[發明專利]基于PWM波形的單片機高精度模擬量輸出方法、裝置、設備

有效

• 申請號: 202010422697.7
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111490760B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 程竑理;黎祥松;何欣原;柳晶津
• 申請（專利權）人: 廣東海悟科技有限公司
• 主分類號: H03K7/08
• 分類號: H03K7/08
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司 44215
• 代理人: 劉克寬

本發明提供基于PWM波形的單片機高精度模擬量輸出方法、裝置、設備，通過設定PWM波形的輸出頻率為A赫茲；獲取毫伏為單位的電壓值U；若所述單片機的滿量程輸出值為B伏，則將B伏轉換為B×1000毫伏，可看作在一個周期T內具有B×1000個小段B1，占空比為電壓值U與所述B×1000個小段B1之間的比值；以所述輸出頻率輸出PWM波形時，可看作PWM波形在一個周期T內具有A個小段A1平均分布于其中，既滿足占空比要求，同時滿足輸出頻率要求，在所述PWM波形中，設置一個周期T內存在有為高電平，生成最終輸出的PWM波形。使單片機在不需要增加D/A芯片的情況下實現高精度的模擬量輸出，既降低單片機進行數模轉換的成本，又能控制其輸出的模擬量達到1mV的精度。

技術領域

本發明涉及數模轉換中的模擬量輸出，特別涉及一種基于PWM波形的單片機高精度模擬量輸出方法、裝置、設備。

背景技術

低性能單片機如51系列，因其價格便宜，所以被廣泛地使用，但是低性能單片機不具備D/A功能，所以現有的低性能單片機在進行數模轉換的時候需要增加一個D/A芯片，當然，低性能單片機也可以通過內部的定時器來控制輸出頻率，通過輸出PWM波形來輸出模擬量。

但現有的低性能單片機的最大晶振頻率為16MHz，其一個機器周期為1/16us，根據現有的做法，使用低性能單片機內的定時器按照傳統中斷的方法進行PWM波形輸出時，因需要經過軟件的運算和處理，其運算和處理后最大輸出頻率大概在2.7MHz，而在5V的用電條件下，若要控制輸出達到1mV的高精度，則至少需要5MHz輸出頻率。

由此可見，低性能單片機需要在D/A芯片的配合下才可以實現高精度的模擬量輸出，而增加D/A芯片來實現模擬量的輸出，無疑提高了數模轉換的成本，但僅依靠單片機中的定時器來控制輸出頻率輸出PWM波形，其所輸出的模擬量也無法達到1mV的精度。

發明內容

本發明為解決上述問題，而提供基于PWM波形的單片機高精度模擬量輸出方法、裝置、設備，使單片機在不需要增加D/A芯片的情況下達到1mV精度的模擬量輸出。

為此，提供基于PWM波形的單片機高精度模擬量輸出方法，包括如下步驟：

步驟A.設定PWM波形的輸出頻率為A赫茲；

步驟B.獲取需要進行模擬量輸出的電壓值U，其中電壓值U以毫伏為單位進行計量；

步驟C.若所述單片機的滿量程輸出值為B伏，則將B伏轉換為B×1000毫伏，可看作在一個周期T內具有B×1000個小段B1，其中每個小段B1代表1毫伏的輸出能力；

步驟D.計算電壓值U與所述B×1000個小段B1之間的比值，以求所述PWM波形的占空比；

步驟E.以所述輸出頻率輸出PWM波形時，可看作PWM波形在一個周期T內具有A個小段A1，則在所述PWM波形中，設置一個周期T內存在有個小段A1為高電平，以保持所述占空比不變并生成最終輸出的PWM波形。

進一步地，所述步驟E的PWM波形具體設計方式為：

(1)根據算式來求取PWM波形中共需設計的高電平總量Q；

(2)對進行向上取整從而獲得數值S1，在PWM波形中，每S1個小段A1作為一子小段C1，每個子小段C1內僅將其中一個小段設置為高電平；

(3)求取高電平總量Q與之間的差值△U1，所述為子小段C1的數量M1；

(4)對向上取整從而獲得數值S2，將第N×S2個子小段C1設置為具有兩個高電平，從而形成M2個子小段C2，其中N為非零整數，所述M2為向上取整后所得到的子小段C2的數量；

(5)根據△U2＝△U1-M2求取差值△U2；