本文剖析了使用MSP430的Timer_B在比较形式下输出的脉宽调制（PWM）波，来完结D/A转化的作业原理。介绍了使用MSP430F449的Timer_B的PWM输出发生正弦波和直流电平的方法，并给出了对应的硬件电路和C言语源程序。
1.简介
1.1 MSP430单片机介绍
尽管现在在国内商场上使用较多的单片机仍然是8位单片机，可是由美国德州仪器（TI）公司推出的16位单片机MSP430具有处理能力强、运转速度快、低功耗、指令简略等长处。并选用了JTAG技能、FLASH在线编程技能、BOOTSTRAP等许多先进技能，因而具有很高的性价比，在欧洲商场已得到了十分广泛的使用。尽管MSP430进入国内商场的时刻不是很长，可是因其具有以上所述的杰出质量，一进入国内商场就被许多电子工程师所喜爱。其间MSP430F449具有7个作业形式可选8、10、12、16的16位计数器。用其比较形式发生的PWM能够完结D/A转化（D/A conversion）。
1.2 PWM D/A简介
许多嵌入式的微操控器（microcontroller）使用都需求发生模拟信号。这种情况下往往是选用集成的或许是分立的数模转化器DAC（digital-to-analog converter）来完结。可是选用脉宽调制PWM（pulse-width modulated）信号来完结D/A转化（简写为PWM D/A）也是一种常用的方法。能够用PWM信号发生所需的直流或沟通信号。这篇文章以MSP430F449的Timer_B输出的PWM为例来发生一个200Hz的正弦波和一个0.5VCC的直流电平。实践上相似的方法能够用于Timer_A以及MSP430其它类型的单片机。
2. 用PWM完结DAC的原理
2.1 基本原理
PWM信号是一种具有固定周期（T）不定占空比（）的数字信号，如图1所示。假如PWM信号的占空比随时刻改变，那么经过滤波之后的输出信号将是起伏改变的模拟信号。因而经过操控PWM信号的占空比，就能够发生不同的模拟信号。在MSP430F449中便是选用CCR0来操控周期T，而用与定时器对应的CCRx寄存器来操控可变占空比，从而完结D/A转化。
2.2 分辨率
图1 PWM信号示意图
根据Timer_B PWM的DAC分辨率就等于计数器的长度，一般是CCR0寄存器的值。PWM DAC的最低有用位是一个计数值，分辨率是总的计数值。
Rcounts = Lcounts
其间Rcounts是以计数值为单位的分辨率，Lcounts是计数器的总计数值。例如对8-bit DAC，计数器的长度为8 bits，或许256个计数值。那么分辨率也便是8 bits，或许256。
更一般的情况下，根据PWM定时器和滤波器的PWM DAC的分辨率等于发生模拟信号的PWM信号的分辨率。PWM信号的分辨率决议于计数器的长度和PWM计数器能够完结的最小占空比。用数学表达式如下：
在这儿，是所需的PWM定时器频率，是PWM信号的频率，也便是DAC的更新频率，n 是所需的比特分辨率。下文行将描绘怎样选用8-bit PWM DAC来同步发生一个200Hz的正弦波。由抽样定理可得，最低的抽样频率应该为400Hz。可是一般情况下，PWM信号的频率要远高于Nyquist抽样速率。这是由于PWM信号的频率越高，对滤波器的阶数就要求越低，适宜的滤波器越简略完结。一般抽样速率取Nyquist速率的16或许32倍。
2.4 所需的MSP430资源
文中的比如是用MSP430F449的Timer_B再加外部滤波器来发生一个200Hz的正弦波和一个0.5VCC的直流电平的。将Timer_B装备为16-bit、up形式。在这种形式下计数器计数至CCR0，然后复位从0开端从头计数。给CCR0赋值255也就意味着计数器的长度为8bits。CCR1和TB1用于发生正弦波，CCR2和TB2用于发生直流电平。输出形式都选为形式7，即PWM复位/置位形式。如图2所示，在这种形式下，复位后每一个定时器的输出都为高电平，直到计数器到达各自的CCRx值时变为低电平，当计数器到达CCR0时再置位。也便是说CCRx的值决议了各自正脉冲的宽带。若CCRx的值是改变的，就能够发生可变宽度的脉冲，下文中的正弦波便是用这种方法发生的；若不变则发生的是固定宽度的脉冲，下文中的直流电平便是这样发生的。最终SMCLK用作Timer_B的时钟源。体系选用32768Hz的挂钟晶振，经过选用内部硬件锁频环FLL（frequency-locked-loop），来校准DCO（Digital Control Oscillator）频率为体系供给MCLK/SMCLK时钟。
图2 输出形式7：PWM复位/置位示意图
3. 完结电路
用Timer_B PWM完结DAC外围电路比较简略，如图3所示。实践上外围电路便是晶振电路和RC低通滤波器。
图3 MSP430F449完结D/A电路图
3.1 正弦信号的发生
