PIC мк. Эксперимент №11. Модуль ШИМ.

Опубликовано 15 сентября 2011 автором sarge

Продолжим изучать модуль CCP и остановимся на самом интересном применении ШИМ.

Задача: регулировка яркости светодиода с помощью ШИМ.

Исходный материал: PIC16f628a и простенькая devboard + proteus.

pwm

Понять принцип работы ШИМа помогает его блок-схема:

За период ШИМа отвечает регистр PR2, когда таймер TMR2 дотикает до значения регистра PR2 на выходе устанавливается высокий уровень (одновременно с обнулением таймера).

В то же время содержимое регистра CCPR1L + два бита CCP1X, CCP1Y копируются в регистр CCPR1H, когда таймер дотикает до значения в этих регистрах происходит сброс и выход переходит в 0.

Все логично и просто.

Рассмотрим базовую настройку. Для настройки ШИМа нужно знать два следующих уравнения:

Период ШИМ = (PR2 + 1)⋅4⋅Tosc⋅TMR2_precaller_value

Ширина импульса = (CCPR1L:CCP1CON<5:4>)⋅Tosc ⋅ TMR2_precaller_value

В даташите подробно описан поэтапный способ настройки, приведу его еще и здесь:

1. Установка периода ШИМ посредством записи в регистр PR2.

2. Установка скважности – регистр CCPR1L и CCP1CON<5:4>

3. Определить RB3 как выходной порт

4. Задать коэффициент деления предделителя таймера и включить таймер

Перейдем к конкретным действиям:

Задача: Регулировка яркости светодиода с помощью ШИМ

Параметры нашего эксперимента:

Частота ШИМ – 2 КГц
Скважность меняется в 8 раз (от 0 до 100%)
Скважность регулируется посредством кнопок

Чтобы получить такую частоту, в PR2 должно быть записано число 124 (коэффициент деления предделителя таймера установим равным 4).

Ну и ради примера расчета скважности, рассчитаем значение CCPR1L:CCP1CON<5:4> для 50% (50% от 500 = 250) :

250u = 4*0.25u*x => x = 250 => CCPR1L = 0b00111110, CCP1X = 1, CCP1Y = 0

Вот и все расчеты, ниже привожу мой код:

#include 

#define _XTAL_FREQ 4000000
__CONFIG(WDTDIS & UNPROTECT & MCLREN & LVPDIS & HS);
void pwm() {

unsigned char x = 0;

unsigned char state = 1;
while (state) {

if (!RB0) {

 __delay_ms(100);

 if (!RB0) {

 if (x > 0) { x--;} else x = 0;

 }

}
if (!RB1) {

 __delay_ms(100);

 if (!RB1) {

 if (x < 8) { x++;} else x = 8;

 }
}

if (!RB2) {                               // Выход из прерывания (в данном контексте можно и не делать)
 __delay_ms(100);
 if (!RB2) {
 state = 0;
 INTF = 0;
 }
}

switch (x) {
case 0:                     // 0%
 CCPR1L = 0;
 CCP1X = 0;
 CCP1Y = 0;  break;
case 1:                     // 12.5%
 CCPR1L = 0b00001111;
 CCP1X = 1;
 CCP1Y = 0;  break;
case 2:                     // 25%
 CCPR1L = 0b00011111;
 CCP1X = 0;
 CCP1Y = 0;  break;
case 3:                     // 37.5%
 CCPR1L = 0b00101110;
 CCP1X = 1;
 CCP1Y = 1;  break;
case 4:                     // 50%
 CCPR1L = 0b00111110;
 CCP1X = 0;
 CCP1Y = 1;  break;
case 5:                     // 62.5%
 CCPR1L = 0b01001110;
 CCP1X = 0;
 CCP1Y = 0;  break;
case 6:                     // 75%
 CCPR1L = 0b01011101;
 CCP1X = 1;
 CCP1Y = 0;  break;
case 7:                     // 87.5%
 CCPR1L = 0b01101101;
 CCP1X = 0;
 CCP1Y = 1;  break;
case 8:                     // 100%
 CCPR1L = 0b011111100;
 CCP1X = 1;
 CCP1Y = 1;  break;

}

}
}

void main() {

PORTB = 0;
TRISB = 0b00000111;
PR2 = 0b01111100;

