基于C8051F410的信號模擬電路設計

2 硬件設計

整個電路以C805IF410單片機為核心，主要包括C8051F410單片機的外圍電路設計、放大電路設計以及電壓反饋測量前置電路設計三個部分。如圖2所示。

C805IF410單片機有P0、P1、和P2數字/模擬可配置的I/0 口，所有的數字和模擬資源都可以通過這三組24個I/O引腳使用。輸出一路精確模擬信號，需要設置—個引腳作為PWM輸出口，一個作為ADC輸入口。在這里，我們設置PO.1為PWM輸出口，P0.2為ADC輸人口。
　　外圍電路設計包括在線調試和下載電路、外部參考電壓電路和濾波電路。本文利用單片機提供的C2調試接口設計了在線調試和下載電路．如圖2左上側電路所示．通過計算機串口實現單片機的快速編程和系統在線調試。圖2下右側為外部參考電壓電路璉接到單片機的Vref引腳．為單片機ADC等模塊提供2．048伏電壓參考．可通過電位器進行調校。

　　放大電路包括二級電壓放大電路和推挽式功率輸出電路兩個部分．如圖2右側電路所示。
　　電壓反饋測量前置電路如圖2右側上部所示，實質為分壓電路。由于設定C8051F410單片機參考電壓為2．048伏，而輸出電壓最大值為12伏左右，因此選擇電阻R15=4.3K，R16=20K，電位器Pv1標稱電阻為5K,并可通過調節電位器來改變電壓倍數。

　　3 軟件設計

　　運用c語言編程來實現PWM控制，并利用C8051F410芯片的可編程計數器陣列組成PWM發生器。捕捉/比較模塊有六種工作方式：邊沿觸發捕捉、軟件定時器、高速輸出、頻率輸出、8位PWM和16位PWM。每個捕捉/比較模塊的丁作方式都可以被獨立配置。對PCA的配置和控制是通過系統控制器的特殊功能寄存器來實現的．主要有以下幾個：

　1) PCAOMD可編程計數器陣列方式寄存器。該寄存器用于設置可編程計數器陣列的工作模式及時鐘源。

2) PCAOCN可編程計數器陣列控制寄存器。該寄存器包括溢出標志、運行控制標志以及捕捉/比較標志。

　　　3) PCAOCPn可編程計數器陣列捕捉，比較寄存器(高低字節)。該寄存器用于設置捕捉/比較模塊n的高低字節。

　 4) PCAOCPMn可編程計數器陣列捕捉/比較寄存器。該寄存器可進行捕捉/比較模塊n的工作方式。

如圖3所示，本電路主要利用PCA模塊2來產生PWM波形。初始設置PCAOCN為0x40，置位PCA模塊2捕捉/比較標志，在發生一次捕捉時該位由硬件置位，該位置‘1’將導致CPU轉向PCA中斷服務程序。初始設置PCAOMD為0x08．PCA計數器，定時器時鐘選擇系統時鐘。初始設置PCAOCPM2為0xc2，使能16位脈沖寬度調制、比較器功能和PCA模塊2的脈寬調制方式。PCAOCP2的值將在程序流程中實時設定。

具體實現方法與步驟如下：

　　1)初始設置：根據設定電壓值生成初始PWM波形和頻率參數。

　　2)電壓測量：測量此時輸出電壓和設定值之間的偏差，用于調整PWM參數。

　　3)調整PWM參數：把設定的輸出電壓與實際讀取到的輸出電壓進行比較．若實際電壓值偏小，則向增加輸出電壓的方向調整PWM的占空比；若實際電壓偏大，則向減小輸出電壓的方向調整PWM的占空比。

　　4)使能PWM輸出。

　　另外．在軟件PWM的調整過程中還要注意ADC的讀數偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾。合理采用算術平均法等數字濾波技術。

　　4 結論

　　基于C8051F410單片機，采用PWM調制技術和負反饋測量技術設計了一種新的精確信號模擬電路,克服了原電路因工作點不穩定的問題。經實驗驗證，榆測設備重測合格的現象不再出現。本電路從處理器到被控系統信號都是數字形式的，無需進行數模轉換，抗噪性能強，工作穩定，具有較高的輸出精度，對于同類電路的設計具有一定的借鑒意義。