電子設(shè)計(jì)論文基于spce061a單片機(jī)的波形發(fā)生器-文庫吧資料
2025-06-06 12:20本頁面
【正文】 調(diào)制深度 即可，其余工作全由FPGA完成，從而大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。FPGA以其可靠性高、功耗低、保密性強(qiáng)等特點(diǎn)，在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。通常狀況下，微處理器通過定時(shí)中斷服務(wù)程序產(chǎn)生SPWM脈沖，在每個(gè)載波周期必須進(jìn)行中斷處理，對處理速度要求較高，從而也限制了載波頻率進(jìn)一步的提高，同時(shí)微處理器的處理任務(wù)也更加繁重。目前已有多種微處理器芯片（如80C196MC、TMS320F240等）本身集成有數(shù)字化PWM發(fā)生電路［3］。正弦脈寬調(diào)制（SPWM）技術(shù)在以電壓源逆變電路為核心的電力電子裝置中有著廣泛的應(yīng)用，如何產(chǎn)生SPWM脈沖序列及其實(shí)現(xiàn)手段是PWM技術(shù)的關(guān)鍵。關(guān)鍵詞：靜止補(bǔ)償器；SPWM；FPGA 引言通過正弦調(diào)制波與三角載波的比較，產(chǎn)生了六路PWM脈沖信號。通過此次設(shè)計(jì)，讓我感到了凌陽SPCE061A十六位單片機(jī)的方便性和靈活性，通過對凌陽SPCE061A單片機(jī)的使用，可以使編程技能快速提高，并且認(rèn)識到很多新的算法和設(shè)計(jì)思想。 （6）具備語音提示波形和粗調(diào)頻率的功能。（4）輸出波形幅度范圍為0～5V（峰峰值），可通過可變電阻任意調(diào)整調(diào)整。（2）用鍵盤輸入編輯可生成正弦波由基波及其諧波線性組合的波形，以及各次諧波單獨(dú)的波形。另外還用外部中斷一來進(jìn)行同步調(diào)試，我們可在中斷里寫入各種參數(shù)，就可達(dá)到我們所要求的波形及其實(shí)現(xiàn)參數(shù)變化的目的。 圖13 有頻率突變的方波顯示和播報(bào) 時(shí)間和路程的顯示采用動態(tài)顯示，顯示子程序流程圖如圖14，語音播報(bào)采用凌陽SACM_S480語音播報(bào)，流程圖如圖15 。具體設(shè)計(jì)方案是采用不停的輸出和停止輸出某一幅度的值，在一個(gè)序列周期我們總共提供八位可變數(shù)值，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)傳輸過程中一般是八位為一幀進(jìn)行傳輸。如圖12所示就是我們進(jìn)行APWM調(diào)制的原理圖。設(shè)置該單元的第6~9位（如圖12所示），TimerA將輸出不同頻率的脈寬調(diào)制信號，即對脈寬占空比輸出APWM進(jìn)行控制。方波的形成和實(shí)現(xiàn) 方波是我們最常用的一種波形，并且常常作為一種標(biāo)準(zhǔn)信號應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，凌陽SPCE061A提供了一種很好的方波發(fā)生機(jī)制，就是APWM調(diào)制，通過寫入P_TimerA_Ctrl($700BH)單元的第6~9位，可選擇設(shè)置APWM輸出波形的脈寬占空比；同理，寫入P_TimerB_Ctrl($700DH)單元的第6~9位，便可選擇設(shè)置BPWM輸出波形的脈寬占空比。圖11 三角波查表形成流程圖設(shè)計(jì)程序流程圖如圖9和10所示。這樣我們就得到了解決頻率調(diào)整的方法，首先進(jìn)行CPU時(shí)鐘頻率選擇，再調(diào)整一個(gè)正弦函數(shù)一個(gè)周期輸出的點(diǎn)數(shù)，幅度的調(diào)節(jié)是通過初始幅度設(shè)置再通過外部放大電路來調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)程序流程圖如圖所示。這樣做的好處在于，查表所耗費(fèi)的時(shí)鐘周期相同，這樣輸出的點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離就相等了，輸出的波形行將更趨于完美，當(dāng)然更讓我們感到的高興的是它輸出波形的頻率將近達(dá)到了100K赫茲，能夠滿足我們設(shè)計(jì)的擴(kuò)展要求了。圖9 正弦波形查表形成流程圖 程需要時(shí)間。