利用msp430 的timer_b 在比较模式下输出的脉宽调制(pwm)

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1、利用MSP430的Timer_B在比较模式下输出的脉宽调制(PWM)1基本原理PWM信号是一种具有固定周期T不定占空比的数字信号如图1所示如果PWM信号的占空比随时间变化那么通过滤波之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在MSP430F449中就是采用CCR0来控制周期T而用与定时器对应的CCRx寄存器来控制可变占空比进而实现D/A转换.2分辨率基于Timer_BPWM的DAC分辨率就等于计数器的长度通常是CCR0寄存器的值PWMDAC的最低有效位是一个计数值分辨率是总的计数值Rcounts=Lcounts其中Rcou

2、nts是以计数值为单位的分辨率Lcounts是计数器的总计数值例如对8-bitDAC计数器的长度为8bits或者256个计数值那么分辨率也就是8bits或者256更一般的情况下基于PWM定时器和滤波器的PWMDAC的分辨率等于产生模拟信号的PWM信号的分辨率PWM信号的分辨率决定于计数器的长度和PWM计数器能够实现的最小占空比用数学表达式如下Rcounts=其中=LcountsC是最小占空比比特分辨率用下式计算如果PWM计数器的长度为512个计数值最小的占空比为2个计数值那么PWMDAC的分辨率就为或者以比特表示.3系统频率PWM信号需要的输出频率等于DAC的更新频率因

3、为PWM信号占空比的每一次变化等效于一次DAC抽样PWM定时器所需的频率取决于PWM信号频率和所需的分辨率如下所示图1PWM信号示意图在这儿是所需的PWM定时器频率是PWM信号的频率也就是DAC的更新频率n是所需的比特分辨率下文即将描述怎样采用8-bitPWMDAC来同步产生一个200Hz的正弦波由抽样定理可得最低的抽样频率应该为400Hz但是通常情况下PWM信号的频率要远高于Nyquist抽样速率这是因为PWM信号的频率越高对滤波器的阶数就要求越低合适的滤波器越容易实现通常抽样速率取Nyquist速率的16或者32倍.4.所需的MSP430资源文中的例子是用MSP43

4、0F449的Timer_B再加外部滤波器来产生一个200Hz的正弦波和一个0.5VCC的直流电平的将Timer_B配置为16-bitup模式在这种模式下计数器计数CCR0然后复位从0开始重新计数给CCR0赋值255也就意味着计数器的长度为8bitsCCR1和TB1用于产生正弦波CCR2和TB2用于产生直流电平输出模式都选为模式7即PWM复位/置位模式如图2所示在这种模式下复位后每一个定时器的输出都为高电平直到计数器达到各自的CCRx值时变为低电平当计数器达到CCR0时再置位也就是说CCRx的值决定了各自正脉冲的宽带若CCRx的值是变化的就可以产生可变宽度的脉冲下文中的正

5、弦波就是用这种办法产生的若不变则产生的是固定宽度的脉冲下文中的直流电平就是这样产生的最后SMCLK用作Timer_B的时钟源系统采用32768Hz的钟表晶振通过采用内部硬件锁频环FLLfrequency-locked-loop来校准DCODigitalControlOscillator频率为系统提供MCLK/SMCLK时钟图2输出模式7PWM复位/置位示意图.5.实现电路用Timer_BPWM实现DAC外围电路比较简单如图3所示实际上外围电路就是晶振电路和RC低通滤波器图3MSP430F449实现D/A电路图.6.正弦信号的产生在这个例子中一个正弦波用32个抽样值生成正

6、弦波的频率为200Hz所以每秒要抽样20032=6400次也就是说=6.4KHz每完成一次抽样要计数28所以所需的时钟频率为抽样值包含在程序开始的一个正弦表中通过调用中断函数在每个PWM周期结束时将新的正弦波抽样值载入捕获/比较寄存器CCR1中因此产生的PWM信号的脉冲宽度就决定了正弦波在每一个时刻的抽样值将这个PWM信号经过低通滤波即得所需的正弦波.7.直流电平的产生直流电平产生比较简单因为它对应的PWM占空比是一定的直流电平直接正比于PWM信号的占空比要产生0.5VCC的直流电平PWM的占空比显然是50%考虑到损耗实际应大些只需要简单地将CCR2的值设置为128并且

7、无须变化就可以得到50%占空比的PWM信号将得到的PWM信号通过RC网络进行低通滤波即可得到0.5VCC的直流电平.8.滤波器设计对两路输出都采用了结构简单的RC滤波器如图3所示之所以采用这种结构一是因为RC滤波器结构简单二是为了实现低功耗尽量避免采用有源器件用于交流信号的滤波器是一个双极点级联RC滤波器如果滤波器阶数过高可以采用提高的抽样频率的办法来降低滤波器阶数滤波器的截至频率fc由下式来计算当R2=R1时滤波器的响应较好但是如果截至频率很接近信号带宽边沿将会导致相当大的衰减因此为了减小滤波器的衰减截至频率应该大于信号带宽边沿但是要远