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可產生可編程時鐘序列的微處理器
( 11 月 1 日 2006 年)
William Grill， Honeywell BRGA，Lenexa， KS

William Grill， Honeywell BRGA，Lenexa， KS
要產生確定發射機、測試電路、以及除錯資料連結的基準頻率脈衝信號序列，對那些需要連續的或事件驅動的脈衝序列設計工程師而言，過去都必須依賴脈衝產生器或某些簡單的電路。當代平價的微處理器使他們可以用最少的資源，即可設計和製造出低成本的專用脈衝定序器。圖1中的電路採用了一個體積小巧、以 SOT-23 封裝的Microchip 10F200 控制器 ，其中的設計採用一種基於代碼的嵌入式表格演算法（code-based embedded table algorithm），來產生一個可根據應用進行設定的週期（application-settable period）及一個基於表格的脈寬調變（pulse-width-modulation，PWM）序列。該應用產生一個連續的脈衝序列，只需要三個常數和一個脈衝輪概況表（pulse-width profile table），即可將其複製到微處理器中基於組合語言程式的代碼中，然後再進行編譯（圖 2）。





所有的代碼分支都要經過等化，以產生一組 29 個恆定的指令時間。在軟體發展階段，您可以使用編碼的常數和基於表格的作法，以作為一種修改脈衝序列的彈性方法。圖 2 中強調的三個參數包括tabled步驟間執行PWM 的週期數，演算法將其表示為 "temp_cntK"。該參數定義了在每一tabled步驟內，在 1 到255 次的範圍內，可重複多少個PWM 週期。對於每一表格步驟的三個週期，可使用 #define temp_cntK .3。下一個參數是在每一 PWM 週期內執行的 29 指令週期的數目。編碼指令的所有分支同等於恆定的 29 指令週期。當將此參數複製為"loopsK," 時，其範圍為從 1 到255。使用10F200 的內部4MHz 時鐘和8位元計數器來產生1 μsec 的指令週期，就可以產生一個從58 到7,395 μsec範圍內的PWM 週期，它對應的頻率範圍從17,241 到135 Hz 。對於1 msec PWM週期和圖 2 中的序列，每一週期需要31 個基本迴路，它可以藉由將 1 msec分成29μsec 指令週期來獲得：#define loopsK .31。
然後再讓表格概況步驟（table profile step）數相等於 "table_maxK."。查找表中包括及可複製到代碼中的概況步驟之總數，將在 1 到 252 間變化。在此一應用中，五個tabled步驟分別對應著25、50、87.5、12.5 和 75%的導通週期。這些值根據以下的等式而調整：
導通週期 =INT(%TDTY/100×loopsK+0.5)
其中INT 為整數，%TDTY為總導通週期的百分比。在此例中，loopsK=31。表中的步驟數傳給程式成 #define loop_maxK .5。
脈衝導通週期（pulse-duty cycle）僅以單個29 指令基本迴路作為增量變化，所以，脈衝導通週期的解析度依照波形所需週期的基本迴路數而變化，該值定義為 loopsK=31 迴路。因此，此處導通週期的解析度等於1/(loopsK)，或1/(31)=3.22% 。



可以利用一張試算表或以人工的方法計算該已轉換及調整過的導通週期值，並將其儲存在資料概況表中。例如，可以25% 的導通週期值來計算：INT(25/resolution+0.5)=INT(25/3.22+0.5)，其中INT 表示計算數值中所提取的整數部分。對於25、50、87.5、12.5、和75%這些必要的導通週期，傳到資料概況表中的值分別為 retlw_8、16、27、 4 和 23。組合語言程式包括這些導通週期值及三個其他參數。
該程式包括另外兩個特性：將引腳1 接地以實現連續的輸出模式。將引腳1 與+VDD 連接產生單個輸出波形。引腳3 可在連接到+VDD 時當作較高的實輸出（true-output），或在引腳接地並釋放時當作正向邊緣（positive-edge）觸發輸入。注意，該程式當前對任何輸入都不包括接觸反跳程式（contact-debounce routines）。
在圖 3的例子中，控制器發出一個脈寬調變的輸出（下方的軌跡），該輸出在由單極低通濾波器處理後，對應一個正弦波形（上方軌跡）。使用此電路的另一種版本，可以評估關鍵的midword 錯誤是如何影響串列鏈結的特性、系統時間及相對應的延遲。
圖 4 中的波形由100 個脈衝組成，其中99 個展示出一在48 到51% 間變化的標稱導通週期，及一個導通週期為75% 的單一錯誤脈衝。波形表中的條目使用loopsK=100，temp_cntK=1 和table_maxK=100 來產生一個由74 個帶有標稱導通週期脈衝所組成的脈衝序列，及一個75% 導通週期的單一脈衝，還有一個帶有標稱導通週期的25 時鐘最終脈衝序列。整個脈衝序列以345Hz 的速率重複。



使用一個4MHz時鐘速率的Microchip 10F220 控制器將基本的軟體時序週期控制在 29μsec 週期內。可將此程式編譯成8MHz 10F220 ，以將時序週期減少到14.5 μsec ，並延長輸出的可用頻寬。可以修改列表 中的代碼以適應其他相容的微處理器，以獲得更大的頻寬和整合更多的功能。電路本身只需要155 位元組的內部EEPROM ，只佔用像SOT-23這樣大小的印刷電路板空間，這對於不到1美元的處理器來說，還算是不錯的。
 
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