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在要求脈寬調制(PWM)輸出功能或需要產(chǎn)生模擬電壓來(lái)控制外部器件，而微控制器本身內部不具備這些功能時(shí)，有幾種方法可以用來(lái)產(chǎn)生脈寬調制輸出，最簡(jiǎn)單的方法是從微控制器專(zhuān)用PWM定時(shí)器中產(chǎn)生。然而，并不是所有的微控制器都具有PWM定時(shí)器。另一種方法是用片上16位可編程脈沖發(fā)生器(PPG)的定時(shí)器來(lái)實(shí)現該功能，內置16位PPG定時(shí)器的微控制器可以配置成PWM模式來(lái)產(chǎn)生周期不變、具有各種脈沖寬度的波形，并與一個(gè)專(zhuān)用的外部或軟件觸發(fā)器保持同步。 PWM的一些典型應用如控制汽車(chē)尾燈或儀表盤(pán)亮度的調光器、小型直流風(fēng)扇的電機速度控制器、小型加熱器控制器，甚至是數模轉換器(DAC)，在這些DAC上增加一些簡(jiǎn)單的外部電路，就可以在精度要求不太高的應用中用來(lái)控制外部器件。 為一個(gè)儀表盤(pán)燈光調節器，MB90F428G是一個(gè)具有PPG功能的微控制器。將微控制器的16位PPG定時(shí)器配置為連續PWM模式來(lái)獲得脈寬調制輸出，以用于汽車(chē)儀表盤(pán)燈光亮度控制。產(chǎn)生的PWM與內部軟件觸發(fā)器同步，或與一個(gè)外部觸發(fā)器同步。 MCU使用一個(gè)4MHz的主時(shí)鐘，通過(guò)內部分頻器可以得到期望的時(shí)鐘頻率，將該頻率作為16位遞減計數器的輸入。PCSR是一個(gè)用于設置間隙時(shí)間的16位數據寄存器；PDUT是用于占空比設置的16位比較寄存器，也是一個(gè)引腳控制字段。脈沖輸出的間隙時(shí)間和占空比可以通過(guò)改變這兩個(gè)16位寄存器的值來(lái)自由設置，該特性能幫助PPG工作在PWM模式。在PWM模式中，當外部觸發(fā)信號位于“P05/SCK1/TRG”引腳處，或內部軟件觸發(fā)器產(chǎn)生信號時(shí)，將發(fā)出一個(gè)起動(dòng)觸發(fā)信號，在檢測到該觸發(fā)信號后MCU將產(chǎn)生連續脈沖輸出。另一個(gè)重要的16位寄存器是“PCNT”，這是一個(gè)PPG控制和狀態(tài)寄存器，從0到15位可以用來(lái)選擇所需的時(shí)鐘、模式(如PWM)、觸發(fā)類(lèi)型、PPG輸出使能，以及中斷請求。 說(shuō)明了PPG作為PWM輸出的功能配置，通過(guò)精確控制PWM輸出的周期和占空比可以改變白熾燈的亮度。MC3392是一個(gè)具有故障報告功能的單低邊保護開(kāi)關(guān)。輸入到MC3392的信號可以兼容CMOS、TTL電平，該信號從微控制器的PPG0引腳91輸出。典型的脈沖調制輸出頻率是80Hz，該頻率可以避免產(chǎn)生眼睛可以感覺(jué)的閃爍，輸出脈沖的占空比可以在3%至97%之間設置，當為3%時(shí)燈不亮，而在97%時(shí)燈看起來(lái)一直處于導通狀態(tài)。MC3392有一個(gè)1A的內部短路保護，并具有一個(gè)獨特的電流回饋功能。該器件還有一個(gè)內部輸出箝位電路，用于感性負載的過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)熱保護。因此，MC3392輸出端可以連接燈的數目取決于總負載電流的大小，該電流應小于1A。發(fā)光二極管“D1”用來(lái)表示出現系統故障，如過(guò)壓、過(guò)流或熱關(guān)斷。 在PWM模式中使用PPG的另一個(gè)應用是小型直流風(fēng)扇所用的電機速度控制，該電路也可以用于小型加熱器控制器或直流燈調光器。