基于PWM功能的AVR單片機定時-計數(shù)器設計

　　一、定時/計數(shù)器PWM設計要點

　　根據(jù)PWM（（脈寬調制（PWM：（Pulse Width ModulaTION）是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的模式））的特點，在使用ATmega128的定時/計數(shù)器設計輸出PWM時應注意以下幾點：

　　1.首先應根據(jù)實際的情況，確定需要輸出的PWM頻率范圍，這個頻率與控制的對象有關。如輸出PWM波用于控制燈的亮度，由于人眼不能分辨42Hz以上的頻率，所以PWM的頻率應高于42Hz，否則人眼會察覺到燈的閃爍。

　　2.快速PWM可以的到比較高頻率的PWM輸出，但占空比的調節(jié)精度稍微差一些。此時計數(shù)器僅工作在單程正向計數(shù)方式，計數(shù)器的上限值決定PWM的頻率，而比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小。PWM頻率的計算公式為：

　　3.然后根據(jù)需要PWM的頻率范圍確定ATmega128（是ATMEL公司的 8位系列單片機的最高配置的一款單片機，應用極其廣泛）定時/計數(shù)器的PWM工作方式。AVR定時/計數(shù)器的PWM模式可以分成快速PWM和頻率（相位）調整PWM兩大類。

　　PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/（分頻系數(shù)*（1+計數(shù)器上限值）） AVR單片機是1997年由Atmel公司研發(fā)出的增強型內置Flash的RISC（Reduced 根據(jù)PWM（（脈寬調制（PWM：（PULSE Width Modulation）是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的模式））的特點，在使用ATmega128的定時/計數(shù)器設計輸出PWM時應注意以下幾點：

　　1.首先應根據(jù)實際的情況，確定需要輸出的PWM頻率范圍，這個頻率與控制的對象有關。如輸出PWM波用于控制燈的亮度，由于人眼不能分辨42Hz以上的頻率，所以PWM的頻率應高于42Hz，否則人眼會察覺到燈的閃爍。

　　2.快速PWM可以的到比較高頻率的PWM輸出，但占空比的調節(jié)精度稍微差一些。此時計數(shù)器僅工作在單程正向計數(shù)方式，計數(shù)器的上限值決定PWM的頻率，而比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小。PWM頻率的計算公式為：

　　3.然后根據(jù)需要PWM的頻率范圍確定ATmega128（是Atmel公司的 8位系列單片機的最高配置的一款單片機，應用極其廣泛）定時/計數(shù)器的PWM工作方式。AVR定時/計數(shù)器的PWM模式可以分成快速PWM和頻率（相位）調整PWM兩大類。

　　PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/（分頻系數(shù)*（1+計數(shù)器上限值）） AVR單片機是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強型內置Flash的RISC（Reduced InSTruction Set CPU） 精簡指令集高速8位單片機。

　　4.頻率（相位）調整PWM模式的占空比調節(jié)精度高，但輸出頻率比較低，因為此時計數(shù)器僅工作在雙向計數(shù)方式。同樣計數(shù)器的上限值決定了PWM的頻率，比較匹配寄存器的值決定了占空比的大小。PWM頻率的計算公式為：

　　PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/（分頻系數(shù)*2*計數(shù)器上限值））

　　5.快速PWM模式適合要求輸出PWM頻率較高，但頻率固定，占空比調節(jié)精度要求不高的應用。

　　6.相位調整PWM模式適合要求輸出PWM頻率較低，但頻率固定，占空比調節(jié)精度要求高的應用。當調整占空比時，PWM的相位也相應的跟著變化（PhaseCorrect）。

　　7.在PWM方式中，計數(shù)器的上限值有固定的0xFF（8位T/C）；0xFF、0x1FF、0x3FF（16位T/C）。

　　8.頻率和相位調整PWM模式適合要求輸出PWM頻率較低，輸出頻率需要變化，占空比調節(jié)精度要求高的應用。此時應注意：不僅調整占空比時，PWM的相位會相應的跟著變化；而一但改變計數(shù)器上限值，即改變PWM的輸出頻率時，

　　會使PWM的占空比和相位都相應的跟著變化（Phase and Frequency Correct）。

　　二、 PWM應用設計參考

　　PWM模式可以分成快速PPWM是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON）或斷（OFF）的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進行編碼。WM和頻率（相位）調整PWM兩大類。

