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miércoles, 27 de junio de 2012

Modulación PWM (Pulse Width Modulation)

Nuestro controlador (digital) eventualmente tendrá que interactuar con el mundo exterior (analógico). Al margen de usar dispositivos externos (convertidor digital analógico o DAC) muchos microcontroladores cuentan con un módulo PWM (Pulse Width Modulation) que puede usarse (con ciertas limitaciones) para mandar "ordenes" analógicas.

En este tutorial describiremos en que consiste la modulación por ancho de pulsos (PWM), veremos las rutinas disponibles en C18 y, como hacemos habitualmente, describiremos los registros asociados y su funcionalidad.

Aprovecharemos los conocimientos adquiridos para escribir una rutina para inicializar el módulo PWM especificando la frecuencia deseada y escribiremos un pequeño programa para usar los dos módulos PWM de un PIC para crear transiciones de colores en un LED bicolor.

En una entrada posterior aplicaremos lo que hemos aprendido a una aplicación más interesante usando el módulo PWM como conversor DAC para un archivo de audio.

Archivos de código asociados a esta entrada: pwm1.c y pwm2.c

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Descripción de la modulación por ancho de pulso (PWM)

En algunos de los tutoriales anteriores usábamos un truco para estimar la ocupación del PIC. Consistía en poner a 1 un cierto pin mientras estábamos haciendo una cierta tarea. Luego, nos bastaba con medir el voltaje medio (con un voltímetro) en dicho pin. Dicho voltaje (dividido por los 5V de alimentación) nos daba el % del tiempo que el pin estaba alto.

La modulación PWM consiste precisamente en eso. El módulo PWM del micro genera una onda cuadrada con una frecuencia dada (típicamente bastante alta, por ejemplo 10 KHz). Luego nosotros podemos ir cambiando el ciclo de trabajo (% del periodo en ON) de la señal:


 Si usamos un dispositivo externo con un ancho de banda suficiente (p.e. un osciloscopio) veremos la señal al completo, esto es, la modulación rápida (o portadora) de 10 KHz y las variaciones más lentas (señal a transmitir) del ciclo de trabajo.

Si por el contrario aplicamos un filtro paso-bajo a la señal PWM, los cambios rápidos (10 KHz) de la señal se eliminarán y simplemente veremos los cambios lentos del ciclo de trabajo, observando un voltaje "medio" entre 0 y 5V dependiendo del ciclo de trabajo (0% -> 100%) programado.

No siempre es necesario implementar un filtro paso-bajo de forma explícita. Muchas veces usamos un dispositivo externo (voltímetro, motor, etc) con suficiente "inercia", de forma que no es capaz de seguir los cambios rápidos de la señal (los 10 KHz). Por así decirlo el dispositivo (motor, altavoz) lleva incorporado su propio filtro paso-bajo.

Lo que hemos conseguido es una especie de conversor digital analógico que nos permite traducir una orden digital (ciclo de trabajo del periodo PWM) en una variable analógica (el voltaje medio a la salida entre 0 y 5V).

Obviamente tendremos algunas limitaciones. Como queremos que desaparezca la frecuencia de modulación (los 10 KHz) de antes los cambios (frecuencia) de la señal que queremos transmitir deben ser lo suficientemente lentos (frecuencia baja) para que no desaparezcan también en el filtrado paso-bajo (explícito o implícito) de nuestro dispositivo.


El módulo(s) PWM de un PIC

El parámetro fundamental de una modulación PWM es la frecuencia (o su inverso el periodo) de modulación. En los PIC dicha frecuencia es programable (con ciertas limitaciones) en base a varias variables:

·  La frecuencia del oscilador principal Fosc
· El pre-scaler (PRE) o divisor previo del timer TMR2 que puede tomar los valores 1:1, 1:4 o 1:16
·  El registro PR2 (0-255) asociado al timer TMR2

La frecuencia PWM responde a la fórmula:  
                                    
                        F_pwm  =  F_osc / [4 x PRE x (PR2+1)] 

o lo que es lo mismo, el periodo del PWM será el inverso de dicha frecuencia:

                        T_pwm =  [ (PR2+1) x 4 x PRE ]  x Tosc

El valor máximo del divisor previo PRE es 16 y el de (PR2+1) es 256. Por lo tanto la frecuencia PWM más baja posible será Fosc/16384. Para un oscilador de 20 MHz tenemos una Fpwm mínima de 1.22 KHz  (20000/16384).

Notad que el módulo PWM usa el timer TMR2, por lo que éste no podrá usarse como temporizador de propósito general mientras se esté usando PWM. Si que es posible usarlo (y ahorrarnos gastar otro timer) si queremos hacer saltar una interrupción cada cierto tiempo. El postscaler del TMR2 no tiene efecto sobre la frecuencia PWM, pero si influye sobre cuando salta (si está habilitada)  la correspondiente interrupción (TMR2_flag). Si por ejemplo el post-scaler  es 1:16 entonces la interrupción del TMR2 saltará cada 16 periodos del PWM.

Lo primero que tenemos que hacer para usar el módulo PWM es habilitarlo indicando que va a usarse como generador de una onda PWM, ya que dicho módulo es compartido con otras funciones (Capture/Compare). La forma de hacerlo es poner a 11XX los 4 bits menos significativos del registro CCP1CON. Los PIC18 suelen tener 2 módulos PWM por lo que existe un segundo registro CCP2CON.

Podemos habilitar uno o los dos módulos independientemente. Sin embargo, como ambos usan el registro PR2 y el timer TMR0 como base de tiempos, la frecuencia programada será la misma en ambos módulos.

Lo que si es posible variar por separado es el ciclo de trabajo (duty cicle o DC) de cada módulo. El ciclo de trabajo se codifica con un número de hasta 10 bits (0-1023) almacenado de la siguiente forma:

CCPR1L : 8 bits más significativos del ciclo de trabajo.

CCP1CON.DC1B0 y DC1B1  (bits 5 y 6 de CCP1CON): Guardan los 2 bits menos significativos.
  
La programación del % ON del segundo módulo es similar pero usando los registros CCP2CON y CCPR2L.

Con los 10 bits dados el ciclo de trabajo se podrá especificar en principio con 1024 niveles (0 corresponde a 0%  y 1023 al 100%). Sin embargo, los valores válidos pueden ser menores que los 1024 posibles.

La razón es que el valor de DC (duty_cicle) determina el tiempo que la señal se mantiene alta (ON) de la forma:

                             T_on    =  [ DC x PRE]  x  Tosc

Recordando que el tiempo total del periodo es:        

                            T_pwm =  [ (PR2+1) x 4 x PRE ]  x Tosc

Comparando ambas fórmulas y siendo obvio que el tiempo total ON no puede exceder el tiempo total del periodo tenemos que el valor máximo de DC es (PR2+1) x 4. Por lo tanto, aunque podemos dar a DC cualquier valor entre 0 y 1023 está claro que en realidad debemos limitarnos al rango [ 0, (PR2+1)x4 ]. Valores más altos van a hacer que Ton > Tpwm, o lo que es lo mismo, la señal PWM se mantiene alta todo el rato (100%).

En resumen, para mantener la máxima resolución (10 bits) a la hora de especificar DC es preciso usar PR2=255. Para una cierta frecuencia del oscilador Fosc podemos optar por tres frecuencias con la máxima resolución:

Registro PR2
PRE (divisor previo de TMR2)
F_pwm
Para Fosc = 20 MHz
255
1
Fosc / 1024
19.75 KHz
255
4
Fosc / 4096
4.88 KHz
255
16
Fosc / 16384
1,22 KHz

Frecuencias por debajo de Fosc/16384 no son posibles porque los valores de PR2 y PRE están ya en su máximo posible.

Frecuencias por encima de Fosc/1024 son posibles pero a costa de bajar PR2 y por lo tanto disponer de menor resolución para el ciclo de trabajo. Por ejemplo si aceptamos trabajar con 8 bits (valores de DC de 0 a 255) podemos llegar a una frecuencia de:
                                                                                                                                              
          F_pwm  =  F_osc / [PRE x 4 x (PR2+1)] = Fosc/(1 x 256) = 78 KHz  

para un oscilador de 20 MHz.

La razón por la que para frecuencias muy altas no podemos especificar con tanta precisión el ciclo es que el periodo empieza a hacerse muy pequeño. En el caso anterior (Fpwm = Fosc/256) es obvio que en un ciclo del PWM sólo entran 256 ciclos del oscilador. Como es imposible que el micro haga algo entre ciclos de reloj, está claro que sólo puede bajar la línea del PWM en 256 puntos como mucho (esto es, con una resolución de 8 bits).

Valores de frecuencias intermedios son también posibles, pero de nuevo van a exigir PR2<255. Por ejemplo para conseguir 10 KHz con un oscilador de 20 MHz

 Fosc / Fpwm =20000/10 = 2000 = 4 x PRE x (PR2+1) -> PRE x (PR2+1) = 500

lo que puedo conseguir con PRE=2 y PR2 = 249. Pero entonces el valor del ciclo de trabajo (DC) tiene que moverse en el rango 0 a 4(PR2+1) = 1000. Con DC=1000 ya alcanzamos un 100% del ciclo de trabajo y valores superiores no tendrán ningún efecto extra.

En cuanto al pin de salida al que se manda la señal PWM, usualmente la salida PWM1 va al pin RC2 y la del PWM2 al RC1 (notad el cambio 1-2). En algunos dispositivos (consultar datasheet) es posible cambiar la salida de PWM2 a otro pin mediante un bit de configuración.

 Las rutinas básicas del compilador C18 para manejar los módulos PWM son las siguientes (las declaraciones se encuentran en pwm.h):

OpenPWM1(uint8 periodo)          : habilita el módulo y hace PR2=periodo
SetDCPWM1(uint16 duty_cicle)   : establece ciclo de trabajo 0% -> 100%
ClosePWM1();                          : deshabilita modulo PWM

Notad que las rutinas anteriores no tocan el timer TMR2. Es responsabilidad del usuario invocar a la rutina OpenTimer2 para fijar el valor del divisor o pre-scaler y arrancar el temporizador.

El siguiente programa (código en pwm1.c) pone en marcha ambos módulos y va variando el ciclo de trabajo de PWM1 entre 0 y DC_max (valor máximo = 1023, correspondiente a un 100%). Simultáneamente el ciclo de PWM2 se establece como el valor complementario. Tras los #include (no olvidar añadir pwm.h, timer.h y delays.h) y los #pragma de configuración habituales el programa principal es simplemente:

void main()
{
 uint16 DC_max, dd=0;
 int8 inc=1;
 
 DC_max=1023;

 OpenPWM1(255); OpenPWM2(255);   // Set PWM1 and PWM2 with PR2 = 255
 OpenTimer2(TIMER_INT_OFF & T2_PS_1_1); // Starts TMR2 with 1:1 prescaler

 while(1)
 {
  SetDCPWM1(dd); SetDCPWM2(DC_max-dd);   // Set complementary DC in PWM1 and PWM2
  dd+=inc;                               // Increase duty cicle
  if ((dd==DC_max) || (dd==0)) inc=-inc; // If we get to DC_max or 0 reverse direction.
  Delay10KTCYx(5);
 } 
}

Vemos que hemos usado PR2=255 y pre-scaler = 1. Esto nos da una frecuencia PWM de :

            Fpwm = Fosc/(4 x 256 x1) = 20000 KHz / 1024 = 19.5 KHz

El siguiente video es una captura de pantalla del osciloscopio monitorizando PWM1 y PWM2. Se observa que el periodo del PWM (unos 51 usec, correspondientes a 19.5 KHz) no cambia y es común a ambos canales. El tiempo en ON de PWM1 (arriba) es justo el tiempo OFF del PWM2 (abajo) ya que los hemos programado para ser complementarios: dd y (DC_max-dd)

  
 
Los saltos que se observan en las transiciones del duty_cicle son debidas a la frecuencia (baja) con la que se refrescan en pantalla los datos del osciloscopio. En el osciloscopio se ve una variación gradual, como corresponde a un incremente de 1 en 1 en el ciclo de trabajo.

