PWM (脉冲宽度调制)原理与实现
PWM基本原理及其应用实例
PWM基本原理及其应用实例PWM基本原理及其应用实例2009-06-26 14:12:02| 分类：嵌入式技术探索| 标签：|字号大中小订阅～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～理论篇（一）原理介绍～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～～PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。
PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。
1 PWM控制的基本原理理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。
冲量指窄脉冲的面积。
效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。
低频段非常接近，仅在高频段略有差异。
面积等效原理：分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L 电路）上，如图2a所示。
其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。
从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。
脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。
如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。
用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。
用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。
SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。
图3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。
PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。
脉冲宽度控制pwm的工作原理
脉冲宽度控制pwm的工作原理脉冲宽度调制（PWM）是一种常用的电子调制技术，它通过调节脉冲信号的宽度来控制输出信号的平均功率。
在本文中，我们将详细介绍PWM的工作原理及其应用。
一、PWM的工作原理PWM的工作原理基于一个简单的概念：通过改变脉冲信号的占空比，可以控制输出信号的平均电压或者功率。
脉冲信号是由一个周期性的方波信号和一个可变的占空比组成的。
占空比是指方波信号中高电平部份的时间与一个周期的比值。
PWM的工作原理可以通过以下步骤来解释：1. 生成一个基准信号：首先，需要生成一个固定频率的基准信号。
这可以通过使用计数器和比较器电路来实现。
计数器将以固定的频率计数，并在达到设定值时产生一个脉冲。
2. 设定占空比：根据所需的输出信号，设定一个占空比。
占空比可以通过改变计数器的比较器值来实现。
比如，如果要求50%的占空比，计数器将在达到一半的计数值时产生一个脉冲。
3. 生成PWM信号：根据设定的占空比，将基准信号与一个可变的调制信号进行比较。
调制信号可以是一个可变的电压或者一个由微控制器生成的数字信号。
比较器将根据调制信号的值决定是否产生一个脉冲。
如果调制信号的值大于基准信号，比较器将产生一个高电平脉冲；如果调制信号的值小于基准信号，比较器将产生一个低电平脉冲。
4. 输出PWM信号：最后，将产生的PWM信号通过一个低通滤波器进行滤波，以去除高频噪声。
滤波后的信号可以用来驱动各种电子设备，如机电、LED灯等。
二、PWM的应用PWM技术在现代电子系统中有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1. 机电控制：PWM可以用来控制直流机电或者交流机电的转速和转向。
通过改变PWM信号的占空比，可以调节机电的平均电压或者功率，从而实现对机电的精确控制。
2. 照明调光：PWM可以用来调节LED灯的亮度。
通过改变PWM信号的占空比，可以控制LED灯的亮度级别，实现照明的调光效果。
3. 电源管理：PWM可以用来控制开关电源的输出电压或者电流。
PWM 基本原理及其实现方法.ppt
//快速PWM
//初始化T/C1，快速PWM,比较匹配发生时OC1A， OC1B清零，计数到TOP 时 OC1A， OC1B置位,clkT0S/8 ( 来自预分频器),TOP为ICR1
TCCR1A=_BV(COM1A1)|_BV(COM1B1)|_BV(WGM11);
TCCR1B=_BV(WGM13)|_BV(WGM12)|_BV(CS11);
{
OCR1A = 70 + (((uint16)(0x7f - *(point+2)) * 145)/100);
M3_L;
}
else
{
OCR1A = 70 + (((uint16)(*(point+2) - 0x80) * 145)/100);
转 #define
3反转 #define
转 #define
转 #define
4反转 #define
M1_R M1_L M1_T M2_R M2_L M2_T M3_R
PORTB |= _BV(PB0)
//电机1正转
PORTB &= ~_BV(PB0)
//电机1反转
OCR0 = 0
//电机1停转
