PWM timer0 AVR modo rápido


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PWM timer0 AVR, Con el timer0 del microcontrolador AVR se pueden generar 2 tipos de señales PWM, PWM en modo rápido y PWM en modo fase correcta, en este caso se comentará como obtener la señal PWM modo rápido timer0 AVR; es muy importante entender el temporizador contador timer0 AVR tema que ya se ha tratado aquí, de no ser así se recomienda antes de continuar visitar el enlace indicado.  Será necesario tener la hoja de datos del microcontrolador AVR utilizado, en este caso se utilizará como modelo el ATmega88 del cual se puede ver y descargar su hoja de datos desde aquí.

Una señal PWM es una onda rectangular de periodo fijo y como la frecuencia es la inversa del periodo entonces también será de frecuencia fija, lo que si se cambiará o modificará normalmente en una señal PWM es el tiempo en alto que estará su valor máximo Vmáx, a este tiempo en alto se le llama ancho de pulso, por lo que en una señal PWM se modificará su ancho pulso.

PWM timer0 AVR

Si el ancho de pulso de la señal PWM se representa en forma de porcentaje se le suele llamar ciclo de trabajo, el ciclo de trabajo se obtienen mediante la siguiente relación:

Ciclo de trabajo=(Talto/T)*100%

El ciclo de trabajo puede ser desde un 0% cuando el Talto=0, hasta un 100% cuando el Talto es igual al periodo de la señal PWM Talto=T, si el tiempo en alto es igual a la mitad del periodo  entonces el ciclo de trabajo será del 50%.

Al proceso de cambiar o modificar el tiempo en alto de la señal PWM es lo que se llama modificación por ancho de pulso, y por sus siglas del inglés se le llama PWM, ahora se  verá como lograr señales PWM con el módulo PWM modo rápido timer0 AVR.

PWM timer0 AVR en modo rápido

El temporizador timer0 es de 8 bits, el registro TCNT0 es el que en si es el temporizador, es el que irá aumentando sus valores de 0 a 255 en el proceso de temporización, el aumento de sus valores en una unidad puede ser con cada ciclo de trabajo del microcontrolador AVR, o si se utilizan los prescaler del timer0 el aumento en una unidad de sus valores tardará mas, dependiendo del prescaler utilizado.

En el PWM timer0 AVR modo rápido el registro TCNT0 irá de 0 a 255, luego se reiniciará a 0 para volver hasta 255 y luego otra vez de 0 a 255 y así continuará en el modo rápido; a este ir de 0 a 255 le tomará un tiempo que dependerá del prescaler utilizado para el timer0, y ese tiempo que le tome al registro TCNT0 para ir de 0 a 255 será el periodo de la señal PWM timer0 AVR, al registro TCNT0 se lo puede imaginar como si estuviese generando una onda diente de sierra en el transcurso del  tiempo.

Una cosa a tener en cuenta es que al pasar el registro TCNT0 de 255 a 0 se desborda, por lo cual se puede habilitar el uso de la interrupción por desborde del  timer0.

PWM timer0 AVR tcnt0

Normalmente el registro TCNT0 irá aumentando su conteo con cada ciclo de reloj del microcontrolador, si se usa por ejemplo una frecuencia de trabajo (lo que se conoce como FCPU) de 1Mhz entonces el registro TCNT0 aumentará en una unidad cada microsegundo, y como este registro es de 8 bits este aumentará desde un mínimo de 0 que es su valor BOTTOM, hasta un máximo de 255 que es su valor TOP, al ir desde 0 hasta 255 habrán transcurrido 255us luego volverá a 0, pero en esa vuelta a 0 transcurre 1us mas, por lo que en ir de 0 a 255 y volver a 0 han pasado 256us, que vendría a ser el periodo de la señal PWM timer0 AVR Tpwm cuando la FCPU es de 1Mhz; no siempre se utiliza una FCPU de 1Mhz esto puede variar, y como consecuencia variará el tiempo que pasa para que el registro TCNT0 aumente su valor desde 0 a 255.

