Question

我想生成一个具有可变频率和固定占空比（50％）的PWM信号。频率应在0-25KHz之间变化。这适用于ATMEGA32U4微控制器，我使用Atmel Studio在C语言中编写。我确实阅读过数据表，但我无法理解如何进行计算以及应该使用哪种模式。经过不同的教程后，我发现最好使用CTC模式。

如何选择我应该使用哪个预标量，因为频率是变量？我需要使用中断吗？有关如何设置这些定时器寄存器的任何帮助表示赞赏。

Answer 1

32U4的定时器与我对你的问题进行测试的328P相同。我使用Timer 1提供最佳分辨率。该定时器可以在CTC模式下运行，通道A可以在比较匹配中与固定输出引脚绑定。这使得设置非常简单，不需要中断逻辑。只需写入OCR1A ~~即可控制频率（此寄存器为双缓冲，因此频率变化应无毛刺）~~ *。

在CTC模式下，定时器1的输出频率为：

f n x = f_cpu / (2 * n * (1 + x))

其中n是预标度值，x是溢出比较寄存器。探索16MHz时钟的可能频率范围给出：

|   N |  f-min |     f-max |     r-min |   r-max   | x-100 | x-25k |
+-----+--------+-----------+-----------+-----------+-------+-------+
|   1 | 122.1  | 8,000,000 | 4,000,000 | 0.0019    |   n/a |   319 |
|   8 |  15.3  | 1,000,000 |   500,000 | 0.00023   | 9,999 |    39 |
|  64 |   1.91 |   125,000 |    62,500 | 0.000029  | 1,249 |     4 |
| 256 |   0.49 |    31,250 |    15,625 | 0.0000073 |   311 |   n/a |
|1024 |   0.12 |     7,812 |     3,906 | 0.0000018 |    77 |   n/a |

其中N是预标度设置，f-min＆amp; f-max可达到的最小和最大频率r-min＆amp; r-max最小和最大频率分辨率，最后是x-100＆amp; x-25k分别为100Hz和25kHz输出的OCR1A所需的值。

对于一个完整的工作示例，这里有一个程序，以2秒的步长循环通过频率1Hz，2,5,10 ... 500kHz，足以观察范围内的工作：

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

struct CTC1
{
    static void setup()
    {
        // CTC mode with TOP-OCR1A

        TCCR1A = 0;
        TCCR1B = _BV(WGM12);

        // toggle channel A on compare match

        TCCR1A = (TCCR1A & ~(_BV(COM1A1) | _BV(COM1A0))) | _BV(COM1A0);

        // set channel A bound pin to output mode

        DDRB |= _BV(1); // PB1 on 328p, use _BV(5) for PB5 on 32U4
    }

    static void set_freq(float f)
    {
        static const float f1 = min_freq(1), f8 = min_freq(8), f64 = min_freq(64), f256 = min_freq(256);

        uint16_t n;

        if (f >= f1)        n = 1;
        else if (f >= f8)   n = 8;
        else if (f >= f64)  n = 64;
        else if (f >= f256) n = 256;
        else                n = 1024;

        prescale(n);

        OCR1A = static_cast<uint16_t>(round(F_CPU / (2 * n * f) - 1));
    }

    static void prescale(uint16_t n)
    {
        uint8_t bits = 0;

        switch (n)
        {
            case    1:  bits = _BV(CS10);               break;
            case    8:  bits = _BV(CS11);               break;
            case   64:  bits = _BV(CS11) | _BV(CS10);   break;
            case  256:  bits = _BV(CS12);               break;
            case 1024:  bits = _BV(CS12) | _BV(CS10);   break;
            default:    bits = 0;
        }

        TCCR1B = (TCCR1B & ~(_BV(CS12) | _BV(CS11) | _BV(CS10))) | bits;
    }

    static inline float min_freq(uint16_t n)
    {
        return ceil(F_CPU / (2 * n * 65536));
    }
};

void setup()
{
    CTC1::setup();
}

void loop()
{
    for (uint8_t x = 0; x < 6; ++x)
        for (uint8_t y = 0; y < 3; ++y)
        {
            float k = y > 0 ? (y > 1 ? 5 : 2) : 1;

            CTC1::set_freq(k * pow(10, x));
            _delay_ms(2000);
        }
}

int main()
{
    setup();
    for (;;)
        loop();
}

在PB1（Arduino Uno上的数字引脚9）上可以观察到信号。请注意，在32U4频道上，A绑定到PB5。

正如Aleksander Z先生所说，OCR1A寄存器在CTC模式下不是双缓冲的。当切换频率时，这可能导致严重的故障，例如：

根据应用的不同，这可以通过忙循环轻松解决（尽管这可能不适用于非常高的频率，或者可能在极低频率下导致不可接受的延迟）：

while (TCNT1 > x)
    ;
OCR1A = x;

产：

Answer 2

我根本不使用ATMEGA32U4我更喜欢AT32UC3所以很抱歉没有确切的代码...但是为什么不把定时器设置为所需频率的两倍并在其内部切换引脚？因为你的职责总是50％应该有效。频率更新可以在每个偶数或每n-th个ISR计数器/定时器呼叫...

上完成

类似的东西：

const int n=10; // must be even to ensure 50% duty
volatile int ix=0;
volatile int frequency=10000;
isr_timercounter()
 {
 // clear IRQ
 // toggle pin
 ix++; if (ix>=n)
  {
  ix=0;
  // set timer/counter to 2*frequency
  }
 }

void main()
 {
 // init timer/counter
 for (;;)
  {
  //do your stuff
  frequency = ???;
  }
 }

为AVR生成可变频率PWM信号

2 个答案: