Este documento apresenta: 1. Uma introdução sobre PWM (Pulse Width Modulation) e sua aplicação para conversão digital-analógica usando filtros; 2. Detalhes sobre como implementar PWM no PIC18F usando os módulos CCP e Timer2, incluindo cálculos para configurar a frequência e duty cycle; 3. Um exemplo passo-a-passo de como gerar um PWM de 20kHz com duty variável usando um potenciômetro e exibindo no LCD.

1. PWM– PIC 18F
Prof. Ilton L Barbacena
2012.2

2. PWM – Pulse Width Modulation
• É o recurso mais usado dos módulos CCPs;
• Pode-se obter uma tensão analógica a partir
de um sinal digital (DAC), naturalmente com
utilização de filtros na saída;
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3. PWM
A tensão média será:
Onde:
V(t) = Vpulsos para 0<= t <=tp
V(t) = 0 para tp < t <= T
• A tensão média é diretamente proporcional ao
duty cycle ou ciclo ativo.
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4. PWM
• Para se obter um conversor digital analógico a partir do
pino CCPx, basta implementar um sinal PWM e adicionar
em sua saída um filtro passa baixa com frequência de
corte menor que a própria frequência do PWM.
– Supor um filtro RC, onde fcorte = 1 / (2*pi*R*C);
– Neste caso, deve-se adotar sempre:
• Quando não é necessária obter uma tensão média
contínua, a implementação do filtro é descartada;
• No caso de resistores de aquecimento ou motores DC o
filtro é dispensável, uma vez que estes componentes já
atuam como filtros, desde que a frequência do PWM não
seja muito baixa.
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5. PWM - DAC
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6. PWM com filtro RC
1 – Escolhe p/ gerar pulsos 2- Tensão de pico (5V)
3 – duty = 10% 4 – freq. Do PWM
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7. PWM com filtro RC
Duty = 10% Duty = 70%
Veja alguns exemplos em:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00655a.pdf
http://aquaticus.info/pwm-sine-wave
http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042711-190851/unrestricted/PWM_Techniques_final.pdf
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8. PWM com filtro RC
Filtro RC com 2 polos Sinal de entrada pwm
de 19kHz e duty de 70%
Veja o resultado da simulação com um sinal PWM aplicado em
utilizando um filtro RC com 2 estágios, para geração de um sinal
senoidal.
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9. PWM com filtro LC
Sinal de entrada pwm
Filtro LC com 2 polos de 19kHz e duty de 80%
• Veja o resultado da simulação com um sinal PWM aplicado em utilizando um
filtro LC com 2 estágios, para geração de um sinal senoidal.
• Em não havendo necessidade de obter tensão média contínua, utiliza-se o
PWM sem filtros (aquecimento e acionamento de motores), desde que a
frequência do PWM não seja muito baixa.
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10. Diagrama simplificado
do PWM no PIC 18F
O registrador de duty cycle possui 10 bits: 8 em CCPxL e 2 em CCPxCON
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11. PWM no PIC 18F
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12. Timer2 no PIC 18F
Timer 2
Contador de 8 Bits
Calculadora timer2: http://pictimer.picbingo.com/
http://www.best-microcontroller-projects.com/pic-timer-2.html
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13. Timer2 no PIC 18F
• Timer2 é um contador de 8 bits;
• Usa somente o clock interno ou o cristal;
• Possui um prescaler (1, 4, 16 e 16) e um postscaler
(1,2,3,..,15, 16), ambos configuráveis;
• A saída do Timer2 pode ser associada ao modo MSSP
(Master Synchronous Serial Port Module) e PWM;
• TMR2 é um registrador contador de leitura e gravação de 8
bits;
• PR2 é um registrador de leitura e gravação de 8 bits e sempre
inicializado a 0xFFh no Reset.
• O registrador contador TMR2 do Timer2 incrementa de 0 até
o valor gravado em PR2 (8 bits);
• Quando PR2=0xFF ou 255, ocorre a contagem máxima;
• Observar que o postscaler de timer 2 não afeta o PWM;
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14. Timer2 no PIC 18F
• Fout - A frequência de saída após a divisão /overflow / .
• Tout - O tempo de ciclo após a divisão.
• Fclk é a frequência do cristal. Não se deve usar oscilador externo.
• Contagem - Um valor numérico para ser colocado para obter a
frequência desejada - fout.
• (PR2 - TMR2) - O número de vezes que o contador irá contar.
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15. Exemplo de Timer2 no PIC 18F
Exemplo: Cálculo de uma interrupção a cada 1s com TIMER2 (1Hz)
Assumiremos os seguintes parâmetros:
Cristal=8MHz, Prescaler 1:1, Postscaler 1:16, TMR2=0 e PR2=255
Count = clock / (4*prescaler*(PR2-TMR2) * Postscaler * Fout)
Count = 8M / (4*1*(255-0)*16*1)
Count = 488
Para se obter uma interrupção a cada 1s dever utilizar uma variável
global Count, iniciando com zero, e o tempo de 1s vai ocorrer quando
o valor atingir 488.
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16. Exemplo de Timer2 no PIC 18F
http://pictimer.picbingo.com/ 488 x 2048000nS = 1s 16 /99