El tiempo que trascurre para que el registro TCNT0 aumente su valor desde 0 a 255 se puede modificar también mediante el uso de los prescaler, la siguiente es la tabla para la elección de los prescaler para el timer0 mediante las combinaciones de los bits 2, 1, y 0 del registro TCCR0B.

timer0 avr TCCR0B temporizador

Si por ejemplo se elige un prescaler de 8 y la FCPU=1Mhz, entonces el registro TCNT0 aumentará en una unidad cada 8/FCPU lo que es cada 8 microsegundos, y si el registro TCNT0 va de 0 a 255 y vuelve a 0 para completar un periodo de la señal PWM timer0 AVR Tpwm, habrá realizado el contero de 256 unidades, por lo que habrán transcurrido (256*8)/FCPU microsegundos.

Para cualquier otro prescaler que se utilice el periodo de la señal PWM timer0 AVR en modo rápido tendrá la siguiente forma:

Tpwm=(256*prescaler)/FCPU

Si en lugar del periodo se quiere utilizar la frecuencia de la señal PWM timer0 AVR en modo rápido, solo hay que invertir la ecuación anterior y se obtendrá:

Fpwm=FCPU/(prescaler*256)

PWM timer0 AVR modo rápido obtención de la señal PWM

La señal PWM timer0 AVR se genera cuando el valor del  registro TCNT0 el que se encuentra incrementándose de unidad en unidad se iguala al valor almacenado en el registro OCR0A o en el registro OCR0B, cuando se utilizó el timer0 en modo comparación al ocurrir esta igualdad el registro TCNT0 se reiniciaba a 0, en el modo PWM el registro TCNT0 no se reiniciará tras ocurrir la igualdad sino que seguirá incrementado sus valores hasta llegar a su máximo de 255, momento en el que recién se reiniciará, la señal PWM timer0 AVR generada se obtendrá en cualesquiera de los pines OC0A o OC0B del ATmega88, dependiendo si para la comparación se utiliza el registro OCR0A o el registro OCR0B, en adelante se utilizará OC0x para los pines y OCR0x para los registros de comparación donde x puede ser A o B.

Una cosa a tener en cuenta es que al ocurrir la igualdad entre el registro TCNT0 y el registro OCR0A, se puede habilitar el uso de la interrupción por comparación del  timer0.

La señal PWM timer0 AVR obtenida en el pin OC0x puede ser en forma no invertida o en forma invertida, estos pines deben ser declarados como salidas digitales mediante sus registros DDRnx respectivos.

  • Para la forma no invertida por el pin OC0x se obtendrá un alto mientras el valor del registro TCNT0 sea menor al valor almacenado en el registro OCR0x, al ocurrir la igualdad entre los registros TCNT0 y OCR0x el estado del pin OC0x cambiará a un bajo y se mantendrá así hasta que el registro TCNT0 llegue a su máximo que es 255 y vuelva 0, momento en el cual el estado del pin OC0x cambiará nuevamente a un alto y el ciclo se repetirá.
  • Para la forma invertida por el pin OC0x se obtendrá un bajo mientras el valor del registro TCNT0 sea menor al valor almacenado en el registro OCR0x, al ocurrir la igualdad entre los registros TCNT0 y OCR0x el estado del pin OC0x cambiará a un alto y se mantendrá así hasta que el registro TCNT0 llegue a su máximo que es 255 y vuelva 0, momento en el cual el estado del pin OC0x cambiará nuevamente a un bajo y el ciclo se repetirá.

pwm timer0 avr generación modo rápido1

Para modificar el ancho de pulso de la señal PWM timer0 AVR modo rápido solo hay que modificar el valor almacenado en el registro OCR0x, con esto se logra que los cambios de estado del pin OC0x sean en diferentes tiempos, por ejemplo  si se toma como referencia la imagen anterior para el nivel del registro OCR0x, cambiando su nivel se obtendrá la señal PWM timer0 AVR con un ancho de pulso modificado pero manteniendo constante su periodo, esto se puede ver en la siguiente imagen.

Es importante señalar que el cambio en el valor almacenado en el registro OCR0x, el microcontrolador AVR lo hará cuando el registro TCNT0 llegue a su máximo valor no antes, esto es si TCNT0 se ha estado incrementando y en ese momento se modifica el valor a cargar en OCR0x, este no se modificará inmediatamente, sino que la modificación se realizará cuando TCNT0 llegue a su máximo.

