[发明专利]基于PWM波形的单片机高精度模拟量输出方法、装置、设备

说明书

本发明提供基于PWM波形的单片机高精度模拟量输出方法、装置、设备，通过设定PWM波形的输出频率为A赫兹；获取毫伏为单位的电压值U；若所述单片机的满量程输出值为B伏，则将B伏转换为B×1000毫伏，可看作在一个周期T内具有B×1000个小段B1，占空比为电压值U与所述B×1000个小段B1之间的比值；以所述输出频率输出PWM波形时，可看作PWM波形在一个周期T内具有A个小段A1平均分布于其中，既满足占空比要求，同时满足输出频率要求，在所述PWM波形中，设置一个周期T内存在有为高电平，生成最终输出的PWM波形。使单片机在不需要增加D/A芯片的情况下实现高精度的模拟量输出，既降低单片机进行数模转换的成本，又能控制其输出的模拟量达到1mV的精度。

技术领域

本发明涉及数模转换中的模拟量输出，特别涉及一种基于PWM波形的单片机高精度模拟量输出方法、装置、设备。

背景技术

低性能单片机如51系列，因其价格便宜，所以被广泛地使用，但是低性能单片机不具备D/A功能，所以现有的低性能单片机在进行数模转换的时候需要增加一个D/A芯片，当然，低性能单片机也可以通过内部的定时器来控制输出频率，通过输出PWM波形来输出模拟量。

但现有的低性能单片机的最大晶振频率为16MHz，其一个机器周期为1/16us，根据现有的做法，使用低性能单片机内的定时器按照传统中断的方法进行PWM波形输出时，因需要经过软件的运算和处理，其运算和处理后最大输出频率大概在2.7MHz，而在5V的用电条件下，若要控制输出达到1mV的高精度，则至少需要5MHz输出频率。

由此可见，低性能单片机需要在D/A芯片的配合下才可以实现高精度的模拟量输出，而增加D/A芯片来实现模拟量的输出，无疑提高了数模转换的成本，但仅依靠单片机中的定时器来控制输出频率输出PWM波形，其所输出的模拟量也无法达到1mV的精度。

发明内容

本发明为解决上述问题，而提供基于PWM波形的单片机高精度模拟量输出方法、装置、设备，使单片机在不需要增加D/A芯片的情况下达到1mV精度的模拟量输出。

为此，提供基于PWM波形的单片机高精度模拟量输出方法，包括如下步骤：

步骤A.设定PWM波形的输出频率为A赫兹；

步骤B.获取需要进行模拟量输出的电压值U，其中电压值U以毫伏为单位进行计量；

步骤C.若所述单片机的满量程输出值为B伏，则将B伏转换为B×1000毫伏，可看作在一个周期T内具有B×1000个小段B1，其中每个小段B1代表1毫伏的输出能力；

步骤D.计算电压值U与所述B×1000个小段B1之间的比值，以求所述PWM波形的占空比；

步骤E.以所述输出频率输出PWM波形时，可看作PWM波形在一个周期T内具有A个小段A1，则在所述PWM波形中，设置一个周期T内存在有个小段A1为高电平，以保持所述占空比不变并生成最终输出的PWM波形。

进一步地，所述步骤E的PWM波形具体设计方式为：

(1)根据算式来求取PWM波形中共需设计的高电平总量Q；

(2)对进行向上取整从而获得数值S1，在PWM波形中，每S1个小段A1作为一子小段C1，每个子小段C1内仅将其中一个小段设置为高电平；

(3)求取高电平总量Q与之间的差值△U1，所述为子小段C1的数量M1；

(4)对向上取整从而获得数值S2，将第N×S2个子小段C1设置为具有两个高电平，从而形成M2个子小段C2，其中N为非零整数，所述M2为向上取整后所得到的子小段C2的数量；

(5)根据△U2＝△U1-M2求取差值△U2；