AVR定时器实现PWM功能 PWM教程

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AVR使用范例--定时器实现PWM功能

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脉宽调制PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

通俗的说PWM就是波形，波形的波峰以波谷的比例关系成为占空比，我们可以通过PWM控制电机，音量控制，模拟控制等。

AVR单片机的定时器可以轻松实现PWM功能。mega16和mega32的timer0是和timer2都具有PWM功能，timer0和timer2都为8位定时器。timer2为异步操作定时器，在操作过程中要等待寄存器状态更改完成。详情参看数据手册：8位有pwm操作的异步操作定时器timer2。

下图设定使用timer0来实现PWM功能。PWM电机控制：访问AVR与L298进行直流电机控制。

Timer设置PWM

OC0 output mode 设定了pwm输出控制选择：正常的端口操作，不与OC0 相连接， 比较匹配发生时OC0 取反， 比较匹配发生时OC0 清零， 比较匹配发生时OC0 置位。

Waveform mode设定了波形产生模式：比较匹配输出模式，快速PWM 模式，相位修正PWM 模式。更详细的内容请参看数据手册。

看看程序代码：下载相关文件

//ICC-AVR application builder : 2006-11-25 0:15:12
// Target : M16
// Crystal: 7.3728Mhz

#include 
#include 

void port_init(void)
{
 PORTA = 0x00;
 DDRA  = 0x00;
 DDRB  = 0x08; //PB3为PWM输出，非常重要，否则无法输出波形
 DDRB  = 0x00;
 PORTC = 0x00; //m103 output only
 DDRC  = 0x00;
 PORTD = 0x00;
 DDRD  = 0x00;
}

//TIMER0 initialize - prescale:64
// WGM: Normal
// desired value: 1KHz
// actual value:  1.002KHz (0.2%)
void timer0_init(void)
{
 TCCR0 = 0x00; //stop
 TCNT0 = 0x8D; //set count /*TCNT0*/
 OCR0  = 0x73;  //set compare /*OCR0*/
 TCCR0 = 0x23; //start timer /*TCCR0*/
}

#pragma interrupt_handler timer0_comp_isr:20
void timer0_comp_isr(void)
{
 //compare occured TCNT0=OCR0
}

#pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:10
void timer0_ovf_isr(void)
{
 TCNT0 = 0x8D; //reload counter value
}

//call this routine to initialize all peripherals
void init_devices(void)
{
 //stop errant interrupts until set up
 CLI(); //disable all interrupts
 port_init();
 timer0_init();

 MCUCR = 0x00;
 GICR  = 0x00;
 TIMSK = 0x03; //timer interrupt sources /*TIMSK*/
 SEI(); //re-enable interrupts
 //all peripherals are now initialized
}

void main(void) /*加上这些，程序就可以运行了。*/
{
 init_devices();
 while(1)
 ;
}

程序运行效果：

Timer0生成的PWM波形

波形从PB3输出：

PWM连接图

看看几个关键的寄存器的意义：

  1. TCNT0：定时器计数值，定时过程中不断增大，溢出后重新置数，开始下一轮。
  2. OCR0：定时器比较的值，当TCNT0 ＝OCR0时，会产生timer0_comp_isr中断。
  3. TCCR0：控制timer0的寄存器，这里0x23代表的是：

    TCCR0 详细情况

    波形产生模式为普通模式，比较匹配发生时OC0 清零，clkI/O/64 ( 来自预分频器)，详细内容请查看数据手册。

  4. TIMSK：定时器中断选项，这里允许timer0比较中断，溢出中断。
  5. 预分频器：预分频器是独立运行的。也就是说，其操作独立于T/C 的时钟选择逻辑，且它由T/C1 与 T/C0 共享。由于预分频器不受T/C 时钟选择的影响，预分频器的状态需要包含预分频时钟 被用到何处这样的信息。一个典型的例子发生在定时器使能并由预分频器驱动(6 > CSn2:0 > 1)的时候：从计时器使能到第一次开始计数可能花费 1 到N+1个系统时钟周期， 其中N 等于预分频因子(8、64、256 或1024)。

PWM的工作流程：

  1. 初始化，定时器开始工作，TCNT0逐渐增大，在预分频这么多个时钟周期里变化一次。
  2. 输出比较寄存器包含一个8 位的数据，不间断地与计数器数值TCNT0 进行比较。匹配事件可以用来产生输出比较中断，或者用来在OC0 引脚上产生波形。
  3. TCNT0溢出，溢出中断用于在OC0上产生波形，置位或者清零。
  4. TCNT0复位，进行下一次定时操作。

PWM的占空比：

调节PWM的占空比，只需要用程序更改OCR0的值即可，根据不同的情况，可能是增加也可能是减小。注意：因为Timer2是异步控制器，使用Timer2时，调节OCR2需要等待寄存器更新完成才能进行其他操作。