PWM timer0 generación modo rápido2

Una observación a tener muy en cuenta y es lo que diferencia al modo PWM rápido con el modo fase correcta, es que si se toma el centro de los anchos de pulso de la señal PWM timer0 AVR modo rápido y se hace un cambio en el ancho del pulso, el centro del ancho de pulso se moverá, cambiará de lugar, se dice que se modifica la fase del ancho de pulso, o que la fase no es correcta, esto se puede ver en la siguiente imagen.

pwm timer0 avr modo rapido centro desplazado

PWM timer0 AVR modo rápido Programación

Para programar el módulo PWM timer0 AVR en el ATmega88, se utilizan 2 registros los que son  el registro TCCR0A y el registro TCCR0B.

El registro TCCR0A

pwm timer0 avr TCCR0A

Los bits 7 y 6 son para elegir que la obtención de la señal PWM timer0 AVR será por el pin OC0A y si será en forma no invertida o en forma invertida, mediante las combinaciones de estos bits según se indica en la siguiente tabla.

PWM timer0 AVR OC0A

Si las combinaciones de estos bits son 10 la señal PWM obtenida por el pin OC0A será no invetida, si las combinaciones de estos bits son 11 la señal PWM obtenida por el pin OC0A será invetida

Los bits 5 y 4 son para elegir que la obtención de la señal PWM timer0 AVR será por el pin OC0B y si será en forma no invertida o en forma invertida, mediante las combinaciones de estos bits según se indica en la siguiente tabla.

PWM timer0 AVR OC0B

Si las combinaciones de estos bits son 10 la señal PWM obtenida por el pin OC0B será no invetida, si las combinaciones de estos bits son 11 la señal PWM obtenida por el pin OC0B será invetida

Los bits 3 y 2 no se utilizan por lo que se les pone a 0.

 😀 Los bits 1 y 0 junto con el bit3 del registro TCCR0B son con los cuales se elige el modo de obtener las señales PWM timer0 AVR, mediante las combinaciones de estos bits según se indica en la siguiente tabla.

PWM timer0 AVR elección modo rápido

La combinación de estos bits que se utilizara para la generación de la señal PWM timer0 AVR modo rápido será la tercera, la que está resaltada, esto es el bit 3 del registro TCCR0B se pondrá a 0 y los bits 1 y 0 del registro TCCR0A  se pondrán a 1.

El registro TCCR0B

pwm timer0 avr tccr0b

Los bits 7, 6, 5, y 4 no se utilizarán en la obtención de la señal PWM timer0 AVR por lo que se les pondrá a 0.

El bit3 trabaja junto con los bits 1 y 0 del registro TCCR0A tal como se comentó.

Los bits 2, 1 y 0 son para elegir el prescaler a utilizar para obtener la frecuencia de la señal PWM timer0 AVR, las combinaciones de estos bits para los diversos prescaler del timer0 son los que se indican en la siguiente tabla:

timer0 avr TCCR0B temporizador

Los registros OCR0A y OCR0B

Se usará OCR0x para referirse a cualesquiera de ellos, x será A o B, en este registro se  cargará el valor mediante el cual se controlará el ancho de pulso de la señal PWM que se obtendrá por el pin OC0x, este valor va de 0 a 255, cuando sea 0 el ancho  de pulso será 0 o del 0%, cuando sea 255 el ancho de pulso será igual al periodo o del 100% de la señal PWM timer0 AVR, y entre ese intervalo se obtienen los diferentes anchos de pulso de la señal PWM.

Se puede utilizar la siguiente forma para el ciclo de trabajo de la señal PWM timer0 AVR modo rápido.

Ciclo de trabajo=((OCR0x)/255)*100%

Por ejemplo si se quiere un ciclo de trabajo del 15%, se puede proceder así

15%=((OCR0x)/255)x100%

De donde al despejar OCR0x se tendrá:

OCR0x=38

Esto indica que si se quiere un ciclo de trabajo del 15% de la señal PWM en el registro OCR0x se tendrá que cargar el valor de 38 y esto será lo que se haga en el primer ejemplo.

Normalmente lo que se quiere es controlar todo el ancho de pulso de la señal PWM, por lo que de alguna forma se hace variar el valor de OCR0x, se verán algunos ejemplo de como realizar esto.

Si se utilizan ambos pines OC0A y OC0B, la frecuencia de las señales PWM obtenidas en ambos pines serán las mismas, ya que ambas utilizan el mismo registro TCNT0, que es con el que decide la frecuencia o su inversa que es periodo de la señal PWM.

