基于C8051F410的信號模擬電路設(shè)計
加入技術(shù)交流群
1 電路結(jié)構(gòu)及原理
電路設(shè)計采用了閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，如圖l所示。以C8051F410單片機(jī)為核心，通過程序設(shè)定需要輸出電壓的初始參數(shù)，控制單片機(jī)內(nèi)部的PCA(可編程計數(shù)器陣列)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)腜WM波形，C805IF410芯片的可編程計數(shù)器陣列由一個專用的16位計數(shù)器/定時器和3個16位捕捉/比較模塊組成，經(jīng)二級信號放大電路和推挽式輸出電路放大后得到精確直流電壓信號。為了抑制工作點漂移并保證足夠的輸出精度，通過將輸出信號經(jīng)分壓后引回至C8051F410單片機(jī)，利用單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器測量該電壓，并與初始設(shè)定參數(shù)相比較，最終經(jīng)由程序調(diào)節(jié)PWM波形的占空比，從而實現(xiàn)具有高可靠性和較高精度的直流電壓輸出信號。
2 硬件設(shè)計
C805IF410單片機(jī)有P0、P1、和P2數(shù)字/模擬可配置的I/0 口，所有的數(shù)字和模擬資源都可以通過這三組24個I/O引腳使用。輸出一路精確模擬信號，需要設(shè)置—個引腳作為PWM輸出口，一個作為ADC輸入口。在這里，我們設(shè)置PO.1為PWM輸出口，P0.2為ADC輸人口。
外圍電路設(shè)計包括在線調(diào)試和下載電路、外部參考電壓電路和濾波電路。本文利用單片機(jī)提供的C2調(diào)試接口設(shè)計了在線調(diào)試和下載電路．如圖2左上側(cè)電路所示．通過計算機(jī)串口實現(xiàn)單片機(jī)的快速編程和系統(tǒng)在線調(diào)試。圖2下右側(cè)為外部參考電壓電路璉接到單片機(jī)的Vref引腳．為單片機(jī)ADC等模塊提供2．048伏電壓參考．可通過電位器進(jìn)行調(diào)校。
放大電路包括二級電壓放大電路和推挽式功率輸出電路兩個部分．如圖2右側(cè)電路所示。
電壓反饋測量前置電路如圖2右側(cè)上部所示，實質(zhì)為分壓電路。由于設(shè)定C8051F410單片機(jī)參考電壓為2．048伏，而輸出電壓最大值為12伏左右，因此選擇電阻R15=4.3K，R16=20K，電位器Pv1標(biāo)稱電阻為5K,并可通過調(diào)節(jié)電位器來改變電壓倍數(shù)。
3 軟件設(shè)計
運(yùn)用c語言編程來實現(xiàn)PWM控制，并利用C8051F410芯片的可編程計數(shù)器陣列組成PWM發(fā)生器。捕捉/比較模塊有六種工作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時器、高速輸出、頻率輸出、8位PWM和16位PWM。每個捕捉/比較模塊的丁作方式都可以被獨立配置。對PCA的配置和控制是通過系統(tǒng)控制器的特殊功能寄存器來實現(xiàn)的．主要有以下幾個：
3) PCAOCPn可編程計數(shù)器陣列捕捉，比較寄存器(高低字節(jié))。該寄存器用于設(shè)置捕捉/比較模塊n的高低字節(jié)。
具體實現(xiàn)方法與步驟如下：
1)初始設(shè)置：根據(jù)設(shè)定電壓值生成初始PWM波形和頻率參數(shù)。
2)電壓測量：測量此時輸出電壓和設(shè)定值之間的偏差，用于調(diào)整PWM參數(shù)。
3)調(diào)整PWM參數(shù)：把設(shè)定的輸出電壓與實際讀取到的輸出電壓進(jìn)行比較．若實際電壓值偏小，則向增加輸出電壓的方向調(diào)整PWM的占空比；若實際電壓偏大，則向減小輸出電壓的方向調(diào)整PWM的占空比。
4)使能PWM輸出。
另外．在軟件PWM的調(diào)整過程中還要注意ADC的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾。合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。
4 結(jié)論
基于C8051F410單片機(jī)，采用PWM調(diào)制技術(shù)和負(fù)反饋測量技術(shù)設(shè)計了一種新的精確信號模擬電路,克服了原電路因工作點不穩(wěn)定的問題。經(jīng)實驗驗證，榆測設(shè)備重測合格的現(xiàn)象不再出現(xiàn)。本電路從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，抗噪性能強(qiáng)，工作穩(wěn)定，具有較高的輸出精度，對于同類電路的設(shè)計具有一定的借鑒意義。
評論