PWM 비트 해상도 증가

Arduino Uno의 PWM 비트 해상도를 높이고 싶습니다. 지금은 너무 낮은 것으로 간주되는 8 비트입니다. 인터럽트 및 지연 기능을 잃지 않고 가능합니까?

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편집이 설정은 16 비트 결과를 제공합니다

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 Uno는 ATmega382P 마이크로 컨트롤러를 기반으로합니다. 이 칩에는 각각 2 개의 PWM 채널을 구동하는 2 개의 8 비트 타이머와 마지막 2 개의 채널을 구동하는 1 개의 16 비트 타이머가 있습니다.

8 비트 타이머의 해상도를 높일 수 없습니다. 그러나 Arduino 코어 라이브러리에서 사용하는 8 비트 모드 대신 16 비트 타이머를 16 비트 모드로 설정할 수 있습니다. 이렇게하면 주파수가 244Hz (최대) 인 2 개의 16 비트 PWM 채널이 제공됩니다. 타이머를 직접 구성해야하며 사용하기 쉬운 analogWrite()기능의 이점이 없습니다 . 자세한 내용은 ATmega328P 데이터 시트 의 타이머 1 섹션을 참조하십시오 .

업데이트 : 다음은 16 비트 구현입니다 analogWrite(). 16 비트 타이머에 연결된 유일한 핀이므로 핀 9와 10에서만 작동합니다.

/* 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;
    }
}

카운터 시퀀스의 상단이 명시 적으로 구성되어 있음을 알 수 있습니다. 해상도를 낮추는 대신 PWM 속도를 높이기 위해이 값을 더 작은 값으로 변경할 수 있습니다.

다음은 그 사용법을 보여주는 스케치 예입니다.

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);
}

일부 보정을 통해 두 개의 PWM 채널의 출력을 다른 가중치 저항기와 합할 수 있습니다. 극단적으로 당신은 개념적으로 하나의 출력을 사용하여 8 비트의 해상도를 제공하고 다른 하나를 1/256의 레벨로 스케일링하고 추가하여 두 번째 채널이 한 비트 범위를 커버하고 당신은 (다시 말해서) 16 비트의 해상도를 얻을 수 있습니다. 엄청난 보살핌과 조정 없이는 모든 것이 엉망이 될 것입니다.
그러나 두 번째 채널을 16 또는 32로 나누면 몇 비트의 PWM 해상도를 추가 할 수 있습니다. 2 개의 PWM 채널 아날로그 필터링 된 출력을 추가하기 만하면 여분의 비트를 추가 할 수 있습니다 (변하지 않는 mV / 비트의 경우 잠재적 범위가 두 배가 됨).
개념적으로 (다시) 2로 나눌 때마다 추가 비트의 분해능을 얻을 수 있지만 스케일링 저항의 정확도 요구 사항이 증가하고 교정이 어려워지고 오류가 발생하기 쉬운 4 또는 5 또는 6 개의 추가 비트에 대해서만 수행 할 수 있습니다 .

간단한 예입니다.
1mV 단계에서 0-255mV를주기 위해 하나의 PWM이 축소되는 경우, 동일한 진폭으로 2 개의 PWM을 합하면 1mV 단계에서 0-510mV 범위가됩니다.
하나의 PWM이 32 배로 축소되면 초기 PWM 범위에 255mV를 추가하는 대신 상단에 8mV 만 추가하지만 (0.256.32 = 8mV) 분해능은 0.03125 (1 / 32nd)입니다. ) mV 단계.

이것은 아마도 저항 합산 및 RC 필터링으로 만 달성 할 수 있지만 연산 증폭기 여름을 사용하면 결과가 크게 향상됩니다.

또한 PWM 리플은 간단한 RC 필터로 필터링 할 수 있지만 하나의 opamp를 버퍼 (또는 이미 터 팔로워로 단일 트랜지스터)로 사용하면 3 또는 5 극의 저역 통과 필터링을 제공하고 추가 PWM을 달성 할 가능성이 훨씬 높습니다 해결. PWM 출력의 "위상 일관성"을 검사하지는 않았지만 상대 잠금 단계에서 움직일 것으로 예상하므로 두 개의 상관되지 않은 파형을 추가 할 때 평활화 이점을 얻지 못합니다.

필요한 경우 더 많은 의견을 제시 할 수 있습니다. 관심이 있는지 물어보십시오.