PORTB |= _BV(PB1)
//电机2正转
PORTB &= ~_BV(PB1)
//电机2反转
OCR2 = 0
//电机2停转
PORTB |= _BV(PB2),PORTB |= _BV(PB5)//电机3正
M3_L PORTB &= ~_BV(PB2),PORTB |= _BV(PB5) //电机
ICR1=0x00FF;
PWM实现程序
直流电机控制函数 void dc_moto_control(uint8 *point)
PWM基本原理及其实现方法
ICR1=0x00FF;
11
PWM实现程序
直流电机控制函数 void dc_moto_control(uint8 *point)
包含：
if(0x80 == *point)
M1_T; //MOTO1停止
else if(*point < 0x80)
{
OCR0 = 70 + (uint8)(((uint16)(0x7f - *point) * 145)/100);
2
电枢电压“占空比”与平均电 压关系图
3
电枢电压“占空比”与平均电 压关系
Vd = Vmax*D 式中，Vd——电机的平均速度； Vmax——电机全通电时的速度(最大)； D = t1/T 当我们改变占空比 D = t1/T 时，就可以得到
不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。 严格地讲，平均速度 n 与占空比 D 并不是严 格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近 似地看成线性关系。
OCR2 = 70 + (uint8)(((uint16)(0x7f - *(point+1)) * 145)/100);
M2_L;
}
else
{
OCR2 = 70 + (uint8)(((uint16)(*(point+1) - 0x80) * 145)/100);
M2_R;
}
13
PWM实现程序
if(0x80 == *(point+2)) M3_T; //MOTO3停止
else if(*(point+2) < 0x80)
{
OCR1A = 70 + (((uint16)(0x7f - *(point+2)) * 145)/100);
单片机PWM(脉冲宽度调制)原理与实现
、PWM原理2、调制器设计思想3、具体实现设计一、PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）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t k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< （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 = k Ts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。
二、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。
pwm的具体原理
pwm的具体原理
PWM（脉宽调制）是一种采用脉冲的宽度来调制信号的技术。
其基本原理是通过改变脉冲的宽度，从而改变信号的平均功率。
在PWM的实现过程中，主要包括以下几个步骤：
1. 设定基准信号：首先需要确定一个基准信号，即频率固定、幅度一致的连续周期信号，可以是正弦波、方波等。
该信号的周期决定了PWM信号的刷新频率。
2. 设定调制信号：接下来需要确定一个调制信号，即用于改变基准信号脉冲宽度的信号。
调制信号通常是一个较低频率的信号，其幅度表示要控制的参数的大小。
3. 比较器运算：比较器会不断地将调制信号与基准信号进行比较，当基准信号的值高于调制信号时，输出高电平，当基准信号的值低于调制信号时，输出低电平。
4. 设置脉宽：根据比较器的输出，可以确定脉冲宽度。
当调制信号较大时，比较器输出的高电平时间较长，脉冲宽度增大；当调制信号较小时，比较器输出的高电平时间较短，脉冲宽度减小。
5. 输出PWM信号：经过调整后的脉冲宽度被用来控制目标器件，例如直流电机、电子元件等。
PWM信号具有周期性、平
均功率可控的特点，可以精确地控制目标设备的工作状态。
需要注意的是，由于PWM信号是由一系列高低电平的脉冲组
成的，所以其平均值表示的不是直流电压或电流的实际大小，而是平均功率的调节。
因此，在使用PWM进行控制时，需要目标器件能够接受PWM信号并进行相应的处理，以实现对参数的精确调节。
PWM基本原理及其实现方法
PWM基本原理及其实现方法PWM（脉宽调制）是一种常用的控制电子设备的方法，通过调整电信号的脉冲宽度来控制电信号的平均功率。
PWM的基本原理是通过改变信号的占空比来实现对设备的控制。
PWM实现的基本步骤是：先产生一个固定频率的正弦波信号（一般采用震荡器或定时器），然后通过比较器对正弦波信号与参考电平进行比较，根据比较结果来产生脉冲信号。
具体来说，PWM的实现方法有以下几种：1. 单脉冲宽度调制（Single Pulse Width Modulation）：这种方法是最简单直接的方式，通过控制脉冲信号的宽度来实现对设备的控制。
宽度越大，输出功率越大，宽度越小，输出功率越小。
2. 多脉冲宽度调制（Multiple Pulse Width Modulation）：该方法是在单脉冲宽度调制的基础上，引入多个脉冲，通过调整各个脉冲的宽度和间隔，实现更精细的控制。
例如，可以通过改变每个脉冲的宽度来实现设备的加速和减速。
3. 脉冲位置调制（Pulse Position Modulation）：与脉冲宽度调制不同，该方法是通过改变脉冲信号的位置来控制设备的平均功率。
