一种计算机可控脉冲宽度和脉冲间隔的矩形波发生器

脉宽调制(pwm)中最小脉冲宽度的确定

脉宽调制(PWM)是一种常见的电子控制技术，通过调节矩形波的脉冲宽度来控制输出信号的频率和幅度。在PWM的应用中，最小脉冲宽度的确定是极其重要的一项任务，这决定着控制系统的精度和稳定性。

首先，我们需要明确PWM的基本原理。PWM信号通常由一个基准信号和一个模拟信号组成。基准信号的频率是固定的，而模拟信号的幅度则决定了PWM脉冲的宽度。PWM信号输出后，可以通过一个低通滤波器将其转换为一个模拟电压信号。这种方法可以在保证输出电压、电流等信号质量的前提下，实现输出的调节和控制。

在PWM的应用中，最小脉冲宽度的确定往往需要考虑多种因素。其中包括：

1.基准信号的频率：在PWM中，基准信号的频率是一个固定值。在确定最小脉冲宽度时，需要考虑基准信号的周期，以保证PWM信号的稳定性和精度。

2.控制对象的响应时间：在PWM控制电机等对象时，需要考虑控制对象的响应时间。如果PWM脉冲宽度太小，控制对象可能无法及时响应，从而导致控制系统失效。 3.噪声干扰：在PWM控制中，噪声干扰是一个不可忽视的因素。如果PWM脉冲宽度太小，噪声干扰可能会导致输出信号的失真，从而降低系统的稳定性和精度。

综合考虑这些因素，确定最小脉冲宽度需要进行一定的计算和实验。一般而言，可以采用以下的方法来确定最小脉冲宽度：

1.计算基准信号的周期。基准信号的周期可以通过PWM控制器的参数设置得到，也可以通过测量基准信号的频率得到。

2.估算控制对象的响应时间。根据控制对象的特性，可以大致估计其响应时间。一般而言，控制对象的响应时间应该小于基准信号周期的一半，以保证控制系统的稳定性。

3.测量噪声干扰的水平。在PWM输出信号时，测量输出信号中的噪声干扰水平，以确定最小脉冲宽度。

4.进行实验确定。在上述条件确定的基础上，可以通过实验来确定最小脉冲宽度。在实验过程中，可以逐步减小脉冲宽度，直到出现系统失稳或者输出信号的失真为止。在确定最小脉冲宽度时，需要注意控制系统的稳定性和精度，以保证PWM控制器的正常工作。

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。

一种短脉冲宽度的CW信号发生器的设计

・１９０・　现代导航　２０１２钲　

一种短脉冲宽度的ＣＷ信号发生器的设计　

陈冬　，陶智２　

（１海军驻沈阳地区电子系统军事代表室，沈阳１１０００３￣２海军装备部装备采购中心，北京１０００７１）　

摘要：本文设计了一种ＣＷ脉冲信号发生电路，具有频率稳定性高，上升及下降时问短的　

特点，适合于产生填充波形极少的ＣＷ脉冲。同时还具有每次发射起始相位均相同的特点。试验　结果显示，电路达到了指标要求。　

关键词：ＣＷ脉冲；信号发生器　

中图分类号：ＴＭ９３５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４．７９７６一（２０１２）０３．１９０．０３　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｈｏｒｔ—Ｗｉｄｔｈ　Ｐｕｌｓｅ　ＣＷ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　ｓｉｇｎａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｏｆ　ＣＷ　ｐｕｌｓｅ　ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｌｏｗ　ｒｉｓｅｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｆａｌｌｔｉｍｅ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｉｔ　ｉｓ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ＣＷ　ｐｕｌｓｅ　ｗｈｉｃｈ　ｒａｒｅｌｙ　ｐｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｉｎｆｉｌｌｉｎｇ　ｗａｖｅ　ｓｈａｐｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｐｈａｓｅ　ｏｆ　

ｅｖｅｒｙ　ｐｕｌｓｅ　ｉｓ　ｓａｍｅ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｗｏｒｋｓ　ｗｅｌ１．　

Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ＣＷ　Ｐｕｌｓｅ；Ｓｉｇｎａｌ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　