CCPR1L = 0;                               // По умолчанию 0%
CCP1X = 0;
CCP1Y = 0;

CCP1M3 = 1;                               // Включаем ШИМ
CCP1M2 = 1;
T2CKPS0 = 1; T2CKPS1 = 0;                 // Предделитель на 4
TMR2ON = 1;                               // Включаем 2 таймер

GIE = 1;
INTE = 1;

for (;;) {
 // Пустой бесконечный циклл
}

}

void interrupt isr() {                    // Прерывание по RB0
if (INTF) {
pwm();
}
}

[/code]

Осциллограма с 50% скважностью (1 деление = 1 мс)

Видео со светодиодом :)

+ регулировка ШИМ на осциллографе

Исходники здесь

PIC мк. Эксперимент №11. Модуль ШИМ.: 39 комментариев

electronic255 говорит 17 марта 2012 в 17:24:

откуда взято число 500?

Ответить ↓
sarge говорит 17 марта 2012 в 17:27:

500 мкс это период частоты 2 КГц

Ответить ↓
electronic255 говорит 17 марта 2012 в 17:40:

если честно -расчет слабо понятный ,можно как нибудь по подробнее?

Ответить ↓
sarge говорит 17 марта 2012 в 18:53:

Ширина импульса = (CCPR1L:CCP1CON<5:4>)⋅Tosc ⋅ TMR2_precaller_value

500us – период нашего ШИМ, здесь я делал скважность 50%, поэтому считаем ширину импульса равной 250 us

250u = 4*0.25u*x => x = 250 => CCPR1L = 0b00111110, CCP1X = 1, CCP1Y = 0

где 0.25 us – значение таймера2 после предделителя (считает по 1 мкс)

Формулы приведены в даташите

Ответить ↓
Alex Sedov говорит 23 сентября 2013 в 17:27:

Hi, вопрос такой: разбираю уже несколько примеров, каждый раз одно и тоже – pic с compiler не знает, что такое TRISA, PORTB. подключаю файлы .h именно для 16F877a, в них тоже эти переменные не описываются. Думаю, может проблема в htc.h, у меня его нигде нет и не знаю где взять. Может кто-нить чем-нибудь помочь, объяснить?

Ответить ↓
- sarge говорит 23 сентября 2013 в 19:19:
  
  Это заголовочный файл из папки Hi-tech picc compiler, если вы не знаете где его взять – значит у вас другой компилятор 🙂
  
  Ответить ↓
  - Alex Sedov говорит 23 сентября 2013 в 19:37:
    
    Спасибо) значит проблема в прокладке между монитором и стулом.
    
    Ответить ↓
    - sarge говорит 23 сентября 2013 в 19:51:
      
      Наиболее распространенная проблема 🙂
      
      Ответить ↓
- electronic255 говорит 23 сентября 2013 в 19:58:
  
  подключи вместо htc.h – pic.h он точно должен быть
  
  Ответить ↓
Alex Sedov говорит 24 сентября 2013 в 16:25:

Второй вечер разбираюсь с ШИМ, кстати, спасибо всем, за уже оказанную помощь, вопрос такой, при скважности 5, такой же частоте(2кГц),
(20% от 500=100)->100u = 4*0.25u*x => x = 100 => CCPR1L = 0b1100100 и как определить CCP1X , CCP1Y ?

Ответить ↓
- sarge говорит 24 сентября 2013 в 16:30:
  
  В CCPR1L расположена старшая часть байта, а значит для x = 100:
  
  CCPR1L = 0b00011001
  CCP1X = 0
  CCP1Y = 0
  
  Ответить ↓
- Alex Sedov говорит 24 сентября 2013 в 16:38:
  
  Переделал код, чтобы сразу была 25% скважность, без кнопок. Загрузил в протеусе на picdem2 с pic16F877a. С RB3 ничего не снимается, код такой:
  
  #include
  #define _XTAL_FREQ 4000000
  //_CONFIG(WDTDIS & UNPROTECT & MCLREN & LVPDIS & HS);
  void main(void)
  {
  PORTB= 0;
  TRISB= 0b00000111;
  PR2= 0b01111100;
  
  CCPR1L = 0b00011111;
  CCP1X = 0;
  CCP1Y = 0;
  
  CCP1M3 = 1;
  CCP1M2 = 1;
  T2CKPS0 = 1; T2CKPS1 = 0;
  TMR2ON = 1;
  
  GIE = 1;
  INTE = 1;
  for (;;){}
  
  }
  Подскажите в чем проблема, пжлст.
  
