Рассмотримподробнеенастройкутаймера 2

Лабораторная работа №4

Программная Широтно Импульсная Модуляция на примере AVRATmega 8

Цель работы : ознакомление с принципами работы таймеров и счетчиков в режиме ШИМ

Методические указания по подготовке к работе

Содержание работы:

Уяснить поставленную задачу, ознакомиться с методами работы с регистрами микроконтроллера, разработать алгоритм работы, разработать программу, позволяющую осуществлять ШИМ управление ключем.

Широ́тно-и́мпульснаямодуля́ция(ШИМ, англ. pulse - widthmodulation ( PWM )) — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения потребителя энергии. Различают ана́логовую ШИМ и цифрову́ю ШИМ, дво́ичную (двуху́ровневую) ШИМ и трои́чную (трёхуровневую) ШИМ^[1].

Таймеры и счётчики являются одними из самых частоиспользуемых функций микроконтроллеров. Они служат для замера интервалов времени, частоты, определений широт импульсов и так далее. В Atmega8 используются 8 и 16-ти битные счётчики. Переполнение 8 битного счётчика наступает при достижении 255 итераций, 16 битного - при достижении 65535 итераций.

Если таймер работает в режиме счётчика, то он считает количество импульсов, поступивших на выбранный вход микроконтроллера. В этом случае регистр направления DDR порта должен быть настроен на вход.

Если таймер работает в качестве таймера, то частота его тактирования зависит от частоты генератора такта микроконтроллера.

За работу таймеров T/С0, T/C1, T/C2 отвечают регистры TCCR0, TCCR1, TCCR2. Первые 3 бита регистров TCCR0 и TCCR1 отвечают за конфигурацию таймера. Конгфигурация таймера в зависимости от состояния этих трёх регистров представлена в таблице.

Бит2	Бит1	Бит0	Значение комбинации
0	0	0	Таймер/счётчик неактивен
0	0	1	Активен режим "Таймер". Такт таймера равен такту микроконтроллера
0	1	0	Активен режим "Таймер". Такт таймера равен такту микроконтроллера/8
0	1	1	Активен режим "Таймер". Такт таймера равен такту микроконтроллера/64
1	0	0	Активен режим "Таймер". Такт таймера равен такту микроконтроллера/256
1	0	1	Активен режим "Таймер". Такт таймера равен такту микроконтроллера/1024
1	1	0	Режим "Счётчик". Активный фронт сигнала - ниспадающий
1	1	1	Режим "Счётчик". Активный фронт сигнала - нарастающий

Если включен режим счётчика, то при каждом импульсе на вход счётчика происходит увеличение на единицу содержимого регистра TCNTx. При изменении состояния счётчика регистра TCNTx c 0xFF на 0x00, в регистре TIFR устанавливается флаг переполнения TOVx

Регистр TIFR

7	6	5	4	3	2	1	0
TOV1	OCF1A	OCF1B	-	ICF1	-	TOV0	-

При работе в режиме таймера счётчик считает число тактовых импульсов, сгенерированных таймером. Время генерации тактового импульса зависит от такта микроконтроллера и делителя такта (см. таблицу выше). Например, если тактовая частота микроконтроллера 4 mHz, а делитель такта для таймера равен 8, то время генерации будет равно : 1/500.000Гц=2мкс. Таким образом для переполнения 8-битного счётчика после 256-го импульса нужно 512 мкс. Умножив количество переполнений на время 1 переполнения счётчика можно получить время с начала работы таймера

В микроконтроллере ATmega8 - программный ШИМ мы будем организовывать с помощью таймера2, для этого переведем таймер в режим Normaltop=0xFF

Принцип шим-регулятора

Работа ШИМ регулятора сложностью не отличается. ШИМ-регулятор — устройство, выполняющее такую же функцию, что и традиционный линейный регулятор мощности (то есть, меняет напряжение или ток за счёт силового транзистора, рассеивающего значительную мощность на себе). Но ШИМ-регулятор отличается намного большим КПД. Достигается это благодаря тому, что управляющий силовой транзистор функционирует в ключевом режиме (либо включен, тогда пропускает большой ток, но мало падение напряжения, либо выключен — ток не проходит). В результате на таких силовых транзисторах мощность практически не рассеивается и энергия впустую не тратится.

После силового транзистора напряжение выходит как прямоугольные импульсы с изменяющейся скважностью в зависимости от необходимой мощности. Но сигнал нужно демодулировать (то есть, выделить среднее напряжение). Этот процесс происходит или в самой нагрузке (когда она индуктивного характера) или если между нагрузкой и силовым каскадом располагают фильтр нижних частот.