Vamos a cambiar la frecuencia haciendo OpenPWM1(199);OpenPWM2(199); lo que corresponde a (PR2+1)=200 y a una frecuencia de 20000/(4x200) = 25 KHz. En el siguiente video vemos la captura del osciloscopio:



La frecuencia son justo los 25 KHz esperados. Sin embargo, se aprecia que algo va mal. Ahora ambos canales no son complementarios. El canal PWM1 llega al 100% y permanece allí, no empezando a bajar hasta después de un rato. El comportamiento de PWM1 y PWM2 no parece ser el que hemos programado.  La evolución del ciclo de trabajo antes describía la función de la izquierda (como correspondía a nuestro programa), y ahora parece describir la de la derecha.


La razón es que al haber bajado PR2 hemos subido la frecuencia (correcto) pero sin darnos cuenta también hemos alterado el rango de valores posible para DC. El valor máximo para el que alcanzamos e 100% es de 4x(200) = 800. Al llegar dd a 800, la señal PWM alcanza un 100% y se mantiene mientras dd sigue subiendo hasta 1023 y vuelve a bajar. Sólo cuando volvemos a entrar en el rango [0 800] volvemos a notar variación.

En resumen, recordar que si PR2 no es 255 el valor máximo de DC no será 1024 sino DC_max = 4 x (PR2+1).


Nuestras propias rutinas

Ahora que entendemos como funciona el módulo PWM y conocemos los registros involucrados, vamos a escribir nuestras propias rutinas de manejo del PWM. En primer lugar las rutinas para ajustar el duty cicle:

void set_pwm1(uint16 duty)
    {
     CCP1CONbits.DC1B0=(duty& 0x01); duty>>=1;  //Least Significant bit
     CCP1CONbits.DC1B1=(duty& 0x01); duty>>=1;  // 2nd Least Significant bit
     CCPR1L=(duty);  // 8 Most Significant bits
    }
   
void set_pwm2(uint16 duty)
    {
     CCP2CONbits.DC2B0=(duty& 0x01); duty>>=1;
     CCP2CONbits.DC2B1=(duty& 0x01); duty>>=1;
     CCPR2L=(duty);
    }

Vemos que sólo es cuestión de poner los 2 bits menos significativos del argumento en los bits DC1b0 y DC1b1 de CCP1CON y los 8 más significativos en CCPR1L. Lo mismo para los registros CCP2CON y CCPR2L para PWM2.
Obviamente, estas rutinas no aportan nada sobre las suministradas por C18, sólo nos permiten confirmar que lo que se está haciendo no es nada complicado. 

Veamos una rutina con algo de "valor añadido". Era un poco incomodo tener que acordarnos de configurar y arrancar TMR2 por separado. Vamos a escribir una rutina que combine la configuración del módulo y el arranque del timer TMR2. Además, en vez de aportar como argumentos los valores de PR2 y del prescaler de TMR2 vamos a especificar la frecuencia Fpwm deseada (en KHz) y dejar que la rutina calcule y configure los registros adecuados. Como siempre está rutina puede ser combinada con las del C18. Podemos usar esta rutina para inicializar el módulo y luego usar las rutinas de C18 para fijar el ciclo de trabajo. El código es el siguiente:

 uint16 setup_PWM(uint16 Fosc, uint8 Fpwm, uint8 ch)
 //Fosc -> F oscillator in KHz,   Fpwm -> desired Fpwm in KHz
 // ch  -> configure channel 1 (1), 2 (2) or both (3)
 // Returns max posible value of duty cicle
    {
     uint16 x, DC_max;
     uint8 pre;
     uint8 log2,pr2;
    
     x = Fosc>>1; x=(x/Fpwm)+1; x>>=1;  // Computes round((Fosc/4)/Fpwm)
   
     if (x>16384) {pre=16; pr2=255;}    // Requested Fpwm too low -> set Fpwm = Fosc/16384
     else
      {
       pre=0;
       while(x>256) {x>>=2; pre++;}  // Find pr2 and pre so that (pr2+1)*pre=(Fosc/4)/Fpwm
       pr2=(x-1);                    // pre 0,1,2 -> 1:1, 1:4, 1:16
      }
     
     if (ch&1) { TRISCbits.TRISC2=0; CCPR1L=0; CCP1CON = 0b00001100; } // SET channel 1
     if (ch&2) { TRISCbits.TRISC1=0; CCPR2L=0; CCP2CON = 0b00001100; } // Set channel 2 
   
     PR2=pr2;
     T2CON = 0b00000100 | pre;  // start TMR2 with prescaler pre and postscaler 1:1
      // T2CON = 0b0 1111 1 00 ;
        //         |    | |  |
        //         |    | |  |_ Prescale: 00 (1)  01 (4)  1X(16)
        //         |    | |____ TIMER2 on/off (1=on, 0=off)
        //         |    |______ PostScaler: 1:(bbbb+1) 0000: 1:1  1111: 1:16
        //         |___________ Not used
   
     DC_max = pr2; DX_max++; DC_max<<=2;  // 4 x (PR2+1)  // MAX value for Duty cicle
     return DC_max;    
    }

La rutina recibe la frecuencia del oscilador y la frecuencia PWM deseada (ambas en KHz, uint16 para Fosc y uint8 para Fpwm) y el canal PWM que deseamos inicializar (1 para PWM1, 2 para PWM2 o 3 para ambos). Todo esto pensando en PICs con dos módulos PWM, aunque sería fácilmente modificable para otros casos.  El tener una sola función para inicializar todos los canales tiene sentido porque los parámetros calculados (PR2, pre-scaler) son comunes entre canales.

La función calcula el valor de PR2 y PRE que consiguen la frecuencia pedida y los usa para el registro PR2 y para configurar el divisor previo del TMR2. También arranca el timer por lo que no es necesaria una llamada adicional.
Si la frecuencia requerida es demasiado baja se fija la frecuencia permitida más baja posible. Como es posible que en PR2 resulte un valor < 255, la función devuelve el valor de DC que corresponde a un 100% del ciclo ON.

