微控制器用作正弦波發(fā)生器

通過在微控制器存儲器中存儲預設值的方法,可以來將微控制器作為波形發(fā)生器使用。微控制器可以實現包括正弦波、三角波和鋸齒波在內的所有類型的波形。

本文探討了如何通過在微控制器存儲器中預先加載一組固定數值，從而生成正弦波的方法。同時還探討了如何利用DAC將這些預設的數值轉換為模擬輸出。最后探討了用來改變正弦波頻率的機制。

用來實現這一設計的器件是Cypress的子公司MicrosystemsTM PSoCTM(可編程系統(tǒng)芯片)器件。PSoC采用的是一個8位哈佛結構的微處理器，器件內部有16KB的可編程存儲器(閃存),用以存儲波形數據點。

可以采用任何具有顯示/圖形功能的軟件包來采集通過串行口傳輸的波形數據。設計，采用的是NI公司的LabView編程軟件,以采集、格式化和顯示進入和流出PSoC器件的數據。

任何可利用三角法計算的數學軟件或計算器都可以用來生成一組正弦波形數據。一旦確定了所需要的波形分辨率，就可以計算出產生所需波形的波形數據點數。

在器件中加載這些波形點的數據值之前，還需要確定幾個參數。其中一個參數是器件的輸出范圍，這可協(xié)助確定偏置數值。在PSoC器件中，有幾個輸出范圍可供選擇，包括(Vcc/2)±(Vcc/2)和(Vcc/2)±頻帶間隙。

我們選擇該器件最大可能的輸出范圍(Vcc/2)±(Vcc/2)。本參考設計的輸出采用了PSoC器件的全輸出擺幅(0～5V）。為使用最大的輸出范圍，輸出信號的偏置必須置于+2.5V，最大的振幅也必須設為+2.5V。這些數值保證了DAC的波形輸出具有最大電壓擺幅，同時又不會有削波現象。

正確設定這些參數以后，即可將正弦波數據加載到存儲器中。在向PSoC器件閃速存儲器中寫入預先生成的數據時，可以在源代碼中將這些數據列在一個變量名下。這可保證在器件每次被編程時，存儲器加載過程都會自動執(zhí)行。圖1示出了如何利用C語言來實現這一點。之后存儲在變量中的數據被發(fā)送到DAC，每次一個字節(jié)循環(huán)進行，DAC時鐘用來決定DAC轉換和輸出數據的速度，從而決定了輸出波形的周期。

用來編程和調試PSoC設計的PSoC DesignerTM軟件包示于圖2。該圖顯示的是DAC和生成DAC時鐘的計數器布局。圖中還顯示出了用來生成中斷信號的第二個計數器。中斷程序用來將數據傳送到DAC,然后DAC將轉換后的信號輸出至I/O引腳。DAC的最大刷新速率為125KHz，驅動DAC的時鐘必須設置為所需輸出頻率的4倍。

DAC需要進行的設置包括時鐘相位參數。該參數將DAC輸出與另一個PSoC模塊的輸入同步。另一參數——模擬總線設置則用來將數據輸出至特定的I/O引腳。DAC需要的最后一個配置參數是二進制偏置設置，該參數決定了DAC用來傳輸數據的格式。

其中一個計數器(counter_1)用來生成驅動DAC的時鐘信號。進行適當的計數器參數設置，使計數器輸出信號是DAC轉換頻率的4倍。

第二個計數器(counter_2)用來生成周期性中斷信號。在中斷服務執(zhí)行過程中，閃速存儲器中的數據地址一增加，存儲在該地址單元中的數據則被發(fā)送到DAC。這一過程不斷重復直至達到最后一個數據點，然后計數器復位，這一過程重新開始。在本例中，數據點的發(fā)送用以確定時間間隔緊密相連，從而生成周期性波形。

為調整輸出波形的周期，需要調整coanter1(它生成DAC時鐘)的周期。這一調整過程可動態(tài)完成，因為控制PSoC模塊的參數是基于寄存器的?？山⒁环N協(xié)議架構來將這些參數傳送至相應的寄存器。一旦確定了相應的協(xié)議架構，參數即可被傳送至正確的寄存器，而模塊輸出則根據新的參數進行調整。

設計檢查相對比較簡單。因為本設計中DAC的輸出通過I/O端口輸出，因此進行設計的最方便的方法是檢查該引腳輸出的信號。通過檢查輸出信號的頻率、幅度、偏置和信號質量,可以保證他們滿足設計的要求。為驗證設計正常工作，開發(fā)了LabView接口。

微控制器是非常靈活的，他們可完成的功能也幾乎是沒有限制的。本文給出的僅是如何實現這些眾多可能功能的一個例子?！?/font>