Для подключения коллекторного мотора рассмотрим мостовую схему включения электродвигателя

H-мост — это электронная схема, которая даёт возможность приложить напряжение к нагрузке в разных направлениях. Эта схема очень часто используется в чтобы изменять направление вращения мотора. H-мосты представлены в виде интегральных схем, а также могут быть построены из отдельных радиодеталей.

Термин H-мост появился благодаря графическому изображению этой схемы, напоминающему букву Н. H-мост собирается из 4 переключателей, электронных или механических (реле). Когда ключи A и B2 замкнуты, а A2 и B разомкнуты, мотор крутится в одну сторону, когда же A и B2 замкнуты, а A2 и B разомкнуты, мотор крутится в другую сторону. Также H-мост предоставляет возможность электрически тормозить вращение двигателя, коротко замыкая его выводы.

Также из схемы следует, что ключи A и B2 как A2 и B никогда не должны замыкаться вместе, так как это приведёт к короткому замыканиюисточника питания.

Очень часто H-мосты строятся из приборов обратной полярности, таких как биполярные транзисторы типа р-n-р или полевых транзисторов с р-каналом, подключенных к биполярным транзисторам типа n-р-n или полевым с n-каналом.

Часто используются полевые транзисторы с изолированным затвором в связи с их способностью переключать большие токи, а также низким сопротивлением открытого канала, но в радиолюбительских и маломощных схемах часто присутствуют биполярные транзисторы.

H-мост также можно построить и с помощью механических переключателей, таких как реле, но с развитием электроники такой подход используется все реже.

Рассмотрим варианты подключений

Для работы программного ШИМ мы используем таймер2 , в режиме режим Normaltop=0xFF

Также необходимо включить прерывания с помощью регистра TIMSK установив значения ему 0xC0 , это позволит включить два прерывания:

// Timer2 overflowinterruptserviceroutine - отвечающее за прерывания по переполнению 8 битного таймера 2

interrupt [TIM2_OVF] void timer2_ovf_isr(void)

{ }

// Timer2 outputcompareinterruptserviceroutine - отвечающее за включение прерывания по совпадению в компараторе

interrupt [TIM2_COMP] void timer2_comp_isr(void)

{}

В тот момент, когда значение в регистре компаратора OCR2 будет равно текущему значению значению таймера записанному в регистре TCNT2 сработает прерывание interrupt [TIM2_COMP] voidtimer2_comp_isr(void)

Используя это прерывание в нем укажем изменение выходов к конторам будет подключены транзисторы нашего моста.

Для удобства опишем выводы с помощью констант.

#define M1_A PORTC.3 // вперед

#define M1_A2 PORTC.2 // вперед

#define M1_B PORTC.0 // назад

#define M1_B2 PORTC.1 // назад

#Define создает макрос, который представляет собой ассоциацию идентификатора или параметризованного идентификатора со строкой токена. После определения макроса компилятор может подставить строку токена для каждого обнаруженного идентификатора в исходном файле.

Синтаксис

#defineidentifierтокена идентификатора — строка_OPT
идентификатор #defineidentifier(идентификатор_OPT, ... ,идентификатор_OPT)— строка с_{неявной} строкой

После чего реализуем прерывания следующим образом :

interrupt [TIM2_OVF] void timer2_ovf_isr(void) // Timer2 overflow interrupt service routine

{

if (PWM_A1>0) {M1_A=1;M1_A2=0;}

else {M1_A=0;M1_A2=1;}

if (PWM_B1>0) {M1_B=1;M1_B2=0;}

else {M1_B=0;M1_B2=1;}

TCNT2=0x00;

}

При работе по ветке M1_A и M1_B2;- мы подаем на оба этих вывода логическую единицу и M1_A2 и M1_B логический ноль , что заставит вращаться мотор по часовой стрелке , для вращения в обратную сторону подаем обратные значения : M1_A и M1_B2 логический ноль , M1_A2 и M1_B логическая единица.

Поскольку таймер 2 8 битный то он считает циклы от 0 до 255 , после того как мы дошли до переполнения таймера т.е. 255 такта , мыегообнуляемкомандой TCNT2 = 0 ;

interrupt [TIM2_COMP] void timer2_comp_isr(void) // Timer2 output compare interrupt service routine

{

if (PWM_A1>0) {M1_A=0;}

if (PWM_B1>0) {M1_B=0;}

}

При работе компаратора мы меняем фронт M1_A и M1_B при достижении регистром TCNT2 значения OCR2 .

