解放军理工大学通信工程学院

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1、基于MSP430Timer_B的D/A转换解放军理工大学通信工程学院赵陆文屈德新摘要本文分析了利用MSP430的Timer_B在比较模式下输出的脉宽调制(PWM)波来实现D/A转换的工作原理介绍了利用MSP430F449的Timer_B的PWM输出产生正弦波和直流电平的方法并给出了对应的硬件电路和C语言源程序关键词MSP430F449脉宽调制D/A转换D/AConversionBasedonMSP430Timer_BAbstractThispaperanalysestheprincipleofutilizingthePWMtorealizeD/Aw

2、hentheMSP430Timer_Bisworkingincomparemode.ItdescribesthemethodofusingthePWMofMSP449F449'sTimer_BtocreateasinewaveandaDClevel.Atlast,itgivesthecorrespondinghardwarecircuitandClanguageprogram.Keywords:MSP430F449;PWM;D/Aconversion1.简介1.1MSP430单片机介绍虽然目前在国内市场上应用较多的单片机仍然是8位单片机但是由美国德

3、州仪器TI公司推出的16位单片机MSP430具有处理能力强运行速度快低功耗指令简单等优点并采用了JTAG技术FLASH在线编程技术BOOTSTRAP等诸多先进技术因此具有很高的性价比在欧洲市场已得到了非常广泛的应用虽然MSP430进入国内市场的时间不是很长但是因其具有以上所述的卓越品质一进入国内市场就被众多电子工程师所青睐其中MSP430F449具有7个工作模式可选8101216的16位计数器用其比较模式产生的PWM可以实现D/A转换D/Aconversion1.2PWMD/A简介很多嵌入式的微控制器microcontroller应用都需要产生模拟

4、信号这种情况下往往是采用集成的或者是分立的数模转换器DACdigital-to-analogconverter来实现但是采用脉宽调制PWMpulse-widthmodulated信号来实现D/A转换简写为PWMD/A也是一种常用的方法可以用PWM信号产生所需的直流或交流信号这篇文章以MSP430F449的Timer_B输出的PWM为例来产生一个200Hz的正弦波和一个0.5VCC的直流电平实际上类似的方法可以用于Timer_A以及MSP430其它型号的单片机2.用PWM实现DAC的原理2.1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

5、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2.2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图1PWM信号示意图Rcounts=Lcounts其中Rcounts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

6、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2.3系统频率PWM信号需要的输出频率等于DAC的更新频率因为PWM信号占空比的每一次变化等效于一次DAC抽样PWM定时

7、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2.4所需的MSP430资源文中的例子是用MSP430F449的Timer_B再加外部滤波器来产生一个200H

8、z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至CCR0然后复位