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基于低通滤波器的PWM输出电压达成DAC电路的打算

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  )是往往须要同时利用的,只是许 多单片机内里并没有集成DAC,尽管有些单片机内部集成了DAC,DAC的精度也常常不高,在高 精度的运用中已经须要外接DAC,这样增加了本钱。只是,险些所有的单片机都提供害怕PWM输出效用•。倘若能利用单片机的PWM输出(惟恐阅历依时器和软件一起来完成PWM输出),经验简陋的转变就能够告竣DAC,这将大量下降本钱电子树立的资本、松开体积 ,并便利进取精度。本文在对PWM到DAC改造关连的理论体认的实情上,策画出输出为0~5 V电压的DAC。

  PWM是一种周期必然而险峻电平的占空比无妨调制的方波灯号•,图1是一种在电路中大凡遇到 的PWM波。该PWM的曲折电均分别为VH和VL,理念的形象VL等于0, 不过实质中经常不等于0,这往往是利用中形成缺点的一个重要来历•。

  个中:T是单片机入网数脉冲的根蒂周期,即单片机每隔T时间记一次数(计数器的值扩充 生怕松开1),N是PWM波一个周期的计数脉冲个数,n是PWM波一个周期中高电平的 计数脉冲个数,VH和VL离别是PWM波中险峻电平的电压值,k为谐波次数,t为时候。把式(1)所表白的函数发展成傅里叶级数,得到式(2):

  从式(2)无妨看出,式中第1个方括弧为直流分量,第2项为1次谐波分量,第3项为大于1次的高次谐波分量。式(2)中的直流分量与n成线到N ,直流分量从VL到VL+VH之间转变,这正是电压输出的DAC所必要的。所以,要是能 把式(2)中除直流分量的谐波过滤掉,则无妨获得从PWM波到电压输出DAC的变革,即•:P WM波可以资历一个低通滤波器举行解调。式(2)中的第2项的幅度和相角与n有合•,频率 为1/(NT),该频率是安排低通滤波器的依据。倘使能把1次谐波很好过滤掉,则高次谐波 就应当根本不生计了。

  遵照上述剖析不妨得到如图2所示的从PWM到DAC输出的暗记责罚方块图,依据该方块图没合系 有许多电路告竣本事,在单片机的应用中还能够经过软件的方法举办精度诊疗和过错的进一 步校勘。

  在DAC的应用中,差别率是一个很危急的参数,图1的区别率发动直接与N和n的无妨变化 有关,发动公式如式(3):

  从表1和式(3)无妨看出,N越大DAC的辩白率越高,只是NT也越大,即 PWM的周 期恐惧式(2)中的1次谐波周期也越大,相等于1次谐波的频率也越低,需要干休频率 很低的低通滤 波器,DAC输出的滞后也将执行。一种料理才能便是使T减少,即松开单片机的计数脉冲 宽度(这普通需要提高单片机的行状频率)•,到达不降低1次谐波频率的条件下先进精度。 在现实中,T的减弱受到单片机时钟和PWM后续电途开合性格的控制。如果在实际中须要 微秒级的T,则后续电路必要弃取开闭性格较好的器件•,以松开PWM波形的失线、PWM到DAC电压输出的电途完竣遵照图2的组织,图3是最简明的完工式子。图3中,PWM波直接从

  的PWM引脚输出 ,该电道没有基准电压,只履历简陋的阻容滤波取得DAC的输出电压。R1和C1的具 体参数可依照式(2)的第2个人的一次谐波频率来弃取,现实应用中时时选择图2中阻容滤波 器的中断频率为式(2)的基波频率的1/4支配。

  和温度而蜕化。按照式(2)的直流分量可知•,DAC电压输 出只能在0.45“ 4.5 V之间调度,况且随负载电流和遭遇温度厘革,精度很难保证。由于该电途的转化片面 精度不高,没有必要采用高辨别率的PWM输出,8位即可。此外图2的DAC输出的负载能力也比 较差,只符合与具有高输入

  的后续电道连接。因此,图3的电途只能用在对DAC输出精度 央求不高、负载很小的场闭。对精度和负载才华乞求较高的场关,须要对图3的电路举办改 进,实行基准电压、负载驱动等电道••。图4的电路在图3电途的究竟上推行了开合管T1、基准电压源LM3365和输出扩大器TL V2472。MCU从A点输出的PWM波驱动T1的栅极,T1依照PWM的周期和占空比举行开关。T1为低 导通

  和开关个性好的开合管,如IRF530,其类型导通电阻小于0.16 Ω, 而罢休电阻却终点大,与T1并联的为基准电压LM3365。图4的B点将获得理想的 PWM波形,即:VH=5 V,VL=0 V,波形为方波。A点的PWM波,经过整 形取得B点理想PWM波,B点的PWM波再阅历两级阻容滤波在C点得到直流分量,即MCU输出的调 制PWM波在C点得到解调,杀青了DAC功能。服从式(2)可知,C点的电压为(5 %26;#215;n/N)V,为0~5 V之间的电压。由于妄诞器A1的输入阻抗很大,二级阻容滤波的效 果很好,C点的电压纹波极小•,顺心高精度乞请•。输出夸诞器回收TLV2472,事业在电压跟随 器式子,我是一个RailtoRail夸诞器,全部人的输出电压的跨度的确等于电源 电压幅度,于是没闭系得到0 V的电压输出,战胜了经常夸诞器(如LM324,TL071等)输出电压 跨度比电源电压领域小1 V操纵这一症结。图4与图3还有一点紧急的分化是,图4的电源电压 为6 V,而图3为5 V。图4中在MCU接电源电压中串联了二极管,大家起降压的效力,因 为常常的MCU事迹电源规模为4•.5~5.5 V之间•。图4中采取电源电压为6 V是为了确保LM336 5能平常事迹。

  没有特别的央浼•,很容易调试。由于PWM波很容易履历MCU的软 件举行驾御,纵然电路稍微有些体系差池,也很方便通过软件举行改正。因而••,图4的电路 能够获得高精度的DAC输出。

  3、结语本文在对PWM波形组成实行理论贯通的内幕上,提出了无妨经验一个低通滤波器把PWM中的DAC调制旗号解调出来,实现DAC。论文对告竣DAC发生的过失的来由实行了会意,计划了两组DAC电途杀青花式,分裂合意于不同的利用场合。

  就无妨获得高精度的DAC,降低了配置的本钱。 该电路为单电源供电,绝顶适用在基于单片机的嵌入式系统中行使。

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