单片机产生正弦波 (2)

单片机产生正弦波一要求

采用单片机map430g2553和运算放大器lmv358产生正弦波，周期1秒。

二思路

可通过单片机产生PWM，调节参数寄存器的值，产生不同占空比的PWM信号。若占空比的变化规律是正弦的，则滤波后可得到所需正弦波形。

其中，PWM（PulseWidthModulation）控制——脉冲宽度调制技术是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。图1为用PWM 波代替正弦半波的例子。（单片机输出图1b，滤波后得到图1a）

图1用PWM波代替正弦半波

三实践

1PWM周期计算

正弦波周期1秒，需要采用多少个周期的PWM信号去表示？数目过少，则波形不完整（极端状况只有1个周期的PWM）；数目过多，则增加了单片机的计算量，并对速度有要求。这里取N=200个。

则PWM信号的周期为T=1/200秒=5毫秒。

2PWM参数计算

PWM由定时器TimerA产生，参数主要包括：定时器时钟，周期计数，高电平计数三个。

定时器时钟：定时器时钟来源有4个，两个内部的（辅助时钟ACLK、子系统主时钟SMCLK），两个外部的。这里采用内部时钟。没有外部晶体时，ACLK由内部时

钟源VLOCLK（低频时钟源，12K赫兹）产生，SMCLK由内部数字时钟DCOCLK（默认1M赫兹）产生。这里建议采用较高频率的。部分代码如下：

BCSCTL1|=DIVA_0; //ACLK=VLO

BCSCTL2|=SELM_0+DIVM_0+DIVS_0;//MCLK=DCO,SMCLK=DCO

//ConfigureTimerA

TACTL=TASSEL1+MC_1;//Source:SMCLK,UPmode

其中，ACLK可配置成VLOCLK的1,2,4,8分频，这里设置为1分频，即ACLK=VLO；

第二行中，SELM_0的作用是选择MCLK的时钟源为DCOCLK，DIVM_0设置为

MCLK=DCO，DIVS_0设置为SMCLK=DCO（默认时钟源）。

TASSEL1将定时器时钟设置为SMCLK（若为TASSEL0则选择ACLK），且未分频。

模式选择MC_1为上升模式。采用上述方法设置

定时器时钟=SMCLK=DCO=1M赫兹。

●周期计数：上升模式表明定时器由0递增到一个上限值CCR0。CCR0需设置。

因为周期T=1/200秒，而定时器时钟=SMCLK=DCO=1M赫兹，定时器周期t=1微秒，所以CCR0=T/t=5000，即5毫秒。

●高电平计数：定时器由0递增到一个上限值CCR0过程中，需设置脉宽CCR1。

并且K=CCR1/CCR0的数值每个周期（5毫秒）都变化一次，变化趋势满足正弦变化，200个5毫秒构成一个正弦变化周期。

为获得CCR1值，在matlab中输入：

t=0:pi/100:2*pi;

k=(sin(t)+1)/2;

CCR1=round(4999*k);

可获得201个CCR1值。上式中，第一行设置了201个数，均匀分布在0-2pi之间，第一个和最后一个分别对应0弧度和2pi弧度；第二行计算201个正弦值，偏置为0.5，全幅度为1的正弦波幅度，如图2所示：

图2偏置为0.5，全幅度为1的正弦波幅度

第三行计算CCR1值，为k与CCR0（这里是5000）的乘积，并取了四舍五入（round 函数）。为将数据导出，便于单片机编程，在matlab中添加：

fid=fopen('exp.txt','w');

fprintf(fid,'%d,',CCR1);

fclose(fid);

则在matlab工作目录中生成了带逗号的连续CCR1值。复制到程序中，定义一个数组temp[200],其数值为matlab生成的数值。

3PWM实现流程

程序包含两个中断，一个是定时器到达上限CCR0（这里是4999）时发出中断，并在中断服务程序中将输出置1，另一个是到达中间值CCR1（0至4999）时发出中断，并在中断服务程序中将输出置0。考虑到同时发出中断时，会有中断嵌套问题、以及优先级问题，所以在当CCR1需置为4999时，手动置为4998。软件流程如图3所示。

