摘要：mega8是一款高性能、低功耗，采用先進(jìn)risc精簡(jiǎn)指令，內(nèi)置pwm和a／d的8位單片機(jī)，用它設(shè)計(jì)數(shù)字功放不僅成本低、硬件簡(jiǎn)單，而且易實(shí)現(xiàn)各種擴(kuò)展功能。文中介紹了如何利用ａｖｒ系列單片機(jī)mega8及新型vmos管irf7389來(lái)設(shè)計(jì)高效數(shù)字功放的方法，同時(shí)給出了相應(yīng)的電路原理圖、程序流程和測(cè)試結(jié)果。 關(guān)鍵詞：mega8；數(shù)字功放；pwm；ad8605；irf7389１　引言 數(shù)字功放由于其效率高、易與數(shù)字音源對(duì)接等優(yōu)點(diǎn)而在現(xiàn)實(shí)生活中具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它主要包含兩部分，圖１為數(shù)字功放的基本框圖。其中ｐｗｍ變換大致有兩種，一是模擬ｐｗｍ，即將輸入的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)經(jīng)ｄ／ａ后與三角波進(jìn)行比較，這種變換必須要有頻率上百ｋｈｚ、線性度好、滿幅的三角波，而且還要有高速模擬比較器，否則將影響ｐｗｍ波形在解調(diào)后的波形，這些都將增加成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜度（使用集成ｄ類功放或ｄ類控制芯片另當(dāng)別論）。二是數(shù)字式ｐｗｍ，即將輸入數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)經(jīng)ａ／ｄ后與計(jì)數(shù)器相比較，即用計(jì)數(shù)的方法代替三角波，從而避免了三角波非線性所引起的失真。同傳統(tǒng)的模擬方式相比，數(shù)字方式具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，效率更高，抗干擾性更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。而ａｔｍｅｇａ８單片機(jī)中的定時(shí)器１可以工作在ｐｗｍ模式，它只要將其ａｄ中的值移到ｐｗｍ的輸出比較寄存器中即可完成ｐｗｍ調(diào)制，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相當(dāng)簡(jiǎn)便。 為了提高輸出功率，大多數(shù)ｄ類功放都以ｂｔｌ方式來(lái)驅(qū)動(dòng)。而無(wú)論是模擬式還是數(shù)字式ｐｗｍ，ｂｔｌ兩路輸出信號(hào)的選擇也都有兩種方案，即同相驅(qū)動(dòng)和反相驅(qū)動(dòng)。前者在零信號(hào)時(shí)，其兩路信號(hào)的疊加效果幾乎為零，而后者在零信號(hào)時(shí)，疊加在濾波器上的電壓會(huì)變大，當(dāng)然可以通過(guò)修改濾波器參數(shù)來(lái)降低其在負(fù)載上的壓降，但這樣會(huì)增加系統(tǒng)功耗，而且不便于整體實(shí)現(xiàn)。因此，本文選用數(shù)字式ｐｗｍ，并采取同相驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字功放功能，從而進(jìn)一步降低了靜態(tài)功耗，提高了效率。 ２　硬件設(shè)計(jì) 該設(shè)計(jì)的硬件電路分為三部分，包括前置放大、ａ／ｄ與ｐｗｍ轉(zhuǎn)換、功率放大及濾波等，其硬件電路原理如圖２所示。本系統(tǒng)的ｐｗｍ頻率至少要調(diào)制到信號(hào)最高頻率（２０ｋｈｚ）的５倍以上，才能保證音頻信號(hào)很好的還原。若工作頻率為１６ｍｈｚ，則ｐｗｍ的計(jì)數(shù)最大值（以下簡(jiǎn)稱ｔｏｐ）將為： ｆｃｌｋ－ｉ／ｏ／ｆｐｗｍ＝１６ｍｈｚ／１００ｋｈｚ＝１６０。此外，ａ／ｄ的采樣值（最大２５５）也必須除以一定的數(shù)值才能作為ｐｗｍ輸出比較寄存器（以下簡(jiǎn)稱ｏｃｒ１ａ／ｏｃｒ１ｂ）的值，這顯然會(huì)降低ａｄ的等效精度。而要保證ａｄ原有的精度和ｐｗｍ頻率，則應(yīng)提高晶振。經(jīng)測(cè)試：ｍｅｇａ８在３２ｍｈｚ下還可正常工作，此時(shí)ａｄ采樣值可直接作為ｏｃｒ１ａ／ｏｃｒ１ｂ值，此時(shí)的ｐｗｍ頻率為３２ｍｈｚ／２５５＝１２５．５ｋｈｚ。２．１ 前置放大 前置放大部分主要由ａｄ公司的低功耗、低噪聲、單電源、軌對(duì)軌輸入輸出放大器ａｄ８６０５和數(shù)字電位器組成。ａｄ８６０５的靜態(tài)電流只有０．９ｍａ（５ｖ），電源范圍為２．７ｖ～５．５ｖ，帶寬為１０ｍｈｚ。數(shù)字電位器采用的ｘ９ｃ１０２有１００個(gè)臺(tái)階，大小為１ｋω最小可達(dá)４０ω，它和ａｄ８６０５可組成同相放大器。圖２中的ｒ２選為１ｋω，放大倍數(shù)可在２到２５０之間調(diào)整。２．２ ａ／ｄ及ｐｗｍ部分 本設(shè)計(jì)中的ａ／ｄ和ｐｗｍ都是通過(guò)ｍｅｇａ８來(lái)完成的。在ａｖｒ家族中，ａｔｍｅｇａ８是一個(gè)非常特殊的單片機(jī)，它內(nèi)部集成了較大容量的存儲(chǔ)器和豐富的硬件接口電路，具有ａｖｒ高檔單片機(jī)ｍｅｇａ系列的全部性能和特點(diǎn)，但由于采用了小引腳封裝（ｄｉｐ ２８），所以其價(jià)格與低檔單片機(jī)相當(dāng)，因而性價(jià)比極高，而且有ｉｓｐ功能，下載極其方便。圖2 ａｔｍｅｇａ８單片機(jī)功能齊全、接口豐富。它有６通道ａ／ｄ，包括４路１０位ａ／ｄ和２路８位ａ／ｄ。而片中的３個(gè)ｐｗｍ通道可實(shí)現(xiàn)任意小于１６位，以及相位和頻率可調(diào)的脈寬調(diào)制輸出。此外，ａｔｍｅｇａ８中的每個(gè)ｉ／ｏ引腳均采用推挽式驅(qū)動(dòng)，因此不僅能提供大電流驅(qū)動(dòng)，而且還可以吸收２０ｍａ的電流。ａｔｍｅｇａ８的ｐｗｍ有３種工作模式：快速ｐｗｍ模式、相位可調(diào)ｐｗｍ模式和相位頻率可調(diào)ｐｗｍ模式。其中后兩者都采用雙程計(jì)數(shù)器，所以其ｐｗｍ頻率只有快速模式的一半。本文選用第一種工作模式。該模式是利用定時(shí)器／計(jì)數(shù)器１來(lái)完成的，而且計(jì)數(shù)器為單程向上加１，從０ｘ００００一直加到ｔｏｐ，在下一計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)時(shí)清零，然后再?gòu)模埃埃埃埃伴_始加１計(jì)數(shù)。在設(shè)置正向比較匹配輸出時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)值與ｏｃｒ１ａ／ｏｃｒ１ｂ的值相同時(shí)，對(duì)輸出比較匹配位（以下簡(jiǎn)稱ｏｃ１ａ／ｏｃ１ｂ）進(jìn)行置位操作當(dāng)計(jì)數(shù)器的值從ｔｏｐ返回０ｘ００時(shí)則清零ｏｃ１ａ／ｏｃ１ｂ。而在設(shè)置反向比較輸出時(shí)，