用AVR單片機來產生正弦波信號

用AVR單片機來產生正弦波信號

使用AVR定時/計數器的PWM功能設計要點

一、定時/計數器PWM設計要點

根據PWM的特點，在使用ATmega128的定時/計數器設計輸出PWM時應注意以下幾點：

1.首先應根據實際的情況，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.然后根據需要PWM的頻率范圍確定ATmega128定時/計數器的PWM工作方式。AVR定時/計數器的PWM模式可以分成快速PWM和頻率(相位)調整PWM兩大類。

3.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。此時計數器僅工作在單程正向計數方式，計數器的上限值決定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：

PWM頻率 = 系統(tǒng)時鐘頻率/(分頻系數*(1+計數器上限值))

4.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。

5.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，因為此時計數器僅工作在雙向計數方式。同樣計數器的上限值決定了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*2*計數器上限值))

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(Phase Correct)。

7.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)。

8.在PWM方式中，計數器的上限值有固定的0xFF(8位T/C);0xFF、0x1FF、0x3FF(16位T/C)。或由用戶設定的 0x0000-0xFFFF，設定值在16位T/C的ICP或OCRA寄存器中。而比較匹配寄存器的值與計數器上限值之比即為占空比。

二、 PWM應用設計參考

下面給出一個設計示例，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，即一個正弦波周期(1KHz)中輸出 16個正弦波樣本值。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。

程序中使用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

#i nclude

#i nclude

#pragma data:code

// 128點正弦波樣本表