利用PWM模块和低通滤波器实现相似功能

只看该作者 · 2024-9-30 23:53

使用PIC16F1788设计并实现DAC（数模转换器）功能可以通过PWM（脉宽调制）方式来模拟DAC输出。虽然PIC16F1788没有内置的DAC模块，但可以利用PWM模块和低通滤波器实现相似功能。

设计步骤
1. 硬件连接
PWM输出引脚：选择一个PWM输出引脚，比如RC2（CCP1）。
低通滤波器：在PWM引脚和地之间连接一个简单的RC低通滤波器，通常使用电阻（R）和电容（C）组合，以平滑PWM信号，形成模拟电压输出。

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选择合适的R和C值
选择电阻（R）和电容（C）的值以设定适当的截止频率（例如，1 kHz），以确保PWM信号能平滑成所需的模拟信号。
计算截止频率：

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配置PIC16F1788
以下是简单的C代码示例，演示如何配置PIC16F1788生成PWM信号：

c
复制代码
#include <xc.h>

// 配置位
#pragma config FCMEN = OFF
#pragma config IESO = OFF
#pragma config MCLRE = EXTMCLR
#pragma config CP = OFF
#pragma config BOREN = ON
#pragma config BORV = LO
#pragma config WDTEN = OFF
#pragma config LVP = OFF

void main(void) {
// 初始化
TRISCbits.TRISC2 = 0; // 设置RC2为输出
PR2 = 255; // 设置PWM周期（PWM频率）

// 初始化PWM
CCP1CON = 0b00001100; // 设置为PWM模式
T2CON = 0b00000100; // 启动Timer2，1:4预分频

while (1) {
      for (int dutyCycle = 0; dutyCycle <= 255; dutyCycle++) {
         CCPR1L = dutyCycle; // 设置PWM占空比
         __delay_ms(10); // 延时以观察变化
      }
      for (int dutyCycle = 255; dutyCycle >= 0; dutyCycle--) {
         CCPR1L = dutyCycle; // 设置PWM占空比
         __delay_ms(10); // 延时以观察变化
      }
}
}

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代码说明
配置位设置：根据需要配置PIC的各种特性。
TRISCbits.TRISC2：将RC2引脚设置为输出。
PR2：设定PWM的周期。
CCP1CON：设置为PWM模式。
T2CON：启用Timer2。
主循环：在0到255之间循环，逐渐改变PWM的占空比，模拟模拟电压变化。

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低通滤波器的选择
在RC滤波器中选择适当的R和C，以平滑PWM信号输出：

R：1kΩ
C：1µF
这将产生一个大约159 Hz的截止频率，足够平滑PWM信号，形成接近于线性变化的模拟电压输出。

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其他注意事项
调试：使用示波器观察PWM信号和滤波后的模拟输出，以确保输出电压范围和线性度符合预期。
供电电压：确保PIC和外部电路供电电压一致，以获得期望的输出范围。

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通过RC低通滤波器，PWM信号确实会被平滑化，输出接近线性的模拟电压。

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RC低通滤波器的工作原理
平滑化：PWM信号是脉冲宽度调制的数字信号，通过RC低通滤波器可以消除高频成分，转换为平滑的模拟电压。

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时间常数：滤波器的时间常数（τ = R × C）决定了输出电压的响应速度和滤波效果。选择合适的R和C值可以平衡响应时间和输出平滑度。

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线性范围：通过调节PWM占空比，输出电压将在0V到Vcc之间变化，且随着占空比的变化，输出电压会相对线性地改变。

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线性范围是指通过调节PWM（脉宽调制）占空比来实现的输出电压范围。

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选择合适的R和C值：根据应用需求，调节R和C的值以获得最佳性能。例如，若希望快速响应，则可以选择较小的电容和电阻。

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滤波效果验证：使用示波器观察滤波后的输出信号，以确保满足线性度要求。

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增益调整：如果需要更大的输出电压范围，可以在RC滤波器后连接运算放大器，以提供更高的增益。

考虑负载影响：负载的变化可能影响输出电压的稳定性，适当的设计可以提高抗负载能力。