AVR PWM

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PWM †

ATmega328Pの16-bitタイマ/カウンタのMode 15(Fast PWM)を使用して
周期:20ms、パルス幅:2msの波形を出力してみる。
出力はOC1B(PB2)ピン

1. 波形生成の仕組み †

PWMの波形は下図のように、カウンタが最大値までカウントを繰り返している状態で、
0のときにセット、比較値と一致したときにクリアされる。(逆も可)

• 最大値を求める
  今回はカウンタのクロックにシステムクロック16MHzを8分周して用いるので、
  1カウントの時間は
  8 / 16Mhz = 0.5μs
  
  周期が20msとなるカウンターの最大値は
  20ms/0.5μs -1 = 39999 = 0x9C3F
  
  
• 比較値を求める
  パルス幅が2msとなる比較値は
  2ms/0.5μs = 4000 = 0xFA0
  
  

2. レジスタ †

• TCCR1A, TCCR1B (Timer/Counter1 Control Register A,B)
  (TCCR1A)
  

  bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
  COM1A1	COM1A0	COM1B1	COM1B0	-	-	WGM11	WGM10

  (TCCR1B)
  

  bit7	bit6	bit5	bit4	bit3	bit2	bit1	bit0
  ICNC1	ICES1	-	WGM13	WGM12	CS12	CS11	CS10

  • COM1A1,COM1A0(Compare Output Mode)
    OC1Aピンは未使用のため"00"を設定。
  • COM1B1,COM1B0(Compare Output Mode)
    OC1Bピンへ比較一致でクリア、0でセット出力なので"10"を設定。
  • ICNC1, ICES1
    未使用のため"00"
  • WGM[13:10](Waveform Generation Mode)
    Fast PWMモードで最大値はOCR1Aの値を使用するので"1111"を設定。
  • CS[12:10](Clock Select)
    8分周するので、"010"を設定。
    
    
• OCR1A(Output Compare Register 1A)
  最大値"39999"を設定。
• OCR1B(Output Compare Register 1B)
  比較値"4000"を設定
  

3. プログラム †

(PWm_test.c)

#include <avr/io.h>

int main(void)
{
	// カウント最大値設定(20ms周期)
	OCR1A = 0x9C3F;
	// パルス幅設定(2ms)
	OCR1B = 0x0FA0;
	
	// Timer/Counter1 Controlレジスタ設定
	TCCR1A = _BV(COM1B1) | _BV(WGM11) | _BV(WGM10);
	TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) |_BV(CS11);

	// PORT-BのBit-2(OC1Bピン)を出力に指定
	DDRB |= _BV(DDB2);
	
	while(1)
    {
        //TODO:: Please write your application code 
    }
}

4. 実行結果 †

• 出力された波形をオシロスコープで確認
  
  周期20msを確認。
  
  
  パルス幅2msを確認
  

5. サーボモータを制御する。 †

ホビー用サーボモータの角度はPWMによって制御される。
試しにPWM出力をサーボモータに接続して
0°→ -90°→ 90°→ 0°と動かしてみる。

5.1 接続図 †

5.2 プログラム †

• 今回使用するサーボモータのPWM周期は20msで、 角度とパルス幅の関係は以下の通りなので、
  パルス幅に対応する値をOCR1Bレジスタにセットすればよい。
  

  角度	パルス幅
  -90°	1ms
  0°	1.5ms
  90°	2ms

  
  (PWM_test.c)

  #ifndef F_CPU
  #define F_CPU 16000000UL    // 動作周波数に16MHzを指定
  #endif
  
  #include <avr/io.h>
  #include <util/delay.h>
  
  int main(void)
  {
  	// カウント最大値設定(20ms周期)
  	OCR1A = 0x9C3F;
  	// パルス幅設定(1.5ms)
  	OCR1B = 3000;
  	
  	// Timer/Counter1 Controlレジスタ設定
  	TCCR1A = _BV(COM1B1) | _BV(WGM11) | _BV(WGM10);
  	TCCR1B = _BV(WGM13) | _BV(WGM12) |_BV(CS11);
  
  	// PORT-BのBit-2(OC1Bピン)を出力に指定
  	DDRB |= _BV(DDB2);
  
  	_delay_ms(1000);
  	
  	// パルス幅設定(1ms)
  	OCR1B = 2000;
  
  	_delay_ms(1000);
  
  	// パルス幅設定(2ms)
  	OCR1B = 4000;
  
  	_delay_ms(1000);
  
  	// パルス幅設定(1.5ms)
  	OCR1B = 3000;
  	
  	while(1)
      {
          //TODO:: Please write your application code 
      }
  }