基于單片機的PWM轉(zhuǎn)D/A輸出模塊的設(shè)計

于進杰+唐正華

【摘 要】大部分單片機都沒有D/A輸出的引腳，但是一般都有PWM引腳，如果涉及的系統(tǒng)需要外接控制電機等需要D/A信號輸出控制的設(shè)備，就需要在單片機引腳拓展D/A轉(zhuǎn)換。一般都是外接一個D/A轉(zhuǎn)化芯片來完成，但是價格比較高，這里討論一個利用PWM引腳拓展轉(zhuǎn)換成D/A輸出的設(shè)計，大大減低價格成本。

【關(guān)鍵詞】D/A轉(zhuǎn)換；光電隔離；誤差；PWM

中圖分類號： TN792 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）23-0112-002

【Abstract】Most microcontrollers do not have D/A output pins，but generally have PWM pins， if the system involved in the need for external control of the motor and other equipment need D/A signal output control， you need to expand the microcontroller D/A conversion.Usually a D/A converter chip to complete，but the price is relatively high，here to discuss the use of PWM pin expansion into D/A output design，greatly reducing the cost of the price.

【Key words】D/A conversion；Photoelectric isolation；Error；PWM

0 引言

單片機控制器受到外界的電磁干擾比較大，這些干擾會導致單片機控制器輸出信號產(chǎn)生誤差。所以在設(shè)計的時候，必須根據(jù)所連接負載可能產(chǎn)生干擾的形式采取相應的抗干擾措施，提高單片機控制器的電磁兼容性。

1 PWM轉(zhuǎn)D/A輸出模塊的設(shè)計

1.1 硬件電路設(shè)計

在單片機輸出接口設(shè)計中，如果需要D/A輸出，首先想到的是利用單片機I/O口外接一個D/A轉(zhuǎn)換芯片，這里我們利用單片機的PWM接口通過外接設(shè)計電路，同樣可以得到需要的D/A輸出信號，同時還可以節(jié)省單片機的I/O接口資源。

首先選取一個比較常用的單片機PIC16F877，如果需要產(chǎn)生0～10V的模擬電壓信號，而PIC16F877本身沒有D/A輸出引腳，不能直接輸出模擬電壓信號。但PIC16F877芯片帶有兩個CCP模塊，所對應的引腳通過軟件編程均可配置為PWM工作模式，在該模式下，CCPx引腳可以輸出占空比為10位分辨率可調(diào)的方波，這樣我們得到一個PWM的輸出引腳。通過對PWM輸出引腳接低通濾波器的方法得到D/A輸出。考慮到在這個轉(zhuǎn)換過程中會受到外界或是所帶負載的干擾，以及D/A信號比較微弱需要增益等一些因素的影響，對PWM輸出直接低通濾波要做一些改進。

首先轉(zhuǎn)換要從源頭做起，從PIC16F877出來的PWM信號先連接一個高速光電耦合器以減小數(shù)字信號脈沖對模擬信號的干擾。再連接一個單刀雙擲模擬開關(guān)MAX4599來穩(wěn)定PWM輸出的高低電平的電壓值，為后面轉(zhuǎn)D/A信號提供一個比較純凈的初始信號。綜合上述考慮，針對PWM轉(zhuǎn)D/A輸出模塊電路進行如下的設(shè)計，如圖1。

1.2 PWM波的轉(zhuǎn)換過程

首先由PIC16F977 的CCP1引腳連接高速光電耦合器6N137進行隔離，經(jīng)過隔離后的脈沖信號接入單刀雙擲模擬開關(guān)MAX4599得到整定后的PWM信號，再經(jīng)過兩級RC低通濾波后得到0～5V的模擬電壓信號。如果后面的負載需要0～10V電壓，再加一個放大倍數(shù)為2的同相放大器；如果后面的負載需要比較大的功率，可以再加一個電壓跟隨器。

2 主要元器件的選取

2.1 R、C元件參數(shù)的選取

2.2 參考電壓芯片的選取

參考電壓芯片選取精密基準電壓源REF02，該芯片可以提供精確的+10V、+5V、+2.5V輸出的參考電壓，環(huán)境溫度或負載條件的變化對輸出電壓的影響極小，同時具有小尺寸，寬電源電壓范圍，應用廣泛，能夠在更寬的工作溫度范圍內(nèi)提供更高的精度和溫度穩(wěn)定性。

3 軟件流程圖

軟件編程方面主要是PIC16F877能夠根據(jù)理想電壓曲線的電壓值產(chǎn)生與之對應的PWM信號，即通過軟件編程設(shè)置PWM信號的占空比來實現(xiàn)。PWM方式電壓輸出的簡要流程圖如圖2。

4 結(jié)束語

通過硬件電路和軟件優(yōu)化，使得單片機輸出的PWM信號受到的外界的干擾更小，從而可以提升系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。同時可以節(jié)省出至少8個I/O引腳資源。

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