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1、华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-R&D V2.1 QQ群：63191815 Editor：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 1 - 实验九：定时器输出PWM模拟DAC 一、 实验目的 1、 进一步熟悉AVR单片机内部定时器的PWM配置方法； 2、 掌握用PWM波模拟DAC的原理。 二、 实验原理 实验八中，利用定时器1输出了频率固定的1.5kHz的占空比为50%的方波，驱动蜂鸣器发声，它应用了10位快速PWM模式，该模式下修改占空比非常方便，只要修改OCR1A的值即可。 PWM波在实际电路中用途广泛，如驱动调速电机、驱动调光LED灯等，PWM调节系统更是开关电
2、源的核心之一，本实验介绍使用PWM模拟DAC。 PWM波是一种占空比可调的方波，它有两个基本参数：频率f和占空比D，还有一个参数时幅度A，一般PWM波，高电平就等于A，低电平就是0V，占空比表示一个周期内高电平时间所占的比例。将PWM进行傅里叶变换，它由3大部分组成： 1、 直流分量，大小为 A*D，即幅度乘以占空比； 2、 基波，即频率与PWM频率相同的正弦波，幅度最大为1/，具体与占空比D有关； 3、 高次谐波。基波频率为 f，谐波以N*f的频率出现，如二次谐波、三次谐波，直到无穷大次谐波，次数越高，谐波的幅度就越小。 由上可知，PWM波中的直流分量为A*D，A为高电平的幅度，一般波动不大
3、，D为占空比，调节相对容易，因此PWM中的直流分量可以进行DAC的模拟，关键在于消除PWM波中基波和高次谐波的影响，这可以通过一个低通滤波器来实现。 由PWM波的频谱结构，其最低低频的频率分量为基波f，我们只要使用一个截止频率低于f，衰减足够大的低通滤波器，然后使PWM通过该滤波器，便输出了目标的直流分量， PWM 波的频率在 kHz 级别，这个滤波器很容易设计，开发板上使用了一个最简易的 4 阶RC无源滤波器，如图： R21R23 和 3 个 10uF 电 容 构 成 了 3 阶 滤 波 器 ， 截 止 频 率 为HzHzukRCf 6.1101014.32 12 1 ，R24 和 0.1u
4、F 构成高频吸收滤波器，补偿因电解电容的电感效应引起的高频衰减不足。PD7是定时器2的PWM输出端口。 本实验中，从 PD7 输出 PWM 波，经过低通后变成目标直流电压，这个电压输入 PA7华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-R&D V2.1 QQ群：63191815 Editor：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 2 - （参见实验七的ADC例程），PA7捕获这个电压送入内部ADC进行运算后用数码管显示出PWM低通后输出的电压大小。 定时器2是一个8位定时器，因此输出的PWM波的位数最高只有8位，因此DAC的分辨率也只有8位，可能感觉不够。实际使用中，应该使用
5、定时器1的PWM端口比较好，因为定时器1有16位之多，实现DAC可以有10位精度。 三、 硬件连接 连接PC07的数码管接口，连接PD7和P 7的左边2脚，如图。 连接AREF的跳线帽，还要拔掉PA7的流水灯跳线帽： 华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-R&D V2.1 QQ群：63191815 Editor：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 3 - 四、 实验代码 / 必须包含这2个必要的头文件 #include #include /*数码管接口定义*/ / 定义接口 #define SCK PC7 #define RCK PC6 #define OE PC5
6、#define SER PC4 #define SMG3 PC3 #define SMG2 PC2 #define SMG1 PC1 #define SMG0 PC0 #define IO_DDR DDRC #define IO_PORT PORTC / 定义接口的高、低电平 #define SCK_H IO_PORT|=1SCK #define SCK_L IO_PORT&=(1SCK) #define RCK_H IO_PORT|=1RCK #define RCK_L IO_PORT&=(1RCK) #define OE_H IO_PORT|=1OE #define OE_L IO_POR
7、T&=(1OE) #define SER_H IO_PORT|=1SER #define SER_L IO_PORT&=(1SER) #define SMG3_H IO_PORT|=1SMG3 #define SMG3_L IO_PORT&=(1SMG3) 华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-R&D V2.1 QQ群：63191815 Editor：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 4 - #define SMG2_H IO_PORT|=1SMG2 #define SMG2_L IO_PORT&=(1SMG2) #define SMG1_H IO_PORT|=1S