图3软件流程图

程序为：

//******************************************************************************

//LaunchPadLab4-TimerToggleP1.6,

//

//MSP430G2553

//-----------------

///|\|XIN|-

//|||

//--|RSTXOUT|-

//||

//|P1.6|-->LED

//

//******************************************************************************

#include

short temp[200]={2500,2578,2656,2735,2813,2891,2968,3045,3121,3197,3272,3346,3420, 3492,3564,3634,3704,3772,3839,3904,3969,4031,4093,4152,4211,4267,4322,4374,

4425,4474,4522,4567,4610,4651,4690,4727,4761,4793,4823,4851,4877,4900,4920,

4939,4955,4968,4979,4988,4994,4998,4999,4998,4994,4988,4979,4968,4955,4939,

4920,4900,4877,4851,4823,4793,4761,4727,4690,4651,4610,4567,4522,4474,4425, 4374,4322,4267,4211,4152,4093,4031,3969,3904,3839,3772,3704,3634,3564,3492, 3420,3346,3272,3197,3121,3045,2968,2891,2813,2735,2656,2578,2500,2421,2343, 2264,2186,2108,2031,1954,1878,1802,1727,1653,1579,1507,1435,1365,1295,1227, 1160,1095,1030,968,906,847,788,732,677,625,574,525,477,432,389,348,309,272, 238,206,176,148,122,99,79,60,44,31,20,11,5,1,0,1,5,11,20,31,44,60,79,99,122, 148,176,206,238,272,309,348,389,432,477,525,574,625,677,732,788,847,906,968, 1030,1095,1160,1227,1295,1365,1435,1507,1579,1653,1727,1802,1878,1954,2031, 2108,2186,2264,2343,2421};

int i=0;

void main(void)

{

WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//Stopwatchdogtimer

if(CALBC1_1MHZ==0xFF||CALDCO_1MHZ==0xFF)

{

while(1); //Ifcalibrationconstantserased,trapCPU!!

}

BCSCTL1=CALBC1_1MHZ; //Setrange

DCOCTL=CALDCO_1MHZ; //SetDCOstep+modulation

BCSCTL3|=LFXT1S_2;//LFXT1=VLO

P1DIR=0x40;//P1.6output(greenLED)

P1OUT=0;//LEDoff

IFG1&=~OFIFG;//ClearOSCFaultflag

BCSCTL1|=DIVA_0; //ACLK=VLO

BCSCTL2|=SELM_0+DIVM_0+DIVS_0;//MCLK=DCO,SMCLK=DCO

//ConfigureTimerA

TACTL=TASSEL1+MC_1;//Source:ACLK,UPmode

CCR0=5000; //Timercount5100

CCR1=2500; //Timercount100

CCTL0=CCIE; //CCR0interruptenabled

CCTL1=CCIE; //CCR1interruptenabled

_BIS_SR(GIE);

for(;;);

}

//TimerA0interruptserviceroutine

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR

__interruptvoid Timer_A0(void)

{

P1OUT|=BIT6;//P1.6outputHigh

if(i==199)

{

i=0;

}

else

{

i++;

}

if(temp[i]==4999)

{

CCR1=4998;

}

else

{

CCR1=temp[i];

} } //TimerA1InterruptVector(TA0IV)handler

#pragma vector=TIMER0_A1_VECTOR

__interruptvoid Timer_A1(void )

{

switch (TA0IV)

{

case 2:P1OUT&=~BIT6;//P1.6outputLow break ;

case 10: break ;

}

} 4输出滤波

输出运放采用lmv358。其管脚如下图4所示：

图4358管脚示意图

采用压控电压源二阶低通滤波电路。（参考《模拟电子技术基础》，第三版，童诗白、华成英主编，7.4.2节，352页）。其电路图如图5所示：

图5压控电压源二阶低通滤波电路

通带增益：A vp=1+R 4/R 3

传递函数： 所需设计的滤波器输出为1赫兹的正弦波，放大倍数为1，所以设置截止频率为

f0=10。取增益A vp=1，即R 4=0，R 3=R 2=R 1=R.C1=C.

取f0=1/(2πRC),则RC=。

可取C=10微法，则R=1591欧姆，实际取R=1.6K （或者C=1微法，R=16K ） 采用multisim 可仿真该滤波器，如图6所示。

图6multisim 仿真图

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