PWM控制技術(shù)的原理和程序設(shè)計(jì)

1、PWM控制技術(shù)的原理和程序設(shè)計(jì)理論篇（一）原理介紹PWM（PulseWidthModulation）控制脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。PWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣，應(yīng)用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。1PWM控制的基本原理理論基礎(chǔ)：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。SPWM波形一一脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的

2、PWM波形。PWM電流波：電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波。PWM波形可等效的各種波形：直流斬波電路：等效直流波形SPWM波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面積原理。2.PWM相關(guān)概念占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時(shí)間與該P(yáng)WM的時(shí)鐘周期的時(shí)間之比如，一個(gè)PWM的頻率是1000Hz,那么它的時(shí)鐘周期就是1ms,就是lOOOus,如果高電平出現(xiàn)的時(shí)間是200us,那么低電平的時(shí)間肯定是800us,那么占空比就是200：1000，也就是說(shuō)PWM的占空比就是1：5。分辨率也就是占空比最小能達(dá)到

3、多少，如8位的PWM,理論的分辨率就是1：255（單斜率），16位的的PWM理論就是1：65535（單斜率）。頻率就是這樣的，如16位的PWM,它的分辨率達(dá)到了1：65535,要達(dá)到這個(gè)分辨率，T/C就必須從0計(jì)數(shù)到65535才能達(dá)到，如果計(jì)數(shù)從0計(jì)到80之后又從0開始計(jì)到80，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是說(shuō)PWM的輸出頻率高了。雙斜率/單斜率假設(shè)一個(gè)PWM從0計(jì)數(shù)到80,之后又從0計(jì)數(shù)到80.這個(gè)就是單斜率。假設(shè)一個(gè)PWM從0計(jì)數(shù)到80,之后是從80計(jì)數(shù)到0.這個(gè)就是雙斜率?？梢?，雙斜率的計(jì)數(shù)時(shí)間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：（80+

4、80）=1：160，就是提高了一倍。假設(shè)PWM是單斜率，設(shè)定最高計(jì)數(shù)是80,我們?cè)僭O(shè)定一個(gè)比較值是10,那么T/C從0計(jì)數(shù)到10時(shí)（這時(shí)計(jì)數(shù)器還是一直往上計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)到設(shè)定值80）,單片機(jī)就會(huì)根據(jù)你的設(shè)定，控制某個(gè)IO口在這個(gè)時(shí)候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。理論篇(二)原理及應(yīng)用實(shí)例脈寬調(diào)制(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)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。模擬電路模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V,而是隨時(shí)間發(fā)

5、生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在0V,5V這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變??；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決

6、這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。數(shù)字控制通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON),要么

7、完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。大多數(shù)負(fù)載(無(wú)論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz。設(shè)想一下如果燈泡先接通5秒再斷開5秒，然后再接通、再斷開。占空比仍然是50%，但燈泡在頭5秒鐘內(nèi)將點(diǎn)亮，在下一個(gè)5秒鐘內(nèi)將熄滅。要讓燈泡取得4.5V電壓的供電效果，通斷循環(huán)周期與負(fù)載對(duì)開關(guān)狀態(tài)變化的響應(yīng)時(shí)間相比必須足夠短。要想取得調(diào)光燈(但保持點(diǎn)亮)的效果，必須提高調(diào)制頻率。在其他PWM應(yīng)用場(chǎng)合也有同樣的要求

8、。通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。硬件控制器許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67內(nèi)含兩個(gè)PWM控制器，每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間*設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳啟動(dòng)定時(shí)器使能PWM控制器雖然具體的PWM控制器在編程細(xì)節(jié)上會(huì)有所不同，但它們的基本思想通常是相同的。通信與控制PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)

9、行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。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。PWM廣泛應(yīng)用在多種系統(tǒng)中。作為一個(gè)具體的例子，我們來(lái)考察一種用PWM控制的制動(dòng)器。簡(jiǎn)單地說(shuō),制動(dòng)器是緊夾住某種東西的一種裝置。許多制動(dòng)器使用模擬輸入信號(hào)來(lái)控制夾緊壓力（或制動(dòng)功率）的大小。加在制動(dòng)器上的電壓或電流越大，制動(dòng)器產(chǎn)

10、生的壓力就越大。可以將PWM控制器的輸出連接到電源與制動(dòng)器之間的一個(gè)開關(guān)。要產(chǎn)生更大的制動(dòng)功率，只需通過(guò)軟件加大PWM輸出的占空比就可以了。如果要產(chǎn)生一個(gè)特定大小的制動(dòng)壓力，需要通過(guò)測(cè)量來(lái)確定占空比和壓力之間的數(shù)學(xué)關(guān)系（所得的公式或查找表經(jīng)過(guò)變換可用于控制溫度、表面磨損等等）。例如，假設(shè)要將制動(dòng)器上的壓力設(shè)定為lOOpsi,軟件將作一次反向查找，以確定產(chǎn)生這個(gè)大小的壓力的占空比應(yīng)該是多少。然后再將PWM占空比設(shè)置為這個(gè)新值，制動(dòng)器就可以相應(yīng)地進(jìn)行響應(yīng)了。如果系統(tǒng)中有一個(gè)傳感器，則可以通過(guò)閉環(huán)控制來(lái)調(diào)節(jié)占空比，直到精確產(chǎn)生所需的壓力?？傊?，PWM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師

11、在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。論篇（三）原理與實(shí)現(xiàn)PWM理（脈沖寬度調(diào)制）原理與實(shí)現(xiàn)1、PWM原理2、調(diào)制器設(shè)計(jì)思想3、具體實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)一、PWM（脈沖寬度調(diào)制PulseWidthModulation）原理：脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號(hào)的瞬時(shí)采樣值成比例。圖1所示為脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖和波形圖。該系統(tǒng)有一個(gè)比較器和一個(gè)周期為Ts的鋸齒波發(fā)生器組成。語(yǔ)音信號(hào)如果大于鋸齒波信號(hào)，比較器輸出正常數(shù)A,否則輸出0。因此，從圖1中可以看出，比較器輸出一列下降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波。/kVKIl/H磯*S3眛沖寬廈調(diào)制過(guò)捏訂謂制泉觀圖lbJ調(diào)制的浪形闿通過(guò)圖1b的分

12、析可以看出，生成的矩形脈沖的寬度取決于脈沖下降沿時(shí)刻tk時(shí)的語(yǔ)音信號(hào)幅度值。因而，采樣值之間的時(shí)間間隔是非均勻的。在系統(tǒng)的輸入端插入一個(gè)采樣保持電路可以得到均勻的采樣信號(hào)，但是對(duì)于實(shí)際中tk-kTsvvTs的情況，均勻采樣和非均勻采樣差異非常小。如果假定采樣為均勻采樣，第k個(gè)矩形脈沖可以表示為：(1)其中，xt是離散化的語(yǔ)音信號(hào)；Ts是采樣周期；是未調(diào)制寬度；m是調(diào)制指數(shù)。然而，如果對(duì)矩形脈沖作如下近似：脈沖幅度為A，中心在t=kTs處，在相鄰脈沖間變化緩慢，則脈(2)沖寬度調(diào)制波xp（t）可以表示為:其中,。無(wú)需作頻譜分析，由式（2）可以看出脈沖寬度信號(hào)由語(yǔ)音信號(hào)x（t）加上一個(gè)直流成分以及

13、相位調(diào)制波構(gòu)成。當(dāng)%7時(shí)，相位調(diào)制部分引起的信號(hào)交迭可以忽略，因此，脈沖寬度調(diào)制波可以直接通過(guò)低通濾波器進(jìn)行解調(diào)。二、數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈沖寬度調(diào)制器的基本思想?yún)⒖磮D2。圖中，在時(shí)鐘脈沖的作用下，循環(huán)計(jì)數(shù)器的5位輸出逐次增大。5位數(shù)字調(diào)制信號(hào)用一個(gè)寄存器來(lái)控制，不斷于循環(huán)計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行比較，當(dāng)調(diào)制信號(hào)大于循環(huán)計(jì)數(shù)器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平，否則輸出低電平。循環(huán)計(jì)數(shù)器循環(huán)一個(gè)周期后，向寄存器發(fā)出一個(gè)使能信號(hào)EN,寄存器送入下一組數(shù)據(jù)。在每一個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)周期，由于輸入的調(diào)制信號(hào)的大小不同，比較器輸出端輸出的高電平個(gè)數(shù)不一樣，因而產(chǎn)生出占空比不同的脈沖寬度調(diào)制波。圖3為了使矩形脈

14、沖的中心近似在t=kTs處，計(jì)數(shù)器所產(chǎn)生的數(shù)字碼不是由小到大或由大到小順序變化，而是將數(shù)據(jù)分成偶數(shù)序列和奇數(shù)序列，在一個(gè)計(jì)數(shù)周期，偶數(shù)序列由小變大，直到最大值，然后變?yōu)閷?duì)奇數(shù)序列計(jì)數(shù)，變化為由大到小。如圖3例子。奇偶序列的產(chǎn)生方法是將計(jì)數(shù)器的最后一位作為比較數(shù)據(jù)的最低位，在一個(gè)計(jì)數(shù)周期內(nèi)，前半個(gè)周期計(jì)數(shù)器輸出最低位為0，其他高位逐次增大，則產(chǎn)生的數(shù)據(jù)即為偶數(shù)序列；后半個(gè)周期輸出最低位為1,其余高位依次減小，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為依次減小的偶序列。具體電路可以由以下電路圖表示:1!*HP電點(diǎn)熱星曲皿三、8051中的PWM模塊設(shè)計(jì)：應(yīng)該稱為一個(gè)適合語(yǔ)音處理的PWM模塊，輸出引腳應(yīng)該外接一積分電路。輸出波形的

15、方式適合作語(yǔ)音處理。設(shè)計(jì)精度為8位。PWM模塊應(yīng)包括：1、比較部分（Comp）：2、計(jì)數(shù)部分（Counter）：3、狀態(tài)及控制信號(hào)寄存/控制器（PWM_Ctrl）；1）狀態(tài)積寄存器：（Flags）,地址：E8H；EN：PWM模塊啟動(dòng)位，置位為1將使PWM模塊開始工作；（留空備用）解調(diào)速率標(biāo)志位：00-無(wú)分頻；01-2分頻；10-10分頻；11-16分頻。（RESET后為00）（留空備用）（留空備用）（留空備用）（留空備用）注意：該寄存器可以位操作情況下可寫，不可讀；只能在字節(jié)操作方式下讀取。2）數(shù)據(jù)寄存器（DataStore）,地址：F8H；注意：該寄存器值不可讀，只可寫。4、端口：1）數(shù)據(jù)總

16、線（DataBus）；（雙向）2）地址總線（AddrBus）；（IN）3）PWM波輸出端口（PWMOut）；（OUT）4）控制線：CLK：時(shí)鐘；（IN）Reset：異步復(fù)位信號(hào)；（IN低電平有效）WR：寫PWMRAM信號(hào)；（IN低電平有效）；RD：讀PWMRAM信號(hào)；（IN低電平有效）DONE:接受完畢反饋信號(hào)；（OUT高電平有效）INT：中斷申請(qǐng)信號(hào)；（OUT低電平有效）IntResp:中斷響應(yīng)信號(hào)；（In低電平有效）ByteBit:字節(jié)/位操作控制信號(hào)（IN1-BYTE0-BIT）；中斷占用相當(dāng)于MCU8051的外部中斷2,則可保證在5個(gè)指令周期之內(nèi)，“讀取數(shù)據(jù)”中斷必定得到響應(yīng)。PWM模

17、塊使用方法：因?yàn)檎加昧?051外部中斷1，所以在不使用該模塊時(shí)，應(yīng)該把外部中斷2屏蔽。而PWM模塊產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求可以看作是“能接受數(shù)據(jù)”的信號(hào)。中斷方法如后“中斷讀取數(shù)據(jù)過(guò)程”。使用PWM模塊，應(yīng)該先對(duì)內(nèi)部地址8FH的數(shù)據(jù)寄存器寫入數(shù)據(jù)，然后設(shè)置地址8EH的狀態(tài)寄存器最低位（0）為1,即PWM模塊開始工作并輸出PWM調(diào)制波（如TIMER模塊）。在輸出PWM調(diào)制波過(guò)程中,應(yīng)及時(shí)對(duì)PWM寫入下一個(gè)調(diào)制數(shù)據(jù)，保證PWM連續(xù)工作，輸出波形連續(xù)。（待改進(jìn)）中斷讀取數(shù)據(jù)過(guò)程：PWM模塊可以讀取數(shù)據(jù)，申請(qǐng)中斷信號(hào)INT置位為0等待8051響應(yīng)；8051接受到中斷申請(qǐng)后，作出中斷響應(yīng)，置位IntResp信號(hào)線

18、為0PWM模塊收到IntResp信號(hào)后，把中斷申請(qǐng)信號(hào)INT復(fù)位為1等待8051通知讀取數(shù)據(jù)WR信號(hào)；8051取出要求數(shù)據(jù)放于數(shù)據(jù)總線（DataBus）上,并置WR信號(hào)為0PWM模塊發(fā)現(xiàn)WR信號(hào)為0由數(shù)據(jù)總線（DataBus）上讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，將DONE位置位為1；8051發(fā)現(xiàn)DONE信號(hào)的上跳變?yōu)門,釋放數(shù)據(jù)總線；PWM模塊完成當(dāng)前輸出周期，復(fù)位DONE為0從此當(dāng)前數(shù)據(jù)寄存器可以再次接受數(shù)據(jù)輸入。注意事項(xiàng)：1）輸出的PWM信號(hào)中的高電平部分必須處于一個(gè)輸出周期的中間，不能偏離，否則輸出語(yǔ)音經(jīng)過(guò)低通后必定是一失真嚴(yán)重的結(jié)果。2）對(duì)于8位精度的PWM，每個(gè)輸出周期占用256（28）個(gè)機(jī)

19、器周期，但是包含256個(gè)機(jī)器周期至少有22個(gè)指令周期，亦即264（22*12）個(gè)機(jī)器周期，由于語(yǔ)音信號(hào)的連續(xù)性，256與264之間相差的8個(gè)機(jī)器周期是不能由之丟空的，否則也會(huì)使輸出信號(hào)失真。如果將須輸出數(shù)字量按256/264的比例放大輸出，亦不可行，因?yàn)槿绱朔钦麛?shù)比例放大，放大倍數(shù)很小，則經(jīng)過(guò)再量化后小數(shù)部分亦會(huì)被忽略掉，產(chǎn)生失真。舉例：輸出數(shù)字量為16，按比例放大后為16.5，更會(huì)產(chǎn)生難以取舍的問題。故采取以下辦法：該模塊以時(shí)鐘周期為標(biāo)準(zhǔn)，而與TMBus無(wú)關(guān)，即基本上與8051部分異步工作。讀取數(shù)據(jù)方式為每次讀取足夠數(shù)據(jù)段儲(chǔ)存于模塊內(nèi)的RAM內(nèi)（暫定每次讀取8字節(jié)），儲(chǔ)存字節(jié)數(shù)必須能保證PW

20、M輸出該段數(shù)據(jù)過(guò)程中，有足夠時(shí)間從RAM處繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)。由于占用了8051的外部中斷2，中斷申請(qǐng)?jiān)?個(gè)指令周期（36個(gè)時(shí)鐘周期）內(nèi)必定能得到響應(yīng)，而PWM模塊處理一個(gè)數(shù)據(jù)需要固定耗時(shí)256個(gè)時(shí)鐘周期，故能保證PWM模塊順序讀取數(shù)據(jù)中斷能及時(shí)得到響應(yīng)，不會(huì)影響調(diào)制信號(hào)的連續(xù)性。3）RDRAM過(guò)程是異步過(guò)程。4）輸出后數(shù)據(jù)寄存器不自動(dòng)清零。因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)把Flags（0）寫0而停止PWM模塊繼續(xù)工作。理論篇(四)PWM程序用起來(lái)很簡(jiǎn)單；但硬件實(shí)現(xiàn)的特性卻很實(shí)用脈寬調(diào)制PWM是開關(guān)型穩(wěn)壓電源中的術(shù)語(yǔ)。這是按穩(wěn)壓的控制方式分類的，除了PWM型，還有PFM型和PWM、PFM混合型。脈寬寬度調(diào)制式(PWM)

21、開關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過(guò)電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。PWM技術(shù)的基本原理隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。脈寬調(diào)制(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

22、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。模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V,而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在0V,5V這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來(lái)進(jìn)行控制，如對(duì)汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡(jiǎn)單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動(dòng)旋鈕時(shí)，電阻值變大或變??；流經(jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變

23、大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來(lái)可能直觀而簡(jiǎn)單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。通過(guò)以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。簡(jiǎn)而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方

24、法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)亥I，滿幅值的直流供電要么完全有(ON),要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67內(nèi)含兩個(gè)PWM控制器,每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比;調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這

25、種微處理器要求在軟件中完成以下工作：設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳啟動(dòng)定時(shí)器使能PWM控制器雖然具體的PWM控制器在編程細(xì)節(jié)上會(huì)有所不同，但它們的基本思想通常是相同的。PWM技術(shù)的具體應(yīng)用PWM軟件法控制充電電流本方法的基本思想就是利用單片機(jī)具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過(guò)軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來(lái)調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機(jī)必須具有ADC端口和PWM端口這兩個(gè)必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機(jī)先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)行比較，若實(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整