第二十九课--Microduino PWM的两种产生方式波形实测/zh

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Microduino PWM的两种产生方式--波形实测

目的 本教程实测了Microduino PWM输出口的波形。通过analogWrite()函数输出PWM与寄存器直接操作PWM输出波形的对比，帮助读者全面了解Microduino输出PWM的使用方法。 设备 Microduino-Core Microduino-Core 是以 Atmel ATmega328P为核心的8位单片机开发核心板，是一个开源的、与 Arduino UNO 兼容的控制器模块。 Microduino-USBTTL 下载程序模块，可直接与 Microduino-Core 或者Microduino-Core+ 相连，让他们与计算机通讯。它的下载接口用的是MicUSB，这也是Microduino小巧的一部分。Microduino大小与一枚一元硬币差不多大。下载线与绝大多数智能手机usb数据线是一样的，方便实用。 其他硬件设备 相关硬件 数量 功能 20M示波器 1个 测量Microduino PWM输出波形。 示波器 示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象，便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器的X轴代表时间，Y轴代表幅值。该示例用到的示波器图像显示采用的是CRT（阴极射线管），属于比较老式的。新型的示波器会采用液晶屏作为显示，体积上要比CRT形式小，功能却有很多增强，例如不用再去数格子，直接会显示周期、频率、幅值等，还会带USB接口，可以很方便的把波形存储于U盘中。 实验原理图 原理介绍：以前学习MCS-51的时候，知道定时器会溢出，溢出后会置位中断标志，然后可以在中断处理程序或是在主程序中查询来处理。Micrduino-core采用的Atmega328P（TQFP的封装形式），兼容Arduino UNO。这个328芯片对比MCS-51芯片来说，有了很大进步。例如：时钟改进了，复位灵活了，休眠模式可供选择多了，带AD了，带IIC了，IO口也不一样了……。自然,Atmel的工程师不会放过定时器。328的定时器对比MCS-51灵活了很多，增添了预分频器，增添了输出比较寄存器，增加了直接输出PWM的能力。利用PWM我们可以调节LED灯的亮度，可以改变直流电机的转速。在Arduino IDE开发环境下，analogWrite函数可以改变占空比（占空比的概念是一个周期内高电平的时间除以一个周期的时间），但是analogWrite函数不能改变PWM的频率。可以实现Microduino的PWM频率与占空比都可调吗？答案是可以。先简介下定时器与预分频器相关知识。 328有三个定时器。定时器0与定时器2均是8位定时器，定时器1是16位定时器。Microduino的PWM输出脚D5（对应于OC0A）与D6(OC0B)对应于定时器0，D3(OC2B)与D11(OC2A)对应于定时器2，D9(OC1A)与D10（OC1B）对应于定时器1。 预分频器:预分频器是个好东西。它可以把16MHz的晶振频率分频后给定时器用，如果预分频器的值设置为8，那么定时器获得的时钟频率就相当于是2MHz了，如果分频器设置为1024，那么定时器获取的时钟频率就相当于16000000/1024=15.625KHz。通过预分频器的设置，定时器可以定时的时间就延长了，或者说定时时间更灵活了，因为定时器时钟慢了，同样计到256个数或是计到65536个数的时间就延长了。举例说明，对于定时器T0而言，如果没有用到预分频器，那么T0工作的最低频率等于16000000/256=62.5K，周期T=1/f=1/62.5K=16uS , 显然，对于一些实际应用而言，定时时间有些短了，如果TO用于PWM输出，62.5K的频率可能也有些高了。 下面用Microduino-Core实测analogWrite()函数波形。 3 9 10 11 脚波形基本相同，示波器调节为0.5ms/div 2V/div 见下图 5 6脚波形基本相同，示波器调节为0.5ms/div 2V/div 见下图 结论： 3、9、10、11脚的周期为490Hz左右，5、6脚的周期为980Hz左右，幅值均略低于5V。如果改变analogWrite(3,127);中127这个数值，可以在此频率基础上改变占空比。 下面贴出寄存器直接操作PWM的波形图。示波器档位选择为10us/div,2V/div。D10引脚输出。 再贴张OCR1A=400; OCR1B=200;实测图（10us/div,2V/div） 结论：改变OCR1A，可轻松改变PWM的频率（周期），改变OCR1B的值可轻松改变在OCR1A设定周期下的占空比。 程序 采用analogWrite()函数： void setup() { pinMode(3,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT); pinMode(6,OUTPUT); pinMode(9,OUTPUT); pinMode(10,OUTPUT); pinMode(11,OUTPUT); } void loop() { analogWrite(3,127); analogWrite(5,127); analogWrite(6,127); analogWrite(9,127); analogWrite(10,127); analogWrite(11,127); } 采用直接更改寄存器方式： void setup() { pinMode(10,OUTPUT); } void loop() { TCCR1A =_BV(COM1A0) | _BV(COM1B1) | _BV(WGM11) | _BV(WGM10); TCCR1B =_BV(WGM12) |_BV(WGM13) | _BV(CS10); // _BV(COM1A0) equal COM1A0=1，the bit COM1A0 is in the TCCR1A register byte。 //COM1A0=1; COM1B1=1;enable and choose the normal output,not invert output 。 // WGM11=1; WGM10=1; WGM12=1; WGM13=1; choose the fast PWM,the top value is OCR1A。OC1B (D10)is the only output pin // CS10=1; no prescaling OCR1A=400;//change this value can set the frequency F=16000000/400=40KHz OCR1B=100;//change this value can set the duty cycle Duty=OCR1B/OCR1A } 调试 把程序复制到Arduino IDE中。 编译程序，选择正确的板卡与相应串口。 点击Upload，下载完毕后观察波形。 结果 该文介绍了Microduino PWM的输出，通过寄存器直接操作PWM的方式可以实现周期与占空比的同时调节。因为更改了定时器相关寄存器的值，可能会影响到Arduino封装好的一些函数，经实测，更改定时器T1相关寄存器的值，并未改变delay(1000)对应1S的延时。在实际应用电路中（例如开关电源电路），可能我们会需要几十K或更高频率的PWM波形，直接操作PWM相关的寄存器可满足需求。 视频