PWM 技術(shù)綜述【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述電子信息工程PWM技術(shù)綜述摘要：本課題主要介紹了基于FPGA的PWM對(duì)于LED燈的設(shè)計(jì)方法和流程。脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通信領(lǐng)域[1]。對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的時(shí)候只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼，且實(shí)踐表明本課題所提出的用PWM控制LED燈的方案是合理、有效的。關(guān)鍵字：PWM；FPGA；脈寬調(diào)制；數(shù)字編碼1、PWM的概述PWM是英文“PulseWidthM

2、odulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中，PWM具體的波形圖如圖1所示。圖1PWM波形圖PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單,靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點(diǎn).由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是

3、在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。對(duì)于控制LED燈，PWM可以更加的精確，對(duì)于調(diào)節(jié)燈的明暗灰度，可以更加的容易控制。2、PWM的原理隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM的調(diào)制方法：其中最具代表性的就是數(shù)字脈沖調(diào)制和模擬脈沖調(diào)制。其中數(shù)字脈沖調(diào)制主要是依靠時(shí)鐘信號(hào)的輸入同時(shí)用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。然后把信號(hào)傳給儲(chǔ)存器，在通過(guò)比較器比較，最后輸出脈沖寬度調(diào)制波[2]；而模擬脈沖調(diào)制主要是脈寬調(diào)制器是

4、一個(gè)比較器，它是將控制信號(hào)Uc與頻率一定的鋸齒波電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生出脈沖序列。2.1數(shù)字脈沖調(diào)制數(shù)字調(diào)制主要是依靠時(shí)鐘信號(hào)的輸入同時(shí)用計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。然后把信號(hào)傳給儲(chǔ)存器，在通過(guò)比較器比較，最后輸出脈沖寬度調(diào)制波。用數(shù)字序列調(diào)制脈沖載波的幅度?？傻玫矫}沖幅度調(diào)制信號(hào)PAM（PulseAmplitudeModulation）。是屬于數(shù)字脈沖調(diào)制的一種，其他兩種是：PPM（PulsePositionModulation），調(diào)制脈沖載波的位置；PWM（PulseWidthModulation），調(diào)制脈沖載波的寬度。其中

5、PWM數(shù)字脈沖調(diào)制原理圖如圖2數(shù)字脈沖調(diào)制器所示[3]。圖2數(shù)字脈沖調(diào)制器2.2模擬脈沖調(diào)制脈寬調(diào)制器是一個(gè)比較器，它是將控制信號(hào)Uc與頻率一定的鋸齒波電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生出脈沖序列如圖1所示。因此在集成控制電路中還包括一個(gè)頻率固定的時(shí)鐘信號(hào)和鋸齒波發(fā)生器。時(shí)鐘脈沖頻率決定了PWM轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率。假設(shè)鋸齒波電壓幅值為Um，鋸齒波寬為T(mén)s（決定了開(kāi)關(guān)周期）。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期Ts，內(nèi)，控制信號(hào)Ts與鋸齒波有一次相交，決定了這時(shí)的PWM輸出脈沖的寬度DuTs[4-5]。如下圖3模擬脈寬調(diào)制器。圖3模擬脈寬調(diào)制器3、PW

6、M技術(shù)實(shí)現(xiàn)PWM方式即脈沖寬度調(diào)制方式，如圖4。主要有分辨率、周期兩個(gè)參數(shù)，分辨率是指在一個(gè)周期內(nèi)可控的最小時(shí)間，分辨率越高，控制精度也越高，一般用n位二進(jìn)制數(shù)表示，如8位、10位、12位、16位等分辨率，可控的最小工作時(shí)間：，也稱(chēng)作占空比。單片機(jī)應(yīng)用于工業(yè)控制等方面時(shí)，一般采用PWM方式對(duì)模擬量進(jìn)行控制，在周期T一定的情況下，通過(guò)調(diào)整工作時(shí)間T1來(lái)達(dá)到對(duì)模擬量控制的目的[10]。圖4PWM方式3.1用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的PWM模塊隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，尋找?guī)в袃?nèi)置PWM模塊的單片機(jī)已經(jīng)不是困難的事情，內(nèi)置PW

7、M模塊的單片機(jī)，其PWM最大分辨率一般是10位，只要設(shè)置好PWM工作的頻率、分辨率等參數(shù)并啟動(dòng)，將占空比數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定寄存器即可，程序流程如圖5。單片機(jī)初始化時(shí)設(shè)置好PWM模塊參數(shù)并啟動(dòng)PWM功能，根據(jù)需要采集模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算分析調(diào)整占空比，再將占空比數(shù)據(jù)寫(xiě)到PWM指定的寄存器中，周而復(fù)始，達(dá)到調(diào)整PWM的目的。這種實(shí)現(xiàn)PWM功能方法的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、控制程序短、程序用于處理PWM功能所需占用的時(shí)間短，不足之處是輸出的I/O口必須是單片機(jī)內(nèi)PWM模塊指定的I/O口，不能任意改變，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路PWM功能時(shí)受到單

8、片機(jī)內(nèi)PWM硬件資源的限制[11-12]。圖5用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM功能流程圖3.2用FPGA模擬PWM功能用FPGA編寫(xiě)一個(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生公共的PWM時(shí)基，將該時(shí)基實(shí)時(shí)與一路PWM所要求的占空比數(shù)據(jù)比較，時(shí)基<=占空比數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出口輸出1，否則輸出0。以模擬1路8位PWM功能為例，設(shè)PWM公共時(shí)基存于TIMER（00H～FFH）中，占空比數(shù)據(jù)存于P100H～FFHPWM出分別為OUT1，