Usando las nuevas rutinas podríamos reescribir el programa anterior como:

void main()
{
 uint16 DC_max,dd=0;
 int8 inc=1;
 
 DC_max=1023;  // Nominal Value for DC max

 DC_max=setup_PWM(20000,10,3); // Set both channels @ Fpwm=10 KHz for a 20 MHz oscillator

 while(1)
 {
  set_pwm1(dd); set_pwm2(DC_max-dd);
  dd+=inc;                            // Increase duty cicle
  if ((dd==DC_max) || (dd==0)) inc=-inc;// Reverse direction.
  Delay10KTCYx(5);
 } 
}

Vemos como para DC_max no usamos el valor nominal 1023 sino el que nos devuelve la función setup_PWM.

La aplicación más sencilla que podemos ver del uso de PWM es modular la luminosidad de un LED. Al contrario que con una lámpara incandescente no podemos atenuar un LED bajando su voltaje ya que al ser esencialmente un diodo, pasará de no conducir (OFF) a conducir (ON) con una muy pequeña variación de voltaje. Lo que podemos hacer con PWM es encenderlo y apagarlo muy rápidamente (a la frecuencia del PWM). El tiempo ON del ciclo (duty) determinará la luminosidad aparente del LED (en este caso el elemento integrador o paso bajo es nuestro ojo, que es incapaz de apreciar como el LED se enciende y se apaga).

En el ejemplo siguiente usamos la salida de PWM1 y PWM2 para modular el color e intensidad de un Led bicolor RG. Usaremos RC1 y RC2 conectados al positivo de los leds R y G y pondremos el negativo común a tierra:


El diferente valor de las resistencias usadas (800K, 100K) es para compensar la mayor eficiencia del LED rojo e intentar que la luminosidad de ambos LED estén equilibradas.

El código (pwm2.c) es muy similar al anterior, pero ahora los valores del ciclo de trabajo los sacamos de un par de tablas (básicamente una oscilación sinusoidal dando más preferencia a los niveles cerca del 0). El tamaño de ambas tablas corresponde a dos números primos y se ha elegido así para que se de una mayor combinación de colores, antes de que empiecen a repetirse las combinaciones. También se han definido un par de macros que incrementan los respectivos punteros p1 y p2 a las tablas, haciéndolos voltear al llegar al final.

Como ambas tablas son de sólo lectura una posibilidad sería colocarlas en la memoria de programa (usando el calificador const rom) para no gastar memoria de datos.   

#define N1 61
#define N2 59
uint16 duty1[N1]={ 
   121, 153, 192, 239, 294, 357, 428, 507, 590, 676, 761, 840, 909, 964,1001,1018,
  1012, 985, 939, 876, 801, 719, 633, 548, 467, 392, 324, 265, 215, 172, 137, 108,
    84,  65,  50,  38,  29,  22,  16,  11,   8,   5,   3,   2,   1,   0,   0,   0,
     1,   2,   4,   6,   9,  13,  18,  25,  33,  44,  57,  74,  95};

uint16 duty2[N2]={
   121, 155, 195, 244, 302, 369, 444, 526, 613, 702, 789, 867, 934, 983,1012,1018,
  1000, 961, 902, 829, 746, 658, 569, 484, 405, 334, 272, 219, 174, 137, 107,  83,
    64,  49,  37,  27,  20,  14,  10,   7,   4,   2,   1,   0,   0,   0,   1,   2, 
     3,   5,   8,  12,  17,  24,  32,  42,  56,  73,  95};

uint8 p1=0;
uint8 p2=0;

#define inc_p1 {p1++; if(p1==N1) p1=0; }
#define inc_p2 {p2++; if(p2==N2) p2=0; }

void main()
 {
  setup_PWM(20000,5,3);

  while(1)
   {
    set_pwm1(duty1[p1]); inc_p1;
    set_pwm2(duty2[p2]); inc_p2;
  
    Delay10KTCYx(5);
   }
 }


En la siguiente película podemos ver el resultado. A la derecha, los LEDs de la placa EasyPic6 correspondientes a RC1 y RC2 se van encendiendo y apagando. A la izquierda el LED Red-Green conectado a ambas salidas va cambiando de color. 

El problema del video es que los sensores de las cámaras digitales son muy sensibles al rojo (de hecho más al infrarrojo), saturandose el canal rojo y no apreciandose correctamente los detalles de las transiciones de color.















54 comentarios:

  1. Bastante completo, me surge una duda, las señales pwm las pones para que tengan las mismas caracteristicas, como se podria hacer para que las dos señales esten desfasadas un angulo?

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    1. Supongo que te refieres a que las dos señales PWM tengan un desfase entre ellas. Usando el módulo PWM del PIC creo que no es posible, ambas señales van guiadas por el mismo timer y se ponen en alto en el mismo instante (aunque dependiendo del duty cycle programado para cada una de bajan en instantes distintos).

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    2. Gracias por responder tan rapido. Si, es mi problema, habia pensado en usar interrupciones para intentar controlarlo, pero no le encuentro solucion correcta. Mirare a ver si se puede hacer de otras maneras.

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    3. Si tambien tengo ese problema necesito generar 2 señales PWM desfasada 180 y adicionarle un tiempo muerto...

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    4. Si tambien tengo ese problema necesito generar 2 señales PWM desfasada 180 y adicionarle un tiempo muerto...

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    5. ¿Cuando dices desfasadas 180º te refieres a que una está desplazada medio ciclo respecto a la otra (caso a) o a que la segunda es la complementaria de la primera (caso b)?

      Si es el caso b) es muy sencillo con un PIC con EPWM (enhanced PWM). Solo programas el PWM normalmente y la señal complementaria sale por otro pin
      (RD5 o asi, consulta el datasheet). Además puedes programar tiempos muertos.

      Si es el caso a) no creo que sea posible usando PWM, aunque podrías hacerlo
      a través de una interrupción con un timer. También supongo que con un poco de electrónica detrás de la salida PWM podrías crear una señal retrasada.

