PWM脈沖寬度調(diào)制原理與實現(xiàn)教學內(nèi)容

1、精品文檔PWM （脈沖寬度調(diào)制）原理與實現(xiàn)1、 PWM原理2、調(diào)制器設(shè)計思想3、具體實現(xiàn)設(shè)計一、 PWM （脈沖寬度調(diào)制 Pulse Width Modulation ）原理：A,脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號的瞬時采樣 值成比仞圖1所示為脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖和波形圖。該系統(tǒng)有一個比較器和一 個周期為Ts的鋸齒波發(fā)生器組成。語音信號如果大于鋸齒波信號，比較器輸出正常數(shù) 否則輸出0。因此，從圖1中可以看出，比較器輸出一列下降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波。PWM鋸齒破得I昧沖寬度資制過程譜制原理圖 Lb）喟制的源形圖通過圖1b的分析可以看出，生成的矩形脈沖的寬度取

2、決于脈沖下降沿時刻tk時的語音信號幅度值。因而，采樣值之間的時間間隔是非均勻的。在系統(tǒng)的輸入端插入一個采樣保持電路可以得到均勻的采樣彳t號，但是對于實際中tk-kTs<<Ts的情況，均勻采樣和非均勻采樣差異非常小。如果假定采樣為均勻采樣，第k個矩形脈沖可以表示為：曲】1（1）其中，xt是離散化的語音信號；Ts是采樣周期；為 是未調(diào)制寬度；m是調(diào)制指數(shù)。然而，如果對矩形脈沖作如下近似：脈沖幅度為變化緩慢，則脈沖寬度調(diào)制波Xp（t）可以表示為:A,中心在t = k Ts處,隊在相鄰脈沖間精品文檔A r« P-4x (t) M 1 + 游中)HE 沏同時)CBw3Jm-i 即i

3、(2)精品文檔救=7_1+冊天的其中，4。無需作頻譜分析，由式（2）可以看出脈沖寬度信號由語音信號x加上一個直流成分以及相位調(diào)制波構(gòu)成。當 馬之用 時，相位調(diào)制部分引起的 信號交迭可以忽略，因此，脈沖寬度調(diào)制波可以直接通過低通濾波器進行解調(diào)。二、數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的實現(xiàn)：實現(xiàn)數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的基本思想?yún)⒖磮D2。hi2敬宇帆沖寬度調(diào)相罌的梅成圖中，在時鐘脈沖的作用下，循環(huán)計數(shù)器的5位輸出逐次增大。5位數(shù)字調(diào)制信號用一個寄存器來控制，不斷于循環(huán)計數(shù)器的輸出進行比較，當調(diào)制信號大于循環(huán)計數(shù)器的輸出時，比較器輸出高電平， 否則輸出低電平。 循環(huán)計數(shù)器循環(huán)一個周期后，向寄存器發(fā)出一個使能信號EN,寄存

4、器送入下一組數(shù)據(jù)。在每一個計數(shù)器計數(shù)周期，由于輸入的調(diào)制信號的大小 不同，比較器輸出端輸出的高電平個數(shù)不一樣，因而產(chǎn)生出占空比不同的脈沖寬度調(diào)制波。二遴制碼十道制裁n o o o o00 0 0 1 Q20 0 10 04« fe 1 If V1 M 0 02B1 1 I 0301 1 M 1311 1 t 0 1291* f *0 0 1 0 I5o o g i iJn o o i i1圖3為了使矩形脈沖的中心近似在t=kTs處，計數(shù)器所產(chǎn)生的數(shù)字碼不是由小到大或由大精品文檔精品文檔到小順序變化，而是將數(shù)據(jù)分成偶數(shù)序列和奇數(shù)序列，在一個計數(shù)周期，偶數(shù)序列由小變大,直到最大值，然后變

5、為對奇數(shù)序列計數(shù)，變化為由大到小。如圖3例子。奇偶序列的產(chǎn)生方法是將計數(shù)器的最后一位作為比較數(shù)據(jù)的最低位，在一個計數(shù)周期內(nèi)，前半個周期計數(shù)器輸出最低位為 0,其他高位逐次增大，則產(chǎn)生的數(shù)據(jù)即為偶數(shù)序列； 后半個周期輸出最低位為 1,其余高位依次減小，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為依次減小的偶序列。具體電 路可以由以下電路圖表示：三、8051中的PWM模塊設(shè)計：應該稱為一個適合語音處理的 PWM模塊，輸出引腳應該外接一積分電路。輸出波形的方式適合作語音處理。設(shè)計精度為 8位。PWM模塊應包括：1、 比較部分（Comp ）:2、 計數(shù)部分（Counter ）:3、狀態(tài)及控制信號寄存/控制器（PWM_Ctrl ）;1

