Tăng độ phân giải bit PWM

Tôi muốn tăng độ phân giải bit PWM của Arduino Uno. Tại thời điểm này, nó là 8 bit mà tôi cho là quá thấp. Đây có phải là có thể mà không mất khả năng của sự gián đoạn và chậm trễ?

Koen

EDIT Thiết lập này cung cấp khả năng phục hồi 16 bit

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;
    }
}

Arduino Uno dựa trên bộ vi điều khiển ATmega382P. Con chip này có hai bộ định thời 8 bit, mỗi kênh có hai kênh PWM và một bộ hẹn giờ 16 bit, điều khiển hai kênh cuối cùng.

Bạn không thể tăng độ phân giải của bộ định thời 8 bit. Tuy nhiên, bạn có thể đặt bộ hẹn giờ 16 bit ở chế độ 16 bit, thay vì chế độ 8 bit được sử dụng bởi thư viện lõi Arduino. Điều này sẽ cung cấp cho bạn hai kênh PWM 16 bit, với tần số giảm là 244 Hz (tối đa). Bạn có thể sẽ phải tự cấu hình bộ hẹn giờ và sẽ không được hưởng lợi từ analogWrite()chức năng dễ sử dụng . Để biết chi tiết, xem phần trên Timer 1 trong bảng dữ liệu ATmega328P .

Cập nhật : Đây là một triển khai của 16 bit analogWrite(). Nó chỉ hoạt động trên các chân 9 và 10, vì đây là các chân duy nhất được kết nối với bộ hẹn giờ 16 bit.

/* 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;
    }
}

Bạn có thể nhận thấy rằng đỉnh của chuỗi bộ đếm được cấu hình rõ ràng. Bạn có thể thay đổi giá trị này thành một giá trị nhỏ hơn để làm cho PWM nhanh hơn, với chi phí giảm độ phân giải.

Và đây là một ví dụ phác họa minh họa việc sử dụng nó:

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);
}

Với một số hiệu chuẩn, bạn có thể tổng hợp các đầu ra của hai kênh PWM với các điện trở có trọng số khác nhau. Cuối cùng, bạn thường có thể sử dụng một đầu ra để cung cấp 8 bit độ phân giải và chia tỷ lệ còn lại thành 1/256 cấp độ và thêm chúng để kênh thứ 2 bao phủ một bit phạm vi và bạn (một lần nữa, thông thường) có được 16 bit độ phân giải. Nếu không có sự quan tâm và điều chỉnh to lớn, tất cả những gì bạn nhận được sẽ là một mớ hỗn độn.
Tuy nhiên, bằng cách chia kênh thứ 2 cho 16 hoặc 32, bạn có thể thêm một số bit có độ phân giải PWM. Chỉ bằng cách thêm 2 kênh đầu ra được lọc tương tự, bạn có thêm một bit (vì phạm vi tiềm năng được nhân đôi cho mV / bit không thay đổi).
Về mặt cảm xúc (một lần nữa) cho mỗi lần chia thêm 2 lần, bạn sẽ có thêm một chút độ phân giải, nhưng điều này chỉ có thể được thực hiện đối với khoảng 4 hoặc 5 hoặc 6 bit bổ sung, với yêu cầu độ chính xác tăng của điện trở tỷ lệ và hiệu chỉnh khó hơn và rõ ràng hơn đối với các lỗi .

Ví dụ ngắn gọn.
Nếu một PWM được thu nhỏ lại để đưa ra 0 - 255 mV trong bước 1 mV, thì tổng hai PWM với biên độ bằng nhau sẽ cho phạm vi 0 - 510 mV trong các bước 1 mV.
Nếu một PWM được thu nhỏ theo hệ số 32 thì thay vì thêm 255 mV vào phạm vi PWM ban đầu, nó sẽ chỉ thêm 8 mV vào đầu cuối (0,253,32 = 8 mV, nhưng độ phân giải sẽ ở mức 0,03125 (1/32 ) bước mV.

Trong khi điều này có lẽ có thể đạt được hoàn toàn với tổng điện trở và lọc RC, sử dụng một mùa hè op amp sẽ cải thiện rất nhiều kết quả.

Ngoài ra, Ripple PWM có thể được lọc bằng bộ lọc RC đơn giản nhưng sử dụng một opamp làm bộ đệm (hoặc thậm chí chỉ là một bóng bán dẫn như một người theo dõi phát) sẽ cung cấp cho bạn 3 hoặc 5 cực của bộ lọc thông thấp và cơ hội đạt được nhiều hơn nữa giải quyết. Tôi chưa kiểm tra "sự kết hợp pha" của các đầu ra PWM nhưng hy vọng rằng chúng di chuyển theo bước khóa tương đối để bạn không có được lợi thế làm mịn khi thêm hai dạng sóng không tương thích.

Thêm bình luận có thể được thực hiện nếu cần thiết. Hỏi nếu quan tâm.