摘  要： 以MC9S12DG128作為核心控制單元，利用MC9S12DG128實(shí)現(xiàn)了超頻條件下的高精度PWM輸出。隨著輸出PWM精度的增加，PWM輸出的幅值開始減小，同時(shí)PWM輸出脈沖幅值減小，超頻狀態(tài)下可應(yīng)用于高精度PWM輸出系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；頻率；測(cè)量

    MC9S12DG128微控制器[1-3]是Freescale公司M68HC12系列16位單片機(jī)中的一種。由于具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)、接口簡(jiǎn)單靈活、占用資源少等特點(diǎn)，在許多測(cè)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文采用MC9S12DG128單片機(jī)作為控制芯片，提出了減小誤差的測(cè)量方法，并在此基礎(chǔ)上編寫了程序設(shè)計(jì)流程。
    微控制器的脈沖寬度調(diào)制（PWM）模塊是工業(yè)控制和新型消費(fèi)機(jī)電產(chǎn)品中最常用的技術(shù)。脈寬調(diào)制波可用軟件程序來控制波形占空比、周期和相位，廣泛地應(yīng)用在直流電機(jī)調(diào)速、伺服電機(jī)控制方向盤，伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度與給定的PWM信號(hào)占空比一致，即每個(gè)占空比數(shù)值都對(duì)應(yīng)一個(gè)旋轉(zhuǎn)角度。
    鎖相環(huán)產(chǎn)生的時(shí)鐘頻率可由下式得到：
    fPLLCLK=2×fOSCCLK×(SYNR+1)/(REFDV+1)(1)
式中：fPLLCLK為振蕩器頻率；SYNR為時(shí)鐘合成寄存器的值；REFDV為時(shí)鐘分頻寄存器的值。對(duì)于CPU12可以選用8 MHz或者16 MHz外部晶體振蕩器作為外時(shí)鐘選用8 MHz晶振時(shí)，若將SYNR設(shè)為2，REFDV設(shè)為1，可以得到24 MHz的總路線頻率，接近S12微控制器的上限內(nèi)部總路線頻率25 MHz。
    S12微控制器產(chǎn)生PWM波形的方法主要有兩種：軟件輸出比較和PWM硬件模塊。利用輸出比較功能可以通過軟件設(shè)定輸出任意脈沖，但會(huì)占用CPU資源，而且不易產(chǎn)生精確的脈沖序列，F(xiàn)reescale S12微控制器集成了PWM模塊，專門用于輸出PWM波，使用時(shí)不影響計(jì)數(shù)器運(yùn)行，也極少占用CPU資源。MC9S12DG128B可提供優(yōu)異的高頻率、高分辨率、占空比可調(diào)的、寬范圍的PWM信號(hào)[1，5]。
    8路獨(dú)立PWM通道通過相應(yīng)設(shè)置可變成4個(gè)16 bit PWM通道，每個(gè)通道都有專用的計(jì)數(shù)器，PWM輸出極性和對(duì)齊方式可選擇。8個(gè)通道分成兩組，共有4個(gè)時(shí)鐘源控制。通道0、1、4、5為一組，使用時(shí)鐘源ClockA和ClockSA；通道2、3、6、7構(gòu)成另一組，使用時(shí)鐘源ClockB和ClockSB。PWM模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。ClockA和ClockSA均源于總線時(shí)鐘，可通過軟件編程設(shè)定[1]。

1 開發(fā)軟件
    開發(fā)軟件采用Freescal公司為S12系列處理器提供的嵌人式應(yīng)用開發(fā)軟件包，“Codewarrior for S12”是一款專為工程人員設(shè)計(jì)的功能強(qiáng)大的圖形化編程軟件，包含集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家系統(tǒng)和全芯片仿真等[4]。
2 實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方法
    PWM常用來輸出一定周期和占空比的脈沖序列。程序流程如圖2所示。基于MC9S12DG128B實(shí)驗(yàn)板，實(shí)現(xiàn)從PTP0口輸出10 kHz的信號(hào)，時(shí)鐘源采用ClockA、ClockB，總線時(shí)鐘BusClock=8 MHz[1-4]。

3 實(shí)驗(yàn)分析
    根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)方法建立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用Freescal公司的Codewarrior軟件編程，超頻狀態(tài)下，通過不同的超頻設(shè)置，時(shí)鐘合成寄存器SYNR的值為4或6，并設(shè)置PWM具有0.1‰～0.5‰不等，得到的波形圖如圖3所示。

    通過實(shí)驗(yàn)輸出波形圖3(a)可以看出此時(shí)輸出PWM精度為0.5‰，有效PWM輸出點(diǎn)兩個(gè)，輸出脈沖幅值穩(wěn)定在940 mV×4.8，掃描頻率為50 ?滋s，輸出穩(wěn)定。
    通過圖3(b)可以看出此時(shí)輸出PWM精度為0.1‰，最大脈沖幅值為940 mV×3.9，且此時(shí)間點(diǎn)另一脈沖無輸出。此時(shí)SYNR為6，PWM輸出失真。
    通過圖3(c)可以看出輸出PWM精度為0.25‰，有效PWM輸出點(diǎn)兩個(gè)，最大脈沖幅值940 mV×4.1，最小脈沖幅值940 mV×0.5，其他脈沖間隔點(diǎn)無輸出，此時(shí)SYNR為6，PWM輸出失真。
    通過圖3(d)可以看出此時(shí)輸出PWM精度為0.5‰，有效PWM輸出點(diǎn)4個(gè)，最大脈沖幅值940 mV×4.1，最小脈沖幅值940 mV×0.5，其他脈沖間隔點(diǎn)無輸出。此時(shí)SYNR為6，PWM輸出失真。
    通過圖3(e)可以看出此時(shí)輸出PWM精度為0.1‰，有效PWM輸出點(diǎn)兩個(gè)，最大脈沖幅值940 mV×4.8，最小脈沖幅值940 mV×1.5，其他脈沖間隔點(diǎn)無輸出，此時(shí)SYNR為4，PWM輸出失真。
    通過圖3(f)可以看出此時(shí)輸出PWM精度為0.25‰，有效PWM輸出點(diǎn)5個(gè)，輸出脈沖幅值穩(wěn)定在940 mV×4.8，掃描頻率為50 μs，輸出穩(wěn)定，產(chǎn)生的輸出有效，但PWM幅值相對(duì)不穩(wěn)定。
    選用MC9S12DG128作為控制核心，在CodeWarrior系列集成開發(fā)環(huán)境下開發(fā)了軟件系統(tǒng)。在相同超頻條件下，精度越高的PWM輸出值輸出狀態(tài)越不穩(wěn)定，隨著輸出PWM精度的增加，PWM輸出的幅值開始減小，同時(shí)PWM輸出脈沖幅值減小。可應(yīng)用于測(cè)量精度控制，在較小的范圍內(nèi)同時(shí)提高了運(yùn)算速度和測(cè)量量程，能更加簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、方便地應(yīng)用于頻率測(cè)量系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
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[3] Freescale Semi-Conductor Inc.MC9S12-DG128B device user guide[DB/OL].http://www.reescale.com/webapp/sps/site/S12/MC9S-12DG128B.pdf.2005.
[4] STEVEN F B，DANIEL J P.嵌入式系統(tǒng)——使用68HC12和HCS12的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].鄭扣根，唐杰，何通能，等譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2006.
[5] 俞應(yīng)華，黃寅.精度頻率測(cè)量技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代計(jì)量測(cè)試，1998(3)：21-23.