Вивчення програмування таймеру

Фізика

ЛАБОРАТОРІЯ №2. ВИВЧЕННЯ ПРОГРАМУВАННЯ ТАЙМЕРУ 2.1 Мета роботи Опанувати апаратні та програмні принципи формування ШІМ-сигналу за допомогою таймера загального призначення. 2.2 Методичні вказівки щодо організації самостійної роботи студентів Під час підготовки до лабораторних робіт необхідно детально вивчити та опанувати теми 1-4. 2.2.1 ШІМ Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ), або модуляція тривалості імпульсу (PWM), є методом зменшення середньої потужності, що подається електричним сигналом, шляхом ефективного подрібнення його на окремі частини. Середнє значення напруги (іструм), що подається до навантаження, контролюється шляхом швидкого вмикання та вимикання перемикача між подачею та навантаженням. Чим довше перемикач увімкнений порівняно з тривалістю вимкнення, тим вища загальна потужність, що подається на навантаження. ШІМ особливо підходить для роботи інерційних навантажень, таких як двигуни, на які це дискретне перемикання не так легко впливає, оскільки вони мають інерцію, щоб реагувати повільно. Частота перемикання ШІМ повинна бути достатньо високою, щоб не впливати на навантаження, а це означає, що результуюча форма хвилі, що сприймається навантаженням, повинна бути якомога плавнішою. Швидкість (або частота), з якою повинен перемикатися блок живлення, може сильно відрізнятися залежно від навантаження та застосування. Наприклад, перемикання повинно проводитися кілька разів на хвилину в електроплиті; 120Гц в димері лампи; від декількох кілогерц (кГц) до десятків кГц для приводу двигуна; і на десятки або сотні кГц в аудіопідсилювачах та комп’ютерних джерелах живлення. Термін «робочий цикл» описує частку часу "включення" до регулярного інтервалу або "періоду" часу; низький робочий цикл відповідає низькій потужності, оскільки живлення вимкнено протягом більшої частини часу. Робочий цикл виражається у відсотках, 100% повністю включений. Ось рисунок, який ілюструє ці три сценарії: Рисунок 2.1 - Формування ШІМ-сигналу У процесорах STM32 таймери використовуються для хронометражу, підрахунку зовнішніх імпульсів, генерації періодичних сигналів, генерації ШІМ-сигналів. У лабораторних роботах вивчаються таймери TIM1-TIM15. Загальні таймери можуть генерувати до 4 ШІМ-сигналів в 4 каналах одночасно. Коли таймер перебуває в режимі ШІМ, частота імпульсів встановлюється в регістрі ARR. Тривалість імпульсу встановлюється регістрами CCR1 ... CCR4 відповідно до ШІМ-каналів. Тобто перший канал відповідає регістру CCR1, другий - CCR2 і т. д. Принцип дії таймера пояснюється графіками на рисунку 2.2 Рисунок 2.2 - Принцип роботи таймера ШІМ 5 4 3 2 1 0 Значення автоматичного перезавантаження (поріг рахування) Тcl k TPW M Імпульси тактової частоти, що надходять від ядра мікроконтролера ARR = CCR1 = Вихід сигналу ШІМ Коли таймер відлічує від 0 до значення в регістрі CCR, на виході мікроконтролера формується "1". Коли таймер лічить від значення в регістрі CCR до значення автоматичного перезавантаження, на виході формується логічний "0". Щоб програмно запустити таймер у режимі генерації ШІМ, потрібно скористатися функцією з бібліотеки HAL. 2.2.2 Бібліотека HAL HAL_TIM_PWM_Start (покажчик на структуру таймера, назву каналу); Покажчики на структури таймера - & htim1, & htim2 тощо. Назви каналів - TIM_CHANNEL_1, TIM_CHANNEL_2, TIM_CHANNEL_3, TIM_CHANNEL_4. Приклад. Сконфігуруємо другий таймер в режимі ШІМ на першому каналі HAL_TIM_PWM_Start (& htim2, TIM_CHANNEL_1); У режимі ШІМ тривалість імпульсу слід змінювати в регістрах CCR1 ... CCR4. Приклад TIM2-> CCR1 = 50; 2.3 Опис лабораторної роботи та завдання для виконання У лабораторних роботах необхідно здійснювати контроль яскравості світлодіода. Для цього на діод необхідно подати ШІМ-сигнал. Тривалість імпульсу ШІМ може програмно варіюватися від 10% до 90% періоду імпульсу. Тривалість імпульсу ШІМ змінюється двома кнопками. При натисканні першої кнопки тривалість імпульсу повинна збільшитися на 10%,