实验九：定时器出PWM模拟DAC.pdf

华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-RD V2.1 QQ 群 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/ π，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，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： R21~R23 和 3 个 10uF 电容 构成 了 3 阶滤 波器 ， 截止 频率 为 1 1 f Hz 1.6Hz ，R24 和 0.1uF 构成高频吸收滤波器，补偿 2RC 2 3.1410k10u 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 Editor ：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 1 - 华南理工大学无线电爱好者协会 AVR-RD V2.1 QQ 群 （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PC0~7 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： Editor ：*轩辕十四* Created date：2010-2-9 - 2 - 华南理