Convertidor Digital PWM

Conv er t i dorDi gi t al Anal ógi c oc onPWM 2015  por Argos Publicado el 3 de agosto de 2015 por

Hay proyectos en los que tenemos que controlar el nivel de voltaje como: la referencia de una fuente regulada la salida de audio o bien queremos !acer nuestro generador de funciones" Pero estas se#ales son anal$gicas y la mayor%a de los microcontroladores de gama baja y media &P'(s A)*s etc+ no tienen un convertidor ,A(" -na soluci$n muy frecuente es usar un circuito ,A( &convertidor & convertidor digital anal$gico++ aparte del micro controlador lo que es muy .til pero tiene dos anal$gico inconvenientes: es un circuito mas lo que es mas espacio y costo aparte de que puede re reque querir rir muc!as muc!as lin lineas eas de se# se#ale ales s por parte de nue nuestr stro o procesador en el caso de que la interfa/ sea paralela" Pero todos los microcontroladores tienen por lo menos un timer y en la mayoria de los casos se puede usar como un modulador de anc!o de pulso &P P++ n el cas aso o de qu que e se cu cue ent nte e co con n es esto tos s rec ecur urso sos" s" se pu pued ede e us usa ar el time ti mer rP P  pa para ra !a !ace cerr co conv nver ersi sion ones es de di digi gita tall a an anal alog ogic ico o us usan ando do un arreglo de una resistencia un capacitor y un ampli4cador operacional"

l circuito es un 4ltro pasabaja de primer orden y el ampli4cador operacional sirve para evitar que se caiga el voltaje de salida debido a la carga que le coloquemos" in adentrarnos muc!o en el tema los 4ltros pasabaja dejan pasar las se#ales con frecuencia menor a la frecuencia de corte" n pocas palabras de la frecuencia de corte para abajo" Para calcular la frecuencia de corte en este caso se puede usar la siguiente formula

sta frecuencia de corte es importante ya que nos da la pauta de las frecuencias que podemos suministrar como se#al de salida anal$gica" s decir si nuestra frecuencia de corte es de 1000H/ con nuestro dac p6m

podemos sacar frecuencias menores de 1000H/ por ejemplo podemos sacar senoidales a 700H/ sin problema" A!ora bien ya tenemos la frecuencia de corte pero !ace falta otra frecuencia importante a considerar que es la frecuencia del P" 8a frecuencia del p6m es la que usara el timer para generar la se#al de salida anal$gica" 9o podemos elegir una frecuencia de p6m menor que la frecuencia de corte del 4ltro ya que prcticamente solo ver%amos la se#al del timer" ;ampoco podemos igualarla con la de corte ya que la se#al de salida presentar%a muc!o ruido debido a que la atenuaci$n empie/a en la frecuencia de corte es decir todav%a ver%amos la se#al del timer en la salida anal$gica" Asi debemos elegir una frecuencia de p6m muc!o mayor que la frecuencia de corte para asegurar que la frecuencia del timer no llegue a la salida de nuestro convertidor ya que estar%a muy atenuada seg.n nuestro 4ltro" n lo personal me !a funcionado bien el convertidor cuando !e elegido frecuencias de p6m por lo menos 20 veces mas alta que la frecuencia de corte" ,e !ec!o generalmente empe/aremos viendo cual es la frecuencia m
Ejemplo de aplicación Para ilustrar un poco sobre como es el procedimiento de dise#o vamos a implementar un peque#o ejemplo usando un micro controlador A)*" l modelo que vamos a usar es el A;mega= ya que cuenta con varios timers que podemos usar" (omo !ab%amos comentado anteriormente la velocidad del procesador sera nuestro eje de dise#o asi que empecemos> l procesador tendr una frecuencia de operaci$n de = H/ que pueden ser generados internamente o de preferencia a trav?s de un cristal" sto signi4ca que el timer que elijamos tendr una frecuencia de operaci$n

tambi?n de = H/" 8os timers del avr tienen un @prescaler que en otras palabras es un divisor de la frecuencia principal" ,ejaremos que trabaje al m
mayor

