Стивен Барретт - Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С

• Название: Встраиваемые системы. Проектирование приложений на микроконтроллерах семейства 68HC12/HCS12 с применением языка С
• Автор: Стивен Барретт
• Издательство: Издательский дом «ДМК-пресс»
• Жанр: Программирование
• Год: 2007
• ISBN: 5-9706-0034-2

В книге последовательно рассматриваются все этапы создания встраиваемых систем на микроконтроллерах с применением современных технологий проектирования. Задумав эту книгу, авторы поставили перед собой задачу научить читателя искусству создания реальных устройств управления на однокристальных микроконтроллерах.

Издание содержит материал, охватывающий все вопросы проектирования, включает множество заданий для самостоятельной работы, примеры программирования, примеры аппаратных решений и эксперименты по исследованию работы различных подсистем микроконтроллеров.

Данная книга является прекрасным учебным пособием для студентов старших курсов технических университетов, которые предполагают связать свою профессиональную деятельность с проектированием и внедрением встраиваемых микропроцессорных систем. Книга также будет полезна разработчикам радиоэлектронной аппаратуры на микроконтроллерах.

---

В режиме центрированной ШИМ счетчик сначала считает от $00 до кода регистра периода, далее направление счета изменяется, и в вычитающем режиме код счетчика доходит до $00. Далее процесс повторяется.

Логика работы компараторов, которые участвуют в формировании импульса, длительность которого пропорциональна коду регистра коэффициента заполнения, полностью аналогична рассмотренной ранее. В результате, при фронтовой ШИМ импульс будет сформирован в начале периода сигнала, начиная с кода счетчика $00 (рис. 4.98). При центрированной ШИМ импульс с регулируемой длительностью будет формироваться в начале и в конце периода сигнала, в то время как в середине периода на выходе будет формироваться низкий логический уровень (рис. 4.99).

Рис. 4.98. Модуль PWM в режиме фронтовой ШИМ

Рис. 4.99. Модуль PWM в режиме центрированной ШИМ

Для каждого из режимов работы (фронтовая или центрированная ШИМ) имеется возможность выбора активного уровня модулированного по длительности импульса ШИМ-сигнала. Длительность импульса с высоким логическим уровнем пропорциональна коду в регистре коэффициента заполнения PWDTYx при PPOL = 1. При PPOL = 0 аналогичным образом регулируется длительность временного интервала с низким логическим уровнем, как показано на рис. 4.98 и 4.99.

При одинаковой частоте тактирования и одинаковых кодах в регистрах периода и коэффициента заполнения длительность импульса и период формируемого сигнала для фронтовой и центрированной ШИМ будут различаться.

Для фронтовой ШИМ (CENTR = 0) расчет временных параметров выходного сигнала следует производить по следующим формулам:

• Период ШИМ-сигнала равен

TPWM = (PWPERx + 1)/fx

• Длительность импульса с высоким активным уровнем при PPOLx = 1 равна

TIMP = (PWDTYx + 1) / [(PWPERx + 1) × fx]

Коэффициент заполнения в этом же режиме равен

γ =(PWPERx – PWDTYx)/[(PWPERx + 1) × fx] × 100%

• Длительность импульса с высоким активным уровнем при PPOLx = 0 равна

TIMP =(PWPERx – PWDTYx) / [(PWPERx + 1) × fx]

Коэффициент заполнения в этом же режиме равен

γ = (PWDTYx + 1)/[(PWPERx + 1) × fx] × 100%,

где PWPERx — десятичный эквивалент кода в регистре периода PWPERx, PWDTYx — десятичный эквивалент кода в регистре коэффициента заполнения PWDTYx, PPOLx — бит выбора полярности сигнала канала в регистре конфигурации PWPOL, CENTR — бит выбора формы сигнала в регистре управления PWCTL, fx — частота тактирования счетчика канала с номером «x».

Для центрированной ШИМ (CENTR = 1) расчет временных параметров выходного сигнала следует производить по формулам:

• Период ШИМ–сигнала равен

TPWM = 2 × (PWPERx + 1)/fx

• Длительность импульса с высоким активным уровнем при PPOLx = 1 равна

TIMP = 2 × (PWDTYx + 1) / [(PWPERx + 1) × fx]

Коэффициент заполнения в этом же режиме равен

γ = (PWPERx – PWDTYx)/[(PWPERx + 1) × fx] × 100%

• Длительность импульса с высоким активным уровнем при PPOLx = 0 равна

TIMP = 2 × (PWPERx – PWDTYx) / [(PWPERx + 1) × fx]

Коэффициент заполнения в этом же режиме равен

γ = [(PWDTYx + 1)/(PWPERx + 1)] × 100%,

Обратите внимание, что при одинаковой частоте тактирования и одинаковых кодах в регистрах периода и коэффициента заполнения длительность импульса и период формируемого сигнала центрированной ШИМ будет в два раза больше, чем при фронтовой ШИМ. А коэффициент заполнения при этом остается одинаковым, поскольку является величиной относительной.

