PWM(脉冲宽度调制)原理与实现.doc
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1、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
2、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-kTsTs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,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,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
3、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
4、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(Cou
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