如何获得更快的基于PWM的DAC

当您需要来自没有数模转换器（DAC）的微控制器的模拟输出时，您可以连接外部DAC芯片。但是对于更便宜的解决方案，使用脉冲宽度调制（PWM）输出并添加低通滤波器（LPF）来提取其平均值，该平均值等于PWM信号的占空比。

图1RC LPF提取PWM信号的平均值

RC滤波器去掉了非直流分量;剩下的是平均信号 U OUT 。如果PWM信号的周期 T 等于63个时钟，则信号 U OUT 可以具有64个离散DC之一值（0到63，六位分辨率）。

低通RC滤波器的时间常数t必须足够大，以平滑输出信号 U OUT 的。纹波，？ U OUT ，应小于一个最低有效位（LSb）。最坏的情况是占空比为50％（图2）。如果t远大于周期 T 那么电容器充电电流 I C 并且改变？ U OUT 可以近似为：

对于6位DAC，？ U OUT 应小于V CC /64，需要一个t <=> RC = 16·T的滤波器。

图2滤波后的输出（蓝色）应少于一个LSb纹波。

一些实用数字：低功耗微处理器通常使用32768 Hz的晶体振荡器，此时钟信号用于PWM模块。对于6位PWM，周期 T 为64/32768~2ms，需要32ms的时间常数。必须等待5t（160ms）才能使6位转换器稳定下来。慢。本设计理念解释了如何加快速度。

微控制器中的PWM模块通常可以产生多个PWM信号。考虑对两个基于PWM的3位DAC（DACH和DACL）的输出求和，其中DACL的输出在加法之前降低到八分之一幅度。产生的信号用作6位DAC，与简单版本相比具有重要优势：对于相同的分辨率，周期 T 仅为8个时钟周期，并且所需的时间常数t为1/8以前，将建立时间加快8倍。 RC滤波器中的电阻可以很容易地实现这种布置，用于两个PWM信号（PWMH，PWML）：

图3组合两个基于PWM的DAC输出

输出信号 U OUT 由下式给出：

该技术已在TI MSP430F5132微控制器中实现：

//配置PWM - 32 kHz/8 = 4 kHz :: 6位两个PWM，上电时只执行一次

TA0CCR0 = 7;//最多7个（包括）

TA0CTL = TASSEL__ACLK | MC_1 | TACLR;

TA0CCR1 = 0; TA0CCTL1 = OUTMOD_6;//toggle/set

TA0CCR2 = 0; TA0CCTL2 = OUTMOD_6;//切换/设置

//使用::写入PWM模块以实现所需的DAC输出

DAClevel ++;//下一个DAC级别，DAClevel是char

TA0CCR1 =（DAClevel >> 3）＆amp; 7;//设置PWMH：MSB 3位

TA0CCR2 =（DAClevel）＆amp; 7;//设置PWML：LSB 3位

图4要初始化的代码＆amp;写入6位（3 + 3）基于PWM的DAC

图5基于6位PWM的DAC的测量输出;蓝色：实现如图1所示（160ms建立）; Violet：如图3所示的实现（20ms建立）

7位DAC可以使用1％电阻实现。这次，两个PWM信号用于产生两个三位DAC，总共六位，并且在P3.7处MSb简单地设置为0或1.

图6七位基于PWM的DAC的实现

图7图6电路的测量输出;注意良好的线性度。

//配置PWM - 32 kHz/8 = 4 kHz :: 7 bit in两个PWM和一个数字引脚，上电仅执行一次

//相同图5中configure部分

//使用::写入定时器比较器实现所需的DAC输出

DAClevel ++;//下一个DAC级别，DAClevel是char

TA0CCR1 =（DAClevel >> 3）＆amp; 7;//设置PWMH，MSB，3位

TA0CCR2 =（DAClevel）＆amp; 7;//设置PWML，LSB，3位

if（DAClevel＆amp; BIT6）P3OUT | = BIT7;否则P3OUT＆amp; = ~BIT7;//设置MSB，无PWM

图8初始化代码＆amp;写入7位（3 + 3 + 1）基于PWM的DAC