PIC单片机的PWM与ADC的相互调用

1.前言

　　为提高对控制对象的控制精度的要求，闭环控制成为了一种普遍采用的方案。闭环控制是指：使用被控对象输出误差来修正控制对象的方法。

　　其常见的原理框图如图所示：

　　以常见的控制系统为例，其实现的过程一般为使用单片机ADC采样，进而修改单片机输出的PWM占空比，以实现对被控对象的控制。

　　在其他单片机中这一过程，往往需要软件编程来进行实现，然而dsPIC单片机可以凭借其中断实现硬件闭环。减少了软件的编写量，而且使闭环的可靠性有较大的提升。

　　其原理框图如：

 

　　本文将首先对PWM、ADC模块进行介绍，阐述相互调用的原理，并给出示范代码。

　　采用的单片机型号为dsPIC33FJ16GS502,编辑器为MPLAB X IDE V6.0,编译器为XC16 V2.00

2.PWM模块

2.1 总体介绍

　　在使用附属时钟的情况下，此款单片机的PWM模块的时钟输入频率可达到117.92MHz具有4×2路PWM输出，支持真正独立输出、冗余输出、中心对齐模式和推挽输出等多种PWM模式，并且可触发中断、ADC采样。其PWM模块功能强大，详情可参考其用户手册。

　　其时钟是经由附属时钟（ALCK）提供，详情也可看时钟简介的博客：

　　

　　本文使用的PWM模式：完全独立的PWM输出。故仅介绍此种模式；

　　何为完全独立模式呢？

　　就是两路PWM的输出的周期，占空比均相互独立，不相互影响。可见下图：
　　

2.2 PWM原理介绍

　　原理介绍网上有很多，可以参考：

　　https://zhuanlan.zhihu.com/p/379585884

　　其在单片机中的实现，可以参考

　　https://blog.csdn.net/weixin_48283961/article/details/122105151

　　死区相关知识，可以参考：

　　https://www.jianshu.com/p/61b0fdac2805

　　PWM触发ADC的原理也是较为容易理解的，见图：

 

　　以上半边为例，当PTMRx与TRIGx中寄存器的值相等时，便会产生一个高电平触发，经过TRGSTRT延时（可设置），可TRGDIV分频（可设置），经过或门（可设置）后便会到达ADC触发其发生中断，对数据进行采样。

　　具体电平变化，如图所示

2.2 寄存器设置

　　搞懂PWM的原理后，便可以配置PIC的寄存器来时单片机输出PWM波形啦！

　　真正独立的PWM输出模式需要配置的寄存器很少，其名称和功能如下：

名称 功能
PTCON 周期更新设置，关断设置
PTCON2 时钟分批
PWMCON1 PWM模块1功能设置
PHASE1 PWM1H周期寄存器
SPHASE1 PWM1L周期寄存器
PDC1 PWM1H占空比寄存器
ALTDTR1 PWM1L占空比寄存器

IOCON1

 PWM1模块端口寄存器

TRIG1

 PWM1H触发寄存器

STRIG1

 PWM1L触发寄存器

TRGCON1

 PWM1模块触发设置位

　　

　　具体各个寄存器的作用，以及如何配置见代码及代码注释：

2.3 PWM代码

 1 void PWM1_Init(void)
 2 {
 3     PTCONbits.EIPU = 0 ;            // 周期边界处更新周期
 4     PTCON2bits.PCLKDIV = 0b110 ;    // PWM Divide is 64
 5     
 6     PWMCON1bits.ITB = 1;            // 使用独立时基模式
 7     PWMCON1bits.MDCS = 0 ;          // 使用PDC与SDC寄存器提供占空比信息
 8     PWMCON1bits.DTC = 0 ;           // 施加正死区
 9     PWMCON1bits.IUE = 1 ;           // 立即更新占空比
10     // PWMCON1bits.MTBS 
11     // 周期 1ms
12     PHASE1 = 1843;
13     SPHASE1 = 1843;
14     // 占空比 MDC
15     PDC1 = 920;
16     SDC1 = 920;                     // 初始占空比50%
17     // 死区
18     DTR1 = (int)(0.05 * PDC1);
19     ALTDTR1 = (int)(0.05 * SDC1);   // 10% 死区
20     //引脚模式
21     IOCON1bits.PENH = 1 ;           // 使能PWM模块控制PWM1H引脚
22     IOCON1bits.PENL = 1 ;           // 使能PWM模块控制PWM1L引脚
23     IOCON1bits.POLH = 0 ;
24     IOCON1bits.POLL = 0 ;           // 高电平有效
25     IOCON1bits.PMOD = 0b11 ;        // 真正独立PWM模式
26     //触发设置
27     TRIG1 = 64 ;
28     STRIG1 = 64 ;                   // 上升沿64个PWM周期后触发ADC中断
29     TRGCON1bits.TRGSTRT = 0;        // 立即触发
30     TRGCON1bits.TRGDIV = 0;         // 每次触发产生中断
31     TRGCON1bits.DTM = 1 ;           // 或逻辑输出触发
32  
33     PTCONbits.PTEN = 1 ;            // enable PWM   
34 }
按照上述配置后，便会产生周期为1ms,占空比为50%，死区为5%占空比的PWM信号。