在这个比如中，一个正弦波用32个抽样值生成。正弦波的频率为200Hz，所以每秒要抽样200×32=6400次，也便是说=6.4KHz。每完结一次抽样要计数28，所以所需的时钟频率为。抽样值包含在程序开端的一个正弦表中，经过调用中止函数，在每个PWM周期结束时，将新的正弦波抽样值载入捕获/比较寄存器CCR1中。因而发生的PWM信号的脉冲宽度就决议了正弦波在每一个时刻的抽样值，将这个PWM信号经过低通滤波，即得所需的正弦波。
3.2 直流电平的发生
直流电平发生比较简略，由于它对应的PWM占空比是必定的。直流电平直接正比于PWM信号的占空比。要发生0.5VCC的直流电平，PWM的占空比显然是50%（考虑到损耗，实践应大一些）。只需求简略地将CCR2的值设置为128，并且无须改变就能够得到50%占空比的PWM信号。将得到的PWM信号经过RC网络进行低通滤波，即可得到0.5VCC的直流电平。
3.3 滤波器规划
图4 软件流程
对两路输出都选用了结构简略的RC滤波器，如图3所示。之所以选用这种结构，一是由于RC滤波器结构简略，二是为了完结低功耗，尽量防止选用有源器材。
用于沟通信号的滤波器是一个双极点级联RC滤波器。假如滤波器阶数过高，能够选用进步的抽样频率的方法来下降滤波器阶数。滤波器的到频率fc由下式来核算：
当R2 ？ R1时滤波器的呼应较好。可是假如到频率很挨近信号带宽边缘，将会导致相当大的衰减。因而为了减小滤波器的衰减，到频率应该大于信号带宽边缘，可是要远小于PWM信号的频率。
用于发生直流电平的滤波器仅仅是用来贮存电荷的，而不像沟通信号滤波器那样用来滤波。因而选用了一个简略的单极RC滤波器。
4.程序流程
用MSP430F449的Timer_B的PWM来发生正弦波和直流电平的程序比较简略，流程如图4所示。MSP430F449本身有FLL，可用它来完结DCO的频率校准。可是DCO的频率只能锁定在ACLK的整数倍上，所以关于没有FLL的器材，或许所需频率不是ACLK整数倍的情况下，要用Timer_A或许其它的定时器进行DCO频率校准，这也便是所谓的“软锁频”。事实上实践的D/A转化常常是一些随时刻改变的非周期信号。它们对时钟的精度要求不是很高，因而大多数情况下硬件FLL是能够担任的。
5. 程序清单
MSP430的别的一个特点是用C言语编写程序简略，并且功率较高。本例就选用C言语编写了程序。清单如下：
#include 《msp430x44x.h》
#include 《math.h》
int SampleTimes=0;
//***界说正弦表，并用32个抽样值初始化正弦表，不要用“0”抽样***//
int SinTable［］={255，254，246，234，219，199，177，153，128，103，79，57，37，22，10，2，
1，2，10，22，37，57，79，103，128，153，177，199，219，234，246，255};
void main（void）
{
int i;
WDTCTL = WDTPW +WDTHOLD; // 制止看门狗定时器
//***初始化端口***//
P2DIR |= 0x0C; // P2.2和P2.3为输出
P2SEL |= 0x0C; // P2.2和P2.3分别为TB1和TB2
//***设置体系时钟***//
FLL_CTL0 = XCAP18PF; // 设置XTAL1的负载%&&&&&%
SCFQCTL = 50-1; // 1.6384MHz/32768Hz = 50，fDCO=MCLK=1.6384MHz
for （i = 50000; i; i–）; // 晶振初始化延时
//***设置Timer_B***//
TBCTL = TBSSEL1 + TBCLR; // 挑选SMCLK为时钟，定时器铲除
TBCTL|=MC_1+CNTL_0+TBCLGRP_0; //挑选up，16位形式
TBCCTL0=CCIE; //将CCR0设为比较形式，中止答应
TBCCR0=256-1; //PWM的周期为256，也便是DAC为8bit
TBCCTL1=OUTMOD_7+CLLD_1; //将CCRx设为比较形式，中止制止
TBCCTL2=OUTMOD_7+CLLD_1; //挑选输出形式7，当TBR计数到0时CCRx数据加载到TBCTLx
TBCCR1=SinTable［SampleTimes］; //将正弦表加载到CCR1
TBCCR2=128; //PWM的占空比为50%，发生0.5VCC的直流电平
_EINT（）; //中止答应
for （;;）
{ _BIS_SR（LPM0_bits）; //CUP进入低功耗形式
_NOP（）;
}
}
//调用中止函数
interrupt ［TIMERB0_VECTOR］ void Timer_B（void）
{
SampleTimes=（SampleTimes+1）%32;
TBCCR1=SinTable［SampleTimes］; //将新的抽样值装入CCR1
