脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz,通常调制频率为1kHz到200kHz之间。
许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如,Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控制器,每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比;调制频率为周期的倒数。执行PWM操作之前,这种微处理器要求在软件中完成以下工作:
1、设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期
2、 在PWM控制寄存器中设置接通时间
3、设置PWM输出的方向,这个输出是一个通用I/O管脚
4、启动定时器
5、使能PWM控制器
如今几乎所有市售的单片机都有PWM模块功能,若没有(如早期的8051),也可以利用定时器及GPIO口来实现。更为一般的PWM模块(如:TI的2000系列、AVR的Mega系列、TI的LM系列)控制流程为:
1、使能相关的模块(PWM模块以及对应管脚的GPIO模块)。
2、配置PWM模块的功能,具体有:
①:设置PWM定时器周期,该参数决定PWM波形的频率。
②:设置PWM定时器比较值,该参数决定PWM波形的占空比。
③:设置死区(deadband),为避免桥臂的直通,需要设置死区,一般单片机都有该功能。
④:设置故障处理情况,一般为故障是封锁输出,防止过流损坏功率管,故障一般有比较器或ADC或GPIO检测。
⑤:设定同步功能,该功能在多桥臂,即多PWM模块协调工作时尤为重要。
3、设置相应的中断,编写ISR,一般用于电压电流采样,计算下一个周期的占空比,更改占空比,这部分也会有PI控制的功能。
4、使PWM波形发生。