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Facens Microcontroladores ARM Aula Geração de sinais analógicos por PWM no microcontrolador ARM Sistemas Digitais Prof Sidney José Montebeller Objetivos Apresentação do mecanismo básico de geração de sinais analógicos a partir de um sinal PWM do microcontrolador ARM Configuração do Timer 4 para geração de sinal PWM Configuração do Timer 2 para temporização Uso de exemplos para demonstrar o funcionamento do mecanismo de geração de sinais analógicos por PWM Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Lista de materiais 01 Computador com os softwares STM32CubeMX e Keil MK V5 01 Kit NUCLEOF746ZG 01 Cabo micro USB 01 Osciloscópio com 2 pontas de prova e cabo BNC 01 Resistor de 10 kΩ 01 Capacitor de 100 nF 01 Protoboard pequena 10 Fios para conexão Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Introdução Normalmente as saídas PWM são utilizadas para controle tipo onoff e não necessitam de filtros Em vários tipos de controle como no caso de motores os sinais PWM são aplicados diretamente nos elementos chaveadores fazendo com que a carga seja ligada ou desligada conforme o duty cycle Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Entretanto há casos onde sinais analógicos precisam ser gerados para algum tipo de controle sinais proporcionais de 010 V ou 4 20 mA etc ou precisam ser geradas formas de onda padronizadas senoide etc para testes de equipamentos Além do sinal PWM a geração de sinais analógicos exige a construção de filtros analógicos filtro de reconstrução com o objetivo de eliminar principalmente a frequência da portadora Geração de sinais analógicos por PWM no ARM A técnica de geração de sinais analógicos utiliza 2 blocos funcionais Saída PWM programada através de um timer O objetivo é ajustar o período de contagem que definirá a frequência da portadora A frequência da portadora deve ser maior do que a frequência de corte do filtro de saída O duty cycle será ajustado conforme a modulação e pode variar de 0 a 100 do período Temporizador para amostragem a construção de um sinal analógico é feita por meio da amostragem de um valor digital que é colocado a cada período tempo da amostra no registrador de comparação Assim é necessário programar um temporizador com intervalo conhecido responsável por variar o duty cycle conforme a modulação Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Exemplo Ligação de filtro passabaixa primeira ordem ou 1 polo na saída PWM do microcontrolador Geração de sinais analógicos por PWM no ARM No gráfico abaixo o sinal analógico azul é o sinal filtrado do sinal PWM vermelho Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Exemplo Sinal analógico senoide gerado por uma saída PWM com filtro a partir de 30 valores digitais gravados em uma tabela Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Em vermelho está o sinal analógico após o filtro de saída No gráfico mostrado é possível notar que os valores digitais são alterados a cada intervalo tempo da amostragem Ta O processo se repete a cada 30 ciclos Durante um intervalo de amostragem o duty cycle da portadora permanece constante Como a frequência da portadora é alta não é possível notar neste gráfico os pulsos do sinal PWM Geração de sinais analógicos por PWM no ARM A figura abaixo mostra o detalhe de 2 períodos de amostragem com a alteração de duty cycle de 50 para 75 Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Ta representa o intervalo de amostragem e Tp indica o período da portadora fp 1Tp Em vermelho está a tensão média na saída do filtro analógico Filtro ativo com amplificador operacional Nas figuras a seguir são apresentados filtros ativos utilizando amplificadores operacionais Todos os filtros têm frequência de corte de aproximadamente 1 kHz O ganho é mostrado em VERDE e a fase é mostrada em VERMELHO Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Filtro ativo com amplificador operacional Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Filtro ativo com 1 polo Filtro ativo com amplificador operacional Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Filtro ativo com 2 polos Filtro ativo com amplificador operacional Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Filtro ativo com 3 polos Exemplo prático As configurações do exemplo são Frequência de portadora do PWM fp 10 kHz Intervalo de amostragem do timer 2 ta 1 ms Número de amostras do sinal modulante 50 O filtro de reconstrução é um filtro passabaixa com 1 resistor de 10 kΩ e um capacitor de 100 nF O pino da saída PWM é o PD13 canal 2 do timer 4 Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Configuração do timer 4 do microcontrolador ARM Configuração do timer 2 do microcontrolador ARM Configuração do timer 2 do microcontrolador ARM Habilitar interrupção por período do Timer 2 Funções para depuração O objetivo é utilizar a função printf para enviar mensagem ou dados para algum software de terminal Hyperterminal Colocar o código abaixo entre as linhas USER CODE BEGIN 0 e USER CODE END 0 include stdioh int fputcint ch FILE f HALUARTTransmithuart3 uint8t ch 1 0xFFFF return ch Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Funções para depuração Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Funções para depuração Exemplo de uso while 1 printfTeste envia pela serial a mensagem Teste HALGPIOTogglePinLD2GPIOPort LD2Pin HALDelay500 Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Geração de sinais analógicos por PWM no ARM Links PWM Modulação por Largura de Pulso httpsintegradaminhabibliotecacombrbooks9788536520407pageid232 httpsintegradaminhabibliotecacombrbooks9788536520346pageid178 Filter Design Tool httpswebenchticomfilterdesigntool