Т.о. пока счетчик считает такты от 0 до 255 в какой то момент времени указанный в OCR2 сработает «будильник» и изменит состояние на выходе контроллера изменив его на противоположное, таким образом мы сгенерируем скважность.

Пример настроек и прерываний таймера2 , с помощью мастера CVAVR

Рассмотримподробнеенастройкутаймера 2

Характеристики таймера/счетчика T2 (8 бит):

Два независимых выхода по совпадению
Таймер сброса при совпадении
Изменяемый период ШИМ сигнала
Фазовый корректор ШИМ сигнала
Тактовый генератор
Возможность работы от независимого внешнего часового тактового генератора 32 кГц
Три независимых источника прерывания
Делитель частоты 10-бит
Асинхронный режим

Регистры таймера/счетчика T2:

TCNT2 - счетный регистр таймера/счетчика T2
OCR2A - регистр сравнения A
OCR2B - регистр сравнения B
TIMSK2 - регистр маски прерываний для таймера/счетчика T2
TIFR2 - регистр флагов прерываний для таймера/счетчика T2
TCCR2A - регистр управления A
TCCR2B - регистр управления B
ASSR - регистр асинхронного режима
GTCCR - главный регистр всех таймеров/счетчиков

Источником тактового сигнала для таймера/счетчика T2 может быть тактовый сигнал используемый для всего микроконтроллера с использованием предделителя. Если не выбран коэффициент деления, то таймер/счетчик останавливается.

Режим работы таймера/счетчика T2 устанавливается регистрами TCCR2A и TCCR2B аналогично таймеру/счетчику T0.

Регистр TCCR2B:

7	6	5	4	3	2	1	0
FOC2A	FOC2B	-	-	WGM22	CS22	CS21	CS20

Разница лишь в битах CS22 (2), CS21 (1), CS20 (0) регистра TCCR2B которые устанавливают режим тактирования.

000 - таймер остановлен
001 - CLK
010 - CLK/8
011 - CLK/32
100 - CLK/64
101 - CLK/128
110 - CLK/256
111 - CLK/1024

Также у таймера/счетчика есть асинхронный режим работы.

Регистр ASSR:

7	6	5	4	3	2	1	0
-	EXCLK	AS2	TCN2UB	OCR2AUB	OCR2BUB	TCR2AUB	TCR2BUB

Бит EXCLK (6) регистра ASSR разрешает использование внешнего тактового сигнала от кварцевого резонатора 32 кГц при записи в него 1.

Бит AS2 (5) регистра ASSR управляет способом тактирования (1 - от внешнего резонатора 32 кГц, подключенного к TOSC1 (9 ножка) / 0 - от внутреннего генератора CLK)/

Бит TCN2UB (4) регистра ASSR показывает доступен ли для записи регистр TCNT2 (1-недоступен / 0 - доступен).

Бит OCR2AUB (3) регистра ASSR показывает доступен ли для записи регистр OCR2A (1-недоступен / 0 - доступен).

Бит OCR2BUB (2) регистра ASSR показывает доступен ли для записи регистр OCR2B (1-недоступен / 0 - доступен).

Бит TCR2AUB (1) регистра ASSR показывает доступен ли для записи регистр TCCR2A (1-недоступен / 0 - доступен).

Бит TCR2BUB (0) регистра ASSR показывает доступен ли для записи регистр TCCR2B (1-недоступен / 0 - доступен).

Регистр GTCCR:

7	6	5	4	3	2	1	0
TSM	-	-	-	-	-	PSRASY	PSRSYNC

Бит PSRASY (1) регистра GTCCR сбрасывает предделитель таймера/счетчика T2 если установить в 1, после этого бит сбрасывается в 0 автоматически.

Бит PSRASYNC (0) регистра GTCCR сбрасывает предделитель таймера/счетчика T0 и T1 если установить в 1, после этого бит сбрасывается в 0 автоматически.

Бит TSM (0) регистра GTCCR запрещает автоматический сброс битов PSRASY и PSRASYNC регистра GTCCR.

Для примера установим следующиенастроки:

// Timer/Counter 2 initialization

// Clock source: System Clock

// Clock value: 15,625 kHz

// Mode: Normal top=0xFF

// OC2 output: Disconnected

ASSR=0x00;

TCCR2=0x06;

TCNT2=0x00;

OCR2=0x00;

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 99; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!