在PWM模式下PPG輸出產(chǎn)生一個(gè)具有可變通斷比的方型波，平均導通時(shí)間可以在10%到100%之間變化，該應用將PPG設置成頻率為400Hz的脈寬調制輸出。 脈寬調制的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是脈沖能達到滿(mǎn)程供電電壓，從而可以更容易地克服電機內部電阻，產(chǎn)生更大的電機力矩。圖中Q1是N溝道IRF521 MOSFET，用來(lái)驅動(dòng)負載，該功率開(kāi)關(guān)接收柵極脈寬調制電壓，通過(guò)源-漏極電流通路來(lái)實(shí)現對負載電流的開(kāi)關(guān)。當Q1導通時(shí)為負載提供一個(gè)接地通路，當Q1斷開(kāi)時(shí)，負載的接地斷開(kāi)。要確保負載端不接地，否則會(huì )產(chǎn)生短路。電源電壓一直加在負載的正電壓端，根據不同的脈沖寬度發(fā)光二極管產(chǎn)生相應的亮度。電容C3用來(lái)平滑開(kāi)關(guān)波形，并過(guò)濾掉一些RFI。二極管D2是1N4004，是一個(gè)續流二極管，用來(lái)斷開(kāi)來(lái)自感性負載的電壓反沖。C4是一個(gè)0.1μF/50V的陶瓷電容。當工作負載小于或等于1A時(shí)，Q1不需要散熱器，而如果需要更大電流，則需要將Q1替換成一個(gè)帶散熱器的大電流器件(如IRFZ34N)。此時(shí)，對于某些電機而言還必須用一個(gè)更快速和更大電流的二極管來(lái)替代D1。 與前面所述的應用相比，除了時(shí)鐘頻率、周期和占空比設置寄存器值需要改變外。 在某些應用中需要微控制器用模擬信號來(lái)控制外部器件，但一般微控制器芯片上沒(méi)有DAC，而外部DAC成本較高。此時(shí)，用一個(gè)簡(jiǎn)單的外部RC電路來(lái)構成一個(gè)低通濾波器，用MCU PWM模式的PPG定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生模擬信號輸出是一個(gè)較好的方法。這樣一個(gè)DAC的優(yōu)點(diǎn)是它的分辨率可以由軟件來(lái)設置，并且該DAC的基本原理是產(chǎn)生PWM輸出。電路只用少數外部元件就提供了高分辨率，其缺點(diǎn)是響應慢，并因此產(chǎn)生一個(gè)模擬電壓紋波。R和C的值可以用下面的公式來(lái)計算： fg=1/2π×Rfilter×Cfilter 這里fg是濾波器頻率，Rfilter是濾波器電阻，Cfilter是濾波器電容。 標準的設計是使fg=(1/10)×fpwm τfilter=10/(2π×fpwm), 給出了外部濾波器的RC時(shí)間常數。 標準的設計規則要求Rfilter=Rload/10 按照上面的指導原則可以使濾波器的功耗最小化。如果不遵循上述原則，計算將產(chǎn)生錯誤，使負載電阻相比于濾波器電阻太低，而負載電阻會(huì )影響濾波器頻率。由于計算結果與1/10相乘，因此產(chǎn)生的誤差將很小，可以忽略不計。 C=τfilter/Rfilter 在上面的RC參數值下，如果剩下的紋波電壓太高，可以用兩個(gè)RC濾波器串聯(lián)起來(lái)。濾波器的頻率(假設兩個(gè)RC濾波器有相同的R和C)可以表示為： C=τfilter/Rfilter fg=(1/10)×fpwm 計算結果如下： τfilter=10/(√2×π×fpwm) Rfilter=Rload/20，Cfilter=πfilter/Rload 這樣，在PWM模式下PPG功能的數字輸出可以用來(lái)控制模擬電路，實(shí)現低噪聲、高效率、節約空間和低成本的設計。 |
