在昨天的博文 信号转换问题 | 模拟电路解决方式 中对于前天的 信号转换的解题思路 进行了实物仿真。尽快其中做了些改进，但是在控制二倍频的三角波的频率、幅值、占空比方面还是有很多的问题。主要表现在：

控制量之间的耦合，特别是频率，占空比对输出信号幅值的影响；
频率对于占空比的影响虽然经过改进之后，还是会有部分的影响；
输出心慌可失真，这主要是最后一级从方波到三角波转换的过程中，对于信号的直流分量的变化与波形失真之间的关系；
最后一点，也是最重要的一点，就是电路非常复杂。

那么，通过一个单片机是否可以完成同样的功能呢。

下面是选用的STC单片机来实现相同的功能。

01设计电路¹

^{1.实验电路设计}

^{^{▲ 实验原理图}}

^{▲ 实验电路板}

2.单片机固件设置

使用STC的ISP软件对单片机进行硬件设置，设置IRC频率为35MHz。

^{▲ STC8G1K08单片机硬件设置}

下载基础程序之后的单片机开始能够工作。

^{▲ 下载固件之后的单片机}

02单片机程序设计²

^{1.设置PWM输出}

^{STC8G1K 单片机的PWM输出可以有6,7,8,.10等不同的位数。在同样的系统时钟下，不同的位数对应的输出PWM的频率以及精度各不相同。}

^{特别注意：需要在主程序中将PWM输出端口设置为推挽输出模式。}

^{在35MHz下，6bit的PWM频率大约为540kHz。下面是通过510欧姆和0.1uF的电容对输出的PWM波形进行滤波，可以得到比较平滑的直流分量。}

^{^{▲ 设置PWM输出6BIT}}

如果设置为8Bit，则输出PWM的波形的频率降低4倍，大约137kHz。通过10k欧姆、0.1uF的阻容滤波，所得到的直流分量可以看到有一些比较明显的波动了。

^{▲ PWM输出以及滤波后的直流信号 8BIT}

2.设置比较器

设置比较器，比较器结果通过CMPOE输出。

特别注意的是，需要明确在主程序中，将比较器的输出通过 PM_PP设置为推挽输出。

#if CMP_EN
void SetCMPPort(unsigned char ucPort) {if(ucPort           == CMP_P3) {ACC = P_SW2;ACC &= ~CMPO_S;P_SW2 = ACC;        } else if(ucPort    == CMP_P4) {ACC = P_SW2;ACC &= ~CMPO_S;ACC |= CMPO_S;P_SW2 = ACC;                }
}
void CMPInit(void) {CMPCR1 = 0x84;                          // CMPEN CMPIF PIE NIE PIS NIS CMPOE CMPRFESS// CMPEN:0: Disable Comparator; 1:Enable// CMPIF : Interrupt flag of comparator// PIE : 1 Enable Up edge interrupt// NIE : 1 Enable Down edge interrupt// PIS : 0 : +=P3.7; 1:=ADC_CHSCMPCR1 |= 0x2;                          // NIS : 0 : -=BandGap; 1 : P3.6// COMPOE : 1 : Result =P3.4,P4.1// Compare result.CMPCR1 |= 0x30;                         // Enable Up and Down Interrupt.CMPCR2 = 0x0;                           // INVCOMPO: 0 : Positive; 1 : Inverse output// DISFLT: 0 : Enable 0.1us analog filter// LCDTY: Digital Filter
}

^{▲ 比较器输出}

在比较器中断中，测量半周期：

//------------------------------------------------------------------------------
#if CMP_INT_EN
void CMP_ISR(void) interrupt 21 {CMPCR1 &= ~0x40;                        // Clear the interrupt flagif(g_nSignalPeriodCount != g_nSignalPeriod) {g_nSignalPeriod = g_nSignalPeriodCount;if(g_nSignalPeriod > PWM_BUFFER) {g_nSignalPeriod = PWM_BUFFER;}g_ucSignalPeriodInitFlag = 1;}g_nSignalPeriodCount = 0;g_nSignalPWMBufferPoint = 0;
}
#endif // CMP_INT_EN

3. :初始化TImer0输出

//------------------------------------------------------------------------------
void InitSignalPWMBuffer(void) {unsigned int i;unsigned int nUpPeriod, nDownPeriod;unsigned long nMax;if(g_nSignalPeriod > PWM_BUFFER)g_nSignalPeriod = PWM_BUFFER;g_ucSignalPeriodInitFlag = 0;nMax = g_nSignalPeriod;nMax *= g_ucSignalPWMDuty;nMax /= 100;nUpPeriod = (unsigned int)nMax;nDownPeriod = g_nSignalPeriod - nUpPeriod;nMax = PWM_MAX;nMax = nMax * g_ucSignalPWMAmplitude;nMax /= 0xff;for(i = 0; i < nUpPeriod; i ++) {g_ucSignalPWMBuffer[i] = (unsigned char)(i * nMax / nUpPeriod);}for(i = 0; i < nDownPeriod; i ++) {g_ucSignalPWMBuffer[i + nUpPeriod] = (unsigned char)((nDownPeriod - i) * nMax / nDownPeriod);}
}

^{▲ 测试输出波形}

^{▲ 占空比的改变}

^{▲ 改变幅值}

03极限测试

三角波的占空比可以从0~100%，分成100个等级进行调节；
三角波的幅值从0~256，分成256个等级进行调剂
三角波的频率：5.556Hz

这是由于在单片机中进行波形数据区间长度为：buffer =9000
PWM DA输出是Timer0的中断，时间间隔为 ts=200us。
那么，三角波的周期最长为： buffer * ts = 0.18s。对应的频率为5.556Hz

^{▲ 频率过低的时候出现的波形断续}

三角波的最大频率： 250Hz

由于PWM DA输出的时间间隔为0.2ms，所以按照它它的20倍来估计三角波的最短周期为4ms，对应的频率为250Hz。

下面是对应的三角波的频率在300Hz是的波形，可以明显看出三角波的台阶。

^{▲ 三角波在300Hz是的波形}

04结论

通过前面的实验，可以验证，通过一个简单的单片机的电路，便可以完成对应的波形转换的功能。不仅简化了设计，同时也提高的波形转换的性能。

本文中所涉及到的硬软件文件可以从以下链接下载：

实验AD设计文件和C51程序

AD工程文件:AD\Teaching\2020\SignalChange\Ver8G1K08.SchDoc ↩︎
单片机软件:C51\STC\Test\2020\Teach\Sin2Tri\Sin2TriSTC8G1K.uvproj ↩︎

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