  Ответить ↓
  - sarge говорит 24 сентября 2013 в 16:44:
    
    1. Почему инклюд пустой?
    2. Почему конфигурация закоменчена?
    3. Прерывания вам не нужны, их можно отключить.
    
    p.s. не забыли ли вы в протеусе в свойствах указать частоту кварца?
    
    Ответить ↓
    - sarge говорит 24 сентября 2013 в 16:45:
      
      о инклюд у меня в коде пустой, а вы скопировали, там должно быть
      
      #include
      
      Ответить ↓
    - Alex Sedov говорит 24 сентября 2013 в 16:49:
      
      у меня pic.h в include, частоту 4 МГц выставил в протеусе, конфиг закоменчен, потому что mplab с ним не компилит, пробовал через #fuses прописать, тоже без толку.
      
      Ответить ↓
      - sarge говорит 24 сентября 2013 в 17:00:
        
        Блин, не заметил какой у вас камень.
        Конечно вы ничего не увидите, на 877 выходы шима на rc порту а не на RB.
        Ставьте 628a и все будет работать.
        
        Ответить ↓
        
        Alex Sedov говорит 24 сентября 2013 в 17:06:
        
        спасибо, моя глупость, не могу привыкнуть к тому что они все разные. действительно работает)
        
        Ответить ↓
Alexey говорит 20 декабря 2013 в 15:45:

Добрый вечер! Хочу сделать генератор синуса на 16f676, в нем нет модуля шим, пробовал пользоваться просто задержками __delay_us(…) получается при 200 точках на период у меня не хватает памяти в 1к. Тогда я попробовал взять массив с переменной sin[i]{…….} в котором поочередно хотел записать длительности пауз и единиц, хотя бы на пол периода. Потом в цикле for(i=0;i<99;i++){__delay_us(i);RC1=~RC1;} а потом соответственно вторую полу волну. Но компилятор ругается inline delay argument must be constant,
can't generate code for this expression
Теперь думаю может значение из массива подставлять в регистры таймера чтоб на нем организовать шим для синусойды.
Как посоветуете быть?

Ответить ↓
- sarge говорит 20 декабря 2013 в 16:15:
  
  Посоветую купить контроллер с ШИМ.
  Серьезно, зачем изобретать велосипеды?
  
  Еще можно посмотреть на другие способы временной импульсной модуляции, там вроде есть какая-то простая основанная на двоичном коде. Только подойдет ли она для генерации синуса…
  
  Ответить ↓
  - Alexey говорит 1 января 2014 в 19:11:
    
    C Новым годом!
    Взял 12F683, 8 ног и есть шим. Благодаря вашему живому примеру и даташиту разобрался как делать шим на НЁМ. Только не представляю, как можно менять ширину импульса с каждым последующим периодом. Для начала возьмем 100 импульсов, у первого я выставил ширину 3us(может работать сколь угодно долги), а как привязать момент смены ширины импульса к моменту начала следующего импульса? Логично думать что можно было бы опрашивать флаг но в шиме по моему он не выставляется.
    
    Ответить ↓
    - sarge говорит 1 января 2014 в 20:38:
      
      Вас также с наступившим!
      В моем представлении это вроде как не сложно делается- по идее привязываться надо к щелчкам таймера, нужно отсчитать весь цикл шима, то есть для когда TMR2=PR2, период окончен, можно наверное даже к прерываниям таймера подвязаться.
      
      Ответить ↓
      - Alexey говорит 1 января 2014 в 22:00:
        
        Получается что сам шим как бы мне и не нужен, снова возвращаемся к таймерам… Но для начала попробую именно это сравнение в коде и железе.
        
        Ответить ↓
        
        sarge говорит 1 января 2014 в 22:42:
        
        Блин если так рассуждать то модуль шима и есть ни что иное как железные операции с таймером. Просто за вас эти функции уже реализованы и вы стабильно можете получить 1024 уровня, в чем сложность контролировать один флаг и менять значение регистра ccp?
        
        Ответить ↓
        
        Alexey говорит 2 января 2014 в 0:06:
        
        Я просто не знаю как это будет. Такой код жизнеспособен?
        
