Увеличить разрядность PWM

Question

Увеличить разрядность PWM

Я хотел бы увеличить разрядность ШИМ Arduino Uno. На данный момент это 8-бит, что я считаю слишком низким. Возможно ли это без потери возможности прерываний и задержек?

Коэн

ИЗМЕНИТЬ Эта настройка дает 16-битный результат

void setupPWM16() {
    DDRB |= _BV(PB1) | _BV(PB2);        /* set pins as outputs */
    TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(COM1B1)  /* non-inverting PWM */
        | _BV(WGM11);                   /* mode 14: fast PWM, TOP=ICR1 */
    TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12)
        | _BV(CS11);                    /* prescaler: clock / 8 */
    ICR1 = 0xffff;                      /* TOP counter value (freeing OCR1A*/
}
/* Comments about the setup
Changing ICR1 will effect the amount of bits of resolution.
ICR1 = 0xffff; (65535) 16-bit resolution
ICR1 = 0x7FFF; (32767) 15-bit resolution
ICR1 = 0x3FFF; (16383) 14-bit resolution etc....

Changing the prescaler will effect the frequency of the PWM signal.
Frequency[Hz}=CPU/(ICR1+1) where in this case CPU=16 MHz
16-bit PWM will be>>> (16000000/8)/(65535+1)=30.5175Hz
*/

/* 16-bit version of analogWrite(). Works only on pins 9 and 10. */
void analogWrite16(uint8_t pin, uint16_t val)
{
    switch (pin) {
        case  9: OCR1A = val; break;
        case 10: OCR1B = val; break;
    }
}

@KoenR, 👍11

2 ответа

Лучший ответ:

▲ 4

Проведя некоторую калибровку, вы можете суммировать выходные сигналы двух каналов ШИМ с разными весовыми резисторами. В крайнем случае вы можете условно использовать один выход для обеспечения 8-битного разрешения и масштабировать другой до 1/256 уровня и добавить их, чтобы 2-й канал покрывал один бит диапазона, и вы (опять же условно) получили 16-битное разрешение. Без огромной заботы и настройки все, что вы получите, будет беспорядком.
Однако, разделив 2-й канал на 16 или 32, вы можете добавить несколько дополнительных бит разрешения ШИМ. Просто добавив 2 канала PWM с аналоговыми фильтрами, вы добавляете дополнительный бит (поскольку потенциальный диапазон удваивается при неизменном уровне мВ/бит).
Условно (опять же) для каждого дополнительного деления на 2 вы получаете дополнительный бит разрешения, но это может быть выполнено только для, может быть, 4, или 5, или 6 дополнительных битов, с возрастающими требованиями к точности масштабирующих резисторов и более сложной калибровкой и склонностью к ошибкам. .

Краткий пример.
Если масштаб одного ШИМ уменьшить, чтобы получить, скажем, 0–255 мВ с шагом 1 мВ, то суммирование двух ШИМ с одинаковой амплитудой даст диапазон 0–510 мВ с шагом 1 мВ.
Если масштаб одного ШИМ уменьшить в 32 раза, то вместо добавления 255 мВ к начальному диапазону ШИМ он добавит только 8 мВ к верхнему пределу (0,256,32 = 8 мВ, но разрешение будет в 0,03125 (1/32-го числа). ) шаг мВ.

Хотя этого, возможно, можно было бы достичь только с помощью суммирования резисторов и RC-фильтрации, использование сумматора на операционном усилителе значительно улучшило бы результаты.

Кроме того, пульсации ШИМ можно отфильтровать с помощью простого RC-фильтра, но использование одного операционного усилителя в качестве буфера (или даже одного транзистора в качестве эмиттерного повторителя) даст вам 3 или 5 полюсов фильтрации нижних частот и гораздо больше шансов достижение дополнительного разрешения ШИМ. Я не проверял «фазовую когерентность» выходных сигналов ШИМ, но ожидаю, что они двигаются относительно синхронно, поэтому вы не получите преимущества сглаживания при добавлении двух некоррелированных сигналов.