6、） 狀態(tài)積寄存器：（Flags）,地址：E8H ;EN : PWM模塊啟動位，置位為 將使PWM模塊開始工作；（留空備用）解調(diào)速率標志位：00 -無分頻；01 - 2分頻；10 - 10分頻；11 - 16分頻。（RESET 后為00）（留空備用）（留空備用）（留空備用）（留空備用）注意：該寄存器可以位操作情況下可寫，不可讀；只能在字節(jié)操作方式下讀取。2） 數(shù)據(jù)寄存器（DataStore ）,地址：F8H ;注意：該寄存器值不可讀，只可寫。4、端口 ：1） 數(shù)據(jù)總線（DataBus ）;（雙向）2） 地址總線（AddrBus ） ; （IN）3） PWM 波輸出端口（ PWMOut ） ; （

7、 OUT）4）控制線：CLK:時鐘；（IN）Reset :異步復位信號；（IN低電平有效） WR :寫PWM RAM 信號；（IN 低電平有效）； RD :讀PWM RAM 信號；（IN 低電平有效）DONE :接受完畢反饋信號；（OUT高電平有效）精品文檔精品文檔INT :中斷申請信號；（OUT低電平有效）IntResp :中斷響應信號；（In低電平有效） ByteBit :字節(jié)/位操作控制信號（IN 1-BYTE 0-BIT ）;中斷占用相當于 MCU8051的外部中斷2,則可保證在5個指令周期之內(nèi)，讀取數(shù)據(jù)中斷必定得到響應。PWM模塊使用方法：因為占用了8051外部中斷1,所以在不使用該

8、模塊時，應該把外部中斷2屏蔽。而PWM模塊產(chǎn)生的中斷請求可以看作是能接受數(shù)據(jù)”的信號。中斷方法如后 中斷讀取數(shù)據(jù)過程”。使用PWM模塊，應該先對內(nèi)部地址 8FH的數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)， 然后設(shè)置地址8EH的狀態(tài)寄存器最低位（0）為1'即PWM模塊開始工彳并輸出 PWM調(diào) 制波（如TIMER模塊）。在輸出 PWM調(diào)制波過程中，應及時對 PWM寫入下一個調(diào)制數(shù) 據(jù)，保證PWM連續(xù)工作，輸出波形連續(xù)。（待改進）中斷讀取數(shù)據(jù)過程：1. PWM模塊可以讀取數(shù)據(jù)，申請中斷信號 INT置位為0'等待8051響應；2. 8051接受到中斷申請后，作出中斷響應，置位 IntResp信號線為0

9、9;3. PWM模塊U到IntResp信號后，把中斷申請信號INT復位為1'等待8051通知讀 取數(shù)據(jù)WR信號；4. 8051取出要求數(shù)據(jù)放于數(shù)據(jù)總線（ DataBus ）上，并置 WR信號為0'5. PWM模塊發(fā)現(xiàn) WR信號為0'由數(shù)據(jù)總線（DataBus ）上讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄 存器，將DONE位置位為1'6. 8051發(fā)現(xiàn)DONE信號的上跳變?yōu)?'釋放數(shù)據(jù)總線；7. PWM模塊完成當前輸出周期，復位 DONE為0'從此當前數(shù)據(jù)寄存器可以再次接 受數(shù)據(jù)輸入。注意事項：1）輸出的PWM信號中的高電平部分必須處于一個輸出周期的中間，不能偏離，否

10、則輸出 語音經(jīng)過低通后必定是一失真嚴重的結(jié)果。2）對于8位精度的PWM ,每個輸出周期占用 256 （28）個機器周期，但是包含256個機器周期至少有22個指令周期，亦即 264 （22*12 ）個機器周期，由于語音信號的連續(xù)性， 256與264之間相差的8個機器周期是不能由之丟空的，否則也會使輸出信號失真。如果 將須輸出數(shù)字量按 256/264的比例放大輸出，亦不可行，因為如此非整數(shù)比例放大，放大 倍數(shù)很小，則經(jīng)過再量化后小數(shù)部分亦會被忽略掉，產(chǎn)生失真。舉例：輸出數(shù)字量為16,按比例放大后為16.5,更會產(chǎn)生難以取舍的問題。故采取以下辦法：該模塊以時鐘周期為標準，而與 TMBus無關(guān)，即基本上與 8051部分異 步工作。讀取數(shù)據(jù)方式為每次讀取足夠數(shù)據(jù)段儲存于模塊內(nèi)的RAM內(nèi)（暫定每次讀取8字節(jié)），儲存字節(jié)數(shù)必須能保證PWM輸出該段數(shù)據(jù)過程中，有足夠時間從RAM處繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。由于占用了 8051的外部中斷2,中斷申請