、 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-kTs< (1)
其中,x{t}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
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