PWM timer0 AVR modo rápido Ejemplos

Ejemplo 1 En este primer ejemplo se generará una señal PWM con un ancho de pulso del 15% por el pin OC0B en forma no invertida.  Se utilizará el ATmega88 el cual estará trabajando a una frecuencia de 1Mhz.

Se puede escoger la frecuencia de la señal PWM Fpwm, con la ecuación que se vio en la que la Fpwm depende de la FCPU y del prescaler a utilizar para el registro TCNT0, se puede elegir entre 1, 8, 64, 256  y 1024, según la tabla vista para el registro TCCR0B.

Fpwm=FCPU/(prescaler*256)

Si por ejemplo se elige el prescaler de 8, entonces se tendrá

Fpwm=(1Mhz/(8*256)

de donde Fpwm=488,3Hz, en este ejemplo lo que se busca es que el ancho de pulso de la señal PWM sea del 15% de momento da igual la frecuencia Fpwm, se puede elegir otra si así se desea.

Se quiere una señal PWM por el pin OC0B con un ciclo de trabajo del 15%, entonces habrá que cargar el registro OCR0B con lo que se obtenga de la ecuación del ciclo de trabajo.

15%=((OCR0B)/255)x100%

De donde al despejar OCR0B se obtiene el  valor a cargar en el registro OCR0B

OCR0B=38;//valor a cargar en el registro OCR0B

Configuración del registro TCCR0A para el ejemplo 1

Como se obtendrá la señal PWM timer0 AVR por el pin OC0B su bit5 se pondrá a 1 y su bit4 se pondrá a 0, sus bits 1 y 0 se pondrán a 1 ya que se utilizará el modo PWM rápido, sus demás bits se pondrán a 0 ya que no se usarán.

TCCR0A=0b00100011;//PWM por el pin OC0B, PWM modo rápido

Configuración del registro TCCR0B para el ejemplo 1

Su bit3 se pondrá a 0 para utilizar el modo PWM rápido, y como se usará un prescaler de 8 la combinación de sus bits 2, 1 y 0 será 010, todos sus demás bits se pondrán a 0 ya que no se usarán.

TCCR0B=0b00000010;//PWM modo rápido, prescaler de 8

El circuito utilizado es el siguiente:

pwm timer0 avr ejemplo1 circuito

El código para el ejemplo 1 del uso del módulo PWM timer0 AVR, hecho en el ATMEL STUDIO es el siguiente:

pwm timer0 avr modo rápido ejemplo1 código

La siguiente es una imagen de la señal PWM timer0 AVR vista en el osciloscopio.

pwm timer0 avr modo rápido ejemplo1 imagen

Se comprueba que el ancho de pulso o el ciclo de trabajo es de un 15,2%, y la frecuencia de la señal es de 489Hz.

Ejemplo 2 En este segundo ejemplo se generará una señal PWM timer0 AVR con un ancho de pulso variable desde el 0% hasta el 100% por el pin OC0A en forma no invertida.  Se utilizará el ATmega88 el cual estará trabajando a una frecuencia de 1Mhz.

El prescaler elegido para el registro TCNT0 será de 1, se puede elegir otro si así se desea.

Fpwm=FCPU/(prescaler*256)

Entonces se tendrá

Fpwm=(1Mhz/(1*256)

de donde Fpwm=3,9Khz que es lo mismo que un periodo de Tpwm=256us, se iniciará el ancho de pulso a un 0% por lo que el registro OCR0A se cargará en un inicio con 0, luego dentro del ciclo del programa se hará que se incremente en 1 unidad en cada 100ms.

OCR0A=0;//Ancho de pulso inicial de 0

El registro OCR0A irá entonces desde 0 para el 0% hasta 255 para el 100% del ancho de pulso, momento en que el ancho de pulso se iguala al periodo de la señal PWM; cuando el registro OCR0A llega 255 se reinicia automáticamente a 0, volviendo nuevamente a incrementarse en 1 unidad dentro del ciclo del programa cada 100ms y así continuará, en este ejemplo lo que interesa es ver como se logra la variación del ancho de pulso de una señal PWM timer0 AVR modo rápido.

