PWM Signal Generator

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Microcontrollori / PWM generator


Dettagli costruzione

Descrizione generale
	Caratteristiche
Hardware
	Descrizione circuito elettronico
Firmware
	Descrizione del programma per il microcontrollore I file sorgente e il file .hex
Utilizzo
	A che cosa serve
Download
	I file sorgente

Descrizione generale

PWM è l'acronimo di Pulse Widith Modulation cioè la modulazione in larghezza di impulso. Questo tipo di modulazione digitale ci permette di ottenere una tensione media variabile proporzionale al "duty cycle".
Il "duty cycle" rappresenta la percentuale del tempo in cui l'impulso ha valore positivo e il periodo dell' impulso (1/frequenza).

Il progetto descritto di seguito ci permette di ottenere un segnale rettangolare con frequenza e duty cycle variabile, sfruttando il modulo PWM interno di un microcontrollore PIC16F883.
La frequenza può essere variata tra 500Hz e 200Kz in 500 passi , con una risoluzione più bassa verso le frequenze alte.
Il duty cycle è variabile tra 1% e 99% in passi di 1%.
Il circuito è provisto di un display led a quattro caratteri su cui si può vedere la frequenza o il duty cycle del segnale generato.
La frequenza può essere variata con i tasti Up (S4) e Down (S3) .
Inoltre sulla scheda sono presenti altri due pulsanti:
- S1 per commutare tra Frequenza e Duty Cycle,
- S2 per cambiare la velocità con quale è aggiustata la frequenza ( passi piccoli o grandi).

Hardware

La scheda è alimentata con una tensione continua tra 7 e 30V che viene stabilizzata a 5V con il circuito integrato LM7805. Per tensioni superiori a 12V il regolatore ha bisogno di un dissipatore dimensionato in modo proporzionale con la tensione di alimentazione.
La corrente necessaria al circuito è di 50mA.

L'uscita PWM del microcontrollore (RB1) pilota un transistor mosfet canale N di tipo RFD14NLSM. Questo transistor è di tipo Logic Level, fatto che ci permette di collegarlo direttamente (senza buffer) al microcontrollore.
Al connettore X1 pin 2 è disponibile il segnale PWM (invertito) fornito dal transistor Q100 in connessione "Open Drain" con il pin Source verso massa (X1 pin 3), capace di commutare correnti di oltre 10A.

Il circuito stampato è di tipo mono faccia con componenti SMD sul lato posteriore.
Il display è di tipo 7 segmenti (2 x 2 digit) e viene pilotato in modo multiplexer per ridurre il numero di pin necessari al collegamento con il microcontrollore. In questo caso sono necessari 12pin(7+1+4) invece di 32pin ((7+1)*4).

Il PIC16F883 può essere sostituito con PIC16F886, PIC16F886, PIC16F886.

Firmware

Il programma per il microcontrollore è scritto in assembler con MPLAB v8.4 e usa meno di 1K di flash (700word).
Questo è strutturato in più file:
Il file principale - pic16f883.asm
I file *.inc :

- bank.inc (le macro per cambiare i banchi di memoria);
- wait_i.inc (le macro per ritardo );
- timers.inc ( routine interrupt per i timer );
- math.inc (routine per operazioni matematiche );
- Led_display.inc (routine per la gestione del display LED 7segmenti).

Il file main - pic16f883.asm
Il microcontrollore usa l'oscillatore interno settato a 8Mhz.
La sequenza di istruzioni per il settaggio del modulo pwm:

;init_PWM / out RB1 (P1C)
movlw PR2	;set period timer 2 (1ms)-1Khz
movwf FSR	;
movlw d'125'	;
movwf INDF	;----
movlw 0x0C	;pwm mode ,single output, P1C output High
movwf CCP1CON	;
movlw PSTRCON	;select PWM port pin - P1C(RB1)
movwf FSR	;
movlw 0x04	;
movwf INDF	;----
movlw d'62'	;duty cycle
movwf CCPR1L	;
movlw b'01001110'	;presc =16 Postsc=10
movwf T2CON	;timer on 10 ms interrupt period
btfss PIR1,TMR2IF	;loop 1 PWM cycle
goto $-1	;
movlw TRISB	; RB1 output
movwf FSR	;
bsf INDF,TRISB1	;----

Il duty cycle si aggiusta cambiando il valore dei registri CCPR1L e CCP1CON<5:4>, tenendo conto che questo dipende anche dalla frequenza (periodo Timer 2).
Il duty cycle è aggiustabile con i tasti UP/DOWN tra 1 e 99% se in precedenza si preme il tasto S1 per selezionare il modo "Duty Cycle". Dal valore scelto per la variabile duty_cycle (1..99) si calcola il valore per i registri CCPR1L e CCP1CON<5:4> con la formula "CCPR1L:CCP1CON<5.4> = duty_cycle * 4 (periodT2 + 1) / 100" .

La frequenza del generatore PWM si modifica cambiando il valore del registro PR2 (periodo Timer2 ) e il prescaler del Timer 2 (registro T2CON). Questa può essere variata tra 500Hz e 200Khz in oltre 500 passi incrementando/decrementando la variabile periodT2 con i tasti Up/Down .
La variabile "periodT2" prende valori in funzione del prescaler ottenendo cosi una gamma più ampia di frequenze disponibili.

I valori delle frequenze in funzione del prescaler e periodT2
prescaler	periodT2	Frequenza
1:1	9 .. 199	200,0KHz .. 10,00KHz
1:8	50 .. 199	9,803KHz .. 2,500Khz
1:16	50 .. 255	2,450KHz .. 0,488KHz

Dopo la modifica della variabile periodT2, viene calcolata la frequenza e mandata al display con la funzione "print_freq".

Il file "timers.inc" contiene la routine per l'interrupt del Timer1 necessaria alla gestione dei segnali per il display LED 7 segmenti. Il Timer1 uno è settato per un periodo di 3.2ms.
La funzione "isr_tim1" viene chiamata ogni 3,2ms. Ogni volta "isr_tim1" spegne il digit acceso e accende il digit seguente in sequenza 1->2->3->4->1->2.., poi mette alla porta C (PORTC) il valore del digit attivo dal variabile "dig_x". Ogni digit è acceso per un periodo di 3,2 millisecondi e spento per il tempo in cui sono accesi i restanti 3, 3x3,2ms = 9,6ms.

Il file "Led_display.inc" contiene alcune routine per la conversione dei dati nei formati appropriati al "display 7 segmenti".
Queste rutine sono:
- "bcd27seg" tabella per la conversione di un numero (0-9) in formato 7 segmenti;
- "BintoBCD" converte il valore (0.99) di una variabile 8 bit in formato BCD (Binary Coded Decimal) 2 digit ;
- "bin2bcd" (macro) converte il valore (0..65535) di una variabile 16 bit in formato BCD (Binary Coded Decimal) 6 digit;
- "bcd2led" - manda il valore della frequenza al display.

Il file "math.inc" contiene due routine:
-"MULT_16x8_FASTEST"(macro) per la moltiplicazione di due numeri positivi, uno di 16bit e altro di 8bit;
- "div32by16to16" per la divisione con resto di due numeri di 16bit.

Utilizzo

La regolazione della luminosità di una lampada o led.

Download

Lo schema in formato PDF.
File zip con i file .sch e .brd / eagle v6.1.
Firmware - Da qui si può scaricare il file zip che contiene i file del progetto scritto (in assembler) e compilato con MPLAB IDE v8.4.

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