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 19185×

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

17.4.2018 0:46 /František Kučera
Dubnový pražský sraz spolku OpenAlt se koná již tento čtvrtek – 19. 4. 2018 od 18:00 v Kavárně Ideál (Sázavská 30, Praha), kde máme rezervovaný salonek. Tématem tohoto srazu bude OpenStreetMap (OSM) aneb svobodné mapy.
Přidat komentář

16.3.2018 22:01 /František Kučera
Kulatý OpenAlt sraz v Praze oslavíme klasicky: u limonády a piva! Přijďte si posedět, dát si dobré jídlo a vybrat z mnoha piv do restaurace Kulový blesk, který najdete v centru Prahy nedaleko metra I. P. Pavlova na adrese Sokolská 13, Praha 2. Sraz se koná ve čtvrtek 22. března a začínáme v 18:00. Heslo: OpenAlt. Vezměte s sebou svoje hračky! Uvítáme, když si s sebou na sraz vezmete svoje oblíbené hračky. Jestli máte nějaký drobný projekt postavený na Arduinu, nějakou zajímavou elektronickou součástku, či třeba i pěkný úlovek z crowdfundingové akce, neváhejte. Oslníte ostatní a o zábavu bude postaráno.
Přidat komentář

13.2.2018 0:41 /František Kučera
Únorový pražský sraz OpenAltu se koná 15. 2. 2018 a tentokrát se vydáme na návštěvu do jednoho pražského datacentra. Sejdeme se v 17:50 v severovýchodní části nástupiště tramvajové zastávky Koh-I-Noor. Po exkurzi se přesuneme do restaurace U Pštrosa (Moskevská 49), kde probereme tradiční témata (svobodný software a hardware, DIY, CNC, SDR, 3D tisk…) a tentokrát bude k vidění i IoT brána od The Things Network.
Přidat komentář

11.2.2018 23:11 /Petr Ježek
Hledáte lehký a rychlý prolížeč PDF souborů? Pokud vás již omrzelo čekat na načítání stránek či jiné nešvary, zkuste xreader.
Přidat komentář

11.2.2018 20:35 /Redakce Linuxsoft.cz
Třetí ročník odborné IT konference na téma Cloud computing v praxi proběhne ve čtvrtek 1. března 2018 v konferenčním centru Vavruška, v paláci Charitas, Karlovo náměstí 5, Praha 2 (u metra Karlovo náměstí) od 9:00 hod. dopoledne do cca 16 hod. odpoledne. Konference o trendech v oblasti cloud computingu nabídne i informace o konkrétních možnostech využívání cloudů a řešení vybraných otázek souvisejících s provozem IT infrastruktury.
Přidat komentář

15.1.2018 0:51 /František Kučera
První letošní pražský sraz se koná již tento čtvrtek 18. ledna od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5). Vítáni jsou všichni příznivci svobodného softwaru a hardwaru, ESP32, DIY, CNC, SDR nebo dobrého piva. Prvních deset účastníků srazu obdrží samolepku There Is No Cloud… just other people's computers. od Free Software Foundation.
Přidat komentář

14.11.2017 16:56 /František Kučera
Máš rád svobodný software a hardware nebo se o nich chceš něco dozvědět? Zajímá tě DIY, CNC, SDR nebo morseovka? Přijď na sraz spolku OpenAlt – tradičně první čtvrtek před třetím pátkem v měsíci: 16. listopadu od 18:00 v Radegastovně Perón (Stroupežnického 20, Praha 5).
Přidat komentář

12.11.2017 11:06 /Redakce Linuxsoft.cz
PR: 4. ročník odborné IT konference na téma Datová centra pro business proběhne již ve čtvrtek 23. listopadu 2017 v konferenčním centru Vavruška, v paláci Charitas, Karlovo náměstí 5, Praha 2 (u metra Karlovo náměstí) od 9:00. Konference o návrhu, budování, správě a efektivním využívání datových center nabídne odpovědi na aktuální a často řešené otázky, např Jaké jsou aktuální trendy v oblasti datových center a jak je využít pro vlastní prospěch? Jak zajistit pro firmu či jinou organizaci odpovídající služby datových center? Podle jakých kritérií vybrat dodavatele služeb? Jak volit součásti infrastruktury při budování či rozšiřování vlastního datového centra? Jak efektivně spravovat datové centrum? Jak eliminovat možná rizika? apod.
Přidat komentář

   Více ...   Přidat zprávičku

> Poslední diskuze

20.2.2018 18:48 / Ivan Majer
portal

20.2.2018 15:57 / Jan Havel
Jak využíváte služby cloudu v podnikání?

16.1.2018 1:08 / Ivan Pittner
verejna ip od o2 ubuntu

15.1.2018 17:26 / Mira Harvalik
Re: Jak udělat HTML/Javascript swiping gallery do mobilu?

30.12.2017 20:16 / Michal Knoll
odmocnina

Více ...

ISSN 1801-3805 | Provozovatel: Pavel Kysilka, IČ: 72868490 (2003-2018) | mail at linuxsoft dot cz | Design: www.megadesign.cz | Textová verze