Материал: Анисимов_2

Модуль для Attiny2313

Различные режимы широтно-импульсной модуляции.

Режим Fast PWM

В этом режиме таймер микроконтроллера считает от 0 до 255, после достижения переполнения счетный регистр сбрасывается в 0, и счет начинается снова (рис. 6). Когда значение в счетчике достигает значения, записанного заранее в регистр сравнения, то соответствующий ему вывод ОСхn сбрасывается в 0. При обнулении счетчика этот вывод устанавливается в 1.

В общем случае частота fшим на выходе ОСхn микроконтроллера в режиме быстрой модуляции составляет:

где Ftcx – тактовая частота таймера, полученная путем деления тактовой частоты нашего МК на коэффициент деления N, задаваемый с помощью соответствующих разрядов регистра управления TCCRnB.

Рис. 6. Формирование ШИМ-сигнала в режиме быстрой модуляции.

Как это выглядит на практике

У таймера T1 есть два особых регистра сравнения OCR1A и OCR1B. Когда значение в счётном регистре таймера достигает значения, находящегося в регистре сравнения, то могут возникнуть следующие аппаратные события:

• Прерывание по совпадению

• Изменение состояния внешнего выхода сравнения OC1A или OC1B (выводы)

Предположим, что мы настроили наш ШИМ генератор таким образом, чтобы в момент времени, когда значение в счетном регистре TCNT1 больше, чем в регистре сравнения, то на выходе у нас была логическая 1, а когда меньше, то 0. Что при этом произойдет? Таймер будет считать как ему и положено, от 0 до 255, с той частотой, которую мы настроим при помощи системы предделителя. После переполнения таймер сбрасывается в 0 и счёт продолжается заново. На выходе имеем прямоугольные импульсы. Если мы попробуем увеличить значение в регистре сравнения, то ширина импульсов станет уже (рис. 7).

Рис. 7. Изменение ширины импульсов

Теперь, меняя значение в регистре сравнения, можно менять скважность выходного ШИМ сигнала. А если пропустить этот ШИМ сигнал через сглаживающую RC цепочку (интегратор), то получим аналоговый сигнал.

ШИМ с корректной фазой

Phase Correct PWM - ШИМ с корректной (или точной) фазой (более продвинутый режим). В данном случае 16-разрядный счетчик (в 8-битном таймере данный режим недоступен) работает как реверсивный. При этом он непрерывно считает сначала от 0 до max значения модуля счета (который определяется либо заданной разрядностью, либо содержимым режима захвата), затем обратно до 0. При достижении 0 счет опять начинается в сторону увеличения, далее цикл повторяется. Вывод OCxn при первом совпадении сбрасывается в 0, при втором устанавливается обратно в 1 (рис. 8). Частота ШИМ при этом падает вдвое вследствие увеличения периода.

Рис. 8. Сравнение режимов работы ШИМ

Рассмотрим поподробнее регистры, ответственные за реализацию различных режимов ШИМ (табл. 1). Регистр TCCR0A – биты COM0A1:COM0A0 и COM0B1:COM0B0 определяют поведение выводов сравнения OC0A и OC0B соответственно.

3. Цифро-аналоговые преобразователи. Структурная схема цап. Параллельная схема суммирования токов. Последовательная схема суммирования токов.

Микросхемы ЦАП классифицируются по следующим признакам:

Структурная схема ЦАП (с суммированием токов)

U_ВЫХ = – I_ВХ*R_ОС

I_ВХ = d_0*I₀ + d_1*2I₀ + d_2*4I₀ + … + d_n*2ⁿ_*I₀ , где d₀, d₁, … , d_n – значение n-го разряда (0 или 1)

Схема: Имеем n-ое количество источников тока, каждый из которых соответствует текущему разряду. Каждый следующий, выдает ток, в 2 раза больше предыдущего (от разряда к разряду).

Далее ток суммируется и преобразуются в выходное напряжение (трансимпедансный усилитель)

d₀, d₁, … , d_n – состояния разрядов. «0» если ключ разомкнут, тогда источник тока не участвует в общей схеме. «1» если ключ разомкнут, ток будет вносить вклад в общий.

Параллельная схема суммирования тока

U_ВЫХ = – I_ВХ*R_ОС

I_ВХ = U_ОП * (d₀/R + d_1*2/R + d_2*4/R + … + d_n*2ⁿ/R)

Схема: Источник опорного напряжения и делитель напряжения. Каждое последующее сопротивление меньше предыдущего в 2 раза (от разряда к разряду.

Недостатки параллельной схемы:

• При высокой разрядности сопротивления резисторов должны быть согласованы с высокой точностью (нужно очень точно подбирать резисторы)

Таблица 1. Режимы работы вывода Ocnx

Регистр TCCR0A – биты WGM01 и WGM00 (совместно с битами WGM02 и WGM03, которые находятся в регистре TCCR0B) задают режим работы генератора.

(На всякий случай вырезка управляющих регистров из даташита на Attiny2313) + сайт, где для 2313 расписаны все эти штуки прям хорошо Програмирование в AVR Studio 5 с самого начала. Часть 8 » Журнал практической электроники Датагор (Datagor Practical Electronics Magazine)

• Жесткие требования к резисторам старших разрядов, поскольку разброс тока в них не должен превышать тока младшего разряда

• Сопротивления весовых резисторов могут отличаться в тысячи раз, что затруднят реализацию таких резисторов на кристалле ИС

• Сопротивления резисторов старших разрядов могут быть соизмеримы с сопротивлением замкнутого ключа, что повышает погрешность

В зависимости от состояния ключей, ток, который берется из источника опорного напряжения будет разным, а это влияет на погрешность.

Чтобы избавиться от этих недостатков была предложена последовательная схема. В ЦАП, выполненных по интегральной технологии, в основном применяются резистивные матрицы R-2R.

Последовательная схема суммирования тока

Схема: Источник опорного напряжения + матрица R-2R с заземлением + ключи. Преобразование тока в напряжение происходит с помощью резистора обратной связи.

Если в разряде «1», то ключ замкнут – подключен к общей шине I_Мвых

Если в разряде «0», то ключ разомкнут – подключен к общей шине I’_Мвых

U_ОП и I_ОП (суммарный ток, проходящий через источник опорного напряжения) сохраняются неизменным от положения ключей.

Погрешности:

1) Смещение нуля (ошибка смещения)

2) Нелинейность преобразования (дифференциальная нелинейность)

3) Немонотонность

4) Ошибки выхода с низким или высоким усилением

4. Аналого-цифровые преобразователи. АЦП параллельного преобразования (параллельные АЦП). АЦП последовательного приближения. Интегрирующие АЦП. Сигма-дельта АЦП. Схемы и принцип работы, основные преимущества и недостатки.

Преобразование аналогового сигнала в цифровой реализуется с помощью АЦП.

U(t) → U^*(t_i)

Непрерывная функция времени → Цифровой сигнал (последовательность цифровых кодов чисел)

Аналого-цифровое преобразование состоит из 2х самостоятельных операций: дискретизации во времени и квантовании по уровню

Формулы:

1) f_D = 1 / T_D – частота дискретизации

2) N = log₂(U_АЦП / U_К) – разрядность квантования, где U_АЦП – диапазон входного напряжения АЦП, U_К – шаг квантования

3) V = N * f_D [кбит/с] – скорость передачи информации (количество информации на 1 с записи)

Главные параметры АЦП определяются параметрами аналогового сигнала:

1. Определяем верхнюю граничную частоту и выбираем f_D

2. Определяем минимальное значение напряжения и выбираем разрядность

3. Требования по числу каналов

4. Габариты и мощность