В данной статье я хочу рассказать о программном создании ШИМ-регулятора на STM8L-Discovery. Проект полностью переносим на другие микроконтроллеры типа STM8. Процесс переноса описан неоднократно, в т.ч. и мной в статье Термометр на STM8L-Discovery
Итак для начала разберёмся, что такое ШИМ. Широтно-импульсная модуляция - это процесс управления средней мощностью в нагрузке за счет изменения коэффициента заполнения сигнала прямоугольной формы. По определению средняя мощность Pсредняя= U2среднее/Rнагрузки. Не будем вдаваться в математические подробности, просто отмечу, что Uсреднее = Umax*t1/t2. Отношение t1/t2 ещё называют коэффициентом заполнения.
Пояснения на рисунке 1.
Таким образом, наша задача генерировать прямоугольные импульсы с различным коэффициентом заполнения. Она, в свою очередь, сводится к тому, чтобы управлять ножкой микроконтроллера, переводя её то в положение "1", то в положение "0". Кажется, что мы получили простое решение задачи: бесконечный цикл, где мы поднимаем выход, ждем, опускаем выход, ждем. Есть одно но: бесконечный цикл подвесит ядро, поэтому никаких других функций после запуска ШИМ мы выполнить не сможем (можно, конечно, извернуться и что-нибудь придумать с прерываниями, но это уже извращения). Поэтому я предлагаю другой способ - с прерываниями от таймера. Смысл такой: таймер дает прерывания, скажем, раз в 10 нс - это и будет нашим минимальным значением длительности импульса, или МЗДИ. Далее, возьмем период в 256 МЗДИ. Теперь нам нужна переменная, в которой будет храниться значение длительности импульса - от 0 до 255; соответственно коэффициент заполнения будет от 0 до 1, а средняя мощность нагрузки от 0% до 100%. Теперь посмотри на мою реализацию данного алгоритма
int _q, count; //описание прерывания #pragma vector = 27 __interrupt void tim4_ovf( void ) { if ( count < _q ) // если от начала периода прошло меньше времени импульса PC_ODR_bit.ODR5 = 1; //то на выходе "1" else //иначе PC_ODR_bit.ODR5 = 0; //"0" count++; //увеличим счетчик времени if ( count >= 256 ) //если период закончился count = 0; //сбросим счетчик TIM4_SR1_bit.UIF = 0; //выйдем из прерывания } void line_PWM( int q ) { asm( "RIM" ); //разрешаю прерывания CLK_PCKENR1_bit.PCKEN12 = 1; // подаю тактирование TIM4_PSCR = 0x00; //ставлю предделители TIM4_ARR = 0x0D; TIM4_IER_bit.UIE = 1; //ставлю биты конфигурации TIM4_CR1_bit.URS = 1; TIM4_EGR_bit.UG = 1; TIM4_CR1_bit.CEN = 1; //запускаю таймер count = 0; //сброс счетчика прерываний PC_DDR_bit.DDR5 = 1; //нога на выход PC_CR1_bit.C15 = 1; _q = q; //сохранили аргумент команды - длительность импульса }
Эта штука очень хорошо работает, но имеет один недостаток - он проявляется при работе со светодиодами. Дело в том, что наш глаз нелинеен, а потому при линейном нарастании мощности на низкой яркости видимая яркость света нарастает быстрее, чем на высокой яркости при одинаковой скорости нарастания мощности. Причина в том, что реакция наших органов чувств ближе к экспоненциальной, поэтому для видимого равномерного нарастания яркости необходимо в действительности изменять ее логарифмически. Для этого я использовал другую функцию, которая автоматически подбирает из массива нужное значение длительности импульса. В ходе расчёта этого массива я для простоты использовал не логарифмическую зависимость, а близкую к ней параболическую.
const int table[256] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, 2, 2, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 3, 4, 4, 4, 4, 5, 5, 5, 5, 6, 6, 6, 7, 7, 7, 8, 8, 9, 9, 9, 10, 10, 11, 11, 11, 12, 12, 13, 13, 14, 14, 15, 15, 16, 16, 17, 17, 18, 18, 19, 19, 20, 20, 21, 22, 22, 23, 23, 24, 25, 25, 26, 27, 27, 28, 29, 29, 30, 31, 31, 32, 33, 33, 34, 35, 36, 36, 37, 38, 39, 40, 40, 41, 42, 43, 44, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 87, 88, 89, 90, 91, 93, 94, 95, 96, 97, 99, 100, 101, 102, 104, 105, 106, 108, 109, 110, 112, 113, 114, 116, 117, 118, 120, 121, 122, 124, 125, 127, 128, 129, 131, 132, 134, 135, 137, 138, 140, 141, 143, 144, 146, 147, 149, 150, 152, 153, 155, 156, 158, 160, 161, 163, 164, 166, 168, 169, 171, 172, 174, 176, 177, 179, 181, 182, 184, 186, 188, 189, 191, 193, 195, 196, 198, 200, 202, 203, 205, 207, 209, 211, 212, 214, 216, 218, 220, 222, 224, 225, 227, 229, 231, 233, 235, 237, 239, 241, 243, 245, 247, 249, 251, 253, 255 }; void LED_PWM( int q ) { line_PWM( table[q] ); }
В главном файле напишем простую обвязочку для тестирования функций ШИМ
void delay( void ) { for ( int i =0; i < 20; i++ ); } int main() { CLK_CKDIVR = 0; while ( true ) { for ( long int i = 0; i <= 255; i++ ) { line_PWM(i); delay(); } for ( long int i = 255; i >= 0; i-- ) { LED_PWM(i); delay(); } } return 0; }
Для подключения мощных нагрузок к плате обязательно надо использовать транзисторный ключ, иначе можно сжечь контроллер. При индуктивной нагрузке необходимо добавить диод.
Прикрепленные файлы:
- PWM.c (2 Кб)
Комментарии (3) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
[Автор]
[Автор]
CLK_CKDIVR = 0;
CLK_PCKENR1_bit.PCKEN10 = 1;
TIM2_PSCR_bit.PSC = 0x00;
TIM2_ARRH = 0xFF;
TIM2_ARRL = 0xFF;
TIM2_CR1_bit.URS = 1;
TIM2_CR1_bit.CMS = 1;
TIM2_CR1_bit.ARPE = 1;
TIM2_BKR_bit.MOE = 1;
TIM2_CCER1_bit.CC1E = 1;
TIM2_CCMR1_bit.OC1PE = 1;
TIM2_BKR_bit.OSSI = 0;
TIM2_CCER1_bit.CC1P = 0;
TIM2_CCR1H = 0x7F;
TIM2_CCR1L = 0xFF;
TIM2_CCMR1_bit.OC1M = 6;
TIM2_EGR_bit.UG = 1;
TIM2_IER_bit.UIE = 1;
TIM2_CR1_bit.CEN = 1;
Сам не особо проник в детали пока что, но вдруг кому пригодится.