4.24.3. Система тактирования

Структурная схема системы тактирования модуля PWM представлена на рис. 4.100. Первичным генератором для тактирования счетчиков каналов модуля PWM служит импульсная последовательность E_CLOСK. На выходе программируемого делителя формируются две импульсные последовательности CLOСK_A и CLOСK_B. Причем сигнал CLOСK_A используется для тактирования каналов 0 и 1, а CLOСK_B — каналов 2 и 3. Коэффициенты деления для последовательностей CLOСK_A и CLOСK_B задаются битами PCKA[2:0] и PCKB[2:0] регистра конфигурации PWCLK. Возможные значения коэффициентов деления приведены в таблице рис. 4.101.

Рис. 4.100. Структурная схема системы тактирования модуля PWM

PCKA2 (PCKB2) PCKA1 (PCKB1) PCKA0 (PCKB0) Частота CLOСK_A, CLOСK_B 0 0 0 E 0 0 1 E + 2 0 1 0 E + 4 0 1 1 E + 8 1 0 0 E + 16 1 0 1 E + 32 1 1 0 E + 64 1 1 1 E + 128

Рис. 4.101. Выбор частоты тактирования счетчиков каналов модуля PWM

При необходимости коэффициент деления может быть увеличен посредством подключения дополнительного делителя на входе каждой пары каналов. Делитель 0 обслуживает каналы 0 и 1 (рис. 4.100), он формирует свой выходной сигнал из импульсной последовательности CLOСK_A. Делитель 1 обслуживает каналы 2 и 3 (рис. 4.100) и формирует выходной сигнал из последовательности CLOСK_B. Коэффициент деления каждого из этих делителей определяет код в регистрах PWSCAL0 и PWSCAL1.

4.24.4. Регистры модуля PWM

Множество регистров специальных функций, которые обслуживают модуль PWM, можно разделить на следующие группы:

• Регистры конфигурации;

• Регистр разрешения работы каналов; 

• Регистр дополнительного делителя;

• Регистры делителей 0 и 1;

• Регистры счетчика каналов;

• Регистры периода каналов;

• Регистры коэффициента заполнения каналов;

• Регистр управления;

• Регистр специальных режимов модуля;

• Регистры работы с портом P.

Рассмотрим перечисленные регистры более подробно.

Регистр конфигурации PWCLK

Регистр конфигурации PWCLK выполняет две функции. Во-первых, его биты определяют, будут ли каналы модуля использоваться в 8-разрядном режиме, или эти каналы объединят попарно для работы в 16-разрядном режиме. Во-вторых, биты регистра назначают два коэффициента деления частоты для образования из импульсной последовательности E_CLOСK сигнала тактирования каналов 0 и 1 (CLOСK_A) и сигнала тактирования каналов 2 и 3 (CLOСK_B).

Формат регистра PWCLK представлен на рис. 4.102. Биты CON23 и CON01 определяют режимы работы пар каналов 2:3 и 0:1 соответственно. Если значение бита CON23 равно 0, то каналы 2 и 3 работают независимо друг от друга с 8-разрядным разрешением. При CON23 = 1 каналы 2 и 3 объединяются в один 16-разрядный генератор ШИМ-сигнала. Действие бита CON01 по отношению к каналам 0 и 1 аналогично.

Рис. 4.102. Формат регистра конфигурации PWCLK

Если каналы объединены в пару, то ШИМ-сигнал пары 0:1 формируется на линии 0 порта PORT P, пары 2:3 — на линии 2 порта PORT P. Однако управление полярностью выходных сигналов 16-разрядных ШИМ-генераторов осуществляется битами PPOL1 для пары 0:1 и PPOL3 для пары 2:3. Биты управления полярностью PPOLx располагаются в регистре PWPOL.

Регистр конфигурации PWPOL

Регистр конфигурации PWPOL предназначен для задания активного уровня выходного сигнала каждого из четырех ШИМ-генераторов, а также для разрешения включения дополнительного делителя частоты для сигналов тактирования CLOСK_A и CLOСK_B. Формат регистра PWPOL приведен на рис. 4.103.