AVR單片機(jī)ATmega16之初識(shí)PWM模式（超詳細(xì)）

ID:555743 · 發(fā)表于 2019-6-16 17:22

本帖最后由放輕菘于 2019-6-16 22:25 編輯

書本上開(kāi)篇關(guān)于這部分的描述是這樣講的：相對(duì)于一般的8位單片機(jī)而言，AVR不僅配備了更多的定時(shí)/計(jì)數(shù)器接口，而且還是增強(qiáng)型的例如通過(guò)定時(shí)/計(jì)數(shù)器與比較匹配寄存器相互配合，生成占空比可調(diào)的方波信號(hào)，即脈沖寬度調(diào)制輸出的PWM信號(hào)，用于D/A轉(zhuǎn)換，電機(jī)無(wú)極調(diào)速控制、變頻控制等（這樣一段書上的導(dǎo)語(yǔ)其實(shí)已經(jīng)很好地概括了PWM的產(chǎn)生原理，和用途），下面說(shuō)說(shuō)具體的實(shí)現(xiàn)方式吧（都是以T/C0定時(shí)器為例來(lái)實(shí)現(xiàn)的）。按照我自己的粗略總結(jié)大致分為三大類（下面會(huì)逐條詳細(xì)解釋）：1.CTC模式產(chǎn)生（50%占空比的方波信號(hào)） 2.快速PWM模式 3.相位可調(diào)PWM模式（因?yàn)槭浅鯇W(xué)如有不對(duì)，還望朋友們指正！！！）

先來(lái)看看這東西對(duì)應(yīng)的輸出引腳吧：

(根據(jù)圖上的信息可以知道T/C0定時(shí)器對(duì)應(yīng)的輸出口為OC0對(duì)應(yīng)的是PB3管腳，同理：T/C2對(duì)應(yīng)的為OC2對(duì)應(yīng)PD7)

一.CTC模式產(chǎn)生（50%占空比的方波信號(hào)）
一言以蔽之：用計(jì)時(shí)器定出時(shí)間，在設(shè)定時(shí)間到時(shí)，改變相關(guān)引腳的輸出電平值，每次取反（就跟異或原理相同）。恰好每次時(shí)間間隔都相同，這樣就能理解為什么是50%占空比了（當(dāng)然這種用法比較特殊，也有著它的局限性：比如占空比就不可調(diào)）
下面講講具體的配置吧：
1.TCNT0：計(jì)數(shù)寄存器（每次到與OCR0匹配時(shí)就會(huì)清零TCNT0的值，所以也不用配置了）
2.OCR0：輸出比較寄存器
3.TIMSK：定時(shí)/計(jì)數(shù)器屏蔽寄存器（這里用不上）
4.TIFR：定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷標(biāo)志寄存器（這里也用不上）
5.TCCR0：主要的配置就是這個(gè)寄存器了（它的COM01（5）和COM00（4）配置成01，即為比較匹配時(shí)，觸發(fā)OC0（OC0為原OC0的取反））

這里有一個(gè)公式來(lái)計(jì)算其他頻率（占空比仍為50%）：輸出的頻率=選定的時(shí)鐘/(2*N(1+OCR0)) N:為分頻數(shù)

二.快速PWM模式：

在該模式下又分正向比較匹配輸出和反向比較匹配輸出：

（是正向的話，計(jì)數(shù)到設(shè)定匹配值管腳輸出0，計(jì)數(shù)到255（0xff）時(shí)管腳輸出1，反向的話計(jì)數(shù)到設(shè)定匹配值管腳輸出1，計(jì)數(shù)到255（0xff）時(shí)管腳輸出0）

①TCNT0計(jì)數(shù)到255（oxff）時(shí)，溢出標(biāo)志位TOV0置1，可以用來(lái)申請(qǐng)中斷。可以在中斷服務(wù)程序中修改OCR0的值
②OC0的輸出的PWM波形頻率計(jì)算公式：PWM的頻率=所選時(shí)鐘源頻率/256N （N為分頻數(shù)）
③通過(guò)設(shè)置OCR0的值便可獲得不同占空比的脈沖波形
④該模式是單程向上加1計(jì)數(shù)的

三.相位可調(diào)PWM模式

與快速PWM模式類似的，也有正反向，只不過(guò)多了個(gè)減數(shù)的過(guò)程與上個(gè)模式的④相比，這個(gè)是先加數(shù)過(guò)程和OCR0比一次，后又從255減下來(lái)跟OCR0再比一次，這樣一加一減算作一個(gè)完整的過(guò)程。

（隨意吐槽一句，寫書就是喜歡寫的高大上一點(diǎn)，就是不喜歡說(shuō)人話，emmmmm）
（正向比較匹配輸出時(shí)，TCNT0加1計(jì)數(shù)與OCR0比較，OC0輸出0，從255減到OCR0，OC0輸出1，正向比較匹配輸出時(shí)，TCNT0加1計(jì)數(shù)與OCR0比較，OC0輸出1，從255減到OCR0，OC0輸出0）

①TCNT0計(jì)數(shù)0x00時(shí)，溢出標(biāo)志位TOV0置1，可以用來(lái)申請(qǐng)中斷。可以在中斷服務(wù)程序中修改OCR0的值
②OC0的輸出的PWM波形頻率計(jì)算公式：PWM的頻率=所選時(shí)鐘源頻率/510N    （N為分頻數(shù)）
③通過(guò)設(shè)置OCR0的值便可獲得不同占空比的脈沖波形
④該模式雙程計(jì)數(shù)


總結(jié)：通過(guò)以上兩種模式PWM對(duì)比，十分直觀，除了③相同，其他還是有些差別和相似點(diǎn)的
相信機(jī)制的你也發(fā)現(xiàn)了，快速PWM模式采用單程計(jì)數(shù)方式，所以它可以產(chǎn)生比相位可調(diào)PWM模式高1倍頻率的PWM波。因此快速PWM模式適用于電源調(diào)整，DAC等應(yīng)用。相位可調(diào)PWM模式特性（即OC0邏輯電平的改變不是固定在TCNT0=0x00處），適用于電機(jī)控制一類的應(yīng)用。

無(wú)論是快速還是相位可調(diào)模式下，占空比計(jì)算均可用這個(gè)公式：
OCR0的的（數(shù)）值/計(jì)數(shù)器上限的值（0xff 255）

   想了想還是把內(nèi)些常見(jiàn)寄存器的配置放上來(lái)吧，不然總覺(jué)的配不上超詳細(xì)這幾個(gè)字，大家看看就行，我就不多逼逼，哈哈