17. PWM no PIC 18F
• Nesta família existem 2 canais PWM (CCP1 e CCP2) / 2 pinos de saída;
• Resolução máxima de 10 bits, logo o duty cycle pode variar de 0 a 1023;
• O ciclo ativo do sinal é definido pelo valor armazenado em CCPRxL (8 bits) e
CCPxCON (bit DCxB1 e bit DCxB2);
• O período do PWM é controlado diretamente pelo Timer 2, através do
registrador PR2;
• O contador do timer2, TMR2, começa de zero e vai incrementando até quando
TMR2 = PR2, voltando para zero novamente. Neste momento quando o timer2 é
ressetado, o postscaler é incrementado. Quando o postscaler, contador de estouros,
atingir o valor programado, é gerado uma interrupção associado a timer2;
• O postscaler varia de 1 a 16;
• O período e a frequência PWM é dado por:
Tpwm = (PR2 + 1) * 4 * Tosc * (Prescaler do TMR2) (1)
PWMfreq = 1 / Tpwm
No PIC não se define duty cycle, mas o tempo de pulso em nível alto, que é
dado por:
(2)
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18. PWM no PIC 18F
• A largura do pulso é ajustada em 10 bits: 8 bits do registrador
CCPxL e 2 bits do registrador CCPxCON (os bits 5 e 4);
• O duty depende exclisivamente dos 10 bits (8 em CCPxL e 2 em
CCPxCON);
• Veja que PR2 (8 bits), que controla o Tpwm, é multiplicado por 4
para poder igualar-se aos 10 bits. Com isso, se PR2 for ajustado
para um valor menor que 255, será necessário um valor menor
que 10 bits, para atingir um PWM com 100% de duty;
• Observar que o postscaler de timer 2 não afeta o PWM;
• A resolução ou a quantidade máxima de bits para o PWM é dado
por:
Em bits (3)
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19. Exemplo de PWM no PIC 18F
• Supor um PWM de 20KHz, com um clock de 8MHz e prescaler do
timer 2 de 1:1;
De (1) (4)
(5)
Em (5), para fpwm = 10KHz , p=1 e clock=8MHz , teremos PR2 = 99 Hz
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20. PWM no PIC 18F
• A resolução do sinal PWM é inversamente proporcional à
frequência do sinal, ou seja, quanto maior a freq. PWM, menor
será sua resolução;
• Com isso, para obter um sinal PWM com frequência maior, é
necessário gravar o registrador PR2 com um valor menor.
• A resolução de 10 bits somente se consegue quando se grava em
PR2 com o valor 0xFF. Para obter-se frequências maiores, é
necessário diminuir este valor, diminuindo assim os o número de
passos no ciclo ativo;
Exemplos:
http://www.todopic.com.ar/foros/index.php?topic=30740.0;wap2
Atividade:
gerar um PWM de 3KHz (fpwm = 3KHz) com duty variável de 20% a 80%.
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21. Exemplo de PWM no PIC 18F
• Supor um PWM de 20KHz, com um clock de 8MHz, configurar os
registradores;
Calculadora de PWM para PIC:
http://www.micro-examples.com/public/microex-navig/doc/097-pwm-calculator.html
Neste caso, é somente transcrever para o programa no PIC;
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22. Resolução de PWM no PIC 18F
• A resolução do sinal PWM é inversamente proporcional à
frequência do sinal, ou seja, quanto maior a freq. PWM, menor
será sua resolução;
• Com isso, para obter um sinal PWM com frequência maior, é
necessário carregar o registrador PR2 com um valor menor.
• A resolução de 10 bits somente se consegue quando se carrega
PR2 com o valor 0xFF. Para obter-se frequências maiores, é
necessário diminuir este valor, diminuindo assim os o número de
passos no ciclo ativo;
Dados extraídos do manual do PIC18F4520 na pag. 147
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23. Atividade para PWM no PIC 18F
• Gerar um PWM de 20KHz, com um clock de 8MHz. Variar o duty
proporcionalmente ao valor de tensão analógica presente em
um potenciômetro conectado a uma entrada analógica;
• Mostra mudança no duty com as mudanças na posição do
potenciômetro no LCD;
• Implementar o programa no simulador Proteus;
• Detalhar todas as considerações feitas na elaboração do
programa;
• Entrega no dia 30/10 .
• Pode usar a calculadora, mas tem que explicar os resultados;
• Colocar identificações nos arquivos fontes e escrever no LCD o
seu nome e data, no inicio do programa;
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