PWM信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述

1、文 獻(xiàn) 綜 述畢業(yè)設(shè)計(jì)題目： pwm信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) pwm信號(hào)發(fā)生器文獻(xiàn)綜述(電子信息工程10(1)班 e10610119)1前言pwm(pulse width modulation)又稱(chēng)脈沖寬度調(diào)制，屬于脈沖調(diào)制的一種，即脈沖幅度調(diào)制（pam）、脈沖相位調(diào)制（ppm）、脈沖寬度調(diào)制（pwm）和脈沖編碼調(diào)制（pcm）。它們本來(lái)是應(yīng)用于電子信息系統(tǒng)和通信領(lǐng)域的一種信號(hào)變換技術(shù)，但從六十年代中期以來(lái)后，隨著電力電子技術(shù)被引入到電力變換領(lǐng)域，pwm技術(shù)廣泛運(yùn)用于各種工業(yè)電力傳動(dòng)領(lǐng)域乃至家電產(chǎn)品中1。信號(hào)發(fā)生器又稱(chēng)波形發(fā)生器，是一種常用的信號(hào)源，被廣泛地應(yīng)用于無(wú)線電通信、自動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)控制等系統(tǒng)中。傳

2、統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器絕大部分是由模擬電路構(gòu)成，借助電阻電容，電感電容、諧振腔、同軸線作為振蕩回路產(chǎn)生正弦或其它函數(shù)波形。頻率的變動(dòng)由機(jī)械驅(qū)動(dòng)可變?cè)瓿?，?dāng)這種模擬信號(hào)發(fā)生器用于低頻信號(hào)輸出往往需要的rc值很大，這樣不但參數(shù)準(zhǔn)確度難以保證，而且體積和功耗都很大，而由數(shù)字電路構(gòu)成的低頻信號(hào)發(fā)生器，雖然其低頻性能好但體積較大，價(jià)格較貴。在今天，隨著大規(guī)模集成電路和信號(hào)發(fā)生器技術(shù)的發(fā)展，許多新型信號(hào)發(fā)生器應(yīng)運(yùn)而生。用信號(hào)發(fā)生器并配置適當(dāng)接口芯片產(chǎn)生程控正弦信號(hào)，則可替代傳統(tǒng)的正弦信號(hào)發(fā)生器，從而有利于測(cè)試系統(tǒng)的集成化、程控化和智能儀表的多功能化。而信號(hào)發(fā)生器的最大特點(diǎn)是面向控制，由于它集成度高、運(yùn)算速度快

3、、體積小、運(yùn)行可靠、價(jià)格低，因此在數(shù)據(jù)采集、智能化儀器等技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，從而使得信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用成為工程技術(shù)多學(xué)科知識(shí)匯集的一個(gè)專(zhuān)門(mén)研究領(lǐng)域，其應(yīng)用產(chǎn)生了極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益2。2 pwm信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展與現(xiàn)狀2.1信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)信號(hào)發(fā)生器，是指集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，信號(hào)發(fā)生器的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步,自1971年美國(guó)intel公司首先推出4位微處理器以來(lái),它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段：第1階段（19711976）：信號(hào)發(fā)生器發(fā)展的初級(jí)階段。發(fā)展了各種4位信號(hào)發(fā)生器，第2階段（19761980）：初級(jí)8位機(jī)階段。以1976年intel

4、公司推出的mcs48系列為代表，采用將8位cpu、8位并行i/o接口、8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、ram和rom等集成于一塊半導(dǎo)體芯片上的單片結(jié)構(gòu)，功能上可滿(mǎn)足一般工業(yè)控制和智能化儀器、儀表等的需要。第3階段（19801983）：高性能信號(hào)發(fā)生器階段。這一階段推出的高性能8位信號(hào)發(fā)生器普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)，多個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。片內(nèi)ram、rom的容量加大,且尋址范圍可達(dá)64kb。第4階段（198380年代末）：16位信號(hào)發(fā)生器階段。1983年intel公司又推出了高性能的16位信號(hào)發(fā)生器mcs96系列，網(wǎng)絡(luò)通信能力有顯著提高。第5階段（90年代）：信號(hào)發(fā)生器在集成度、功能、速度、可靠

