TIPS ‘N TRICKS

18 DECEMBRIE 2007

Microcontrolere PICmicro® cu module CCP şi ECCP

TIP 1. – Eşantionare defazată repetitivă

Figura 1-1
Formă de undă periodică de înaltă frecvenţă

Figura 1-2
Forma de undă transpusă

Eşantionarea defazată repetitivă este o tehnică de creştere artificială a vitezei de eşantionare a unui convertor A/D, la eşantionarea unor forme de undă care sunt periodice şi constante de la perioadă la perioadă. Tehnica se bazează pe capturarea eşantioanelor spaţiate regulat de la începutul la sfârşitul perioadei formei de undă. Eşantionarea următoarei forme de undă este realizată în aceeaşi manieră, cu excepţia faptului că începutul secvenţei de eşantionare este întârziat cu un procent din perioada de eşantionare. Formele de undă următoare sunt de asemenea eşantionate, cu fiecare secvenţă de eşantionare uşor întârziată faţă de ultima, până când această întârziere devine egală cu o perioadă a semnalului. Intercalarea seturilor de eşantioane generează un set de eşantioane al formei de undă la o viteză de eşantionare mai ridicată. Figura 1-1 prezintă un exemplu al unei forme de undă de înaltă frecvenţă.
După cum se indică în legenda figurii, liniile punctate prezintă locurile în care se realizează citirile A/D pe durata primei perioade a formei de undă. Liniile întrerupte de dimensiuni medii prezintă locurile în care se realizează citirile A/D în timpul celei de a doua perioade, şi aşa mai departe. Figura 1-2 prezintă aceste citiri transpuse într-o singură perioadă.
Pentru a realiza această sarcină, modulul CCP este configurat în modul Compare Special Event Trigger. Defazarea este implementată prin selectarea valorilor CCPRxL şi CCPRxH, care nu sunt sincronizate cu perioada formei de undă eşantionate. De exemplu, dacă perioada unei forme de undă este de 100 µs, atunci eşantionarea la o viteză de odată la fiecare 22µs va furniza următorul set de eşantioane pe 11 perioade (toate valorile în µs). Atunci când aceste numere sunt plasate în ordine secvenţială, ele prezintă un interval de eşantionare virtual (IV) de 2µs de la 0µs la 100µs, faţă de intervalul actual de eşantionare (IA), care este de 22µs.

PWM (Pulse-Width Modulation)
Modulele ECCP şi CCP produc o formă de undă PWM cu rezoluţie de 10-biţi pe pinul CCPx. Modulul ECCP este capabil să transmită un semnal PWM pe unul dintre cei 4 pini, desemnat de la P1A la P1D. Modurile PWM disponibile pe modulul ECCP sunt:
O singură ieşire (numai P1A)
Ieşire half-bridge (numai P1A şi P1B)
Ieşire directă full-bridge
Ieşire inversă full-bridge
La utilizarea modului ECCP în modul PWM full-bridge, trebuie aleasă una dintre următoarele configuraţii:
P1A, P1C active-high; P1B, P1D active-high
P1A, P1C active-high; P1B, P1D active-low
P1A, P1C active-low; P1B, P1D active-high
P1A, P1C active-low; P1B, P1D active-low

De ce să utilizez modul PWM?”

Figura 1-3 Principiul PWM

După cum demonstrează următorul set de sfaturi Tips ‘n Tricks, modularea în lăţimea pulsului (PWM) poate fi utilizată pentru a îndeplini o varietate de sarcini, de la LED-uri de iluminare la controlul vitezei unui motor electric de curent continuu cu perii. Toate aceste aplicaţii se bazează pe principiul fundamental al semnalelor PWM – după cum factorul de umplere al unui semnal PWM creşte, puterea şi tensiunea medie furnizate de PWM cresc. Nu numai că acestea cresc odată cu factorul de umplere, dar cresc liniar. Figura 1-3 ilustrează acest aspect mult mai clar. Observaţi că RMS şi tensiunea maximă sunt în funcţie de factorul de umplere (DC). Ecuaţia de mai jos prezintă relaţia dintre VRMS şi VMAX.
VRMS = DC x VMAX

TIP 2. – Decizia asupra frecvenţei PWM
În general, frecvenţa PWM depinde de aplicaţie, deşi există două reguli generale empirice cu privire la frecvenţă în toate aplicaţiile. Ele sunt:
1. După cum frecvenţa creşte, la fel fac şi cerinţele de curent datorate pierderilor de comutaţie.
2. Capacitatea şi inductanţa sarcinii au tendinţa de limitare a răspunsului de frecvenţă a circuitului.
În aplicaţiile cu consum energetic redus, este bine de utilizat frecvenţa minimă posibilă pentru realizarea sarcinii, cu scopul de a limita pierderile prin comutaţie. În circuitele în care capacitatea şi/sau inductanţa sunt factori importanţi, frecvenţa semnalului PWM trebuie aleasă pe baza unei analize a circuitului.

