LINUXSOFT.cz Přeskoč levou lištu
Uživatel: Heslo:  
   CZUKPL

> Arduino - pulsně šířková modulace (PWM) v C(++)

Pulse Width Modulation (PWM) lze přeložit jako pulsně šířková modulace. Jde o signál, kdy z pinu Vašeho AVR čipu, ať už je to Arduino nebo ne, vychází hodinový signál, který vyvolává hardware sám na pozadí a nijak neovlivňuje chod hlavního programu vašeho procesoru.

6.11.2011 19:00 | Ondřej Tůma | Články autora | přečteno 15837×

Tento pulsující signál se využívá za pomocí jednoduchého triku k různým úkonům. Nejčastěji udávaným příkladem použití PWM je pohaslá LED dioda, nebo dokonce její pomalé rozsvícení a zhasínání. Trik tohoto efektu je v hustotě po sobě rychle jdoucích signálů 1 a 0, které velmi rychle rozsvěcejí a zhasínají LEDku tak, že lidské oko vnímá až průměr času rozsvíceného a zhaslého. Jinak řečeno LEDka bliká tak rychle, že to není poznat, místo toho je ale pohaslá.

Stejný trik se využívá i u DC motorů, které jsou místo trvale sníženého napětí, vystaveny napětí normálnímu, ale v jednotlivých impulzech. To v konečném výsledku způsobí že DC motor se netočí tak rychle, jako kdyby byl napětí vystaven trvale, nicméně na své síle neztratí, což by se v případě menšího napětí stalo.

Poslední „trik”, který se s PWM používá je RC filtr, který díky časovému zpoždění změní střídání jedniček (5V) a nul (0V) na průměrné napětí, například 3.8V.

Průběh PWM signálu na pinu(zelená) dle nastavení OCR (červená) v závislosti na čítači (modrá).

Průběh PWM signálu na pinu(zelená) dle nastavení OCR (červená) v závislosti na čítači (modrá).

Před tím, než si ukážeme jak tyto pulsy vyvolat, je třeba si říct alespoň něco málo o časovačích. Časovač (TIMER) funguje nezávisle na provádění kódu v procesoru. Jde o subsystém, který je ovládán pomocí registrů. Jedna z hlavních částí časovače je čítač (TCNT). Ten bývá 8 bitový nebo 16 bitový a podle toho umí nabývat hodnot 0 - 255 (8b) nebo 0 - 65535 (16b). Do čítače je každý tik uložena hodnota. Po dosažení maxima (nemusí tomu tak vždy být, ale to už je nad rámec tohoto článku) je tato hodnota vynulována, a počítá se znovu.

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

volatile uint8_t count;

int main(void) {
                                    // nastavi prescaler => FCPU/64
    TCCR0B |= (1<<CS02)|(1<<CS00);  // na 16MHz => 16Mhz/256/1024 = 61.03515625
    TIMSK0 |= (1<<TOIE0);           // povoli Overflow Interrupt 
    TCNT0 = 0;                      // inicializuje citac

    DDRB |= (1 << PB5);             // na portu B nastavi 6. bit na vystupni mod

    count = 0;                      // inicializace globalni promenne
    sei();                          // povoli presuseni vyvolane casovacem

    while(1);                       // nekonecna smycka
    return 1;                       // toto nenastane, budme ale slusni
}

/* Toto je obsluzna rutina preruseni casovace TIMER0.
   CPU tuto rutinu samo pusti po preteceni citace */
ISR(TIMER0_OVF_vect) {
   count++;
   if(count == 61) {                // 61 kroku je potreba k casovani ~1 vteriny
      PORTB ^= (1 << PB5);          // invertuju hodnotu sesteho bitu
      count = 0;
   }
}
Ve skutečnosti, nemusí být časovač jen inkrementován a nemusí to být každý tik procesoru. Tiky lze ovládat a to dvěma způsoby. Je možné je zředit pomocí hodnoty řídícího registru (TCCR), kterým lze časovač úplně vypnout (výchozí stav), nebo nastavit tzv. prescaler (nevím jak toto slovo přeložit, raději to dělat nebudu). Tím lze nastavit, že zásah do čítače bude vykonán každý 8mý, 64tý, 256tý, nebo 1024tý tik. Tiky lze také generovat externím zdrojem. Díky tomu, lze získat „přesný” čas bez ohledu na kód probíhající v CPU. Časovač navíc funguje v několika módech, pro naše účely je rozdělíme do dvou druhů. V prvním případě je vyvoláno přerušení, to lze snadno obsloužit naší vlastní funkcí. V druhém případě jde o PWM. Díky němu můžeme přes registr vysílat PWM signál na příslušném pinu bez toho, aby jsme se o jeho průběh (nahazování jedničky, resp nuly) museli nějak starat.
#define F_CPU 16.0E6

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

/*
    Tt = 1 / ( FCPU / prescaler) (pokud prescaler používá FCPU)
    Tp = Tt * 255
    Ton = Tt * OCR
    Toff = Tp - T1

