Де якщо використовується внутрішнє джерело синхросигналу (Kn – коефіцієнт поділу передподільника частоти).

в) Режим Fast PWM (Pulse Width Modulation) – швидкодійна ШІМ (WGM0[1:0] = 3, WGM1[3:0] = 5, 6, 7, 14, 15). Широтно-імпульсна модуляція (ШІМ) використовується для випрямляння змінного струму, цифро-аналогового перетворення, а також для регулювання силових процесів: потужності, швидкості обертання двигунів постійного струму, освітленості тощо. Перевага імпульсного регулювання полягає у зменшенні габаритів елементів і підвищенні ККД, бо імпульсні пристрої керування розсіюють набагато менше потужності, ніж аналогові. Ідея використання ШІМ полягає в тому, що, змінюючи тривалість імпульсів t_i відносно періоду Т, тобто шпаруватість Q = T/t_i, легко регулювати середнє значення напруги U₌ = 0 … U_M (рис. 11,а). Наявність двох каналів у Т/Л1 дозволяє, крім того, утворювати дві послідовності імпульсів з ШІМ, що зручно для двокоординатного керування, зокрема, технологічним обладнанням.

У режимі Fast PWM кожний Т/Л функціонує також як підсумовувальний лічильник, код якого N зростає від нуля до максимального значення ТОР, після чого лічильник скидається і далі цикл лічби повторюється (рис. 11,б). Таку ШІМ, коли під час циклічної зміни код лічильника змінюється від максимального значення ТОР до нуля стрибком, називають швидкодійною. Величина ТОР для Т/Л0 становить $FF, а для Т/Л1 визначається вибором режиму (див. табл. 7.4): у режимах 5 … 7 становить $00FF, $01FF, $03FF (8 … 10 розрядів), а в режимах 15, 14 записом відповідних кодів до РВВ OCR1A або ICR1 може змінюватися в межах $0002 … $FFFF. Під час циклічної зміни стану лічильника по його переповненні (TCNTn переходить від ТОР до нуля) встановлюється прапор переривання TOVn, а по збігу зі змістом регістра порівняння (TCNTn = = OCRx) формується прапор переривання OCFx. При цьому стан виводів OCх, як і раніше, визначається бітами COMx[1:0], але вже по-іншому (табл. 7.6).

Рис. 11. Принцип регулювання методом ШІМ (а) і часові діаграми в режимі

Fast pwm – швидкодійна шім (б)

Таблиця 7.6 – Режими виводів OCх (х = 0, 1A, 1B) для режиму Т/Лn (n = 0, 1) Fast PWM (швидкодійна ШІМ)

COMх1	COMх0	Стан виводу OCх під час збігу
0	0	Т/Лn відключений від OСх (стандартна функція виводу)
0	1	Т/Л0: зарезервовано (код не використовується); Т/Л1: ОС1В відключений; ОС1А: режими 5, 6, 7 – від-ключений; режим 15 – зміна стану на протилежний при TCNT1 = OCR1А
1	0	Неінвертований ШІМ: встановлюється в 1 при Nmax, скидається в 0 при TCNTn = OCRx
1	1	Інвертований ШІМ: змінюється протилежно неінвертованому ШІМ

Для встановлення режиму широтно-імпульсного модулятора необхідно вибрати COMx[1:0] = 2 (неінвертований ШІМ) або COMx[1:0] = 3 (інвертований ШІМ). Ширина імпульсів позитивної полярності на виході неінвертованого ШІМ OCх (або імпульсів негативної полярності в разі вибору режиму інвертованого ШІМ) буде тим більшою, чим більший код записано до регістра порівняння OCRx (на рис. 10,б показано цифрами 1 … 5). У крайніх положеннях коду рівень на виході OCх залишатиметься незмінним: лог. 0 при OCRx = 0 (положення 1) та лог. 1 при OCRx = ТОР (положення 5). Частота вихідного сигналу в цьому режимі становить

,

де K_n – коефіцієнт поділу передподільника частоти.

Примітки. 1) Через флуктуації коду в регістрі OCRx компаратор може неодноразово спрацьовувати на межі рівності кодів на його входах, що спричиняє імпульсні завади. Для усунення цього недоліку записуваний код насправді зберігається у спеціальних буферних регістрах, а регістри порівняння оновлюються в момент встановлення прапора TOVn, отже на межі рівності коди залишаються незмінними, тому завади не виникають. 2) У режимі 15 регістр OCRА застосовують для налаштування TOP, тому утворюється одноканальний ШІМ з виходом ОС1В, а встановленням COM1A[1:0] = 0b01 вихід ОС1А при цьому можна використовувати для формування меандру. Аби вивільнити регістр порівняння OCRА для утворення двоканального ШІМ використовують режим 14, при якому код ТОР налаштовують в регістрі захоплення ICR1. Проте режим 14 рекомендовано застосовувати, коли значення ТОР є незмінним або змінюється не часто.

г) Режим Phase Correct PWM – ШІМ із симетрією по фазі (WGM0[1:0] = = 1, WGM1[3:0] = 1, 2, 3, 10, 11). У режимі Phase Correct PWM, на відміну від режиму Fast PWM, кожний Т/Л функціонує як реверсивний лічильник, код якого N зростає від нуля до максимального значення ТОР, після чого напрямок лічби змінюється на зворотний, коли код зменшується до нуля і далі цикл лічби повторюється (рис. 12). Величина ТОР визначається аналогічно режиму Fast PWM: для Т/Л0 становить $FF, а для Т/Л1 залежить від режиму (див. табл. 7.4). Так само, коли TCNTn переходить до нуля, встановлюється прапор переривання TOVn, а по збігу зі змістом регістра порівняння (TCNTn = OCRx) формується прапор переривання OCFx.

Рис. 12. Часові діаграми в режимі Phase Correct PWM

(ШІМ із симетрією по фазі)

Особливість регулювання стану виводів OCх (табл. 7.7) полягає в тому, що внаслідок пилкоподібної форми зміни коду лічильника N перемикання відбувається двічі за одного й того самого значення коду, записаного до регістра порівняння OCRx (на рис. 12 показано цифрами 1 … 3). Це забезпечує симетрію за фазою вихідних імпульсів OCх відносно зміни коду OCRx, що сприяє більш плавному регулюванню, зокрема, швидкості обертання двигунів. Разом з тим частота вихідного сигналу в цьому режимі зменшується вдвічі:

,

де K_n – коефіцієнт поділу передподільника частоти.

Таблиця 7.7 – Режими виводів OCх (х = 0, 1A, 1B) для режиму Т/Лn (n = 0, 1) Phase Correct PWM (ШІМ із симетрією по фазі) та для режиму Т/Л1 Phase and Frequency Correct PWM (ШІМ із симетрією по фазі і періоду)

COMх1	COMх0	Стан виводу OCх під час збігу (х = 0, 1A, 1B)
0	0	Т/Лn відключений від OСх (стандартна функція виводу)
0	1	Т/Л0: зарезервовано (код не використовується); Т/Л1: ОС1В відключений; ОС1А: режими 1, 2, 3 – відключений, режими 9, 11 – зміна стану на протилежний при TCNT1 = OCR1А
1	0	Неінвертований ШІМ: при TCNTn = OCRx встановлюється в 1 під час зворотної лічби, скидається в 0 під час прямої лічби
1	1	Інвертований ШІМ: змінюється протилежно неінвертованому ШІМ

д) Режим Phase and Frequency Correct PWM - ШІМ із симетрією по фазі і періоду (WGM1[3:0] = 8, 9). Т/Л1 додатково має ще цей режим, який за сталого значення ТОР нічим не відрізняється від режиму Phase Correct PWM (див. рис. 12). Але якщо під час роботи Т/Л потрібно змінювати значення ТОР, рекомендується використовувати режим Phase and Frequency Correct PWM, за якого оновлення регістрів порівняння OCR1A, OCR1В з буферів відбувається, коли код лічильника сягає нуля. Цим забезпечується симетрія вихідних імпульсів відносно періоду і в умовах зміни величини ТОР.