脉冲信号的位置决定了信号的相位，从而控制了输出功率。
4. 脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation）：该方法是通过改变脉冲信号的频率来控制设备的平均功率。
频率越高，平均功率越高，频率越低，平均功率越低。
以上四种方法都是基于对脉冲信号的宽度、位置或频率进行调制，从而实现对设备的控制。
这些方法广泛应用于各种电子设备的控制，例如模拟调制器、电机速度控制器、灯光调光器等。
总结起来，PWM通过改变脉冲信号的宽度、位置或频率来实现对设备的平均功率控制。
根据需求不同，可以选择不同的PWM实现方法。
由于PWM具有高效、精度高的特点，所以被广泛应用于各种电子设备的控制中。
脉冲宽度调制电路的工作原理
脉冲宽度调制电路的工作原理引言脉冲宽度调制（PWM）电路是一种常用的电子电路，用于调节输出信号的脉冲宽度。
PWM技术在现代电力电子、自动控制、通信等领域有着广泛的应用。
本文将详细介绍脉冲宽度调制电路的工作原理，包括基本概念、原理分析、电路实现以及应用场景。
一、基本概念脉冲宽度调制是一种调制技术，通常用于将模拟信号转换为脉冲信号。
脉冲宽度调制电路通过改变脉冲信号的宽度来表达信号的幅度大小。
在PWM电路中，脉冲的宽度与输入信号的幅度成正比。
二、原理分析脉冲宽度调制电路主要由三个部分组成：比较器、三角波发生器和滤波器。
1. 比较器比较器是脉冲宽度调制电路的核心部件，用于比较输入信号和三角波信号。
比较器将输入信号与三角波信号进行比较，并产生一个脉冲信号作为输出。
2. 三角波发生器三角波发生器用于产生一个周期性变化的三角波信号。
三角波信号的频率和幅度可以根据实际需求进行调整。
3. 滤波器滤波器用于对比较器输出的脉冲信号进行滤波处理，去除高频噪声，得到稳定而平滑的PWM信号。
三、电路实现脉冲宽度调制电路可以采用多种电路实现方式，常见的有基于集成运放的电路和基于微控制器的电路。
1. 基于集成运放的电路基于集成运放的脉冲宽度调制电路使用运放作为比较器，通过调整输入电压和反馈电压的阈值来实现脉冲宽度的调节。
该电路结构简单，成本低，适用于一些简单的PWM应用。
2. 基于微控制器的电路基于微控制器的脉冲宽度调制电路可以实现更复杂的PWM功能。
微控制器可以通过软件来实现脉冲宽度的控制，可以灵活调节脉冲宽度的精度和频率。
这种电路适用于需要高精度、多功能的PWM应用。
四、应用场景脉冲宽度调制电路在众多领域都有着广泛的应用。
1. 电力电子在电力电子领域，脉冲宽度调制技术常用于变频调速、电力因数校正和电力传输等方面。
例如，PWM逆变器可以将直流电源转换为交流电源，用于驱动电动机和变频空调等设备。
2. 自动控制在自动控制系统中，脉冲宽度调制电路常用于控制电机的转速和位置。
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PWM (脉冲宽度调制)原理与实现
1、PWM原理
2、调制器设计思想
3、具体实现设计
一、PWM（脉冲宽度调制Pulse Width Modulation）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T s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t k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 = k Ts处，在相邻脉冲间变化缓慢，则脉冲宽度调制波x p(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。
二、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：
三、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；
注意：该寄存器值不可读，只可写。
4、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）控制线：
① CLK：时钟；（IN）
② Reset：异步复位信号；（IN 低电平有效）
③ WR：写PWM RAM信号；（IN 低电平有效）；
④ RD：读PWM RAM信号；（IN 低电平有效）
⑤ DONE：接受完毕反馈信号；（OUT 高电平有效）
⑥ INT：中断申请信号；（OUT 低电平有效）
⑦ IntResp：中断响应信号；（In低电平有效）
⑧ ByteBit：字节/位操作控制信号（IN 1-BYTE 0-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：
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；
28051接受到中断申请后，作出中断响应，置位IntResp信号线为…0‟；
3PWM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；
48051取出要求数据放于数据总线（DataBus）上，并置WR信号为…0‟；
5PWM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‟；
68051发现DONE信号的上跳变为…1‟，释放数据总线；
7PWM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）RD RAM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。