分析一下為什么頻率上不去，主要原因在于，使用單片機(jī)進(jìn)行正弦函數(shù)的運(yùn)算時(shí)占去了不少時(shí)間，如果去掉這一計(jì)算過程波形的頻率應(yīng)該大有提高，另外就是CPU時(shí)鐘頻率沒有調(diào)至最高，以及DAC轉(zhuǎn)換過 圖8 按鍵控制流程圖 正弦波形的形成 在設(shè)計(jì)之初，我一直都在嘗試使用函數(shù)來計(jì)算輸出波形，使用這種方法，在示波器上得到了很好的波形，但是在CPU時(shí)鐘頻率沒調(diào)至最高的情況下，所得到的頻率只是多少毫赫茲到幾十赫茲之間，基本上沒有實(shí)用價(jià)值。 圖7 整體流程圖 分塊程序流程 按鍵控制部份 在鍵掃描的過程中，先置IOA0~IOA3為帶數(shù)據(jù)緩存器的高電平輸出，置IOA4~IOA7為帶下拉電阻的輸入管腳，此時(shí)若有鍵按下，取IOA4~IOA7的數(shù)據(jù)將得到一個(gè)值，把此值保存下來，再置IOA4~IOA7為帶數(shù)據(jù)反相器的高電平輸出，置IOA0~IOA3為帶下拉電阻的輸入管腳，此時(shí)若鍵仍沒彈起，取IOA0~IOA3的數(shù)據(jù)將得到另一個(gè)值，把這兩個(gè)值組合就可得知是哪個(gè)鍵按下了，再通過查表得到鍵值，跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)程序段，執(zhí)行輸出相應(yīng)波形或者編輯波形，從而達(dá)到控制波形的目的。在本設(shè)計(jì)中，波形編輯的第一部就是進(jìn)行CPU頻率選擇，選擇最高頻和最低頻作為粗調(diào)，在用鍵盤和中斷進(jìn)行微調(diào)，以便達(dá)到所需的頻率及其幅值。默認(rèn)的Fosc、。用函數(shù)來產(chǎn)生波形是大多數(shù)設(shè)計(jì)者喜之不舍得設(shè)計(jì)方案，但在具體設(shè)計(jì)方面，因?yàn)楹瘮?shù)在單片機(jī)的運(yùn)算過程中占據(jù)了太多的時(shí)鐘周期，這就給我們追求高頻波形一個(gè)瓶頸，要怎樣解決這個(gè)問題呢？這里我采用查表來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)理論凌陽SPCE061A單片機(jī)可達(dá)到一百兆的要求，這就能充分滿足題目設(shè)計(jì)要求了，然而，由于函數(shù)產(chǎn)生波形極其方便，凌陽SPCE061A單片機(jī)有提供了大量函數(shù)庫，在設(shè)計(jì)過程中我在低頻部分依然采用函數(shù)設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案如圖7，采用外部中斷二來中斷所顯示波形，以便進(jìn)入下一波形的編輯和輸出，在波形輸出的同時(shí)利用外部中斷一來實(shí)現(xiàn)同步的頻率調(diào)節(jié)。在DACDAC2后面接一個(gè)簡單的音頻放大電路和喇叭就能實(shí)現(xiàn)語音播報(bào)功能，這為單片機(jī)的音頻設(shè)計(jì)提供了極大方便，音頻的具體功能主要通過程序來實(shí)現(xiàn)。另外SPCE061A單片機(jī)具有32k閃存，事先把所需要的語音信號錄制好，對凌陽SPCE061A單片機(jī)的存儲系統(tǒng)來說綽綽有余。硬件電路如圖5所示。數(shù)據(jù)線和位選線直接接凌陽SPCE061A單片機(jī)的I/O口即可， 圖4 LCD顯示電路 第二種方案采用六個(gè)共陰極數(shù)碼管LED進(jìn)行動態(tài)顯示波形和頻率，直接用SPCE061A直接驅(qū)動LED，兩位提供波形顯示，四位提供頻率顯示。用數(shù)字代表各種波形，顯示波形的粗調(diào)頻率。 顯示電路電路 為了給廣大單片機(jī)愛好者提供方便，在顯示電路的設(shè)計(jì)方面提供兩種方案，第一種是采用四個(gè)LCD進(jìn)行適時(shí)顯示，這是比較理想的方案，但由于LCD成本較高，這里還提供另一種方案，用六個(gè)LED進(jìn)行顯示，這種方案的缺點(diǎn)是不能適時(shí)顯示，但也能滿足一般設(shè)計(jì)要求。把鍵盤上的行和列分別接在IOA0~IOA3和IOA4~IOA7 圖3 按鍵控制電路上。此種鍵盤結(jié)構(gòu)簡單，每只按鍵接單片機(jī)的一條I/O線，通過查詢即可示別出每只按鍵的狀態(tài)來。另外調(diào)節(jié)Rf可調(diào)節(jié)幅度到我們需要的范圍。截止頻率為1/RC。(4) 式（4）為二階低通濾波器傳遞函數(shù)的表達(dá)式。Vi(s)/R Va(s)/R [Va(s) V0(s)]sC Va(s)/R Vp(s)/R=0 (3) 將式（1）、（2）和（3）連立求解，可得電路的傳遞函數(shù)為 A(s)=V0(s)/ Vi(s)= Avf/[1+(3 Avf)sRC+sRC*sRC](2) 對于節(jié)點(diǎn)A，由節(jié)點(diǎn)電流法可得圖2 濾波電路 傳
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