      Antonio

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    6. Muchas graacias antonio por tu respuesta tan pronta. Las señales las necesito complementaria, Ando trabajando con el 18F4550 y trae ese modulo ECCP, la aplicacion que esto haciendo es controlar un puente H, al cual le pueda variar la frecuencia pwm y el ciclo de trabajo. Obligatoriamente estas señales no pueden tener un ciclo de trabajo superior al 50%..
      He hecho unas simulaciones [URL=http://imageshack.us/photo/my-images/842/pxj.png/][IMG]http://imageshack.us/a/img842/4375/pxj.th.png[/IMG][/URL] esa es la imagen..

      Y realizando el programa.. me sale esto..[URL=http://imageshack.us/photo/my-images/51/kf4m.jpg/][IMG]http://imageshack.us/a/img51/4980/kf4m.th.jpg[/IMG][/URL]

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    8. Pero las señales que veo en tu captura de osciloscopio parecen bastante correctas. Tienes ambas señales complementarias con un "deadband" entre ellas.

      Es cierto que, a ojo, tu ciclo de trabajo es del orden de un 78%, pero si ese es el problema, podrías modificarlo limitando el valor de los registros correspondientes.

      Las formulas relevantes son (pag 155 del manual del 2550-4550):

      Period_pwm = 4 x Tosc x (PR2+1) x TMR2_pre

      T_Duty_on = Tosc x (valor duty) x TMRpre max(valor_duty) = 4*(PR2+1) = 100%

      Delay (tiempo muerto) = 4 x Tosc x ECCP1DEL (7 bits)


      Imagina que tienes un cristal de 8Mhz (Tosc = 1/8 usec) y programas el PWM con un TMR2_pre=1 y PR2=255.

      Tendrías un periodo de 4 x 1/8 x 256 x 1 = 128 usec = 7.8KHz de frecuencia PWM.

      Si ahora programas un delay de 32 usec (con ECCP1DEL=64) y varías duty entre 0 y 768 tendrás dos señales complementarias (fuera del tiempo muerto) y ninguna de las dos ocupara más de un 50%.

      No se si he entendido lo que querías.

      Antonio.

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    9. Buena respuesta... tengo una duda, tengo el pic 18f4550 este posee solo 2 salidas pwm, Como se pueden generar mas salidas ya sea por software o hatware?, pues necesito controlar 6 servos

      Agradecería tu respuesta

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    10. Podrías hacerlo con software usando timers y las interrupciones asociadas. De hecho solo necesitarías gastar un timer para controlar hasta 8 servos (asumiendo una frecuencia de 50 Hz y un máximo pulso de control de 2.5 usec que es lo standard en muchos servos). Obviamente precisarías 1 pin libre para controlar cada servo.

      Estaba pensando escribir una entrada sobre el tema explicando los detalles. Con tu pregunta, la subiré de prioridad en mi cola de cosas para hacer.

      Antonio.

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  2. Es decir, si deseo hacer un PWM de 100KHz tendría que poner el PR2 a 50 con lo cual 4x50=200 si todo el periodo son 1024 entonces ¿sólo tendría un duty "útil" o "con tensión positiva en la salida" un 19,5% del periodo total?

    Gracias por tu artículo, me ha parecido muy interesante :)

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    1. Asumiendo que tienes un cristal de 20 MHz y que programas un PRESCALER=1 entonces efectivamente obtendrás un PWM de 100 KHz si usas PR2=49 (PR2+1=50).

      Lo que no es cierto es que solo puedas conseguir un duty máximo del 19% (200/1024).
      Puedes alcanzar un duty del 100% si pones 200 en el resistro del duty cycle. No has perdido rango del duty, ya que puedes ir desde 0% (duty=0) hasta 100% (duty=200).

      Lo que has perdido es resolución al especificar el duty. Todo el rango posible (de 0 a 100%) lo cubres en 200 pasos, en vez de en los 1024 pasitos posibles si hubieras optado por una frecuencia PWM más baja.

      Espero haberte aclarado algo,

      Antonio.

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    2. Todo claro, muchas gracias :)

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  3. Hola, tengo una duda, una tontería más bien pero no me termina de quedar claro. En modo PWM, el periodo de la señal generada, ¿está limitado por el tamaño del Timer 2 o no?. Sé que el periodo depende del timer, pero no tengo claro exactamente de qué característica del timer depende.

    Otra pregunta que tengo, por si alguien la sabe es si, El módulo CCP en modo PWM sólo produce interrupción en modo captura con un sensor de ultrasonidos o no tiene nada que ver.

    Muchas gracias.. Un saludo..

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    1. No entiendo muy bien a que te refieres con el tamaño del Timer 2. El Timer 2 siempre es de 8 bits.

      El periodo del PWM es: 4 * Tosc * (PR2+1) * TMR2_PREESCALER

      y por lo tanto depende del valor del registro PR2 (asociado al Timer 2) y del valor de pre-escalado (1,4 o 16) del Timer 2.

      Respecto a tu segunda pregunta, si el módulo CCP está en modo PWM no producirá interrupciones asociadas al modo CAPTURE, aunque es posible programar uno de los módulos CCP en modo PWM y el otro en modo CAPTURE.

      Respecto a lo del sensor de ultrasonidos, una interrupción de captura saltará cuando la línea correspondiente suba o baje. Lo que sea que cause ese cambio es indiferente.

      Hay una entrada más reciente sobre el modo CAPTURE del módulo CCP que puede aclararte algunas conceptos:

      http://picfernalia.blogspot.com.es/2013/07/modo-de-captura-en-el-modulo-ccp.html

      Espero haberte aclarado algo, Antonio

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    2. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

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    3. Sí, muchas gracias. A lo que me refería con el módulo CCP era si sólo produce interrupciones en modo captura, pero he leído que es en modo comparación dónde si las produce, no?

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    4. El modulo CCP (Capture/Compare/PWM) puede producir interrupciones en sus tres modos:

      * En modo Capture la interrupción CCPxIF saltara cuando la linea suba, baje, o cada 4 o 16 subidas (se puede programar).

      * En modo Compare CCPxIF se levanta cuando el valor del Timer asociado (TMR1/TMR3) coincide con el valor del registro CCPRx.

