Arduino PWM周波数の高周波化

ArduinoのPWM周波数を変更したいので調べてみました.
ATMELのマニュアルは大変参考になります
日本語ではgarretlabさんのanalogWrite()の項目が体系的にまとめられています．
基本的にはそちらを見ていただいた方がいいと思います．

以下は自分のための覚え書きです．
とにかく一度動かしたい方はこちら

前置き

ArduinoはPWM出力を持っていますが, この周波数は
5番, 6番Pinは977Hz, 9番,10番PINは490Hz, 3番,11番PINも490Hzです.
Arduinoの内部で3つの独立したタイマからPWM生成の設定をしており，それぞれ
5番と6番, 9番と10番, 3番と11番ピンに対応しています.

例えば
 analogWrite(NPIN,100);
でNPIN=5とした時の波形を図1, NPIN=9とした時の波形を図2に示します.
オシロが周波数を表示してくれてますが, 確かに976Hzと490Hzになっていることがわかります.

図1　5番PINから出力したPWM波形

図2 13番PINから出力したPWM波形

同じPWM端子ですが，この3系統は内部処理や設定が異なっていることがポイントと思います.
（PWM波形生成の設定が異なっていたり, 9, 10番ピンは16ビットカウンタだったりします）
このため少し話がごちゃごちゃします.
以下それぞれの設定項目についてマニュアル[1]参照ページを記入したので, 必要に応じて参照してください. (読みが違っていたらごめんなさい, お気づきの点はご指摘ください．)

5番,6番ピンはFAST PWMモードで動いているため

f=fc/(510*r)
とかけます[1: p. 153].

rはTCCR2Bの下位3ビットを使って指定して
1,8,32, 64,128,256,1024の中から選びます.

イニシャルは64が設定されています.
クロック周波数は16MHzですので, PWM周波数は409.2Hzになります.

具体的な方法

やっと本題ですが, PWM周波数を高周波化したい時は, 分周比rを変更します
この変更はTCCR*B(*は5番, 6番ピンは0, 9番, 10番ピンは1, 3番, 13番ピンは2です)
の下位3ビットで行います.
それぞれにはCS*2, CS*1, CS*0と名前がついています(*は0~2で前述と同じ).

TCCR0B(5,6番ピン) については[1]の110ページ 表14-9を参照
r=1 は001
r=8 は010

最後に例として9ピンの周波数をかえてみます.
rを1として, 前述の式
f=fc/(2*TOP*r)
より31.37kHとなるはずです.

void setup(){
TCCR1B &= B11111000;
TCCR1B |= B00000001;//rを1に設定 fc/(2*255*1)Hzになる
pinMode(9, OUTPUT);
}
void loop(){
analogWrite(9,100);
}

と簡単なプログラムの結果を図3にのせます

図3 9番ピンで分周比を1とした場合

波形は1V程度のオーバーシュートが見えますが,
周波数は31.36kHzとほぼ想定通りの値になっています.

参考文献

[1] ATmega48PA/88PA/168PA/328Pマニュアル