PWM的工作原理Word文档下载推荐.docx

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流经这个电阻的电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器的电流值，使音量相应变大或变小。

与收音机一样，模拟电路的输出与输入成线性比例。

尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但它并不总是非常经济或可行的。

其中一点就是，模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。

能够解决这个问题的精密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式的家庭立体声设备）和昂贵。

模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比。

模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值的大小。

通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。

此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。

pwm的工作原理 

脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。

图1所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。

该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。

语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数A，否则输出0。

因此，从图1中可以看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。

通过图1b的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻τk时的语音信号幅度值。

因而，采样值之间的时间间隔是非均匀的。

在系统的输入端插入一个采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs<

<

Ts的情况，均匀采样和非均匀采样差异非常小。

如果假定采样为均匀采样，第k个矩形脉冲可以表示为：

（1）

其中，x{t}是离散化的语音信号；

Ts是采样周期；

是未调制宽度；

m是调制指数。

然而，如果对矩形脉冲作如下近似：

脉冲幅度为A，中心在t=kTs处，

在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波xp（t）可以表示为：

（2）

其中，

。

无需作频谱分析，由式

（2）可以看出脉冲宽度信号由语音信号x（t）加上一个直流成分以及相位调制波构成。

当

时，相位调制部分引起的信号交迭可以忽略，因此，脉冲宽度调制波可以直接通过低通滤波器进行解调。

数字脉冲宽度调制器的实现：

实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2。

图中，在时钟脉冲的作用下，循环计数器的5位输出逐次增大。

5位数字调制信号用一个寄存器来控制，不断于循环计数器的输出进行比较，当调制信号大于循环计数器的输出时，比较器输出高电平，否则输出低电平。

循环计数器循环一个周期后，向寄存器发出一个使能信号EN，寄存器送入下一组数据。

在每一个计数器计数周期，由于输入的调制信号的大小不同，比较器输出端输出的高电平个数不一样，因而产生出占空比不同的脉冲宽度调制波。

图3

为了使矩形脉冲的中心近似在t=kTs处，计数器所产生的数字码不是由小到大或由大到小顺序变化，而是将数据分成偶数序列和奇数序列，在一个计数周期，偶数序列由小变大，直到最大值，然后变为对奇数序列计数，变化为由大到小。

如图3例子。

奇偶序列的产生方法是将计数器的最后一位作为比较数据的最低位，在一个计数周期内，前半个周期计数器输出最低位为0，其他高位逐次增大，则产生的数据即为偶数序列；

后半个周期输出最低位为1，其余高位依次减小，产生的数据为依次减小的偶序列。

具体电路可以由以下电路图表示：

8051中的PWM模块设计：

应该称为一个适合语音处理的PWM模块，输出引脚应该外接一积分电路。

输出波形的方式适合作语音处理。

设计精度为8位。

PWM模块应包括：

1、 

比较部分（Comp）：

2、 

计数部分（Counter）：

3、 

状态及控制信号寄存/控制器（PWM_Ctrl）；

1） 

状态积寄存器：

（Flags），地址：

E8H；

①EN：

PWM模块启动位，置位为‘1’将使PWM模块开始工作；

②（留空备用）

③④解调速率标志位：

00–无分频；

01–2分频；

10–10分频；

11–16分频。

（RESET后为00）

⑤（留空备用）

⑥（留空备用）

⑦（留空备用）

⑧（留空备用）

注意：

该寄存器可以位操作情况下可写，不可读；

只能在字节操作方式下读取。

2） 

数据寄存器（DataStore），地址：

F8H；

该寄存器值不可读，只可写。

4、 

端口：

数据总线（DataBus）；

（双向）

地址总线（AddrBus）；

（IN）

3） 

PWM波输出端口（PWMOut）；

（OUT）

4） 

控制线：

①CLK：

时钟；

②Reset：

异步复位信号；

（IN低电平有效）

③WR：

写PWMRAM信号；

（IN低电平有效）；

④RD：

读PWMRAM信号；

⑤DONE：

接受完毕反馈信号；

（OUT高电平有效）

⑥INT：

中断申请信号；

（OUT低电平有效）

⑦IntResp：

中断响应信号；

（In低电平有效）

⑧ByteBit：

字节/位操作控制信号（IN1-BYTE0-BIT）；

⑨⑩

中断占用相当于MCU8051的外部中断2，则可保证在5个指令周期之内，“读取数据”中断必定得到响应。

PWM模块使用方法：

因为占用了8051外部中断1，所以在不使用该模块时，应该把外部中断2屏蔽。

而PWM模块产生的中断请求可以看作是“能接受数据”的信号。

中断方法如后“中断读取数据过程”。

使用PWM模块，应该先对内部地址8FH的数据寄存器写入数据，然后设置地址8EH的状态寄存器最低位（0）为‘1’，即PWM模块开始工作并输出PWM调制波（如TIMER模块）。

在输出PWM调制波过程中，应及时对PWM写入下一个调制数据，保证PWM连续工作，输出波形连续。

（待改进）

中断读取数据过程：

1. 

PWM模块可以读取数据，申请中断信号INT置位为‘0’，等待8051响应；

2. 

8051接受到中断申请后，作出中断响应，置位IntResp信号线为‘0’；

3. 

PWM模块收到IntResp信号后，把中断申请信号INT复位为‘1’，等待8051通知读取数据WR信号；

4. 

8051取出要求数据放于数据总线（DataBus）上，并置WR信号为‘0’；

5. 

PWM模块发现WR信号为‘0’，由数据总线（DataBus）上读取数据到内部数据寄存器，将DONE位置位为‘1’；

6. 

8051发现DONE信号的上跳变为‘1’，释放数据总线；

7. 

PWM模块完成当前输出周期，复位DONE为‘0’，从此当前数据寄存器可以再次接受数据输入。

注意事项：

1）输出的PWM信号中的高电平部分必须处于一个输出周期的中间，不能偏离，否则输出语音经过低通后必定是一失真严重的结果。

2）对于8位精度的PWM，每个输出周期占用256（28）个机器周期，但是包含256个机器周期至少有22个指令周期，亦即264（22*12）个机器周期，由于语音信号的连续性，256与264之间相差的8个机器周期是不能由之丢空的，否则也会使输出信号失真。

如果将须输出数字量按256/264的比例放大输出，亦不可行，因为如此非整数比例放大，放大倍数很小，则经过再量化后小数部分亦会被忽略掉，产生失真。

举例：

输出数字量为16，按比例放大后为16.5，更会产生难以取舍的问题。

故采取以下办法：

该模块以时钟周期为标准，而与TMBus无关，即基本上与8051部分异步工作。

读取数据方式为每次读取足够数据段储存于模块内的RAM内（暂定每次读取8字节），储存字节数必须能保证PWM输出该段数据过程中，有足够时间从RAM处继续读取数据。

由于占用了8051的外部中断2，中断申请在3个指令周期（36个时钟周期）内必定能得到响应，而PWM模块处理一个数据需要固定耗时256个时钟周期，故能保证PWM模块顺序读取数据中断能及时得到响应，不会影响调制信号的连续性。

3）RDRAM过程是异步过程。

4）输出后数据寄存器不自动清零。

因为可以通过把Flags（0）写‘0’而停止PWM模块继续工作。

PWM技术的具体应用

PWM软件法控制充电电流

本方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。

本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。

在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；

若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。

在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。