基于SH69P42 PWM的10位D／A轉(zhuǎn)換器

1引言

提高單片機(jī)片內(nèi)資源的利用率；縮小最終產(chǎn)品的體積，降低功耗，減輕重量，提高集成度，提高可靠性，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則。

在單片機(jī)選型時(shí)，由于內(nèi)部資源針對(duì)不同應(yīng)用有多種組合，從而形成了單片機(jī)系列。例如：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的大小、RAM的大小、A／D精度及通道數(shù)、D／A精度及通道數(shù)、是否有LCD驅(qū)動(dòng)、I／O數(shù)、是否有PWM、精度、中斷數(shù)量及嵌套、定時(shí)器數(shù)及精度等。但在實(shí)際應(yīng)用中，也很難做到單片機(jī)的配置完全符合應(yīng)用要求。因?yàn)閼?yīng)用是多樣化的，而單片機(jī)的型號(hào)、系列畢竟有限。因此，如果能方便地將單片機(jī)所提供的內(nèi)部功能元件轉(zhuǎn)為另一功能，將大大拓展單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。

當(dāng)應(yīng)用需要模擬量輸出時(shí)，就需要有D／A轉(zhuǎn)換器，一般地，還需有專門(mén)的元件以及外圍電路。這里闡述一種基于SH69P42的一路PWM實(shí)現(xiàn)D／A轉(zhuǎn)換器的方法。

SH69P42是中穎公司基于SH6610D內(nèi)核的4位RISC指令集的單片機(jī)，內(nèi)部集成有四通道8位SARA／D轉(zhuǎn)換器，兩通道10位PWM輸出，三種兩級(jí)中斷(A／D中斷、端口中斷和定時(shí)器中斷)、兩個(gè)8位定時(shí)器，16個(gè)I／O引腳，內(nèi)有OTP型ROM：3072×16位，RAM：192×4位，內(nèi)置低電壓監(jiān)視復(fù)位和看門(mén)狗電路，振蕩器工作頻率從32768Hz至8MHz，可編程選擇片內(nèi)RC振蕩、片外RC振蕩、外接晶體振蕩等形式。SH69P42共有43條指令，每條指令的執(zhí)行時(shí)間均等，是振蕩器周期的4倍。

SH69P42符合工業(yè)規(guī)格，適用于對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力要求極高的場(chǎng)合。

3SH69P42的PWM編程

3。1SH69P42的RAM編址

SH69P42的內(nèi)部寄存器除累加器A、進(jìn)位標(biāo)志CY、程序計(jì)數(shù)器PC之外，端口、定時(shí)器、A／D、PWM中斷、WDT與通用RAM一起統(tǒng)一編址。其地址由10位組成，源操作數(shù)的有效位為7位，因此采用了BANK概念，每128單元為一個(gè)BANK，用BANK值給出高3位地址。

例如：LDAMx，bbb

其中，Mx為取數(shù)單元地址的低7位，BANK值bbb為取數(shù)單元地址的高3位。

LDA10H，01H

表示將RAM單元90H的內(nèi)容送至累加器A。

3。2SH69P42的PWM編程

SH69P42具有兩通道10位PWM輸出，分別由三個(gè)寄存器控制。

系統(tǒng)寄存器PWMC控制PWM輸出，系統(tǒng)寄存器PWMP設(shè)置PWM輸出信號(hào)周期，系統(tǒng)寄存器PWMD設(shè)置PWM輸出信號(hào)的占空比。如表1、表2、表3所列。

4PWM實(shí)現(xiàn)D／A轉(zhuǎn)換

4。1實(shí)現(xiàn)電路及參數(shù)計(jì)算

圖1為基于SH69P42PWM1的D／A轉(zhuǎn)換的原理圖。

(1)振蕩選擇

由于PWM的周期、占空比與SH69P42的振蕩周期密切相關(guān)，為保證高精度。尤其是避免溫度影響，采用外接晶體振蕩器的方法，而不采用內(nèi)部或外部RC振蕩方式。因?yàn)楹笳呤芄ぷ鳝h(huán)境溫度影響較大。