    Vrc = (OCR / 255) * 5v

    Tt = 1 / (1MHz / 1024) = 1 / 976.5625 = 0.001024 s
    Tp = 0.001024 * 255 = 0.26112 s
    Ton = 0.001024 * 64 = 0.065536 s
    Toff = 0.26112 - 0.065536 = 0.195584 s

    Tt = 1 / 1MHz = 1us
    Tp = 255 us
    Ton = 64 us
    Toff = 255 -64 = 191us

    Vrc = 64 / 255 * 5 = 1.25
*/

int main(void) {
    uint8_t pulses = 0;
              
    TCCR2A |= (1<<WGM20)|(1<<WGM21);// Rychlé PWM
    TCCR2A |= (1<<COM2A1);          // práce s registrem OC0A dle módu PWM
    TCCR2B |= (1<<CS20);            // bez škálování

    DDRB |= (1 << PB3);             // nastaví OCR2A (PB3) pin jako výstupní

    while(1) {
        for(pulses = 0; pulses < 128; pulses++) {
            OCR2A = pulses;         // parametry vysílaného signálu
            _delay_ms(20);
        }

        for(pulses = 128; pulses > 0; pulses--) {
            OCR2A = pulses; 
            _delay_ms(20);
        }

    }
    return 1;
}

Celé kouzlení s PWM tedy spočívá v nastavení časovače: mód pro PWM, prescaler, práce s čítačem a nakonec v nastavení příslušné hodnoty do registru, který vyvolá PWM na pinu s danou hustotou kladného napětí 5V, viz kód.

Detailnosti a hlavně možnosti Vašeho MCU lze dočíst v kvalitní a podrobné dokumentaci, kterou výrobce k čipům uvolňuje. K článku jsou také připojeny zdrojové kódy pro USBtiny zapojení, které je založeno na čipu ATtiny2313A, jehož cena v GM včetně součástek je kolem 100 Kč s tím, že pokud nechcete používat USB komunikaci a stačíte si s taktem 1MHz, asi polovinu součástek vůbec nepotřebujete. Vlastně stačí jen čip, odpor a jeden kondenzátor ;)

Odkazy v textu:

http://dicks.home.xs4all.nl/avr/usbtiny/

Přiložené soubory:

Kód pro Arduino Uno

Kód pro USBtiny

Verze pro tisk

pridej.cz

 

DISKUZE

Nejsou žádné diskuzní příspěvky u dané položky.



Příspívat do diskuze mohou pouze registrovaní uživatelé.
> Vyhledávání software
> Vyhledávání článků

8.5.2016 17:19 /Redakce Linuxsoft.cz
PR: Dne 26.5.2016 proběhne v Praze konference Cloud computing v praxi. Tématy bude např. nejnovější trendy v oblasti cloudu a cloudových řešení, cloudové služby, infrastruktura cloudu, efektivní využití cloudu, možné nástrahy cloudů a jak se jim vyhnout
Přidat komentář

21.4.2016 8:01 /František Kučera
Spolek OpenAlt zve na 127. distribuovaný sraz příznivců svobodného softwaru a otevřených technologií (hardware, 3D tisk, SDR, DIY, makers…), který se bude konat ve čtvrtek 28. dubna od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5).
Přidat komentář

2.3.2016 22:41 /Ondřej Čečák
Letošní ročník konference InstallFest již tento víkend!
Přidat komentář

14.2.2016 16:39 /Redakce Linuxsoft.cz
O víkendu 5. a 6. března 2016 proběhne na pražském Strahově 8. ročník tradiční konference InstallFest. Celkem za dva dny uvidíte ​30 přednášek​ a ​6 workshopů.
Přidat komentář

5.2.2016 17:38 /Petr Ježek
Utilitka z XFce "xfce4-power-manager" nejen umožňuje nastavení lhůty pro uspání či hybernaci, ale i zapínání a vypínání prezentačního módu pro nerušené sledování videí. Stačí ji nastavit v každém vybavenějším panelu a v jakémkoli nontiled WM/DE.
Přidat komentář

10.1.2016 11:32 /Pavel `Goldenfish' Kysilka
LinuxMarket změnil provozovatele. Nově jej provozuje Marek Pszczolka. Více info a detaily #1 a #2.
Přidat komentář

29.12.2015 11:38 /Ondřej Čečák
Ještě posledních pár dní můžete přidávat příspěvky nebo nápady na Install Fest 2016, který se bude konat 5. a 6. března 2016.
Přidat komentář

8.12.2015 11:36 /Petr Ježek
Logické se stává realitou. LibreOffice a Thunderbird se mají dle článku na Redditu stát protiváhou MS řešení (MS Office a Outlook).
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

10.6.2016 21:10 / pavel riha
FreeBSD 10.3 a virtualizace

8.6.2016 21:56 / Milan Gallas
Nevalidní prefix m

7.5.2016 14:58 / Teodor Komárek
Soubory

20.4.2016 0:07 / Jakub Cleing
Sázkový panel PHP FUSION

9.4.2016 9:43 / jiwopene@gmail.com
Re: problém s dpkg a nemožností instalovat

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2016) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze