faire moins avec plus

Habituellement dans un soucis d'économie j'essaie d'en faire le plus possible avec le moins possible mais dans cette article je fais moins avec plus :-). En fait je montre comment générer un voltage négatif à partir d'un voltage positif.

Schématique

fonctionnement

Ce circuit utilise 2 périphériques du PIC10F322 soit le PWM1 (Pulse Widh Modulation) et le CWG (Complementary Wave Generator). Le PWM1 est configuré pour générer une onde carré à une fréquence de 62Khz et celle-ci alimente le CWG. La Sortie A du CWG est sur RA0 et la sortie B sur RA1. Le voltage à ces 2 sorties est le suivant:

Le tracé jaune est la sortie RA0 et le bleu la sortie RA1.

Donc lorsque RA0 est à 5 volts le condensateur C4 se charge à travers la diode D3. Lorsque RA0 tombe à zéro volt et que RA1 monte à 5 volts on obtient que le côté positif de C4 se retrouve à zéro volt. Puisque C4 est chargé son électrode négative se retrouve à -5 volts par rapport à Vss. La diode D2 entre en conduction et C4 se décharge dans C3. Mais puisque l'électrode positive de C3 est à +5 volts. La différence de tension entre ses 2 électrodes approche 10 volts. Donc lorsque RA0 va remonter à +5 volts et que RA1 va descendre à 0 volt. L’électrode négative de C3 sera à près de -10 volt par rapport à Vss. La diode D1 va alors entrer en conduction et C3 va libérer sa charge dans C1 et C2. Résultat on obtient un voltage négatif au point de test TP3.

Cependant le courant de la charge est limité par le courant de sortie des broches du MCU. En pratique j'obtiens pour un courant de charge de 6ma un voltage de -5,5 volts à TP3 avec une tension résiduelle à la fréquence du PWM de 15mV. Mais c'est suffisant pour alimenter un convertisseur de niveau RS-232.

Signal résiduel du CWG au point TP3 pour une de charge 6ma

Les diodes sont de type Schottkey plutôt qu'à jonction silicium, c'est plus efficace pour ce montage. Il y a moins de perte de voltage dans les diodes.

Si on a besoin d'une tension mieux filtrée et régularisé on peut utilisé un petit LDO à la sortie.

Il existe des composants disponible sur le marché pour effectuer spécifiquement ce type d'inversion de tension. Par exemple le TC7660 de Microchip.

Code source

Le code source comprend 2 fichiers, pic10f322_m.inc qui contient des macros et plus2minus.asm qui contient le programme principal.

;NAME: pic10f322_m.inc ;DESCRIPTION: macros utiles lors de l'utilisation du PIC10F322 ;AUTEUR: Jacques Deschênes ;DATE: 2012-10-17 ;DERNIÈRE RÉVISION: 2012-11-12 #include p10f322.inc constant MAXRAM = 0x7F constant MAXFLASH = D'512' constant MINRAM = 0x40 constant BANKS = 1 ; 1 seule banque de RAM constant PAGES = 2 ; 2 pages de FLASH constant ROWSIZE = D'16' ; nombre de mots dans 1 ligne pour la programmation FLASH #define _MCLRE_REALLY_OFF ( _MCLRE_OFF & _LVP_OFF ) #define default_config __config _MCLRE_REALLY_OFF & _WDTE_SWDTEN & _FOSC_INTOSC wait_hfosc_stable macro ; attend que l'oscillateur haute fréquence interne soit stable btfss OSCCON, HFIOFR goto $-1 btfss OSCCON, HFIOFS goto $-1 endm wait_lfosc_ready macro ; attend que l'oscillateur interne basse fréquence btfss OSCCON, LFIOFR ; soit prêt goto $-1 endm clear_ram macro ; mise à zéro de la RAM movlw MINRAM movwf FSR clear_ram_loop clrf INDF incf FSR btfss FSR,7 goto clear_ram_loop endm basic_setup macro ; désactive tous les périphériques. clrf INTCON ; désactivation interruption clrf ANSELA bcf CLKRCON, CLKROE ; pas de sortie de Fosc/4 bcf FVRCON, FVREN ; désactive la référence de voltage fixe bcf T2CON, TMR2ON ; désactive le timer2 bcf PWM1CON, PWM1EN ; désactive le PWM1 bcf PWM2CON, PWM2EN ; désactive le PWM2 bcf CLC1CON, LC1EN ; désactive CLC1 bcf NCO1CON, N1EN ; désactive le NCO bcf CWG1CON0, G1EN ; désactive le CWG1 clrf OPTION_REG bsf OPTION_REG, PSA ; pré-scale désactivé movlw 0xF movwf TRISA ; toutes des entrées movwf WPUA ; active les pullup endm constant OUT = 0 constant INP = 1 set_io_dir macro pin, dir ; établi une broche comme entrée ou sortie if dir bsf TRISA, pin ; input else bcf TRISA, pin ; output endif endm set_clk_freq macro freq; initialize clock frequency movlw B'00001111' andwf OSCCON, F if freq == D'31' exitm endif if freq == D'250' movlw B'00010000' iorwf OSCCON, F exitm endif if freq == D'500' movlw B'00100000' iorwf OSCCON, F exitm endif if freq == D'1' movlw B'00110000' iorwf OSCCON, F exitm endif if freq == D'2' movlw B'01000000' iorwf OSCCON, F exitm endif if freq == D'4' movlw B'01010000' iorwf OSCCON, F exitm endif if freq == D'8' movlw B'01100000' iorwf OSCCON, F exitm endif if freq == D'16' movlw B'01110000' iorwf OSCCON, F endif endm enable_clk_out macro ; active la sortie Fosc/4 sur RA2 bcf NCO1CON, N1OE bsf CLKRCON, CLKROE endm disable_clk_out macro ; désactive la sortie Fosc/4 sur RA2 bcf CLKRCON, CLKROE endm enable_interrupt macro ; active les interruption bsf INTCON, GIE endm disable_interrupt macro ; désactive les interruption bcf INTCON, GIE endm enable_periph_int macro ; active les interruptions périphériques bsf INTCON, PEIE endm disable_periph_int macro ; désactive les interruptions périphérique bcf INTCON, PEIE endm enable_ext_int macro ; active l'interruption externe bsf INTCON, INTE endm disable_ext_int macro ; désactive les interruption externe bcf INTCON, INTE endm bra_ext_int macro address ; branchement sur interruption externe btfsc INTCON, INTF goto address endm enable_tmr0_int macro ; active l'interruption du timer0 bcf INTCON, TMR0IF bsf INTCON, TMR0IE endm disable_tmr0_int macro ; désactive l'interruption du timer0 bcf INTCON, TMR0IE endm bra_tmr0_int macro address ; branchement sur interruption timer0 btfsc INTCON, TMR0IF goto address endm ;;;;;;;;;;;;; IOC interrupt changement d'état de broche ;;;;;;;;;;;;;;; enable_ioc_int macro ; active les interruptions sur changement d'état E/S bcf INTCON, IOCIF clrf IOCAF bsf INTCON, IOCIE endm disable_ioc_int macro ; désactive les interruptions sur changement d'état E/S bcf INTCON, IOCIE endm constant IOC_RISING = 0 constant IOC_FALLING = 1 constant IOC_BOTH = 2 set_ioc_edge macro pin, edge ; sur quel changement doit se produire l'interruption if edge == IOC_RISING bsf IOCAP, pin bcf IOCAN, pin exitm endif if edge == IOC_FALLING bsf IOCAN, pin bcf IOCAP, pin exitm endif bsf IOCAN, pin bsf IOCAP, pin endm clear_ioc_flag macro ; remet à zéro les drapeaux indicateurs movlw 0xF0 andwf IOCAF,F endm bra_ioc_int macro address ; branche sur interruption causé par un changement btfsc INTCON, IOCIF ; d'état E/S goto address endm clear_ioc_if macro ;remet à zéro le drapeu d'interruption bcf INTCON, IOCIF movlw H'FF' xorwf IOCAF, W andwf IOCAF, F endm ;;;;;;;;;; adc interrtupt ;;;;;;;;;;;;;;;;;;; enable_adc_int macro ; active les interruptions sur ADC bsf PIE1, ADIE endm disable_adc_int macro ; désactive les interruptions sur ADC bcf PIE1, ADIE endm bra_adc_int macro address ; branchement sur interruption ADC btfsc PIR1, ADCIF goto address endm enable_nco1_int macro ; active les interruptions sur nco1 bsf PIE1, NCO1IE endm disable_nco1_int macro ; désactive les interruptions sur nco1 bcf PIE1, NCO1IE endm bra_nco1_int macro address ; branchement sur interruption nco1 btfsc PIR1, NCO1IF goto address endm enable_clc1_int macro ; active les interruptions sur clc1 bsf PIE1, CLC1IE endm disable_clc1_int macro ; désactive les interruptions sur clc1 bcf PIE1, CLC1IE endm bra_clc1_int macro address ; branchement sur interruption clc1 btfsc PIR1, CLC1IF goto address endm enable_tmr2_int macro ; active les interruptions sur timer2 bsf PIE1, TMR2IE endm disable_tmr2_int macro ; désactive les interruptions sur timer2 bcf PIE1, TMR2IE endm bra_tmr2_int macro address ; branchement sur interruption timer2 btfsc PIR1, TMR2IF goto address endm constant IOC_INT = 0 constant EXT_INT = 1 constant TMR0_INT = 2 constant TMR2_INT = D'8'+1 constant CLC1_INT = D'8'+3 constant NCO1_INT = D'8'+4 constant ADC_INT = D'8'+6 bra_int macro int_src, address ;branche à l'adresse s'il la source de ; l'interruption est int_src if int_src < D'8' btfsc INTCON, int_src goto address exitm end if btfsc PIR1, (int_src - D'8') goto address endm ;;;;;;;;;;; convertisseur analogue/numérique ;;;;;;;;;;;;;;; disable_adc macro ; déssactive le convertisseur A/N bcf ADCON, ADON clrf ANSELA endm enable_adc macro ; active le convertisseur mais ne sélectionne pas de d'entrée clrf ANSELA ; aucune entrée ANx de sélectionnée. movlw B'00011111' ; efface la sélection freq. d'horlorge andwf ADCON, F movlw B'01100001' ; horloge = Frc, ADON=1 iorwf ADCON, F endm constant ADC_CLK_FOSCDIV2 = 0 constant ADC_CLK_FOSCDIV8 = 1 constant ADC_CLK_FOSCDIV32 = 2 constant ADC_CLK_FRC = 3 constant ADC_CLK_FOSCDIV4 = 4 constant ADC_CLK_FOSCDIV16 = 5 constant ADC_CLK_FOSCDIV64 = 6 constant ADC_CLK_FRC2 = 7 select_adc_clk macro clk ; sélection du signal horloge pour la conversion A/N movlw clk << 5 iorwf ADCON endm constant INP_MODE_DIG = 0 constant INP_MODE_AN = 1 set_inp_mode macro pin, mode ; sélectionne le mode d'entrée d'une broche digital ou analogue if mode == INP_MODE_DIG ; pin = {RA0,RA1,RA2} bcf ANSELA, pin ; mode = {INP_MODE_DIG, INP_MODE_AN} else bsf ANSELA, pin endif endm ; canaux lecture analogue/numérique constant CH_AN0 = B'00000000' constant CH_AN1 = B'00000100' constant CH_AN2 = B'00001000' constant CH_TEMP = B'00011000' constant CH_FVR = B'00011100' select_adc_channel macro ch ; sélection sur quel canal faire la lecture movlw B'11100011' andwf ADCON, F movlw ch iorwf ADCON, F if ch == CH_AN0 bsf ANSELA, 0 endif if ch == CH_AN1 bsf ANSELA, 1 endif if ch == CH_AN2 bsf ANSELA, 2 endif endm start_adc macro ; démarre une lecture mais n'attend pas la fin bcf PIR1, ADIF bsf ADCON, GO_NOT_DONE endm read_adc macro ; démarre et attend que la lecture soit complétée btfss ADCON, GO_NOT_DONE bsf ADCON, GO_NOT_DONE btfsc ADCON, GO_NOT_DONE goto $-1 endm ;;;;;;;;;;;;;;; FVR: référence de voltage fixe ;;;;;;;;;;;;; enable_fvr macro ; active la référence bsf FVRCON, FVREN btfss FVRCON, FVRRDY goto $-1 endm disable_fvr macro ; désactive la référence bcf FVRCON, FVREN endm constant FVR_0V = 0 constant FVR_1V = 1 constant FVR_2V = 2 constant FVR_4V = 3 set_fvr_volt macro gain ; défini la valeur de sortie de la référence movlw gain iorwf FVRCON, F endm ;;;;;;;;;;;;; IVR, régulateur de tension interne ;;;;;;;;;;;;; enable_power_save macro ; active l'économie d'énergie en mode sleep bsf VREGCON, VREGPM1 end disable_power_save macro ; désactive l'économie d'énergie en mode sleep bcf VREGCON, VREGPM1 endm ;;;;;;;;;;;;; référence température ;;;;;;;;;;;;;;;;; enable_temp macro ; active le capteur de température bsf FVRCON, TSEN endm disable_temp macro ; désactive le capteur de température bcf FVRCON, TSEN endm constant TEMP_RANGE_LOW = 0 constant TEMP_RANGE_HIGH = 1 set_temp_range macro range ; définie le range de lecture du capteur de température if TEMP_RANGE_LOW == 0 bcf FVRCON, TSRNG else bsf FVRCON, TSRNG endif endm ;;;;;;;;;;;;;;;;;; NCO générateur numériquement programmable ;;;;;;;;;;; enable_nco macro ; active le générateur bsf NCO1CON, N1EN endm disable_nco macro ; désactive le générateur bcf NCO1CON, N1EN endm enable_nco_output macro ; active la sortie sur RA2 bsf NCO1CON, N1OE endm disable_nco_output macro ; désactive la sortie sur RA2 bcf NCO1CON,N1OE endm constant NCO_CLK_NCO1CLK = 0 ; entrée broche NCO1 constant NCO_CLK_FOSC = 1 ; fréquence oscillateur MCU constant NCO_CLK_16MHZ = 2 ;oscillateur interne haute fréquence constant NCO_CLK_LC1OUT = 3 ; sortie cellule CLC1 set_nco_clock macro clk ; défini la source horloge du NCO movlw 0xFC andwf NCO1CLK, F if clk > 0 movlw clk iorwf NCO1CLK, F endif endm constant NCO_POL_LOW = 0 constant NCO_POL_HIGH = 1 set_nco_output_polarity macro pol ; défini la polarité active if pol == NCO_POL_LOW bcf NCO1CON, N1POL else bsf NCO1CON, N1POL endif endm constant NCO_MODE_SQUARE_WAVE = 0 constant NCO_MODE_PULSE = 1 set_nco_mode macro mode ; if mode == NCO_MODE_PULSE bsf NCO1CON, N1PFM else bcf NCO1CON, N1PFM endif endm set_nco_pulse_width macro width ; largeur de l'impulsion en multiple de signal horloge movlw 0x1F ; width {0-7} pulse_width = 2^^width andwf NCO1CLK, F movlw width << 5 iorwf NCO1CLK, F endm set_nco_incr macro incr ; défini l'incrément du NCO movlw high incr movwf NCO1INCH movlw low incr movwf NCO1INCL endm ;;;;;;;;;;;;;;;;;; TIMER 0 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; constant TMR0_EXT_CLK = 1 constant TMR0_FOSC4 = 0 set_timer0_clock macro clk ; signal utilisé à l'entrée du timer 0 if clk == TMR0_EXT_CLK bsf OPTION_REG, T0CS else bcf OPTION_REG, T0CS endif endm constant TMR0_DIV2 = 0 constant TMR0_DIV4 = 1 constant TMR0_DIV8 = 2 constant TMR0_DIV16 = 3 constant TMR0_DIV32 = 4 constant TMR0_DIV64 = 5 constant TMR0_DIV128 = 6 constant TMR0_DIV256 = 7 set_timer0_prescale macro div ; défini le diviseur du timer0 { 0-7 } movlw 0xF0 ; diviseur = 2^^(div+1) andwf OPTION_REG,F if div != 0 movlw div iorwf OPTION_REG, F endif endm disable_timer0_prescale macro ; désactive le diviseur bsf OPTION_REG, PSA endm init_timer0 macro count ; initialise le TIMER 0 avec la valeur count movlw count ; 0 - 255 movwf TMR0 endm wait_timer0_rollover macro ; attend que le count du timer0 revienne à zéro movfw TMR0 ; ne fonctionne que si le diviseur >= 4 skpz goto $-2 endm ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; TIMER 2 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; enable_timer2 macro ;activation du timer 2 bsf T2CON, TMR2ON endm disable_timer2 macro ; désactivation du timer 2 bcf T2CON, TMR2ON endm constant TMR2_DIV1 = 0 ; pas de division constant TMR2_DIV4 = 1 ; divise par 4 constant TMR2_DIV16 = 2 ; divise par 16 constant TMR2_DIV64 = 3 ; divise par 64 set_timer2_prescale macro div ; ajuste le prédiviseur du timer 2 movlw 0xFC andwf T2CON,F if div > 0 movlw div iorwf T2CON, F endif endm set_timer2_postscale macro div ; ajuste le postdiviseur du timer 2 movlw 0x3 andwf T2CON, F movlw div << 3 iorwf T2CON, F endm init_timer2 macro count ; charge le registre TMR2 avec count movlw count movwf TMR2 endm init_timer2_period macro count ; charge le registre PR2 avec count movlw count movwf PR2 endm ;;;;;;;;;;;;;;;;; module PWM ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; constant PWM_CH1 = 1 constant PWM_CH2 = 2 enable_pwm_channel macro channel ; active le canal pwm 1 ou 2 if channel == PWM_CH1 bsf PWM1CON, PWM1EN else bsf PWM2CON, PWM2EN endif endm disable_pwm_channel macro channel ; désactive le canal pwm 1 ou 2 if channel == PWM_CH1 bcf PWM1CON, PWM1EN else bcf PWM2CON, PWM2EN endif endm enable_pwm_output macro channel ; active la sortie pwm du canal 1 ou 2 if channel == PWM_CH1 bsf PWM1CON, PWM1OE else bsf PWM2CON, PWM2OE endif endm disable_pwm_output macro channel ; désactive la sortie pwm du canal 1 ou 2 if channel == PWM_CH1 bcf PWM1CON, PWM1OE else bcf PWM2CON, PWM2OE endif endm constant PWM_POL_H = 0 constant PWM_POL_L = 1 set_pwm_polarity macro channel, pol ; défini la polarité de la sortie movlw pol << 4 if channel == PWM_CH1 bcf PWM1CON, PWM1POL iorwf PWM1CON, F else bcf PWM2CON, PWM2POL iorwf PWM2CON, F endif endm set_pwm_duty_cycle macro channel, duty ; défini le dudy cycle if channel == PWM_CH1 ; 0x1FF = 50% movlw (duty & 0x3FF) >> 2 movwf PWM1DCH movlw (duty & 0x3) << 6 movwf PWM1DCL else movlw (duty & 0x3FF) >> 2 movwf PWM2DCH movlw (duty & 0x3) << 6 movwf PWM2DCL endif endm ;;;;;;;;;;;;; CLC cellule logique configurable ;;;;;;;;;;;;;;;; enable_clc macro ; active la cellule bsf CLC1CON, LC1EN endm disable_clc macro ; désactive la cellule bcf CLC1CON, LC1EN endm enable_clc_output macro ; active la sortie bsf CLC1CON, LC1OE endm disable_clc_output macro ; désactive la sortie bcf CLC1CON, LC1OE endm ;;;;;;;;;;;;;;;;;; CWG générateur d'onde complémentaire ;;;;;;;;;;;;;; enable_cwg macro bsf CWG1CON0, G1EN endm disable_cwg macro bcf CWG1CON0, G1EN endm constant CWG_OUTA = G1OEA constant CWG_OUTB = G1OEB enable_cwg_output macro out ; active la sortie A ou B bsf CWG1CON0, out endm disable_cwg_output macro out ; désactive la sortie A ou B bcf CWG1CON0, out endm constant CWG_INP_PWM1 = 0 constant CWG_INP_PWM2 = 1 constant CWG_INP_NCO = 2 constant CWG_INP_CLC = 3 select_cwg_input macro inp ; sélectionne le signal d'entrée movlw 0xFC andwf CWG1CON1, F if inp != 0 movlw inp iorwf CWG1CON1, F endif endm ;;;;;;;;;;;;;; lecture de la mémoire flash en exécution ;;;;;;;; read_prog_mem macro addr ; fait la lecture d'un addresse movlw high addr ; le résultat est dans PMDATL et PMDATH movwf PMADRH movlw low addr movwf PMADRL bsf PMCON1, RD endm

;Nom: plus2minus ;Description: génération voltage négatif à partir d'une alimentation positive. ; utilisation d'un PWM et d'un CWG ;Date: 2014-05-24 include p10f322.inc include ../include/pic10f322_m.inc default_config #define TMR2_PERIOD H'3F' #define DUTY_CYCLE (TMR2_PERIOD<<1) ; 50% org 0 init banksel ANSELA clrf ANSELA bcf TRISA, RA0 bcf TRISA, RA1 set_clk_freq D'16' ; 16Mhz enable_pwm_channel PWM_CH1 set_pwm_duty_cycle PWM_CH1, DUTY_CYCLE select_cwg_input CWG_INP_PWM1 enable_cwg_output CWG_OUTA enable_cwg_output CWG_OUTB set_timer2_prescale TMR2_DIV1 init_timer2_period TMR2_PERIOD enable_timer2 enable_cwg goto $ end