5、性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。2.2信號(hào)發(fā)生器的現(xiàn)狀目前，信號(hào)發(fā)生器正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，尤其是八位信號(hào)發(fā)生器已成為當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器中的主流。信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展具體體現(xiàn)在如下四個(gè)方面：1、cpu功能增強(qiáng)cpu功能增強(qiáng)主要表現(xiàn)在運(yùn)算速度和精度的提高方面。為了提高運(yùn)算速度和精度，信號(hào)發(fā)生器通常采用布爾處理機(jī)和把cpu的字長(zhǎng)增加到16位或32位。例如mcs96/98和hpci6040等信號(hào)發(fā)生器。2、內(nèi)部資源增多目前，信號(hào)發(fā)生器內(nèi)部的rom容量已達(dá)32kb，ram數(shù)量已達(dá)1kb，并具有掉電保護(hù)功能，常用i/o電路有串行和并行i/o接口，a/d和d/a轉(zhuǎn)換器，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，定時(shí)輸出和信號(hào)捕

6、捉輸入，系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)和dma通道電路等。3、引腳的多功能化隨著芯片內(nèi)部功能的增強(qiáng)和資源的豐富，信號(hào)發(fā)生器所需的引腳數(shù)也會(huì)相應(yīng)增加，這是不可避免的。例如：一個(gè)能尋址1mb存儲(chǔ)空間的信號(hào)發(fā)生器需要20條地址線和8條數(shù)據(jù)線。太多的引腳不僅會(huì)增加制造時(shí)的困難，而且也會(huì)使芯片的集成度大為減小。為了減少引腳數(shù)量，提高應(yīng)用靈活性，信號(hào)發(fā)生器中普遍采用一腳多用的設(shè)計(jì)方案。4、低電壓和低功耗在許多應(yīng)用場(chǎng)合，信號(hào)發(fā)生器不僅要有很小的體積，而且還需要較低的工作電壓和極小的功耗。因此，信號(hào)發(fā)生器普遍采用chmos工藝，并增加空閑和掉電兩種工作方式3。3 可實(shí)現(xiàn)的方法3.1單片機(jī)直接產(chǎn)生的方法直接利用單片機(jī)產(chǎn)生pwm信

7、號(hào)波形。采用這種方法可以大大簡(jiǎn)化產(chǎn)生波形的軟硬件電路，設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單，然而該方案的缺點(diǎn)是編程過(guò)于復(fù)雜，產(chǎn)生的頻率低，調(diào)節(jié)范圍窄，滿(mǎn)足不了日常生活的需求。具體方案如圖1。電源電路單片機(jī)pwm輸出時(shí)鐘電路控制電路圖13.2分立元件的方法 采用分立元件等純硬件電路搭接，該方法不需要軟件電路，但產(chǎn)生的波形較為單一，波形質(zhì)量差，不易調(diào)節(jié)且穩(wěn)定性不好。3.3鎖相式合成器采用鎖相式合成器，將壓控振蕩器的頻率鎖存在所需的頻率。該方案比較復(fù)雜。3.4單片機(jī)與集成電路利用單片機(jī)與控制集成電路，產(chǎn)生占空比和頻率可調(diào)的波形。該方法輸出的波形種類(lèi)多、精度高、信號(hào)穩(wěn)定可靠、性?xún)r(jià)比高以及操作方便4。具體方案如圖2。圖24 信

8、號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用舉例4.1 用信號(hào)發(fā)生器測(cè)量電子電路的通道故障信號(hào)發(fā)生器可以用來(lái)查找通道故障。其基本原理是：由前級(jí)往后級(jí)，逐一測(cè)量接收通路中每一級(jí)放大和濾波器，找出哪一級(jí)放大電路沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)應(yīng)有的放大量或者哪一級(jí)濾波電路衰減過(guò)大。信號(hào)發(fā)生器在此扮演的是標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的角色。信號(hào)源在輸入端輸入一個(gè)已知幅度的信號(hào)，然后通過(guò)超電壓表或者頻率足夠高的示波器，從輸入端口逐級(jí)測(cè)量增益情況，找出增益異常的單元，再進(jìn)一步細(xì)查，最后確診存在故障的零部件。4.2 用信號(hào)發(fā)生器測(cè)量電子電路的靈敏度 信號(hào)發(fā)生器發(fā)出與電子電路相同模式的信號(hào)，然后逐漸減小輸出信號(hào)的幅度（強(qiáng)度），同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)輸出的水平。當(dāng)電子電路輸出有效信號(hào)與

9、噪聲的比例劣化到一定程度時(shí)(一般靈敏度測(cè)試信噪比標(biāo)準(zhǔn)s/n=12db)，信號(hào)發(fā)生器輸出的電平數(shù)值就等于所測(cè)電子電路的靈敏度。在此測(cè)試中，信號(hào)發(fā)生器模擬了信號(hào)，而且模擬的信號(hào)強(qiáng)度是可以人為控制調(diào)節(jié)的。4.3用信號(hào)發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源信號(hào)發(fā)生器發(fā)出4-20ma、0-5v的可調(diào)可控制的信號(hào)，作為一次信號(hào)為后端電路提供標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，應(yīng)用于代替前端壓力、流量、溫度、液位、電流、電壓信號(hào)來(lái)調(diào)試后端線路或程序是否正確無(wú)誤，可以連接plc、儀表、及專(zhuān)用設(shè)備。5 pwm信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用領(lǐng)域目前，pwm信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括：(1)在數(shù)字光(led)處理技術(shù)中,通過(guò)pwm控制調(diào)節(jié)電流大小，例如顯示技術(shù)中的灰度等

10、級(jí)的控制。(2)在電機(jī)控制中，pwm用于對(duì)電機(jī)電流的控制。(3)在電網(wǎng)系統(tǒng)中，pwm可以用于對(duì)其功率的控制和變換。(4)在通信系統(tǒng)中，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字編碼，滿(mǎn)足數(shù)字化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的要求。如利用pwm技術(shù)實(shí)現(xiàn)am、fm和ssb這三種模擬通信信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)。(5)在a/d轉(zhuǎn)換中，pwm可以用于對(duì)模擬信號(hào)的比較和量化。(6) 基于直流pwm的速度伺服控制系統(tǒng)。6 總結(jié)目前，隨著微機(jī)技術(shù)日益廣泛深入工業(yè)控制領(lǐng)域，單片機(jī)控制的pwm技術(shù)迅速發(fā)展，其突出特點(diǎn)是可以比較容易地選擇最佳的脈沖調(diào)制頻段，更重要的，由于與單片機(jī)的結(jié)合，整個(gè)系統(tǒng)可以集成為具有更完備的保護(hù)功能、故障診斷功能和顯示功能的高可靠的微

11、型化的系統(tǒng)。因此，被競(jìng)相開(kāi)發(fā)，前景廣闊。參考文獻(xiàn)1劉樹(shù)林 編.開(kāi)關(guān)變換器分析與設(shè)計(jì)m,北京，機(jī)械工業(yè)出版社，20112楊寧主編，單片機(jī)與控制技術(shù)m第一版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005年3樓然苗 李光飛 編著. 51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例.北京：航空航天大學(xué)出版社204年.4閹石主編數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)高等教育出版社，2005年5張占松.開(kāi)關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)m.北京：電子工業(yè)出版社,19996謝嘉奎主編.電子線路高等教育出版社，2004年.7賴(lài)麟文編著 8051單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用科學(xué)出版社，2005年.8高峰編著單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)科學(xué)出版社，2005年9戴仙金 主編,51單片機(jī)及其

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