      * El modo PWM no provoca interrupciones CCP, pero como por debajo usar el timer TMR2, disparará la interrupción asociada al Timer TMR2.

      POr supuesto en todos los casos para que la interrupción salte los correspondiente bits IE (interrupt enable) deben estar a 1, tanto de tipo general como específicos.

      Un saludo, Antonio.



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  4. Hola, buenas noches soy estudiante de Biomedica en la universidad, me piden que genere un programa en C utilizando el PIC18F45K22, y un LCD para representar los datos manejando los 2 modulos PWM del pic, mi pregunta es , tengo que ingresar todas las declaraciones y definiciones que manejas para poder ejecutarlo, claro aparte de la interfaz LCD al microcontrolador, ya que el maestro nos solicita generar 2 frecuencias, una de 38.53KHz y otra de 63.75Khz con cada modulo PWM respectivamente.
    Gracias por su respuesta!!!!

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    1. Si vas a usar las funciones del C18 para los TIMERS y el PWM si que deberías usar los correspondientes #includes.

      Respecto a mi fichero ints_C18.h donde defino la posición de los diferentes bits de interrupciones, flags, etc no sería necesario. De hecho si quieres usar algo similar por conveniencia tendrías seguramente que modificarlo, ya que es casi seguro que algunos de los bits asociados a los timers y al PWM estén en registros/posiciones diferentes.

      De hecho, lo de generar 2 frecuencias distintas en ambos canales es algo que no es posible en los PIC (18F4520) que yo estoy usando. En estos PICs ambos módulos PWM usan el mismo timer TMR2, por lo que la frecuencia PWM es común en ambos módulos.

      Sin embargo, en los que tu mencionas 18F45K22 he visto que es posible asociar cada módulo a un timer distinto, por lo que podrás obtener las 2 frecuencias distintas que te han pedido.

      Las fórmulas que doy para calcular la frecuencia PWM siguen siendo válidas, pero ahora, en vez de usar exclusivamente el registro PR2 (asociado al TMR2) puedes usar un distinto PRx
      para el otro módulo, asociándolo a un segundo timer TRMx.

      UN saludo,

      Antonio.

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  5. Hola buenas noches,, espero me puedas ayudar, estoy realizando un proyecto con el PIC16F887 en el que debo controlar con el PWM un foco convencional, solo que este prende y apaga en lugar de ir subiendo la intensidad, para ello tengo un led a la salida del PWM del micro para monitorear y este si lo hace como debe de ser, solo que con el foco conectado prende y apaga solamente.

    Como el foco lleva corriente alterna, hice un circuto analogico de un optocoplador (MOC3011) con un triac (MAC15A6G).

    Gracias!!

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    1. Si en el LED de control ves la subida y bajada gradual de intensidad es que la parte del programa del PIC es correcta. Lo que estariá fallando en tu caso seria el circuito interfaz con el foco.
      Dados mis casi nulos conocimientos de electrónica, dar consejos sobre circuitos sería temerario. Si es un circuito de electrónica de potencia como es tu caso, entraría en el terreno de la negligencia criminal.
      De todas formas si busco en google con PWM, dimmer, TRIAC me salen numerosos ejemplos, aunque no se si en tu caso es obligado hacerlo con los componentes que indicas.
      De hecho en varios ejemplos que he visto no usan PWM. Simplemente detectan los pasos por cero del voltaje de la red y en ese momento activan el TRIAC con un pin de control, manteniendolo alto durante el porcentaje adecuado del medio ciclo de la red.
      Si la red va a 50 Hz un ciclo son 20 ms y medio ciclo 10 ms. El tiempo e activación del triac estaría entre 0 ms (0%) y 10 ms (100%).

      Espero que esto te sirva de algo, Antonio

      Antonio

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    2. Gracias por tu respuesta Antonio, me sirvió de mucho, de hecho voy a empezar a detectar los cruces por cero de la señal alterna y saber el periodo de la señal, para así saber donde activar el TRIAC. Si logro terminar este proyecto te comparto la solución.

      Muchas gracias y saludos.

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  6. buenas noches soy nuevo en esto de los microcontroladores, tengo un proyecto es un inversor monofasico medio puente y debo controlar la conmutación de los 2 transistores he leido que puedo generar mi señal PWM y que hay una función en el pic que me genera la señal complementaria, y tambien he leido que se le puede asignar ya los tiempos muertos y ya con esas señales pienso enviarlas a un driver IR2111 que me haran el cambio de referencia a tierra e invertiran la polarizacion de la señal complementaria logrando asi el desfase a 180ª que se necesita para que no conmuten al mismo tiempo los transistores y con el tiempo muerto asignado para que no se corto circuiten, te agradecería mucho me pudieras orientar un poco cualquier informacion de verdad seria de gran ayuda ya que no encuentro ni ejemplos de como implementar estas señales, muy poca información de lo que he investigado justo lo que necesito es aplicar este modo HALF-BRIDGE OUTPUT MODE ojala me puedas orientar gracias

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    1. La mejor documentación sobre lo que quieres hacer la encontraras en el datasheet del PIC que vayas a usar (en la sección correspondiente a EPWM (Enhanced PWM).
      Por ejemplo, en el caso de la familia PIC4520 está en las páginas 147 a 152 del manual.
      Básicamente debes (asumiendo que usar el módulo PWM1

      * Selecciona el módulo PWM: poner los 4 bits menos significativos de CCP1CON a 11xx
      * Configurar el módulo PWM en modo HalfBridge (poniendo los 2 bits más significativos de CCP1CON a 10)
      * Configurar periodo y duty del PWM (esto es igual que lo explicado en esta entrada).
      * Configurar tiempos muertos usando los 7 bits menos significativos de PWM1CON: delay = 4*Tosc*PWM1CON

      Los pines de salida para las señales complementarias serán RC2 y RD5. Ambos tienen que ser declarados de salida con los correspondientes registros TRISC y TRISD.