8、MG1 #define SMG1_L IO_PORT&=(1SMG1) #define SMG0_H IO_PORT|=1SMG0 #define SMG0_L IO_PORT&=(1SMG0) /*端口说明及宏定义*/ /PB为键盘所在端口 #define key_DDR DDRB #define key_PORT PORTB #define key_PIN PINB / ADC7 #define AD_CH_V 7 /*/ /*将两个pragma中间的数据放到程序寄存器中 即放到flash中*/ /* 以免占用内存 即sram的空间 */ #pragma data:code const u
9、nsigned char table=0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6, / 数字字模 0x01;/ 小数点位 #pragma data:data /*/ void delay_ms(unsigned int t) / 毫秒级延时函数 while(t-) delay_us(1000); / 执行时间大约1ms void delay_us(unsigned int t) / 微秒级延时函数 while(t-) / 执行一周大约1us asm(nop); / 嵌入汇编，表示空操作， asm(nop); / 不执行任何指令，消耗时间，
10、 asm(nop); / 起到延时的作用 asm(nop); asm(nop); asm(nop); asm(nop); / 系统初始化 void System_Init() IO_DDR=0xff; / 显示函数 void show(unsigned int data) unsigned char temp; unsigned char num; unsigned char i=0; 华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-R&D V2.1 QQ群：63191815 Editor：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 5 - for(i=0;i4;i+) SMG0_L;
11、SMG1_L;SMG2_L;SMG3_L; / 关闭所有位选 switch(i) case 0: / 取出data的千位的数字，并位选 num=data/1000; SMG0_H; break; case 1: / 取出百位 num=data/100%10; SMG1_H; break; case 2: / 取出十位 num=data/10%10; SMG2_H; break; case 3: / 取出个位 num=data%10; SMG3_H; break; default:break; num=tablenum; if(!i)num+; / 添加千位的小数点 for(temp=0;tem
12、p8;temp+) / 共移入8位数据，恰好驱动数码管 if(num&(1temp) / num对应字模，temp对应第temp位 SER_H; / 根据字模的1置位数据端 else SER_L; / 字模的0置零数据端 SCK_H; SCK_L; / 高电平脉冲，上升沿数据移入 RCK_H; RCK_L; / 高电平脉冲，数据输出 OE_L; / 使能输出端口 delay_ms(1);/ 显示时间2ms OE_H; / 关闭显示，如果不关闭，显示数码间有重影 / ADC初始化 void ADC_Init() ADMUX =0x40; / AVCC参考、右对齐、ADC0通道 ADCSRA=0x
13、C6; / 使能ADC、单次模式、启动第一次、12MHz内部时钟64分频 while(ADCSRA & (1ADSC); / 等待采样结束，第一次转换 / 启动一次采样，获取ADC数据 unsigned int get_ad_data(unsigned char AD_CH) ADMUX=(0xC0|AD_CH); / 配置通道 ADCSRA|=1ADSC; / 启动一次转换 华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-R&D V2.1 QQ群：63191815 Editor：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 6 - while(ADCSRA & (1ADSC); / 等待采样结束 return( (ADCH8)|ADCL ); / 返回转换结果，注意，左右对齐，对应移位方法不同 / PWM初始化配置 void PWM_DAC_Init() DDRD=BIT(7); TCCR2=0x6a; / 8位快速PWM模式，时钟8分频，PWM
