2022年PWM的工作原理.docx

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1、名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -PWM的工作原理脉宽调制 PWM 是开关型稳压电源中的术语； 这是按稳压的掌握方式分类的,除了 PWM 型,仍有 PFM 型和 PWM 、PFM 混合型；脉宽宽度调制式（ PWM）开关型稳压电路是在掌握电路输出频率不变的情形下, 通过电压反馈调整其占空比,目的；从而达到稳固输出电压的随着电子技术的进展,显现了多种 PWM 技术,其中包括：相电压掌握 PWM 、脉宽 PWM 法、随机 PWM、SPWM 法、线电压掌握PWM 等,而在镍氢电池智能充电器中采纳的脉宽 PWM 法,它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为

2、PWM 波形,通过转变脉冲列的周期可以调频, 转变脉冲的宽度或占空比可以调压,采纳适当掌握方法即可使电压与频率和谐变化；可以通过调整 占空比而达到掌握充电电流的目的；pwm 的定义PWM 的周期、 PWM 的脉宽调制 PWM 是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行 掌握的一种特别有效的技术, 广泛应用在从测量、 通信到功率掌握与 变换的很多领域中；模拟信号的值可以连续变化,其时间和幅度的辨论率都没有限 制；9V 电池就是一种模拟器件,由于它的输出电压并不精确地等于 9V ,而是随时间发生变化,并可取任何实数值；与此类似,从电池细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - -

3、 - - - - - 第 1 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -吸取的电流也不限定在一组可能的取值范畴之内；模拟信号与数字信号的区分在于后者的取值通常只能属于预先确定的可能取值集合之 内,例如在 0V, 5V 这一集合中取值；模拟电压和电流可直接用来进行掌握,如对汽车收音机的音量进行掌握；在简洁的模拟收音机中,音量旋钮被连接到一个可变电阻；拧动旋钮时, 电阻值变大或变小； 流经这个电阻的电流也随之增加或 削减,从而转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

4、出与输入成线性比例；尽管模拟掌握看起来可能直观而简洁,但它并不总是特别经济或可行的；其中一点就是,模拟电路简洁随时间漂移,因而难以调剂；能够解决这个问题的精密模拟电路可能特别巨大、笨重 如老式的家 庭立体声设备 和昂贵；模拟电路仍有可能严峻发热,其功耗相对于工作元件两端电压与电流的乘积成正比；模拟电路仍可能对噪声很敏感,任何扰动或噪声都确定会转变电流值的大小；通过以数字方式掌握模拟电路, 可以大幅度降低系统的成本和功耗；此外,很多微掌握器和DSP 已经在芯片上包含了PWM 掌握器,这使数字掌握的实现变得更加简洁了；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

5、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细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 2 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -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；语音信号假如大于锯齿波信号,比较器输出正常数 A,否就输出 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 t k 时的语音信号幅度值

6、；因而,采样值之间的时间间隔是非匀称的； 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-kTsTs 的情形,匀称采样和非匀称采样差异特别小； 假如假定采样为匀称采样, 第 k 个矩形脉冲可 以表示为：（1）细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 3 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -其中, xt 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,假如对矩形脉冲作如下近似： 脉冲幅

7、度为 A,中心在 t = k Ts 处,在相邻脉冲间变化缓慢, 就脉冲宽度调制波xpt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xt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视,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：细心整理归纳 精选学习资料 实现数字脉冲宽度调制器的基本思想参看图2； 第 4 页,共 12 页 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - -

8、- - -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掌握,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,否就输出低电平；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；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 5 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习

9、资料 - - - - - - - - - - - - - - -图 3 为了使矩形脉冲的中心近似在 不是由小到大或由大到小次序变化,t=kTs 处,计数器所产生的数字码 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终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, 就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；详细电路可以由以下电路图表示：细心整理归纳 精选学习资料

10、- - - - - - - - - - - - - - - 第 6 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -8051中的 PWM模块设计：应当称为一个适合语音处理的PWM 模块,输出引脚应当外接一积分电路；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、 状态及掌握信号寄存 /掌握器 （PWM_Ctrl ）；1） 状态积寄存器：（ Flags）,地址： E8H ；EN： PWM 模块启动位,置位为 （留空

11、备用）1将使 PWM 模块开头工作；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）（留空备用）细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 7 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -（留空备用）（留空备用）（留空备用）留意：该寄存器可以位操作情形下可写,不行读；只能在字节操作方式下读取；2） 数据寄存器（ DataStore）,地址： F8H；留意：该寄存器值不行读,只可写；4、

12、 端口：1） 数据总线（ DataBus）；（双向）2） 地址总线（ AddrBus）；（ IN）3） PWM 波输出端口（ PWMOut）；（ OUT）4） 掌握线： CLK ：时钟；（ IN） Reset：异步复位信号；（ IN 低电平有效） WR：写 PWM RAM 信号；（ IN 低电平有效）； RD：读 PWM RAM 信号；（ IN 低电平有效）细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 8 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - D

13、ONE：接受完毕反馈信号；（OUT 高电平有效） INT ：中断申请信号；（ OUT 低电平有效） IntResp：中断响应信号；（ In 低电平有效） ByteBit：字节 /位操作掌握信号（ IN 1-BYTE 0-BIT ）；中断占用相当于MCU8051 的外部中断 2,就可保证在 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：由于占用了8051 外部中断 1,所以在不使用该模块时,应当把外部中断 2 屏蔽；而 PWM 模块产生的中断恳求可以看作是 “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,应当先对内部地址8FH 的数据

14、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 模块开头工作并输出 PWM 调制波（如 TIMER 模块）；在输出 PWM调制波过程中,应准时对 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：细心整理归纳 精选学习资料 1. PWM 模块可以读取数据,申请中断信号INT 置位为 第 9 页,共 12 页 0,等待 8051 响应； - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -2

15、. 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（WR 信号为 0；DataBus）上,并置5. PWM 模块发觉 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发觉 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；留意事项： 1）输出的 PW

16、M 信号中的高电平部分必需处于一个输出周期的中间,不能偏离,否就输出语音经过低通后必定是一失真严峻的结果；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,否就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,亦不行行,由于如此细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 10 页,共 12 页 - - - - - - -

17、- - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -非整数比例放大, 放大倍数很小, 就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；故实行以下方法： 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 处连续读取数据；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

18、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 模块次序读取数据中断能准时得到响应,不会影响调制信号的连续性；3）RD RAM 过程是异步过程；4）输出后数据寄存器不自动清零； 由于可以通过把 Flags0写0而停止 PWM 模块连续工作；PWM 技术的详细应用PWM 软件法掌握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,在不转变PWM 方波周期的前提下,通过软件的方法调整单片机的 PWM 掌握寄存器来调整 PWM 的占空比, 从而掌握充电电流； 本方法所要求的细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - -

19、- - - - - - - - 第 11 页,共 12 页 - - - - - - - - - 名师归纳总结 精品学习资料 - - - - - - - - - - - - - - -单片机必需具有 ADC 端口和 PWM 端口这两个必需条件, 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, 如实际电流偏小就向增加充电电流的方向调整 PWM 的占空比；如实际电流偏大就向减小充电电流的方向调整 PWM 的占空比；在软件 PWM 的调整过程中要留意 ADC 的读数偏差和电 源工作电压等引入的纹波干扰,合理采纳算术平均法等数字滤波技 术；细心整理归纳 精选学习资料 - - - - - - - - - - - - - - - 第 12 页,共 12 页 - - - - - - - - -