解开熟睡美女胸衣:基于PWM技术的A/D转换电路的设计通过控制PWM信号的占空比就可以产生不同的模拟信号
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基于PWM技术的A/D转换电路的设计
技术分类: 模拟设计 | 2009-02-16
1. 引言
对测控现场的被测
本文提出一种采用PWM技术的新型的高性能
2. 基于PWM技术的A/D转换工作原理及接口电路设计
一般模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。采样就是将一个连续变化的信号x (t) 转换成时间上离散的采样信号x (n) 。通常采样脉冲的宽度tw 是很短的,故采样输出是断续的窄脉冲。要把一个采样输出信号数字化,需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间,这就是保持过程。量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号,量化的主要问题就是量化误差。编码是将量化后的信号编码成二进制代码输出。这些过程有些是合并进行的。例如,采样和保持就利用一个电路连接完成,量化和编码也是在转换过程同时实现的,且所用时间又是保持时间的一部分[1]。
PWM即脉冲宽度调制,PWM信号是一种周期(T)固定、占空比变化的数字信号。当对其进行积分或低通滤波后,便可获得与其脉冲宽度呈正比的模拟电压,于是将该电压作为试探值与被测模拟量进行比较便可获得与被测模拟量相对应的PWM值或数字量。本设计是利用定时器产生PWM脉冲输出信号,利用比较器作为试探结果状态标志,采用改进的逐次逼近试探算法来实现对被测模拟量的A/D变换。由于一般单片机内部都有定时器,因此可直接利用片内定时器来产生PWM信号即可[2],本设计采用的是MSP430单片机,由于其内部的定时器A具有比较/捕获功能,且内部具有多个捕获/比较器:CCR0--CCRn,因此利用这种功能可更方便的产生PWM信号,从而实现A/D转换。PWM波形的产生是利用定时器A输出模式中的“复位/置位”模式。例如可利用其中的捕获/比较器CCR0来控制PWM的周期,而用CCR1通道控制PWM的占空比,从而可方便的获得PWM信号,如图1所示“复位/置位”模式输出示意图。
由图1可知,只要改变CCR1和CCR0的值就可以改变输出波形的脉冲宽度和脉冲周期,例如,以CCR0信号作为脉冲周期控制,当CCR1的值改变时即可改变PWM信号的脉冲宽度或占空比,输出信号就是PWM信号。如图2所示[3]。
若PWM信号的占空比随时间变化,那么经过低通滤波后的输出信号将是幅度变化的模拟信号,因此通过控制PWM信号的占空比,就可以产生不同的模拟信号。本设计中,采用MSP430单片机的定时器A的CCR0来控制周期,采用CCR1来控制占空比,从而产生所需要的PWM信号。
采用PWM技术的A/D转换电路设计如图3、4所示。A/D转换通过MSP430单片机的内部定时器A产生的PWM信号,通过P23口输出,经过两级RC低通滤波后得到与其对应的模拟信号,然后通过运算
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3. 微控制器MCU的选型
为方便使用和操作,本设计不但设计简单,而且功耗要低,因此经多方面综合、对比决定采用TI公司的具有SOC特点的MSP430系列MCU,这是一种超低功耗的16位混合信号控制器,其内部集成了大量的外围模块和温度
MSP430单片机采用最新的低功耗技术,工作在1.8~3.6V 电压下,有正常工作模式( A M ) 和4 种低功耗工作模式;在最小功耗模式下其工作电流仅为0.1μA,而且可以方便地在各种工作模式之间切换。它的超低功耗性在实际应用中, 尤其是在电池供电的便携式设备中表现尤为突出。在系统初始化后便进入待机模式,当有允许的中断请求时,CPU 将在6μs的时间内被唤醒, 进入活动模式,执行中断服务程序。执行完毕,在RETI 指令之后,系统返回到中断前的状态,继续低功耗模式。
本设计所采用的是MSP430F1232微控制器,具有非常高的集成度,除内部带有具有PWM功能的定时器外,片内还集成了10通道的1 0位A / D转换、4. A/D 转换分辨率分析及主程序设计
由于采用PWM技术的A/D
为了能够缩短试探时间提高在高分辨率下的采样速度,采用改进的逐次逼近的对分试探法使得试探值能够迅速逼近被测
采用PWM技术的A/D转换器的主程序,采用汇编语言编写。其主程序流程图如图5所示:
5. 结束语
采用普通元器件利用MCU内部定时器结合PWM技术设计高分辨率的A/D转换器,改变A/D转换的分辨率只须修改PWM定时器的有关参数即可,灵活方便,稳定性好,线性度高,由于该转换器与系统的连接仅为两条信号线,因此,可以很方便的采用光电隔离技术提高系统的抗干扰能力,另外由于电路中的低通滤波环节,使得电路本身也具有一定的抗干扰能力,这比较适合在具有较强的干扰环境中使用,采用改进的逐次逼近试探算法实现对模拟电压的测量或A/D变换,提高了采样速率,转换电路设计及算法实现简单,测试分辨率和精度较高,具有较好的应用价值。
本文创新点:利用PWM技术实现对模拟电压的测量或A/D变换,既具有较高的分辨率,又具有较好的抗干扰性,且便于采用光电隔离。同时结合利用改进的逐次逼近试探算法大大减少了试探次数,转换电路的设计及转换算法实现简单,A/D转换分辨率可以根据需要任意设置,具有较好的应用价值。
目前市场上14—16位的A/D转换器芯片的销售价格大约在100元—300元之间,具有相应分辨率的V/F转换模块的销售价格约为100—150元,而采用PWM技术设计的A/D转换器中所用到的主要芯片或元器件为:运放:8元;高速比较器LM311或LM393:2元;MCU:15元(但采用A/D转换器芯片时也必须要用MCU,当采用用户系统中的MCU时此费用可省),即:总费用包括MCU时才不超过30元,按照保守用量计算:若A/D芯片加V/F转换模块的年需求总量为十万片(块)时,其经济效益是相当可观的。
参考文献:
[1]王树红.几种A/ D 转换技术及性能特点的分析[J]. 山西电子技术, 2004 年第5 期
[2]张运波.PWM信号的软件实现方法[J]. 微计算机信息, 2002,18-10:46-47。
[3]秦龙.MSP430单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].电子工业出版社,2006.5
[4]魏小龙. MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例[M].北京航空航天大学出版社, 2003.6
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