Генерация частоты ШИМ выше 125 кГц с помощью Arduino Uno

Это немного выходит за рамки обычных возможностей Arduino, поэтому вам нужно углубиться в настройку некоторых регистров непосредственно для вашего чипа ATMEGA. См. «Непосредственное использование регистров ATmega PWM» http://arduino.cc/en/Tutorial/SecretsOfArduinoPWM

Да, вы можете уменьшить задержку.

Из документации:

Эта функция работает очень точно в диапазоне от 3 микросекунд и выше. Мы не можем гарантировать, что delayMicroseconds будет работать точно при меньшем времени задержки.

Обратите внимание, что между задержками есть несколько циклов, поэтому чем короче периоды времени, тем меньше точность.

Вы можете указать задержку вручную. Я бы предположил, что вы могли бы получить до 1 МГц, но с небольшим контролем рабочего цикла (на этой частоте). Вам нужно было бы отключить прерывания, и вы вообще ничего не могли бы сделать.

Если вы хотите еще больше, вы можете установить предохранитель на ATmega и получить исходную тактовую частоту на контакте 14 CKO (это отображается как цифровой контакт 8 на плате Arduino) — я ожидаю 50% рабочий цикл; у вас НЕ будет никакого контроля - вы не можете включить или выключить его или повлиять на рабочий цикл. Его можно использовать для запуска нескольких микросхем с одной и той же тактовой частотой.

Мое требование 125 кГц удовлетворено, но мне просто любопытно узнать, почему скетч не работает должным образом.

По моим измерениям, да. Используя эту слегка измененную версию вашего кода:

// Скетч, создающий ШИМ с частотой 8 МГц, рабочим циклом 50% и 250 кГц,
// ШИМ с 6-битным разрешением и переменным коэффициентом заполнения (меняется каждые 5 мкс)
// или о каждом периоде.

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void)
{
  pinMode(3, OUTPUT); // Выходной контакт для OCR2B
  pinMode(5, OUTPUT); // Выходной контакт для OCR0B

  // Настраиваем выход 250 кГц
  TCCR2A = bit(COM2A1) | bit(COM2B1) | bit(WGM21) | bit(WGM20);
  TCCR2B = bit(WGM22) | bit(CS20);
  OCR2A = 63;
  OCR2B = 31;

  // Настраиваем выход 8 МГц
  TCCR0A = bit(COM0A1) | bit(COM0B1) | bit(WGM01) | bit(WGM00);
  TCCR0B = bit(WGM02) | bit(CS00);
  OCR0A = 1;
  OCR0B = 0;
}

Я получаю ожидаемую частоту 8 МГц на контакте 5:

И выход 250 кГц на контакте 3:

Отвечая на ваш первоначальный вопрос: вы можете уменьшить задержку, но существует ограничение на то, насколько малой может быть задержка.

Две причины: во-первых, функция loop() имеет некоторые накладные расходы, а во-вторых, код, который вы пишете, требует времени для выполнения. Вот почему аппаратный ШИМ-таймер ценен — он генерирует импульсы без особого вмешательства программного обеспечения.

Я использовал приведенный ниже код и получил 125 кГц и 1,6 МГц (измерено с помощью CRO, а не моделирования).

Это просто добавление к ответу Ника... (Чтобы понять, что происходит, вам нужно обратиться к техническому описанию. Судя по вашим вопросам, я предполагаю, что вы недостаточно долго его изучали.)

В первом случае: 125 кГц.

Я не уверен, знаете ли вы, но вы используете специальный режим "Fast PWM" который немного отличается от аналога Write() в Arduino.

В этом режиме ваш период ШИМ определяется временем, которое требуется вашему счетчику таймера, чтобы соответствовать значению в регистре OCR2A. Это означает, что при тактовой частоте 16 МГц ваш выход переключается с частотой 16 МГц/63 = 250 кГц (примерно).

Пока все хорошо, но что видит CRO? CRO считает, что период состоит как из высокого, так и из низкого сигнала. Для переключения сигнала вверх и вниз требуется ДВА цикла по 250 кГц. Следовательно, показание показывает 125 кГц.

Что касается того, почему перекатывание может затруднить чтение: подумайте, какая волна появится, когда OCR0B = 0. ;-)

Вариант 2: 8 МГц

То же самое относится и ко второму случаю, и вы должны ожидать цикл 16 МГц, который переключает сигнал вверх и вниз (что дает показание 8 МГц на CRO). Что касается того, почему вы получаете 1,6 МГц - это странный случай. Можете ли вы опубликовать показания CRO?