При необходимости можно сделать дополнительные комментарии. Спросите, если интересно.

17 июн 15, @Russell McMahon

Это умно! Кажется, что [библиотека синтеза звука Mozzi](http://sensorium.github.io/Mozzi/) использует этот трюк для так называемого режима «HIFI»., @Edgar Bonet

Это большое преимущество ШИМ. Но не сгладит ли это форму волны? Я спрашиваю об этом, поскольку вы используете RC-фильтр. Не упомянул об этом в своем вопросе, но я управляю двигателем постоянного тока <мне стыдно>. Спасибо за отзыв!, @KoenR

@KoenR (fwiw: я не вижу ничего стыдного.) Я не знаю, какую частотную характеристику / скорость изменения вы хотите получить на выходе вашего АЦП. Или почему вам нужны N бит или насколько они велики. Двигатели обычно не управляются более чем 8 битами - зависит от того, насколько точное у вас приложение. Мотор действует как часть сглаживающего фильтра за счет индуктивности. Вам нужно сказать, что за двигатель и как привод. И принципиальная схема о существенном. Если двигатель не крошечный, у вас есть водитель. Коллекторный двигатель, питаемый ШИМ, должен иметь запирающий диод для пропуска тока двигателя, когда ШИМ выключен. Добавление двух..., @Russell McMahon

... ШИМ здесь вполне выполнимы, но необходимо знать детали схемы., @Russell McMahon

Остерегаться! В некоторых случаях сглаживание ШИМ низкочастотным RC нежелательно. Например, если вы подключите выход Arduino к затвору МОП-транзистора, МОП-транзистор будет оставаться холодным, пока он управляется чистым ШИМ. Но если его сгладить, МОП-транзистор начнет рассеивать гораздо больше тепла. Иногда это не очень хорошо., @Florin Andrei

@*Edgar Bonet* · Accepted Answer · 2015-06-17 16:19-00:00

Arduino Uno основан на микроконтроллере ATmega382P. Этот чип имеет два 8-битных таймера, каждый из которых управляет двумя каналами ШИМ, и один 16-битный таймер, управление двумя последними каналами.

Вы не можете увеличить разрешение 8-битных таймеров. Ты можешь, однако поместите 16-битный таймер в 16-битный режим вместо 8-битного режима используется основной библиотекой Arduino. Это даст вам два 16-битных ШИМ. каналов, с пониженной частотой 244 Гц (максимум). Вы будете наверное придется таймер самому настраивать, а толку от этого не будет простая в использовании функция analogWrite(). Подробности смотрите в разделе на таймере 1 в ATmega328P техническое описание.

Обновление: вот реализация 16-битного analogWrite(). Это работает только на контактах 9 и 10, так как это единственные контакты, подключенные к 16-битный таймер.

/* Configure digital pins 9 and 10 as 16-bit PWM outputs. */
void setupPWM16() {
    DDRB |= _BV(PB1) | _BV(PB2);        /* set pins as outputs */
    TCCR1A = _BV(COM1A1) | _BV(COM1B1)  /* non-inverting PWM */
        | _BV(WGM11);                   /* mode 14: fast PWM, TOP=ICR1 */
    TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12)
        | _BV(CS10);                    /* no prescaling */
    ICR1 = 0xffff;                      /* TOP counter value */
}

/* 16-bit version of analogWrite(). Works only on pins 9 and 10. */
void analogWrite16(uint8_t pin, uint16_t val)
{
    switch (pin) {
        case  9: OCR1A = val; break;
        case 10: OCR1B = val; break;
    }
}

Вы можете заметить, что верхняя часть последовательности счетчиков настроена явно. Вы можете изменить это значение на меньшее, чтобы ШИМ быстрее за счет снижения разрешения.

А вот примерный скетч, иллюстрирующий его использование:

void setup() {
    setupPWM16();
}

/* Test: send very slow sawtooth waves. */
void loop() {
    static uint16_t i;
    analogWrite16(9, i);
    analogWrite16(10, 0xffff - i);
    i++;
    delay(1);
}