4。1。210位D／A的實(shí)現(xiàn)方法

從表2、表3看出，SH69P42的PWM輸出時(shí)，先設(shè)定周期再設(shè)定占空比，周期確定后，占空比其實(shí)就是在本周期內(nèi)有效高電平(正向，反之同理)脈沖的數(shù)量與周期電平數(shù)量的比。SH69P42允許最大的周期設(shè)定是10位，因此，采用周期固定，也就是3FFH，將待轉(zhuǎn)換數(shù)直接對(duì)應(yīng)為占空比的數(shù)值，就可以實(shí)現(xiàn)10位的D／A轉(zhuǎn)換。

4。1。3輸出滿量程的分辨率假定輸出電壓為SH69P42的工作電壓為5V，10位數(shù)字量的數(shù)字分辨率為1／1024，轉(zhuǎn)換為模擬量為5V／1024=4。8mV，這就是模擬輸出的分辨率。

4。1。4輸出端RC網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)選擇

輸出端根據(jù)后續(xù)電路的需要，可以采取一階RC積分網(wǎng)絡(luò)或二階RC低通網(wǎng)絡(luò)。圖1所示為二階RC低通網(wǎng)絡(luò)，一方面可濾除高頻雜波，另一方面可根據(jù)PWM的周期頻率輸出滿足需要的不會(huì)過(guò)滯后隨動(dòng)模擬電壓。

當(dāng)PWM1輸出為高電平時(shí)，通過(guò)電阻R2、R3對(duì)電容C5、C4充電，Output電壓升高，當(dāng)PWM1輸出低電平時(shí)兩電容C5、C4通過(guò)兩電阻R2、R3放電，使得Output電壓降低。這樣，PWM1輸出時(shí)，在固定周期下隨著占空比的變化，Output電壓值上下波動(dòng)，波動(dòng)幅度與占空比的數(shù)值線性相關(guān)。

4。2程序設(shè)計(jì)規(guī)則

SH69P42單片機(jī)的PWM在軟件設(shè)計(jì)時(shí)需遵循以下規(guī)則：

設(shè)置PWMn的周期或占空比時(shí)，先設(shè)置高四位，然后設(shè)置中四位，最后設(shè)置低四位；

在PWM輸出狀態(tài)下，只有寫(xiě)入PWMn周期或占空比的第四位數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)才會(huì)裝入重裝入計(jì)數(shù)器并在下一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)計(jì)數(shù)；

當(dāng)選擇以PWMn輸出(PWMCbit0=1)時(shí)，PWMn輸出的第一個(gè)周期和第一個(gè)占空比是按3FFH計(jì)數(shù)，系統(tǒng)寄存器PWMP和PWMD的數(shù)據(jù)從第二個(gè)周期開(kāi)始計(jì)數(shù)；

PWM能在HALT方式下繼續(xù)工作，并在執(zhí)行STOP指令后自動(dòng)停止工作。

另外，SH69P42的振蕩方式編程不是在程序中實(shí)現(xiàn)，而是在對(duì)OTP編程之前的燒寫(xiě)設(shè)置中按照實(shí)際設(shè)定的。

4。3轉(zhuǎn)換結(jié)果分析

單片機(jī)外接振蕩器振蕩頻率為4MHz，PWM時(shí)鐘設(shè)定為8倍tOSC($21=0111)，周期設(shè)定為3FFH($2A$29$28=0011，1111，1111)時(shí)，PWM的時(shí)鐘周期為2。048ms，占空比(這里相當(dāng)于D／A轉(zhuǎn)換的數(shù)字量)為0FFH($2D$2C$2B=000011111111)。理論計(jì)算輸出為1。25V(0FFH×5／3FFH)，波形顯示約為1。25V，基本一致。此時(shí)PWM占空比的時(shí)間為125μs，周期為2。048ms，與理論值基本一致。

5結(jié)束語(yǔ)

常溫下實(shí)際轉(zhuǎn)換結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。在45℃時(shí)，實(shí)際轉(zhuǎn)換結(jié)果和理論計(jì)算值的偏差為0。15％左右，能夠滿足大多數(shù)場(chǎng)合的需要。如果對(duì)振蕩系統(tǒng)、二階RC低通網(wǎng)絡(luò)的元件參數(shù)提高篩選要求的話，可以實(shí)現(xiàn)偏差值在0。1％以內(nèi)。