基于SH69P42 PWM的10位D／A轉換器

1引言

提高單片機片內資源的利用率；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，是單片機應用系統設計的基本原則。

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

當應用需要模擬量輸出時(shí)，就需要有D／A轉換器，一般地，還需有專(zhuān)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D／A轉換器的方法。

SH69P42是中穎公司基于SH6610D內核的4位RISC指令集的單片機，內部集成有四通道8位SARA／D轉換器，兩通道10位PWM輸出，三種兩級中斷(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，內有OTP型ROM：3072×16位，RAM：192×4位，內置低電壓監視復位和看門(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，每條指令的執行時(shí)間均等，是振蕩器周期的4倍。

SH69P42符合工業(yè)規格，適用于對系統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的內部寄存器除累加器A、進(jìn)位標志CY、程序計數器PC之外，端口、定時(shí)器、A／D、PWM中斷、WDT與通用RAM一起統一編址。其地址由10位組成，源操作數的有效位為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為取數單元地址的低7位，BANK值bbb為取數單元地址的高3位。

LDA10H，01H

表示將RAM單元90H的內容送至累加器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。

系統寄存器PWMC控制PWM輸出，系統寄存器PWMP設置PWM輸出信號周期，系統寄存器PWMD設置PWM輸出信號的占空比。如表1、表2、表3所列。

4PWM實(shí)現D／A轉換

4。1實(shí)現電路及參數計算

圖1為基于SH69P42PWM1的D／A轉換的原理圖。

(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，而不采用內部或外部RC振蕩方式。因為后者受工作環(huán)境溫度影響較大。

4。1。210位D／A的實(shí)現方法

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

4。1。3輸出滿(mǎn)量程的分辨率假定輸出電壓為SH69P42的工作電壓為5V，10位數字量的數字分辨率為1／1024，轉換為模擬量為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 )的參數選擇

輸出端根據后續電路的需要，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PWM的周期頻率輸出滿(mǎn)足需要的不會(huì )過(guò)滯后隨動(dòng)模擬電壓。

當PWM1輸出為高電平時(shí)，通過(guò)電阻R2、R3對電容C5、C4充電，Output電壓升高，當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(zhù)占空比的變化，Output電壓值上下波動(dòng)，波動(dòng)幅度與占空比的數值線(xiàn)性相關(guān)。

4。2程序設計規則

SH69P42單片機的PWM在軟件設計時(shí)需遵循以下規則：

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

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據后，數據才會(huì )裝入重裝入計數器并在下一個(gè)周期開(kāi)始時(shí)計數；

當選擇以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計數，系統寄存器PWMP和PWMD的數據從第二個(gè)周期開(kāi)始計數；

PWM能在HALT方式下繼續工作，并在執行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，而是在對OTP編程之前的燒寫(xiě)設置中按照實(shí)際設定的。

4。3轉換結果分析

單片機外接振蕩器振蕩頻率為4MHz，PWM時(shí)鐘設定為8倍tOSC($21=0111)，周期設定為3FFH($2A$29$28=0011，1111，1111)時(shí)，PWM的時(shí)鐘周期為2。048ms，占空比(這里相當于D／A轉換的數字量)為0FFH($2D$2C$2B=000011111111)。理論計算輸出為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結束語(yǔ)

常溫下實(shí)際轉換結果與理論計算結果基本一致。在45℃時(shí)，實(shí)際轉換結果和理論計算值的偏差為0。15％左右，能夠滿(mǎn)足大多數場(chǎng)合的需要。如果對振蕩系統、二階RC低通網(wǎng)絡(luò )的元件參數提高篩選要求的話(huà)，可以實(shí)現偏差值在0。1％以?xún)取?/p>