        [/
        #include //PIC12F683
        __CONFIG(MCLREN & WDTDIS & HS & UNPROTECT); // Program config. word 1
        #define _XTAL_FREQ 4000000
        unsigned char sin_1[50]={3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39,42,45,48,50,53,56,58,61,63,66,68,
        70,75,77,79,80,82,84,86,87,89,90,91,92,94,95,96,96,97,98,98,99,99,99,99,99,99}; // таблица синусойды
        
        void main (void) {
        __delay_ms(5);
        ANSEL = 0; //Отключаем аналоговые входы
        TRISIO = 0x00; //
        GPIO2= 0x00; //
        PR2 = 99; //Период PR2=(Tшим/4*0.25*1)-1
        CCPR1L = 1;//98; // Определяем ширину импульса в ШИМ в моем случае в десятичной форме задаем ширину в микросекундах
        DC1B1=0; //CCP1X = 0; //
        DC1B0=0; //CCP1Y = 0; //
        CCP1M3 = 1; // Включаем ШИМ CCP1CON бит3 и бит4 = 1
        CCP1M2 = 1;
        T2CKPS1 = 0; T2CKPS0 = 0; // Предделитель 0:0=1 0:1=4 1:1=16
        TMR2ON = 1; // Включаем 2 таймер
        GPIO2=0;
        unsigned char x;
        unsigned char i;
        for(;;) // Запускаем бесконечный цикл
        {
        for(i=0;i<50;i++)
        {
        if(TMR2==PR2)
        {x=sin_1[i];
        CCPR1L = x;
        }
        }
        }
        } //main end
        ]
        
        Правда пик кит 2 как лог.анализатор показывает одно значение ширины импульса 44us. Хотя при таблице всего из пяти значений работает правильно, почти. Каждый импульс повторяется по три раза.
        
        Ответить ↓
        
        sarge говорит 2 января 2014 в 9:26:
        
        А где сброс значения таймера тмр2? Да и я бы через прерывания делал всетки + на 100 мкс не получится 50 герцовая синусоида с разрением 255, так что я бы кварц пошустрее сразу заложил.
        
        Ответить ↓
        
        Alexey говорит 2 января 2014 в 9:50:
        
        Пока нет кварца на 20, найду обязательно попробую. А по пдфу если все правильно понял флаг выставляется и сбрасывается при совпадение на компараторе, с учетом посткаллера.
        Что то не понял, почему не получится 50 герцовая!? 100 дискретов по 100us на один полупериод и 100 на 100 на другой, и того 20ms – мои 50Гц. На самом деле остается очень мало времени на перезапись CCPRL1 когда ширина импульса у нас достигает максимума 98, 99 us.
        А обработку в прерывании делать по переполнению тмр2?
        
        Ответить ↓
        
        sarge говорит 2 января 2014 в 10:08:
        
        Что ж у вас так мозг бурно после нг работает 🙂
        Я не успеваю отвечать с телефона 🙂
        Да, посмотрел блок диаграммку, на самом деле регистр чистится и я раньше точно также делал.
        Не получится синусоида с разрешением 255 я писал, 100 кратная да, получится, я почему то думал, что вы хотите 255 уровней.
        Обработку да, я бы по прерыванию тмр2 делал.
        А в протеусе не пробовали код проверять?
        
        Alexey говорит 2 января 2014 в 10:16:
        
        А че ещё делать, столько я не выпиваю 🙂
        
        sarge говорит 2 января 2014 в 11:54:
        
        Попробовал по быстрому собрать генератор треугольника, с периодом максимальным 256 мкс – https://www.dropbox.com/s/48bwdz4fyp85kqa/Sine_Wave.rar
        
        Чтобы не подгенеривало пришлось фильтр запускать подальше и, таким образом, подрезать максимальные размахи, получилось по 0.5 вольт меньше сверху и снизу.
        В архиве файлы проекта, исходники и протеусовский файл.
        
        sarge говорит 3 января 2014 в 10:18:
        
        Короче мои нервы не выдержали и я еще чутка поковырялся.
        В итоге пришел к тому, что на малых значениях скважности, минимальные напряжения бывают неадекватны (по крайней мере в протеусе), поэтому поднял нижнюю границу повыше, тем более, что по вашей задумке все равно напряжение надо в 12 вольт конвертить.
        Получился примерно такой код:
        