　　* 設置提供調制方波的片上定時器/計數(shù)器的周期

　　* 在PWM控制寄存器中設置接通時間

　　* 設置PWM輸出的方向，這個輸出是一個通用I/O管腳

　　* 啟動定時器

　　* 使能PWM控制器PWM模式可以分成快速PWM和頻率（相位）調整PWM兩大類。

　　下面在示例中使用PWM方式來產生一個1KHz左右的正弦波，幅度為0-Vcc/2。

　　首先按照下面的公式建立一個正弦波樣本表，樣本表將一個正弦波周期分為128個點，每點按7位量化（127對應最高幅值Vcc/2）：

　　f（x） = 64 + 63 * sin（2πx/180） x∈［0…127］

　　如果在一個正弦波周期中采用128個樣點，那么對應1KHz的正弦波PWM的頻率為128KHz。實際上，按照采樣頻率至少為信號頻率的2倍的取樣定理來計算，PWM的頻率的理論值為2KHz即可。考慮盡量提高PWM的輸出精度，實際設計使用PWM的頻率為16KHz。這意味著在128點的正弦波樣本表中，每隔8點取出一點作為PWM的輸出。

　　程序中用的ATmega128的8位T/C0工作模式為相位調整PWM模式輸出，系統(tǒng)時鐘為8MHz，分頻系數(shù)為1，其可以產生最高PWM頻率為：

　　8000000Hz / 510 =

　　15686Hz。每16次輸出構成一個周期正弦波，正弦波的頻率為980.4Hz。PWM由OC0（PB4）引腳輸出。參考程序如下（ICCAVR）。

　　//ICC-AVR application builder ： 2004-08

　　// Target ： M128

　　// Crystal： 8.0000Mhz

　　#include 《iom128v.h》

　　#include 《macros.h》

　　#pragma data:code

　　// 128點正弦波樣本表

　　const unsigned char auc_SinParam［128］ = {

　　64，67，70，73，76，79，82，85，88，91，94，96，99，102，104，106，109，111，113，115，117，118，120，121，

　　123，124，125，126，126，127，127，127，127，127，127，127，126，126，125，124，123，121，120，118，

　　117，115，113，111，109，106，104，102，99，96，94，91，88，85，82，79，76，73，70，67，64，60，57，54，51，48，

　　45，42，39，36，33，31，28，25，23，21，18，16，14，12，10，9，7，6，4，3，2，1，1，0，0，0，0，0，0，0，1，1，2，3，4，6，

　　7，9，10，12，14，16，18，21，23，25，28，31，33，36，39，42，45，48，51，54，57，60}；

　　#pragma data:data

　　unsigned char x_SW = 8，X_LUT = 0；

　　#pragma interrupt_handler timer0_ovf_isr:17

　　void timer0_ovf_isr（void）

　　{

　　X_LUT += x_SW； // 新樣點指針

　　if （X_LUT> 127） X_LUT -= 128； // 樣點指針調整

　　OCR0 = auc_SinParam［X_LUT］； // 取樣點指針到比較匹配寄存器

　　}

　　void main（void）

　　{

　　DDRB |= 0x10； // PB4（OC0）輸出

　　TCCR0 = 0x71； // 相位調整PWM模式，分頻系數(shù)=1，正向控制OC0

　　TIMSK = 0x01； // T/C0溢出中斷允許

　　SEI（）； // 使能全局中斷

　　while（1）

　　{……}；

　　}

　　每次計數(shù)器溢出中斷的服務中取出一個正弦波的樣點值到比較匹配寄存器中，用于調整下一個PWM的脈沖寬度，這樣在PB4引腳上輸出了按正弦波調制的PWM方波。當PB4的輸出通過一個低通濾波器后，便得到一個980.4Hz的正弦波了。如要得到更精確的1KHz的正弦波，可使用定時/計數(shù)器T/C1，選擇工作模式10，設置ICR1=250為計數(shù)器的上限值。

　　ATMEL在系統(tǒng)級集成方面所擁有的世界級專業(yè)知識和豐富的經驗使其產品可以在現(xiàn)有模塊的基礎上進行開發(fā)，保證最小的開發(fā)延期和風險。憑借業(yè)界最廣泛的知識產權（IP）組合，Atmel提供電子系統(tǒng)完整的系統(tǒng)解決方案的廠商。 這使客戶能夠帶領他們與市場的電子產品的體積更小，更聰明，更符合成本效益比以往任何時候都通用的服務。 Atmel集成電路的主要集中在消費，工業(yè)，安全，通信，計算和汽車市場。在ATMEL公司網(wǎng)站上，給出了使用一個定時/計數(shù)器實現(xiàn)雙音頻撥號（雙音頻用兩中頻率組合表示一個號碼。比如你撥7 就是 1230 和 990HZ兩種頻率。5 為1230 和 1100， 相當與不同的二進制組合。）