PWM信號發(fā)生器設(shè)計文獻綜述

1、文 獻 綜 述畢業(yè)設(shè)計題目： PWM信號發(fā)生器設(shè)計 PWM信號發(fā)生器文獻綜述(電子信息工程10(1)班 E10610119)1前言PWM(Pulse Width Modulation)又稱脈沖寬度調(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）。它們本來是應(yīng)用于電子信息系統(tǒng)和通信領(lǐng)域的一種信號變換技術(shù)，但從六十年代中期以來后，隨著電力電子技術(shù)被引入到電力變換領(lǐng)域，PWM技術(shù)廣泛運用于各種工業(yè)電力傳動領(lǐng)域乃至家電產(chǎn)品中1。信號發(fā)生器又稱波形發(fā)生器，是一種常用的信號源，被廣泛地應(yīng)用于無線電通信、自動測量和自動控制等系統(tǒng)中。傳

2、統(tǒng)的信號發(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。頻率的變動由機械驅(qū)動可變元件完成，當(dāng)這種模擬信號發(fā)生器用于低頻信號輸出往往需要的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)成的低頻信號發(fā)生器，雖然其低頻性能好但體積較大，價格較貴。在今天，隨著大規(guī)模集成電路和信號發(fā)生器技術(shù)的發(fā)展，許多新型信號發(fā)生器應(yīng)運而生。用信號發(fā)生器并配置適當(dāng)接口芯片產(chǎn)生程控正弦信號，則可替代傳統(tǒng)的正弦信號發(fā)生器，從而有利于測試系統(tǒng)的集成化、程控化和智能儀表的多功能化。而信號發(fā)生器的最大特點是面向控制，由于它集成度高、運算速度快

3、、體積小、運行可靠、價格低，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，從而使得信號發(fā)生器的應(yīng)用成為工程技術(shù)多學(xué)科知識匯集的一個專門研究領(lǐng)域，其應(yīng)用產(chǎn)生了極高的經(jīng)濟效益和社會效益2。2 PWM信號發(fā)生器的發(fā)展與現(xiàn)狀2.1信號發(fā)生器的發(fā)展單片微型計算機簡稱信號發(fā)生器，是指集成在一塊芯片上的計算機，信號發(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Intel公司首先推出4位微處理器以來,它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個階段：第1階段（19711976）：信號發(fā)生器發(fā)展的初級階段。發(fā)展了各種4位信號發(fā)生器，第2階段（19761980）：初級8位機階段。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/計數(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）：高性能信號發(fā)生器階段。這一階段推出的高性能8位信號發(fā)生器普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)，多個16位定時器/計數(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位信號發(fā)生器階段。1983年Intel公司又推出了高性能的16位信號發(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信號發(fā)生器的現(xiàn)狀目前，信號發(fā)生器正朝著高性能和多品種方向發(fā)展，尤其是八位信號發(fā)生器已成為當(dāng)前信號發(fā)生器中的主流。信號發(fā)生器的發(fā)展具體體現(xiàn)在如下四個方面：1、CPU功能增強CPU功能增強主要表現(xiàn)在運算速度和精度的提高方面。為了提高運算速度和精度，信號發(fā)生器通常采用布爾處理機和把CPU的字長增加到16位或32位。例如MCS96/98和HPCI6040等信號發(fā)生器。2、內(nèi)部資源增多目前，信號發(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，定時器/計數(shù)器，定時輸出和信號捕

6、捉輸入，系統(tǒng)故障監(jiān)測和DMA通道電路等。3、引腳的多功能化隨著芯片內(nèi)部功能的增強和資源的豐富，信號發(fā)生器所需的引腳數(shù)也會相應(yīng)增加，這是不可避免的。例如：一個能尋址1MB存儲空間的信號發(fā)生器需要20條地址線和8條數(shù)據(jù)線。太多的引腳不僅會增加制造時的困難，而且也會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，信號發(fā)生器中普遍采用一腳多用的設(shè)計方案。4、低電壓和低功耗在許多應(yīng)用場合，信號發(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 可實現(xiàn)的方法3.1單片機直接產(chǎn)生的方法直接利用單片機產(chǎn)生PWM信

7、號波形。采用這種方法可以大大簡化產(chǎn)生波形的軟硬件電路，設(shè)計電路簡單，然而該方案的缺點是編程過于復(fù)雜，產(chǎn)生的頻率低，調(diào)節(jié)范圍窄，滿足不了日常生活的需求。具體方案如圖1。電源電路單片機PWM輸出時鐘電路控制電路圖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單片機與集成電路利用單片機與控制集成電路，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多、精度高、信號穩(wěn)定可靠、性價比高以及操作方便4。具體方案如圖2。圖24 信

8、號發(fā)生器的應(yīng)用舉例4.1 用信號發(fā)生器測量電子電路的通道故障  信號發(fā)生器可以用來查找通道故障。其基本原理是：由前級往后級，逐一測量接收通路中每一級放大和濾波器，找出哪一級放大電路沒有達(dá)到設(shè)計應(yīng)有的放大量或者哪一級濾波電路衰減過大。信號發(fā)生器在此扮演的是標(biāo)準(zhǔn)信號源的角色。信號源在輸入端輸入一個已知幅度的信號，然后通過超電壓表或者頻率足夠高的示波器，從輸入端口逐級測量增益情況，找出增益異常的單元，再進一步細(xì)查，最后確診存在故障的零部件。4.2 用信號發(fā)生器測量電子電路的靈敏度 信號發(fā)生器發(fā)出與電子電路相同模式的信號，然后逐漸減小輸出信號的幅度（強度），同時通過監(jiān)測輸出的水平。

9、當(dāng)電子電路輸出有效信號與噪聲的比例劣化到一定程度時(一般靈敏度測試信噪比標(biāo)準(zhǔn)S/N=12dB)，信號發(fā)生器輸出的電平數(shù)值就等于所測電子電路的靈敏度。在此測試中，信號發(fā)生器模擬了信號，而且模擬的信號強度是可以人為控制調(diào)節(jié)的。4.3用信號發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)信號源信號發(fā)生器發(fā)出4-20mA、0-5V的可調(diào)可控制的信號，作為一次信號為后端電路提供標(biāo)準(zhǔn)信號，應(yīng)用于代替前端壓力、流量、溫度、液位、電流、電壓信號來調(diào)試后端線路或程序是否正確無誤，可以連接PLC、儀表、及專用設(shè)備。5 PWM信號發(fā)生器的應(yīng)用領(lǐng)域目前，PWM信號發(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PWM控制調(diào)節(jié)電流大小

10、，例如顯示技術(shù)中的灰度等級的控制。(2)在電機控制中，PWM用于對電機電流的控制。(3)在電網(wǎng)系統(tǒng)中，PWM可以用于對其功率的控制和變換。(4)在通信系統(tǒng)中，對模擬信號進行數(shù)字編碼，滿足數(shù)字化系統(tǒng)中數(shù)據(jù)處理的要求。如利用PWM技術(shù)實現(xiàn)AM、FM和SSB這三種模擬通信信號的調(diào)制和解調(diào)。(5)在A/D轉(zhuǎn)換中，PWM可以用于對模擬信號的比較和量化。(6) 基于直流PWM的速度伺服控制系統(tǒng)。6 總結(jié)目前，隨著微機技術(shù)日益廣泛深入工業(yè)控制領(lǐng)域，單片機控制的PWM技術(shù)迅速發(fā)展，其突出特點是可以比較容易地選擇最佳的脈沖調(diào)制頻段，更重要的，由于與單片機的結(jié)合，整個系統(tǒng)可以集成為具有更完備的保護功能、故障診斷功

11、能和顯示功能的高可靠的微型化的系統(tǒng)。因此，被競相開發(fā)，前景廣闊。參考文獻1劉樹林 編.開關(guān)變換器分析與設(shè)計 M,北京，機械工業(yè)出版社，20112楊寧主編，單片機與控制技術(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系列單片機設(shè)計實例.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.開關(guān)電源的原理與設(shè)計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賴麟文編著 8051單片機嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用科學(xué)出版社，2005年.8高峰編著單片機微型計算機原理與接口技術(shù)科學(xué)出版社，20

12、05年9戴仙金 主編,51單片機及其C語言程序開發(fā)實例M.北京:清華大學(xué)出版社,200810謝自美 主編.電子線路設(shè)計.實驗.測試（第二版）M.華中理工大學(xué)出版社2003 1011李金平,沈明山,姜余祥.電子系統(tǒng)設(shè)計M.北京：電子工業(yè)出版社,200712畢滿清 等.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.電子工業(yè)出版社,2008.613V. Yu. Teplov,A. V. Anisimov. Thermostatting System Using a Single-Chip Microcomputer and Thermoelectric Modules Based on the Peltier EffectJ,2002 14 Yeager Brent.How to troubleshoot your electronic scaleJ. Powder and Bulk Engineering. 199515Meehan Joanne,Muir Lindsey.SCM in Merseyside SMEs:Benefits and barriersJ.TQM Journal. 200816Behzad Razavi.Design of Analo