基于MC9S12DG128B超频状态下高精度PWM输出的研究

摘  要： 以MC9S12DG128作为核心控制单元，利用MC9S12DG128实现了超频条件下的高精度PWM输出。随着输出PWM精度的增加，PWM输出的幅值开始减小，同时PWM输出脉冲幅值减小，超频状态下可应用于高精度PWM输出系统中。
关键词： 单片机；频率；测量
       MC9S12DG128微控制器[1-3]是Freescale公司M68HC12系列16位单片机中的一种。由于具有抗干扰能力强、传输距离远、接口简单灵活、占用资源少等特点，在许多测控系统中得到了广泛的应用。本文采用MC9S12DG128单片机作为控制芯片，提出了减小误差的测量方法，并在此基础上编写了程序设计流程。
     微控制器的脉冲宽度调制（PWM）模块是工业控制和新型消费机电产品中最常用的技术。脉宽调制波可用软件程序来控制波形占空比、周期和相位，广泛地应用在直流电机调速、伺服电机控制方向盘，伺服电机的旋转角度与给定的PWM信号占空比一致，即每个占空比数值都对应一个旋转角度。
     锁相环产生的时钟频率可由下式得到：
     fPLLCLK=2×fOSCCLK×(SYNR+1)/(REFDV+1)(1)
式中：fPLLCLK为振荡器频率；SYNR为时钟合成寄存器的值；REFDV为时钟分频寄存器的值。对于CPU12可以选用8 MHz或者16 MHz外部晶体振荡器作为外时钟选用8 MHz晶振时，若将SYNR设为2，REFDV设为1，可以得到24 MHz的总路线频率，接近S12微控制器的上限内部总路线频率25 MHz。
     S12微控制器产生PWM波形的方法主要有两种：软件输出比较和PWM硬件模块。利用输出比较功能可以通过软件设定输出任意脉冲，但会占用CPU资源，而且不易产生精确的脉冲序列，Freescale S12微控制器集成了PWM模块，专门用于输出PWM波，使用时不影响计数器运行，也极少占用CPU资源。MC9S12DG128B可提供优异的高频率、高分辨率、占空比可调的、宽范围的PWM信号[1，5]。
     8路独立PWM通道通过相应设置可变成4个16 bit PWM通道，每个通道都有专用的计数器，PWM输出极性和对齐方式可选择。8个通道分成两组，共有4个时钟源控制。通道0、1、4、5为一组，使用时钟源ClockA和ClockSA；通道2、3、6、7构成另一组，使用时钟源ClockB和ClockSB。PWM模块内部结构框图如图1所示。ClockA和ClockSA均源于总线时钟，可通过软件编程设定[1]。
   
   
1 开发软件
     开发软件采用Freescal公司为S12系列处理器提供的嵌人式应用开发软件包，“Codewarrior for S12”是一款专为工程人员设计的功能强大的图形化编程软件，包含集成开发环境IDE、处理器专家系统和全芯片仿真等[4]。
2 实验实现方法
     PWM常用来输出一定周期和占空比的脉冲序列。程序流程如图2所示。基于MC9S12DG128B实验板，实现从PTP0口输出10 kHz的信号，时钟源采用ClockA、ClockB，总线时钟BusClock=8 MHz[1-4]。
   
   3 实验分析
     根据上述实验方法建立实验平台，采用Freescal公司的Codewarrior软件编程，超频状态下，通过不同的超频设置，时钟合成寄存器SYNR的值为4或6，并设置PWM具有0.1‰～0.5‰不等，得到的波形图如图3所示。