      Un saludo, Antonio

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  7. Buenas tardes, Antonio:
    Felicidades en primer lugar por tu trabajo.
    Mi pregunta está relacionada con el control PWM de un motor de continua mediante un hardware half-bridge. La idea es utilizar un pic y configurar dos salidas PxA y PxB en modo half-bridge y con una banda de retraso (dead-band delay mode) para evitar cortos.
    Pero tengo una duda sobre el control del puente. Entiendo que cuando PxA está a nivel alto y PxB a nivel bajo el motor gira en un sentido y con PxA a nivel bajo y PxB a nivel alto se invierte el sentido. Sin embargo no entiendo el comportamiento cuando estas conmutaciones son a alta frecuencia, supongo que será porque depende de la amplitud de la señal PWM, si PxA está más tiempo a nivel alto que a nivel bajo gira en un sentido y si está más tiempo a nivel bajo girará en el contrario pero no entiendo muy bien como se adapta el motor a esos cambios tan rápido en la polarización. Entiendo los cambios en amplitud que el motor ve como un promedio pero no los cambios en la polarización.
    Te agradecería que me confirmases mi sospecha o me indiques como funciona realmente esta configuración.

    Saludos.
    José Ángel.

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    1. Buena pregunta. Yo también entiendo mejor el concepto de modular la velocidad con PWM usando el montaje que llamo A) en el post. Encendemos el motor durante un rato (% del ciclo) y lo apagamos durante el resto, dejando que siga girando por inercia. Si la frecuencia del PWM es lenta veremos que la velocidad baja, pero a las frecuencias que estamos usando (del orden de 10KHz) ese efecto será inapreciable.
      En cambio la idea de "decirle" al motor que gire en un sentido y luego en otro para que se mantenga quieto (opción B con duty del 50%) es poco intuitiva. Al igual que antes, si lo hacemos a frecuencias bajas veríamos al motor girar en ambos sentidos, pero a medida que aumentamos la frecuencia el movimiento pasa a ser una vibración para finalmente desaparecer cuando el motor es incapaz de seguirlo. En ese caso (motor parado) la situación es como alimentar un circuito LR (Inductancia y Resistencia del motor) con corriente alterna de alta frecuencia.
      La forma en que yo lo visualizo es que si en esas circunstancias subo p.e. el duty a 80% (esto es, durante un 80% aplico V al motor y durante 20% aplico -V) durante un 40% del ciclo tengo una corriente alterna equilibrada (20% + y 20% -) que no produce ningún efecto. El resto del ciclo (60%) estoy aplicando una corriente DC positiva, que provoca el giro en el sentido correspondiente.

      No se si esto tiene mucho sentido o te aclara algo. Estoy de acuerdo contigo en que lo de invertir polaridades es mucho menos intuitivo. De hecho, la primera vez que vi este enfoque (en una app note de microchip) como no lo veía claro acudí a las ecuaciones diferenciales de un motor DC:

      L dI/dt = V - R I - K w
      J dw/dt = K I - b w

      donde I es intensidad, V voltaje aplicado, R Y L resistencia e inductancia del motor, J = momento de inercia, K = cte motor (V/rads) y b un coeficiente de fricción. w es la velocidad angular del motor.

      Con este modelo puedes resolver las ecs. diferenciales para diferentes voltajes y comprobar por ejemplo que la velocidad alcanzada por el motor al 60% en modo unipolar(opción A) es la misma que si invertimos la polaridad (OPcion B) y usamos un duty del 80%. También puedes comprobar como las oscilaciones dentro de un ciclo van desapareciendo al aumentar la frecuencia del voltaje aplicado.

      Un saludo, Antonio

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  8. hola tengo un problema con el PWM q genero con el PIC16f886 ya tengo configurado todo en la simulación va el problema es q ya en la placa mido la frec con el osciloscopio y me da otros valores menores a los q yo he calculado...¿Cuál puede ser el problema?.. estoy usando un oscilador XT de 20 Mhz

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    1. ¿ Qué valores usas para el registro PR2 y el PRESCALER del Timer2 ?

      La frecuencia del PWM debería ser: F_pwm = F_osc / [PRE x 4 x (PR2+1)]

      Antonio

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  9. hola muy bueno tu post y tu trabajo, todo sobre el pic y la teoria de funcionamiento del pwm lo tengo bastante claro, lo que no entiendo muy bien es tu programa en c, bueno debe ser que no soy un experto programando en c, antes programaba en assembler, veo en tus codigos las pababras 'uint8', y 'uint16', segun he visto se usa para la declaracion de variables de tipo byte 8 y 16 respectivamente, pero las operaciones no las tengo claras, sobre todo esta:
    x = Fosc>>1; x=(x/Fpwm)+1; x>>=1;
    no entiendo que se esta haciendo, los operadores no los entiendo, estas desplazando a la derecha en ultimo caso?? porfavor si me aclaras estas dudas estare muy agradecido, saludos!

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    1. Respecto a uint8 y uint16 son efectivamente definiciones para enteros sin signo de 8 (byte) y 16 bits.

      El operador >> es un shift hacia la derecha de 1 posición (equivalente a una división entera por 2).

      x>>=1 es una abreviatura de x = (x >>1)

      Como comento en el código esos tres comandos calculan y guardan en x el valor (redondeado) del cociente

      (Fosc/4) / F_pwm

      Un saludo, Antonio

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    2. Hola, gracias por tu respuesta!, ahora tengo mas claro el codigo, seguire investigando e intentando aprender, gracias nuevamente

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  10. Hola yo quiero saber si me puedes ayudar es que quiero controlar led RGB y pues necesitaría tres salidas del pic además poder variarla señal yyasi darle varios colores agradezco tu ayuda

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  11. Podrías optar por un PIC con más de 2 PWM por hardware, como por ejemplo el PIC18F45K22
    o en su defecto implementar un PWM extra en software usando un timer.

    En este enlace:
    http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en524189
    dan algunas ideas sobre el tema.

    Antonio

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  12. hola, estoy realizando un programa donde envio datos al picc por puerto serial y debe salir una tension proporcional al dato que le envio y es recibido en el pic dicha tension debe salir por el PMW, alli esta el problema al parecer hay un conflicto entre la int_rda y el timer 2 que uso para el PMW. que puedo hacer al respecto??