Configuración del registro TCCR0A para el ejemplo 2

Como se obtendrá la señal PWM timer0 AVR por el pin OC0A su bit7 se pondrá a 1 y su bit6 se pondrá a 0, sus bits 1 y 0 se pondrán a 1 ya que se utilizará el modo PWM rápido, sus demás bits se pondrán a 0 ya que no se usarán.

TCCR0A=0b10000011;//PWM por el pin OC0A, no invertido, PWM modo rápido

Configuración del registro TCCR0B para el ejemplo 1

Su bit3 se pondrá a 0 para utilizar el modo PWM rápido, y como se usará un prescaler de 1 la combinación de sus bits 2, 1 y 0 será 001, todos sus demás bits se pondrán a 0 ya que no se usarán.

TCCR0B=0b00000001;//PWM modo rápido, prescaler de 1

El circuito utilizado es el siguiente:

pwm timer0 avr ejemplo2 circuito

El código para el ejemplo 2 del uso del módulo PWM timer0 AVR, hecho en el ATMEL STUDIO es el siguiente:

pwm timer0 avr ejemplo2 código2

Ejemplo 3 En este tercer ejemplo se generará una señal PWM timer0 AVR con un ancho de pulso variable desde el 0% hasta el 100% por el pin OC0A en forma no invertida, es el mismo ejemplo que el caso anterior pero esta vez se utilizará un pulsador conectado al pin PB0 para controlar el ancho de pulso. Se utilizará el ATmega88 el cual estará trabajando a una frecuencia de 1Mhz.

El prescaler elegido para el registro TCNT0 será de 1, se puede elegir otro si así se desea.

Fpwm=FCPU/(prescaler*256)

Entonces se tendrá

Fpwm=(1Mhz/(1*256)

de donde Fpwm=3,9Khz que es lo mismo que un periodo de Tpwm=256us, se iniciará el ancho de pulso a un 100% por lo que el registro OCR0A se cargará en un inicio con 255, luego mediante el pulsador conectado al pin PD7 cada vez que este sea pulsado se decrementarán los valores  del  registro OCR0A en 5 unidades, se a elegido 5 para que se aprecien pronto los cambios en el ancho del pulso, puede ser cualquier otro decremento, por precaución se limitará que el valor del registro OCR0A no sea menor a 0; del pin PD7 se aprovechara su resistencia pull up interna, se controlará el ancho de pulso de la señal PWM timer0 AVR mediante decrementos en el  valor del registro OCR0A dentro del ciclo del programa.

OCR0A=255;//Ancho de pulso inicial de 255

Configuración del registro TCCR0A para el ejemplo 3

Como se obtendrá la señal PWM timer0 AVR por el pin OC0A su bit7 se pondrá a 1 y su bit6 se pondrá a 0, sus bits 1 y 0 se pondrán a 1 ya que se utilizará el modo PWM rápido, sus demás bits se pondrán a 0 ya que no se usarán.

TCCR0A=0b10000011;//PWM por el pin OC0A, no invertido, PWM modo rápido

Configuración del registro TCCR0B para el ejemplo 3

Su bit3 se pondrá a 0 para utilizar el modo PWM rápido, y como se usará un prescaler de 1 la combinación de sus bits 2, 1 y 0 será 001, todos sus demás bits se pondrán a 0 ya que no se usarán.

TCCR0B=0b00000001;//PWM modo rápido, prescaler de 1

El circuito utilizado es el siguiente:

pwm timer0 avr ejemplo3 circuito

El código para el ejemplo 3 del uso del módulo PWM timer0 AVR, hecho en el ATMEL STUDIO es el siguiente:

pwm timer0 avr ejemplo3 código

El siguiente es un vídeo publicado en el canal de Youtube de MrElberni, donde se comenta sobre el  ejemplo 3 realizado para una señal PWM timer2 AVR del que se controla el ancho de pulso mediante incrementos en el registro OCR2A,  la idea sería la misma para el PWM timer0 AVR realizado en el ejemplo 3, solo que en este ejemplo en lugar de aumentar el ancho de pulso se lo está disminuyendo.

Si he logrado ayudarte en cuanto a la utilización del módulo PWM timer0 AVR en modo rápido con el microcontrolador AVR, comparte este enlace para poder ayudar a muchas personas mas. Muchas Gracias.

Atte: MrElberni.

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