Arduino Leonardo 可调频高速PWM的实现
本帖最后由 希岩 于 2016-11-10 23:58 编辑Leonardo是一款很好用的开发板。用到了ATmel公司的ATMEGA32U4芯片，具有USB功能和高速PWM功能。
查看网上讲的实现PWM过程也比较简单，可以说非常简单，如下所示：
#include "Arduino.h"
char pin1 = 9; // 3,5,6,9,10,11,13 均为PWM口
char pin2 = 5; //5
void setup()
{
pinMode(pin1, OUTPUT);
pinMode(pin2, OUTPUT);
//tone(pin2,100000);
analogWrite(pin1, 50); //占空比20/255频率500HZ
analogWrite(pin2, 90); //占空比90/255频率500HZ
}
void loop()
{
//none
}
其效果如图1所示，频率竟然只有500HZ,非常慢，可以调节占空比。但是觉得功能太差，用在我的Leonardo上 。看到参考中有tone这个函数，非常好，我就试了一下，程序如下，也非常简单；#include "Arduino.h"
char pin1 = 9; // 3,5,6,9,10,11,13 均为PWM口
char pin2 = 5; //5端口
void setup()
{
pinMode(pin1, OUTPUT);
pinMode(pin2, OUTPUT);
tone(pin2,100000); //频率100kHz
analogWrite(pin1, 50); //占空比20/255频率500HZ
//analogWrite(pin2, 90); //占空比90/255频率500HZ
}
void loop()
{
//none
}
调试结果如图2所示。1通道用的是数字9 ，2通道用的是数字5，可以看出，2通道频率到了10kHz。
但是再往上就有问题了，如图3所示，最高只能到34.33kHz，你在逗我吗？这是Leonardo的高速PWM吗？显然不是，因此我决定自己写一个函数来初始化高速的PWM通道。
根据图4所示数据手册给出的初始化PWM流程，对Atmega32u4 高速PWM进行初始化。本例采用初始化数字5端口和数字13引脚，这两个相位相反。我就给出了我的程序，对初学者来讲，不用管程序内容，只需要学会调用和给合适的参数。
程序完全给出，也非常简单：
/*================================================================
* 晶振16Mhz
* 平台：Leonardo（ATMEGA32U4)
* 编译器：Arduino IDE1.6.8
* ——设计：ChenYannan 2016/11/10
================================================================*/
#include "Arduino.h"
char pin2 = 5; //5端口
unsigned char u08temp;
/******************************************************************************
* 说明：Leonardo 已经打开了PLL,PLLCSR=19;CLKPR=74;PLL锁频到96MHZ,2分频后送到USB
* 此时我们需要打开PLL到定时器4
* 参数：Period 周期
* Duty 占空比,0-100
* 注意：周期是10位的数,0-1024.
******************************************************************************/
void Fast_PWM(unsigned short Period,unsigned char Duty,unsigned int upFrequency)
{ unsigned char temp;
unsignedshortPeriodHigh;
SREG&=~0x80; //全局中断关
Period&=0x3FF; //仅保留10位
Duty&=0x7F; //保留7位
PeriodHigh=(unsignedshort)((unsignedlong)Period*Duty/50); //计算高电平时间
switch(upFrequency)
{
case 64000:temp=1;break; //64MHzPWM
case 32000:temp=2;break;
case 16000:temp=3;break;
case 8000: temp=4;break;
case 4000: temp=5;break;
case 2000: temp=6;break;
case 1000: temp=7;break; //1MHzPWM
case 500:temp=8;break;
case 250:temp=9;break;
case 125:temp=10;break;
case 62: temp=11;break;
case 31: temp=12;break;
case 15: temp=13;break;
case 8: temp=14;break;
case 4: temp=15;break; //3.90625kHz
default: temp=7; //默认1MHz
}
u08temp=temp;
while (PLLCSR != 19); //等待PLL锁定
PLLFRQ|=(1<<PLLTM1); //将PLL送到TIMER4,1.5分频，速度最高64MHZ
TCCR4A=0;
TCCR4A=(1<<COM4A0)|(1<<PWM4A); //清除输出比较，OC4A PWM使能
TCCR4B=(1<<PWM4X)|(1<<CS40)|(1<<PSR4); //PWM反转，异步时钟1分频
TCCR4B|=temp&0x0F;
TCCR4D=0; //保护中断不开
TCCR4E=(1<<ENHC4); //增强比较 10位模式
TC4H = (Period>>8)&0x03; //高两位
OCR4C= Period&0xFF; //低8位
TC4H = (PeriodHigh>>8)&0x03; //高两位
OCR4A = PeriodHigh&0xFF; //低8位
SREG|=0x80; //中断开
}
void setup()
{
pinMode(pin2, OUTPUT);
Fast_PWM(100,50,1000); //10kHz，50%占空比
}
void loop()
{
//none
}
本设计程序根据Atmega32u4的数据手册，根据图4所示初始化流程进行初始化。注意，由于定时器4用到了异步时钟，即PLL时钟，这个时钟是给USB用的，不要轻易动，否则串口通信该出问题了。
由于Leonardo本已初始化了PLL锁相环，因此我只需将锁相环时钟给路由到我的Timer4即可。另外设置定时器4的运行模式，这里重要的是OCR4C寄存器和OCR4A 寄存器。前者定义了占空比，后者定义了频率。两个都配置成了10位的，也就是说，可以有0-1024个步长，PWM的分辨率大大改善。
同时，通过函数的第三个参数进行PWM模块的频率设置，也就是设置了计数器的单次计数时间。该高速PWM计数时钟最高可达64MHz真的非常高了，技术手册中告诉我们，这个计数器4是用来驱动BLDC（直流无刷电机）的。设置PWM默认计数频率为1MHz。
图5 显示了调试结果，设置了10kHz PWM频率，50%占空比，1通道显示的为5引脚的电平变化，可以看出，频率为10kHz,占空比为50%。13引脚为5引脚的反相。通过调整第一个参数用来调频，调整第二个参数用来调整占空比，调整第三个参数也用来调频，不过这调频就不是连续的了。结论就是改程序是验证正确的:lol。
美中不足的是未设置其余几个高速PWM。另外，本程序思路完全可以应用在Arduino Uno上，自己写一个可调度高的PWM,Uno可是有三个定时器，6个pWM通道的。
赞赞赞 楼主，我觉得你要把你的代码贴在代码编辑框里面，不然有些会变成表情，不方便阅读 本帖最后由 希岩 于 2016-11-10 23:59 编辑
jianwei569 发表于 2016-11-10 13:11
楼主，我觉得你要把你的代码贴在代码编辑框里面，不然有些会变成表情，不方便阅读 ...
是啊，才发现里面有表情。已修改，谢谢:lol 很强很强很强很强 Tcwxc 发表于 2016-12-1 11:04
很强很强很强很强
lalala ==:P 可以可以谢谢分享 :lol腻害，腻害 TCCR4B
CS43
TCCR4D
TC4H
这些都是什么呀
作业小斗士 发表于 2019-1-12 19:56
TCCR4B
CS43
TCCR4D
AVR的寄存器
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