anc!o de banda

disponible

&frecuencias que podremos generar con el convertidor ,A(+ por lo que dejaremos el prescaler con divisi$n de 1" A!ora bien usaremos el timer2 ya que es muy sencillo de usar ya que es de = bits y tiene un modo de trabajo llamado @fast p6m en donde !ay un registro de comparaci$n" 8a forma de trabajo de este modo es el siguiente: la frecuencia del reloj principal alimenta el timer contado de manera ascendente" ;ambi?n se con4gura un pin como salida de comparaci$n que de !ec!o sera nuestra se#al que alimentara al 4ltro pasabajas" (uando el registro de conteo se resetea a cero la salida de comparaci$n se pondr a 1 l$gico &5)+ y mientras el contador sea menor que el registro de comparaci$n la salida continuara en ese estado" l registro de comparaci$n seguir incrementndose a cada pulso de reloj cuando el registro de conteo alcance al registro de comparaci$n la salida invertir la se#al es decir tendr un cero logico &B9,+ y continuara as% !asta que el contador se reinicie &pase de 0
con

ya que 9 es el valor puesto en el prescaler en este caso sin

divisi$n" 8o que nos da un total de 31250H/ como fp6m" A!ora bien ya tenemos la frecuencia del p6m" (omo comentbamos !ace poco la frecuencia del p6m debe ser mas grande que la frecuencia de corte del 4ltro pasa bajas as% que a!ora !aremos la frecuencia de corte lo su4cientemente baja para que la frecuencia de p6m no se vea en la salida" i seguimos nuestro propio consejo de que la frecuencia de p6m sea por lo menos 20 veces mayor que la frecuencia de corte del 4ltro entonces nuestra frecuencia de corte ser 3125020F1572"5H/ m
arreglo de resistencias es mas fcil de armar que un arreglo de capacitores"  ;a formula entonces ser

y si proponemos un valor de

capacitancia de 100nC la resistencia resultante es de 101="5G o!m" *edondeando esta cantidad a 1 o!m la frecuencia que resultar%a es de 15G1"5 H/ que no esta mal ni muy alejado de lo que pretend%amos como ideal" Iien ya tenemos los valores de resistencia y capacitancia de 1 o!m y 100nC respectivamente" 8o siguiente es el ampli4cador operacional" l detalle es que un ampli4cador operacional com.n como el clsico 835= no satura !asta )cc es decir que por mas que aumentemos el voltaje de entrada el voltaje de salida no alcan/ar )cc para solucionar esto tenemos de dos sopas: o alimentamos al ampli4cador operacional con un poco mas de voltaje o bien alimentamos al procesador con un poco menos de voltaje" Por sencille/ !ar? la segunda opci$n alimentar? al A)* con 3"3) as% no saturaremos al 835= y la se#al de salida sera lo que esperamos" si desean alimentar al operacional con voltaje mas alto que sea por lo menos 1"5) mas que lo que alimentan el procesador &al 4nal depende del operacional+" Iueno ya estn todos los clculos" A!ora a ensusiarnos las manos" Aqu%  dejo el diagrama el c$digo fuente y un video con los resultados"

1

// Inicializacion del timer2

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

// Clock source: System Clock // Clock value: 8000.000 kHz // Mode: Fast PM to!"0#FF // $C2 out!ut: %on&Inverted PM // 'imer Period: 0.0(2 ms // $ut!ut Pulse)s*: // $C2 Period: 0.0(2 ms idt+: 0.0,-0-( ms SS"0S21 'CC2"),PM2*  ),C$M2,*  )0C$M20*  ),C'C2*  )0CS22*  )0CS2,*  ), 'C%'2"0#001 $C2"0#801

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

... ... //loo! !rinci!al

)PM " $C2*

3+ile ),* 4   //minimo PM " 01   delay5ms)2000*1   //ma#imo PM " 2661   delay5ms)2000*1 //diente sierra 7or)i"01 i601 i* 7or) PM " 01 PM 2661 PM*

26 27 28 29 30

4  

31 32 33

 

34 35 36 37 38

 

delay5ms),*1 9 // senoidal 7"0.01 7or)i"01 i601 i* 7or)7 " 0.01 7  )2(.,;,6<2-6;*1 7"0.0,* 4 PM " ,28  )unsi=ned c+ar* ) ,2>.0  sin)7* * 1 delay5us),00*1 9

39 40 41 42 43 44

9