在探测近距离水下目标时，为了减小盲区、提　高距离分辨力和测量精度，发射的声信号一般采用　

短脉冲宽度的单频矩形脉冲。这样就对发射脉冲信　

号的上升及下降沿提出了更高的要求，本文提出了　

一种新的电路，具有频率稳定性好，调试方便，电　路简单可靠的特点。　

１性能指标　

要求产生的ＣＷ脉冲宽度　为０．２　ｍｓ，中心频　率为１００ｋＨｚ，周期　为１２０ｍｓ。如图１所示。　

占空比可调的矩形波发生电路

实验二占空比可调的矩形波发生器实验

一、实验目的

1. 掌握Im741芯片的使用方法；

2. 了解占空比可调的矩形波发生器的设计方法。

二、实验原理

1」m741介绍

LM741系列是通用型运算放大器.其目的是为广泛的模拟应用高增益和宽工作电压范围在积分器，求和放大器，和一般反馈应用提供卓越的性能。其特点有：短路保护，出色的温度稳定性，内部频率补偿，高输入电压范围，空偏移。

图1丄M741应用电路图

LM741,LM741（芯片引脚和工作说明1和5为偏置（调零端）,为正向输入端，3为反向输入端，4接地，6为输出，7接电源，8空脚 1输出端A

2反向输入端A 3正向输入端A 4接地5正向输入端B 6 反向输入端B 7输出端B 8电源+

741运算放大器使用时需于7、4脚位供应一对同等大小的正负电

源电压+ Vdc与—Vdc, —旦于2、3脚位即两输入端间有电压差存在，

压差即会被放大于输出端，唯 Op放大器具有一特色，其输出电压值决不会大于正电源电压+ Vdc或小于负电源电压一Vdc,输入电压差经放大后若大于外接电源电压+ Vdc至-Vdc之范围，其值会等于+

Vdc或—Vdc,故一般运算放大器输出电压均具有如图 3之特性曲线, 输出电压于到达+ Vdc和—Vdc后会呈现饱和现象。 Balance \ 1 __ 1 8

Input — a

1

\ 7

Input+ □

八

4

5 NC

Output

Balance -15V

图3.放大器输出入电压关系图

741运算放大器之基本动作如图4所示，若在非反相输入端输入电压，会于输出端得到被放大的同极性输出；若以相同电压信号在反相输入端输入，则会在输出端获得放大相同倍率后但呈逆极性之信号输出。而当对放大器两输入端同时输入电压时，则是以非反相输入端电压值(V1)减去反相输入端电压值(V2)，可于输出端得到(V1 — V2) 经过倍率放大后之输出。

矩形波产生原理

矩形波是一种典型的非正弦波形，它的波形特点是在等间隔的时间内，以固定的幅值快速切换，形成一个有规则的矩形波形。矩形波被广泛应用于各种电子设备中，如信号发生器、数字电路、电子音乐等领域。本文将详细介绍矩形波的产生原理。

一、理论基础

矩形波是一种周期性方波，可以由一组不同的正弦波叠加而成。正弦波是一种单频振荡的波形，在物理学中，任意波形都可以看作是由一组或多组正弦波组成的。因此矩形波也可以看作是由多个不同频率的正弦波所组成的波形。这个过程称为傅里叶变换。傅里叶变换能够将一个周期性的信号分解成多个不同频率的正弦波，而矩形波就是由多个正弦波叠加而成的。

二、产生原理

矩形波的产生原理可以分为两类：电子学和数学。

1.电子学原理

矩形波可以通过使用一个二极管和一个电容器来产生。当电容器充电时，电压与时间之间的关系是线性的，因此输出信号将是一个正弦波。当电容器放电时，输出信号将恒定为一个固定的电压，这是因为电容器中的电荷已经耗尽，电压不再变化。这样，通过一个简单的电路，就可以得到一个以固定幅值快速切换的矩形波。

2.数学原理

矩形波也可以通过傅里叶级数展开来产生。一个矩形波可以看作是周期为T、幅值为A的基本频率正弦信号的有限和。这个信号的时间函数为：

f(t)= A/2 + (A/π) ∑[ (-1)^n/(2n+1)sin(2π(2n+1)f0t)/f0 ]

f0是基本频率，n是正整数。

这个公式描述了一个从-A/2到A/2范围内以1/2A的幅度快速切换的矩形波。

三、应用领域

矩形波是一种常见的信号波形，在电子技术、物理学和工程学中广泛应用。以下是一些常见的应用领域：

1.信号发生器矩形波是信号发生器中最基本的波形之一。它可以用于测试和调整其他电子设备的性能，如滤波器、调制器等。它还可用于音频合成器或波形发生器的输出。

矩形脉冲信号的第一零点带宽和3db带宽

矩形脉冲信号是一种在通信系统和信号处理中常见的信号类型，具有理想的频谱特性和良好的数学性质。在实际的应用中，对于矩形脉冲信号的频谱特性有很高的要求，因为它直接影响了信号的传输和处理性能。其中，矩形脉冲信号的第一零点带宽和3db带宽是评价其频谱特性的重要指标。本文将从矩形脉冲信号的定义、频谱特性以及计算方法等方面进行深入探讨，旨在全面了解矩形脉冲信号的频谱特性及其评价指标。

一、矩形脉冲信号的定义

矩形脉冲信号通常表示为矩形函数的形式，其时域表达式可以写为：

\[x(t)=\text{rect}(\frac{t}{T})\]

其中，rect(·)表示矩形函数，T为脉冲宽度。矩形脉冲信号在时域上的波形为矩形，其幅度在时间区间内保持常数，而在其之外为零，如图1所示。矩形脉冲信号具有尖峰上升和下降的特点，因此在频谱上包含了非常丰富的高频成分。

二、矩形脉冲信号的频谱特性

矩形脉冲信号的频谱特性与其时域波形密切相关。根据傅里叶变换的定义，矩形脉冲信号的频谱表达式为：

\[X(f)=T\text{sinc}(fT)e^{-j2\pi fT}\]

其中，sinc(·)为正弦插值函数，f为频率，X(f)为矩形脉冲信号的频谱幅度。从频谱表达式可以看出，矩形脉冲信号的频谱包含了sinc函数的形式，其在频率为零的点出现了第一零点，而在频率为1/T处，频谱幅度下降至-3dB处，这对应了3dB带宽。

三、第一零点带宽和3dB带宽的定义

1. 第一零点带宽：矩形脉冲信号频谱的第一零点是指频谱幅度第一次降至零的频率点，其频率记为f1。第一零点带宽定义为第一零点频率与频率为零的点之间的距离，即：

\[B_{z}=f_{1}-0=1/T\]

2. 3dB带宽：矩形脉冲信号频谱的3dB带宽是指频谱幅度下降至-3dB的频率范围，其频率范围为[f2,f3]。3dB带宽定义为频率范围的宽度，即：

\[B_{3dB}=f_{3}-f_{2}\]

基于DDS芯片AD9851的电火花加工脉冲电源的设计

【摘要】根据电火花加工对脉冲电源的技术要求，设计了一种基于DDS（直接数字合成）芯片AD9851的电火花加工脉冲电源，它通过单片机、DDS芯片及控制电路产生的高频脉冲信号来控制场效应管的通与断来得到电火花加工用脉冲电源。由于产生的脉冲信号宽度和间隔可调，极大地提高了电火花加工的精度和可靠性。

【关键词】电火花加工;DDS;AD9851;脉冲电源

引言

电火花加工是利用工作液中的两极间不断产生脉冲性的火花放电，依靠每次放电时产生的局部、瞬时高温把金属材料逐次微量蚀除下来，从而切割成形的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工[1]。脉冲电源作为电火花加工机床的主要组成部分，为击穿加工介质提供所需要的电压，并在间隙击穿后提供能量以蚀除金属，其性能的好坏直接决定了加工设备稳定性和生产效率的高低[2]。传统的电火花加工脉冲电源有RC式、电子管式和晶体管式等多种形式[3]。弛张式RC脉冲电源是电火花加工中最早使用的脉冲电源，结构简单、使用可靠，特别是能够产生脉冲宽度很小的窄脉冲，但是在放电过程中脉冲能量不可控。随着电子技术、计算机技术和控制技术的发展，现在开发的脉冲电源正向着智能化、节能化、安全化的方向发展[4]。而在微电子技术发展的带动下，DSP芯片的应用得到迅速发展，因此基于DSP芯片的开关电源拥有着广阔的前景，成为今后开关电源的发展趋势。单片机芯片控制的脉冲电源就是其中之一。本文以AD9851[5]为核心，结合AT89S52微处理控制器芯片的共同作用，产生高频可调的脉冲波形，满足电火花微细加工的要求。同时，为保证加工的实时性和准确性，采用A/D芯片进行数据采集和转换，并反馈回单片机中进行数据处理，调节产生的脉冲及控制电极动作。

1.脉冲电源的单片机控制原理

本脉冲电源采用单片机芯片来控制脉冲的产生，采用晶振和定时器来形成矩形波。由单片机控制的脉冲发生器的硬件电路与软件编程设计简单，调试方便，集成度高，而且抗干扰性强，并采用大功率MOSFET器件的斩波电路来获得高频脉冲，可显著地提高电源的独立性，改善电火花电源的加工性能。脉冲电源原理图如图1所示。

频率可调的快速方波电脉冲发生器-

1

本科毕业论文（设计）

题目: 频率可调的快速方波电脉冲发生器

姓名:

专业: 测控技术与仪器

学院: 光电工程学院

学号:

指导教师:

职称：

2012年 4 月 15 日 2 目录

摘要................................................................ 4

一、前言............................................................ 4

二、设计应用与指标.................................................. 5

三、总体结构........................................................ 6

四、各模块电路分析.................................................. 6

（一）内触发振荡电路 ............................................ 7

（二）手动按键触发 .............................................. 8

（三）触发方式选择电路 .......................................... 8

（四）单稳态多谐振荡器 .......................................... 9

PWM（脉冲宽度调制PulseWidthModulation）原理

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

simulink 矩形方波

Simulink矩形方波是一种描述信号的波形形式，通常用于数字信号处理的仿真和测试。它是一个周期性的矩形波形，由高电平和低电平组成。在Simulink中，我们可以使用矩形方波来生成各种类型的数字信号，例如脉冲信号、序列码信号等。本文将详细介绍Simulink矩形方波的基本概念、应用场景及如何实现矩形方波的生成。

一、Simulink矩形方波的基本概念

1. 周期性：矩形方波是一种周期性的波形，具有相同的周期和占空比。在Simulink中，周期和占空比可以根据用户需要进行调整。

2. 脉宽和脉冲周期：脉宽是矩形方波中高电平的持续时间，脉冲周期是整个矩形方波的持续时间。

3. 频率和角频率：频率是单位时间内矩形方波发生的变化次数，角频率是单位时间内矩形方波变化的角度值。

4. 占空比：占空比是指矩形方波中高电平所占总周期的比例。如果矩形方波中高电平的持续时间是总周期的一半，那么占空比为50%。

二、Simulink矩形方波的应用场景

1. 脉冲信号：在数字信号处理中，脉冲信号是一种常见的信号类型，它通常用于传输数字信息。脉冲信号由一系列等间隔的脉冲组成，每个脉冲的形状为矩形方波。在Simulink中，我们可以使用矩形方波来生成各种类型的脉冲信号，例如单个脉冲、连续脉冲、宽度可调的脉冲信号等。

2. 序列码信号：序列码信号是一种将数字信息转换成数字序列的信号，它通常用于数字通信中的编码和解码。在Simulink中，我们可以使用矩形方波来生成各种类型的序列码信号，例如直矩形码、倒矩形码、曼彻斯特编码等。

三、实现Simulink矩形方波的生成

1. 使用Simulink模块实现矩形方波的生成：在Simulink中，我们可以通过使用Pulse Generator模块来生成矩形方波。该模块提供了丰富的参数选项，例如脉宽、脉冲周期、占空比等，可以根据用户需要进行调整。此外，该模块还支持多种输出信号类型，例如正脉冲、负脉冲等。