3 ADC配置

 3.1 简介

此款单片机的ADC模块为10位，对于一般的控制系统也是十分够用的。对于具有2个SAR（Successive Approximation Register）的模块，其采样速率达到的4Msps，并且其采样方案采用的为对采样，说人话就是一次对两个通道进行采样。对于电源控制方面来说，可以一次采样电压和电流，较为方便。

其时钟也是经由附属时钟（ALCK）提供，详情也可看时钟简介的博客：

 

3.2 原理简介

关于逐次逼近ADC的原理，网上有很多，故不再再次介绍。

不太明白的小伙伴可以去看一下这个视频：

【AD/DA数模转换介绍(09)逐次逼近型ADC的工作原理-郭天祥】 https://www.bilibili.com/video/BV1ar4y1v7MT?share_source=copy_web&vd_source=2fa930b5f77508fb08968cb0ac80ba34

3.2 寄存器介绍

搞明白ADC采样的原理后，就可以来配置寄存器啦。

ADC的寄存器也不是很多，详情见表格：

寄存器名 功能
ADCON ADC模块配置寄存器
ADCFG 端口配置寄存器
ADCPC0 转换配置寄存器
IPC27 中断优先级配置
IFS6 中断标志
IEC6 中断使能

 

具体各个寄存器的作用，以及如何配置见代码及代码注释：

 1 void ADC_Init(void)
 2 {
 3     // 输入时钟设置
 4     ADCONbits.SLOWCLK = 1;              //使用附属PLL(ALCK)作为时钟源
 5     ADCONbits.ADCS = 0b101;             // ADC转换时钟6分频
 6     // 模块配置
 7     ADCONbits.ADSIDL = 0 ;              // 空闲模式下继续工作
 8     ADCONbits.SLOWCLK = 1 ;             // Use ACLK as Clock Source
 9     ADCONbits.FORM = 0 ;                // 转换完成后数据格式为整数格式
10     ADCONbits.EIE = 1 ;                 // 提前中断模式，AN0采样完成后中断
11     // 转换设置
12     ADCONbits.ORDER = 0; 
13     ADCONbits.SEQSAMP = 0;
14     ADCONbits.ASYNCSAMP = 0;            //同步采样和并行转换
15     // AN0 AN1 端口配置
16     ADPCFGbits.PCFG0 = 0;               //配置AN0 为模拟输入引脚
17     ADPCFGbits.PCFG1 = 0;               //配置AN1 为模拟输入引脚
18     // ADC 转换对控制寄存器
19     ADCPC0bits.TRGSRC0 = 0b100;         // PWM发生器1主触发0b100
20     ADCPC0bits.IRQEN0 = 1;              //转换完成后产生中断
21     // ADC中断配置
22     IPC27bits.ADCP0IP = 0x01;           // ADC转换优先级为 1 
23     IFS6bits.ADCP0IF = 0;               // 清除中断标志位
24     IEC6bits.ADCP0IE = 1;               // 使能中断
25     //开启中断转换
26     ADCONbits.ADON = 1;                 // 开启ADC转换  
27 }

比较重要的是第19行，将ADC转换触发设置为由PWM发生器1触发。

ADC初始化完成后，要读取ADC的转换值，需要在ADC的中断函数中，因此也可以在ADC中断服务函数中，来进行PWM的占空比调节；

ADC的中断服务函数如下：

 1 void __attribute__((interrupt , no_auto_psv)) _ADCP0Interrupt (void)
 2 {
 3     PDC1 = ADCBUF0;
 4     SDC1 = ADCBUF1;
 5     // 死区
 6     DTR1 = (int)(0.05 * PDC1);
 7     ALTDTR1 = (int)(0.05 * SDC1); // 5% 死区
 8     // clear ADC Pair 0 Interrupt flag
 9     IFS6bits.ADCP0IF = 0 ;
10 }

至此ADC的配置就算完成了。

4 主函数

在各模块都已经完成的情况下，主函数的编写就十分的简单了，直接见代码：

int main()
{ 
    System_Colck();//时钟设置
    ALCK_Init(7); //附属时钟初始化
    ADC_Init(); // ADC初始化
    PWM1_Init(); // PWM 时钟初始化
    while(1)
    {}
}

至此便完成了--->””通过PWM触发ADC中断修改PWM参数的硬件闭环调用”“<--- ，在外电路合适的情况下，改变ADC引脚的电压值便可实现对PWM的占空比进行改变，具体表现为LED的亮度啦。

 

 

　　

 

 
posted @ 2023-03-27 19:27  巨巨巨兔  阅读(1188)  评论(0)    收藏  举报