Motor Control
PWM este mult utilizat la comanda motoarelor, datorită eficienţei sistemelor de comandă în comutaţie, prin comparaţie cu cele liniare. Una dintre consideraţiile importante la alegerea frecvenţei PWM pentru o aplicaţie de comandă de motor este sensibilitatea motorului la schimbările în factorul de umplere al semnalului PWM. Un motor va avea un răspuns mai rapid la schimbări ale factorului de umplere la frecvenţe mai mari. O altă consideraţie importantă este zgomotul generat de motor. Motoarele DC cu perii vor genera un zgomot deranjant dacă sunt comandate la frecvenţe în domeniul auzibil (20 Hz – 4 kHz). Cu scopul de a elimina acest zgomot nedorit, motoarele de curent continuu cu perii sunt comandate la frecvenţe mai mari de 4 kHz. (oamenii pot auzi frecvenţe de până la 20 kHz, dar mecanica înfăşurării motorului va atenua tipic zgomotul motorului la peste 4 kHz).

LED-uri şi becuri
Semnalul PWM este utilizat de asemenea în aplicaţii de iluminare. Pâlpâirea luminii cauzate de PWM este observabilă la frecvenţe de sub 50 Hz. De aceea, o regulă bună este de a comanda în general LED-urile şi becurile la frecvenţe mai mari de 100 Hz.

TIP 3. – Controlul unidirecţional al motoarelor DC cu perii prin utilizarea CCP

Figura 3-1
Relaţia factorului de umplere cu VRMS

Figura 3-1 prezintă un circuit de controler de viteză unidirecţional pentru un motor de curent continuu cu perii. Viteza motorului este proporţională cu factorul de umplere al ieşirii PWM de pe pinul CCP1. Următorii paşi prezintă modalitatea de configurare a PIC16F628 pentru a genera un semnal PWM de 20 kHz cu factor de umplere 50%. Microcontrolerul funcţionează pe un oscilator cu cristal de 20 MHz.

Pasul 1: Alegerea divizorului de frecvenţă Numărător 2
a) FPWM = FOSC/((PR2+1)*4*divizare) = 19531 Hz pentru PR2 = 255 şi divizare 1
b) Această frecvenţă este mai mică de 20 kHz, şi de aceea o divizare de 1 este adecvată.

Pasul 2: Calcul PR2
PR2 = FOSC/(FPWM*4*divizare) – 1 = 249

Pasul 3: Determinare CCPR1L şi CCP1CON<5:4>
a) CCPR1L:CCP1CON<5:4> = Factor Umplere*0x3FF = 0x1FF
b) CCPR1L = 0x1FF >> 2 = 0x7F, CCP1CON<5:4> = 3

Pasul 4: Configurare CCP1CON
Modulul CCP este configurat în modul PWM cu ajutorul celor mai puţin semnificativi biţi ai setului factorului de umplere, şi de aceea, CCP1CON = ‘b001111000’.

Figura 4-1 Circuit de comandă full-bridge pentru motor DC cu perii

TIP 4. – Controlul bidirecţional al motoarelor DC cu perii prin utilizarea ECCP
Modulul ECCP are integrată opţiunea de comandă de motor DC cu perii. Figura 4-1 prezintă un circuit de comandă full-bridge conectat la un motor DC cu perii.
Conexiunile P1A, P1B, P1C şi P1D sunt toate ieşiri ECCP când modulul este configurat în modurile “Ieşire directă full-bridge” sau “Ieşire inversă full-bridge” (CCP1CON<7:6>).
Pentru circuitul prezentat în figura 4-1, modulul ECCP trebuie configurat în mod PWM: P1A, P1C active high; P1B, P1D active high (CCP1 CON <3:1>). Motivul pentru aceasta este circuitul de comandă MOSFET (TC428) care este configurat astfel încât o intrare în stare logică superioară va activa respectivul MOSFET. Tabelul următor prezintă relaţia dintre stările de operare, starea pinilor ECCP şi registrul de configurare ECCP.

www.microchip.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre