1、1、 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
2、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-kTsTs 的情况，均匀采样和非均匀采样差异非常小。如果假定采样为均匀采样，第 k 个矩形脉冲可以表示为：（1）其中，xt 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
3、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
4、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。输出波形的方式适合作语音处理。设计精度为 8 位。PWM 模块应包括：1、 比较
5、部分 （Comp ）：2、 计数部分 （Counter ）：3、 状态及控制信号寄存/控制器（PWM_Ctrl）；1） 状态积寄存器：（ Flags），地址：E8H ；EN： PWM 模块启动位，置位为1将使 PWM 模块开始工作；（留空备用）解调速率标志位：00 无分频；01 2 分频； 10 10 分频；11 16分频。 （RESET 后为 00）（留空备用）（留空备用）（留空备用）（留空备用）注意：该寄存器可以位操作情况下可写，不可读；只能在字节操作方式下读取。2） 数据寄存器（ DataStore），地址：F8H；注意：该寄存器值不可读，只可写。4、 端口：1） 数据总线（ DataB
6、us）；（双向）2） 地址总线（ AddrBus）；（IN）3） PWM 波输出端口（PWMOut）；（OUT）4） 控制线： CLK：时钟；（IN） Reset：异步复位信号；（ IN 低电平有效） WR：写 PWM RAM 信号；（IN 低电平有效）； RD：读 PWM RAM 信号；（IN 低电平有效） DONE：接受完毕反馈信号；（OUT 高电平有效） INT：中断申请信号；（OUT 低电平有效） IntResp：中断响应信号；（In 低电平有效） ByteBit：字节/位操作控制信号（IN 1-BYTE 0-BIT）；中断占用相当于 MCU8051 的外部中断 2，则可保证在 5 个指令周期之内，“读取数据 ”中断必定得到响应。PWM 模块使用方法：因为占用了 8051 外部中断 1，所以在不使用该模块时，应该把外部中断 2 屏蔽。而 PWM 模块产生的中断请求可以看作是“能接受数据”的信号。中断方法如后“中断读取数据过程”。使用 PWM 模块，应该先对内部地址 8FH 的数据寄存器写入数据，然后设置地址 8EH 的状态寄存器最低位（0）为 1，即 PWM 模块开始工作并输出 PWM 调制波（如 TIMER 模块）。在输出 PWM 调制波过程中，应及时对 PWM 写入下一个调制数据，保证PWM 连续工作，输出波形连续。 （待改进）