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  13. Hola era para ver si se puede utilizar el pwm para que pueda dar la posicion del motor en grados y mostrarla en un lcd que me recomiendas indagar es para una grúa que muestre la posiciones que esta en grados

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  14. Hola, gracias por mostrarnos tu trabajo. Quiero hacer el control de velocidad un motor DC con PWM tengo la EasyPic7, Me pueden recomendar algún control de potencia para el motor porque pienso que la corriente de la tarjeta es demasiado baja y podría tener algún problema. gracias por la atención.

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  17. Hola que tal oyes para leer ese PWM en otro PIC como se le puede hacer??

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  18. ESTE ES EL MEJOR TUTORIAL DE PIC PWM QUE HE ENCONTRADO EN LA RED INCLUIDOS EN INGLES.ME ACLARO COMPLETAMENTE TODAS MIS DUDAS DEL TEMA.MILLONES DE GRACIAS Y BENDICIONES.

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  19. Hola tengo q hacer un proyecto con un acelerometro MX2125 y PSoC para la medicion de aceleracion y alguna que otra variable , agradeceria de corazon si alguien pudiera ayudarme o recomendarme algo .De aparecer alguien que me ayude podria escribirme una respuesta rapida a dcaldes@uclv.edu.cu por favor necesito ayuda, espero respuesta.

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  20. Para hacer que el PWM sea variable ( me refiero para controlar la velocidad de un motor con un potenciómetro) debes activar el convertidor analógico digital?

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  21. como podria generar cuatro PWM con la misma frecuencia pero con dutyCicle variable cada uno

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  22. Hola. Me gustaría saber si es posible controlar la señal PWM mediante el ciclo de trabajo enviado desde un generador externo. Es decir, tengo un generador de pulsos y vario el duty de la señal, esta señal se la paso al pic. ¿Hay alguna manera de conseguir que el pic interprete la señal externa y tenga en cuenta este duty cicle externo?. He conseguido entrar la señal al pic pero ?Como le paso el una señal externa al modulo PWM del pic y que este entienda el ciclo de trabajo? Es necesario digitalizar esa señal de entrada? La señal de entrada es analógica.
    Muchas gracias por la información compartida. Seguiré indagando a ver que encuentro.
    Un saludo ;) !

    P.D: Se me acaba de ocurrir: Si el PIC tiene conversor A/D entonces:
    1 - Entro la señal analógica al PIC.
    2 - Digitalizo esa señal con el PIC.
    3 - Paso los valores binarios a:
    "CCPR1L : 8 bits más significativos del ciclo de trabajo."
    "CCP1CON.DC1B0 y DC1B1 (bits 5 y 6 de CCP1CON): Guardan los 2 bits menos significativos."
    4 - Llegados aquí, trabajo como indica el tutorial.

    Un saludo, gracias.

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  23. Muy interesante los comentarios sobre el uso de PWM. Comparto lo que estoy intentando implementar:
    Necesito leer un valor de PWM generado por un computador y aplicar ese valor en porcentaje para encender un Triac, de forma que me controle la velocidad de un taladro de la misma forma que lo hacen los dimmer con que vienen equipados los taladros. Para el uso que pienso darle, con que el PIC sea capaz de medir con una precisión del 1% me alcanza y en el programa que estoy usando puedo definir la frecuencia básica del PWM.
    Estoy pensando en usar un PIC16F628A con el oscilador interno, haciendo uso de interrupciones para que el TMR2 sea capaz de darme un valor directamente en porcentaje.
    A la vez debo sincronizarlo con el cruce por cero de la señal de corriente alterna, para que se encienda el Triac de forma que el tiempo de encendido corresponda al porcentaje de la señal alta del PWM.
    Si bien lo tengo casi terminado, me gustaria considerar alguna alternativa.
    ¿Alguien ha intentado algo por el estilo? y que esté dispuesto a hacer alguna sugerencia.

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  24. consulta como muestro el duty de una señal cuadrada entrante en un pic
    #include <16f883.h>
    #device ADC=10
    #use delay (internal = 8MHz)
    #define use_portb_lcd true
    #fuses NOFCMEN, NOIESO,INTRC_IO,NOWDT,NOLVP,MCLR,NOPROTECT,
    #include

    int16 tiempo,tiempo2, tic,f;
    int duty;
    float T,Periodo;
    #int_CCP1
    void CCP1_isr(void)
    {
    tiempo=ccp_1;
    tic=tiempo-tiempo2;
    tiempo2=tiempo;

    }

    void main()
    {
    setup_timer_1(T1_INTERNAL|T1_DIV_BY_8);
    setup_ccp1(CCP_CAPTURE_RE);
    enable_interrupts(INT_CCP1);
    enable_interrupts(GLOBAL);

    lcd_init();

    while (true){


    T=4.0*8.0/8000000.0;

    Periodo=T*tic;

    F=1/Periodo;


    lcd_gotoxy(1,2);
    printf(lcd_putc,"d=%02lu",tic);


    lcd_gotoxy(9,2);
    printf(lcd_putc,"F=%03lu",F);

    }
    ese código me funciona bien solo que cuando tengo los pulsos y corta no queda en cero y no se como medir el ancho de pulso losduty cycles y mostrarlos en el lcd algún ejemplo

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  25. hola como puedo hacer una variacion del CT del PWM en un led (0-255) en intervalo de tiempo ??

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  26. hola como puedo hacer una variacion del CT del PWM en un led (0-255) en intervalo de tiempo ??

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  27. Quien me puede colaborar con un ejercicio de pwm se lo agradecería mucho

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  28. Hola amigo,estaba leyendo tu post, y me gustaria saber si con un pic18fxxx puedo lograr un pwm que vaya desde unos 500khz a unos 3Mhz. muchas gracias.

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  29. Hola disculpa tengo problemas con estas librerías
    #include "../int_defs_C18.h" // Comentarios sobre habilitar interrupciones, banderas, etc.
    #include "../tipos.h"
    donde las instalo o donde vienen es que cuando quiero compilar me manda un error en esas lineas no se porque me podrías ayudar?

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  30. tengo una duda como puedes mandar llamar el pwm solo una vez

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