        #include <htc.h> #define _XTAL_FREQ 4000000 volatile unsigned char count = 50; volatile bit sign = 0; //__CONFIG(WDTE_OFF & CP_OFF & LVP_OFF & MCLRE_OFF); __CONFIG(WDTDIS & UNPROTECT & LVPDIS & MCLRDIS); void main() { TRISB = 0x00; PR2 = 0b11111111; CCPR1L = count; // По умолчанию 0% CCP1X = 0; CCP1Y = 0; CCP1M3 = 1; // Включаем ШИМ CCP1M2 = 1; T2CKPS0 = 0; T2CKPS1 = 0; // Предделитель на 4 TMR2ON = 1; // Включаем 2 таймер TMR2IE = 1; GIE = 1; PEIE = 1; while (1); } void interrupt isr() { if (TMR2IF) { TMR2ON = 0; if ((!sign) && (count < 255)) count++; else { if ((!sign) && (count >= 255)) { sign = 1; count--; } } if ((sign) && (count > 80)) count--; else { if ((sign) && (count == 80)) { sign = 0; count++; } } CCPR1L = count; TMR2IF = 0; TMR2ON = 1; } }
        
        Далее с фильтром чутка помудрил, обычный RC дает нормальное подавление при слишком большой временной постоянной, поэтому взял за основу активный фильтр.
        А вот как выглядит наш шим сигнал, после прохождения через этот фильтр.
        
        Дальше в случае синусоиды я бы это дело наверное загонял на усилок, на базе операционника и с него уже на комплементарный повторитель, получая таким образом рэил ту рэил размахи на выходе.
        
        Alexey говорит 3 января 2014 в 22:36:
        
        Неа, задумку не угадал. Щас примерную схему на почту кину. Вчера пол вечера опробовал ваш код (большое спасибо!) только с подстановкой ширины импульсов из таблицы.При периоде шим 100us на ста дискретах общая ширина полу волны уходит до 12,5ms. Ну это ничего подправим. Хотел увидеть красивую синусоиду в железе на осциллографе, а получил как после диодного моста, полу волны в одну сторону. Хотя для моей мостовой схемы как раз то и надо будет, только на разных ногах.
Alexey говорит 20 декабря 2013 в 18:02:

У меня конкретный вопрос в том, могу ли я в подпрограмму __delay_US() вставить переменную, потому что в CCS-PIC этот номер проходил.

Ответить ↓
- sarge говорит 20 декабря 2013 в 21:44:
  Ну написано же, что константу надо вставлять. Если хотите юзать именно этот макрос напишите функцию какого-нибудь такого вида:
```
void DelayUs(unsigned char us)
{
unsigned char i = 0;   
  for (i=0;i<=us;i++)
      __delay_us(1);
}
```
  Конечно интересно, что там в этом случае будет с точностью такого периода.
  В любом случае я бы лучше пытался это провернуть с помощью регистров таймера.
  Ответить ↓
  - Alexey говорит 21 декабря 2013 в 9:30:
    
    Спасибо!
    
    Ответить ↓
RADAR62 говорит 2 января 2014 в 16:57:

Нужно дописать первою строку программы.

Ответить ↓
- sarge говорит 3 января 2014 в 10:12:
  
  Сделано!
  
  Ответить ↓
Ruroff говорит 15 января 2015 в 19:12:

Здравствуйте Sarge, спасибо большое за ваши эксперименты, очень полезный и качественный материал делаете. Хотел немного поправить немного вашу программу, у вас закралась одна мелкая ошибочка условии работы кнопки увеличения скважности :
if (!RB1) {
__delay_ms(100);
if (!RB1) {
if (x < 9) { x++;} else x = 8; // вот тут надо "if (x < 8) { x++;} else x = 8; "
}
}

И я бы рекомендовал в таких случаях использовать if с двойным условием, пример:
if (RB1=1 && x < 8)
{
__delay_ms(100);
x++;}

Ответить ↓
- sarge говорит 15 января 2015 в 21:54:
  
  Доброго времени суток!
  
  Баг репорт принят 🙂 Вы правы, ваш вариант правильный. Переделываю в статье сейчас и на репе.
  
  Ответить ↓
Уведомление: Pic Lab, PIC16, Experiment #11, PWM | diymicro.org