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在要求脈寬調(diào)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(nèi)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(diào)制輸出，最簡(jiǎn)單的方法是從微控制器專用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(xiàn)該功能，內(nèi)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)專用的外部或軟件觸發(fā)器保持同步。 PWM的一些典型應(yīng)用如控制汽車(chē)尾燈或儀表盤(pán)亮度的調(diào)光器、小型直流風(fēng)扇的電機(jī)速度控制器、小型加熱器控制器，甚至是數(shù)模轉(zhuǎn)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(yīng)用中用來(lái)控制外部器件。 為一個(gè)儀表盤(pán)燈光調(diào)節(jié)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(xù)PWM模式來(lái)獲得脈寬調(diào)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(nèi)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(nèi)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(jì)數(shù)器的輸入。PCSR是一個(gè)用于設(shè)置間隙時(shí)間的16位數(shù)據(jù)寄存器；PDUT是用于占空比設(shè)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(shè)置，該特性能幫助PPG工作在PWM模式。在PWM模式中，當(dāng)外部觸發(fā)信號(hào)位于“P05/SCK1/TRG”引腳處，或內(nèi)部軟件觸發(fā)器產(chǎn)生信號(hào)時(shí)，將發(fā)出一個(gè)起動(dòng)觸發(fā)信號(hào)，在檢測(cè)到該觸發(fā)信號(hào)后MCU將產(chǎn)生連續(xù)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)類型、PPG輸出使能，以及中斷請(qǐng)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(bào)告功能的單低邊保護(hù)開(kāi)關(guān)。輸入到MC3392的信號(hào)可以兼容CMOS、TTL電平，該信號(hào)從微控制器的PPG0引腳91輸出。典型的脈沖調(diào)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(shè)置，當(dāng)為3%時(shí)燈不亮，而在97%時(shí)燈看起來(lái)一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。MC3392有一個(gè)1A的內(nèi)部短路保護(hù)，并具有一個(gè)獨(dú)特的電流回饋功能。該器件還有一個(gè)內(nèi)部輸出箝位電路，用于感性負(fù)載的過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)熱保護(hù)。因此，MC3392輸出端可以連接燈的數(shù)目取決于總負(fù)載電流的大小，該電流應(yīng)小于1A。發(fā)光二極管“D1”用來(lái)表示出現(xiàn)系統(tǒng)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(yīng)用是小型直流風(fēng)扇所用的電機(jī)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(diào)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(dǎo)通時(shí)間可以在10%到100%之間變化，該應(yīng)用將PPG設(shè)置成頻率為400Hz的脈寬調(diào)制輸出。 脈寬調(diào)制的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是脈沖能達(dá)到滿程供電電壓，從而可以更容易地克服電機(jī)內(nèi)部電阻，產(chǎn)生更大的電機(jī)力矩。圖中Q1是N溝道IRF521 MOSFET，用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載，該功率開(kāi)關(guān)接收柵極脈寬調(diào)制電壓，通過(guò)源-漏極電流通路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載電流的開(kāi)關(guān)。當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)為負(fù)載提供一個(gè)接地通路，當(dāng)Q1斷開(kāi)時(shí)，負(fù)載的接地?cái)嚅_(kāi)。要確保負(fù)載端不接地，否則會(huì)產(chǎn)生短路。電源電壓一直加在負(fù)載的正電壓端，根據(jù)不同的脈沖寬度發(fā)光二極管產(chǎn)生相應(yīng)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(xù)流二極管，用來(lái)斷開(kāi)來(lái)自感性負(fù)載的電壓反沖。C4是一個(gè)0.1μF/50V的陶瓷電容。當(dāng)工作負(fù)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(duì)于某些電機(jī)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(yīng)用相比，除了時(shí)鐘頻率、周期和占空比設(shè)置寄存器值需要改變外。 在某些應(yīng)用中需要微控制器用模擬信號(hào)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(gòu)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(hào)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(shè)置，并且該DAC的基本原理是產(chǎn)生PWM輸出。電路只用少數(shù)外部元件就提供了高分辨率，其缺點(diǎn)是響應(yīng)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)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(shù)。 標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)則要求Rfilter=Rload/10 按照上面的指導(dǎo)原則可以使濾波器的功耗最小化。如果不遵循上述原則，計(jì)算將產(chǎn)生錯(cuò)誤，使負(fù)載電阻相比于濾波器電阻太低，而負(fù)載電阻會(huì)影響濾波器頻率。由于計(jì)算結(jié)果與1/10相乘，因此產(chǎn)生的誤差將很小，可以忽略不計(jì)。 C=τfilter/Rfilter 在上面的RC參數(shù)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(shè)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(jì)算結(jié)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(shù)字輸出可以用來(lái)控制模擬電路，實(shí)現(xiàn)低噪聲、高效率、節(jié)約空間和低成本的設(shè)計(jì)。 |
