резисторам старших разрядов, поскольку разброс тока в них не должен превышать тока младшего разряда

Сопротивления весовых резисторов могут отличаться в тысячи раз,

что затруднят реализацию таких резисторов на кристалле ИС

• Сопротивления резисторов старших разрядов могут быть соизмеримы с сопротивлением замкнутого ключа, что повышает погрешность

В зависимости от состояния ключей, ток, который берется из источника опорного напряжения будет разным, а это влияет на погрешность.

20

Соседние файлы в папке КР2