PWM范文10篇

摘要：介绍了利用硬件描述语言VHDL设计的一种基于CPLD的PWM控制电路，该PWM控制电路具有PWM开关频率可调，同侧2路信号互锁、延时时间可调、接口简单等特点，可应用于现代直流伺服系统。

关键词：PWM控制电路CPLDVHDL

在直流伺服控制系统中，通过专用集成芯片或中小规模的数字集成电路构成的传统PWM控制电路往往存在电路设计复杂，体积大，抗干扰能力差以及设计困难、设计周期长等缺点因此PWM控制电路的模块化、集成化已成为发展趋势。它不仅可以使系统体积减小、重量减轻且功耗降低，同时可使系统的可靠性大大提高。随着电子技术的发展，特别是专用集成电路（ASIC）设计技术的日趋完善，数字化的电子自动化设计（EDA）工具给电子设计带来了巨大变革，尤其是硬件描述语言的出现，解决了传统电路原理图设计系统工程的诸多不便。针对以上情况，本文给出一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的PWM控制电路设计和它的仿真波形。

1PWM控制电路基本原理

为了实现直流伺服系统的H型单极模式同频PWM可逆控制，一般需要产生四路驱动信号来实现电机的正反转切换控制。当PWM控制电路工作时，其中H桥一侧的两路驱动信号的占空比相同但相位相反，同时随控制信号改变并具有互锁功能；而另一侧上臂为低电平，下臂为高电平。另外，为防止桥路同侧对管的导通，还应当配有延时电路。设计的整体模块见图1所示。其中，d[7:0]矢量用于为微机提供调节占空比的控制信号，cs为微机提供控制电机正反转的控制信号，clk为本地晶振频率，qout[3:0]矢量为四路信号输出。其内部原理图如图2所示。

该设计可得到脉冲周期固定（用软件设置分频器I9可改变PWM开关频率，但一旦设置完毕，则其脉冲周期将固定）、占空比决定于控制信号、分辨力为1／256的PWM信号。I8模块为脉宽锁存器，可实现对来自微机的控制信号d[7：0]的锁存,d[7：0]的向量值用于决定PWM信号的占空比。clk本地晶振在经I9分频模块分频后可为PWM控制电路中I12计数器模块和I11延时模块提供内部时钟。I12计数器在每个脉冲的上升沿到来时加1，当计数器的数值为00H或由0FFH溢出时，它将跳到00H时，cao输出高电平至I7触发器模块的置位端，I7模块输出一直保持高电平。当I8锁存器的值与I12计数器中的计数值相同时，信号将通过I13比较器模块比较并输出高电平至I7模块的复位端，以使I7模块输出低电平。当计数器再次溢出时，又重复上述过程。I7为RS触发器，经过它可得到两路相位相反的脉宽调制波，并可实现互锁。I11为延时模块，可防止桥路同侧对管的导通，I10模块为脉冲分配电路，用于输出四路满足设计要求的信号。CS为I10模块的控制信号，用于控制电机的正反转。

摘要：SA8282是英国MITEL公司推出的三相PWM发生器集成芯片。该芯片采用全数字化操作，工作方式灵活、频率范围宽、精度很高并可与微处理器接口以实现智能化控制。文中介绍了该芯片的内部结构、引脚功能、主要特点和工作原理，给出了典型的应用电路。

关键词：PWM发生器；SA8282；微处理器

1SA8282的功能特点

PWM控制技术是通过控制电路按一定规律来控制开关管的通断,以得到一组等幅而不等宽的矩形脉冲波形并使其逼近正弦电压波形。其方法有模拟方法和数字方法两种，其中模拟方法的电路比较复杂,且有温漂现象，会影响精度,降低系统的性能。数字方法则是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点并将其存入内存,然后通过查表及必要的计算生成PWM波，因此数字方法受内存影响较大,且与系统精度之间存在着矛盾。SA8282是英国MITEL公司生产的全数字化三相PWM发生器，它频率范围宽、精度高，并可与微处理器进行接口,同时能够完成外围控制功能,因而可实现智能化。

SA8282采用28脚DIP封装。图1是其引脚排列图，其各引脚的功能说明如下：

AD0～AD7：八位地址与数据复用总线，用于从微处理器接受地址与数据信息。

摘要：随着集成电路设计技术的发展，在片上系统（SoC）中，越来越多地使用各种功能IP核部件构成系统。总线是这些部件连接的主要方式，目前有数家公司和组织研发了多种面向SoC设计的总线系统。本文介绍SoC中常用的三种片上总线AMBA、Wishbone和Avalon，分析和比较其特性，并针对其不同的特点阐述其使用范围。

关键词：SoC片上总线AMBAWishboneAvalon

引言

嵌入式系统是当今计算机工业发展的一个热点。随着超大规模集成电路的迅速发展，半导体工业进入深亚微米时代，器件特征尺寸越来越小，芯片规模越来越大，可以在单芯片上集成上百万到数亿只晶体管。如此密集的集成度使我们现在能够在一小块芯片上把以前由CPU和若干I/O接口等数块芯片实现的功能集成起来，由单片集成电路构成功能强大的、完整的系统，这就是我们通常所说的片上系统SoC（SystemonChip）。由于功能完整，SoC逐渐成为嵌入式系统发展的主流。

SoC相比板上系统，具有许多优点：

①充分利用IP技术，减少产品设计复杂性和开发成本，缩短产品开发的时间；

Maxim推出的新型I／O端口扩展器是为那些需要额外增加I／O口的应用而设计的，这些通用器件能够为电路设计人员提供具有过压保护的逻辑输入端口或漏极开路逻辑输出端口，其过压额定值为5.5V或7V。

这些端口的输出可以用作LED驱动器，并可提供闪烁和PWM亮度控制功能。该系列产品将18个扩展端口集成在4mm2的薄型QFN封装内，而10端口扩展器则采用尺寸更小的3mm2薄型QFN封装。由于蜂窝电话、PDA、膝上型电脑需要将监视和控制功能集中在一个很小的区域内，设计人员没有足够的空间从主ASIC引出一簇I／O口线，因而只有引出两条线作为I2C总线，这就需要小尺寸、功耗极低的端口扩展芯片，而且要求这种芯片非常便宜，并具有极高的可靠性，同时还要易于使用。此外，还要占用极少的处理器资源。

1设计需求

Maxim的设计工程师经过潜心研究，开发出了一系列的模块。由于每种器件都已针对具体的应用环境进行了优化，因此，这些器件在－40～＋125℃的汽车级温度范围内可保持在1．2μA（典型值）和3．6μA（最大值）以内的静态电流。这些产品可工作在2V～＋3．6V电源电压下，同时支持热插拔。所有器件引脚（电源引脚除外）在关断模式下保持高阻状态，能够承受至少6V的电压，无论芯片是否加电，I／O端口和串口都可以处在带电模式，因而非常适合热插拔应用。

图1

2PWM亮度控制

摘要：TD340驱动器芯片是ST微电子公司推出的一种用于直流电机的控制器件，可用于驱动N沟道MOSFET管。文中介绍了TD340芯片的工作原理，给出了TD340芯片在直流电机调速系统中的应用电路。

关键词：TD340；直流电机调速；PWM

直流电机调速系统在现代化工业生产中已经得到广泛应用。直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高，因此，采用硬件逻辑电路实现的PWM控制系统已在实践中广泛应用，但是，这种方法的硬件电路比较复杂，一般也无计算机接口。而本文介绍的以TD340驱动器芯片为核心的直流电机PWM调速控制系统则可以大大简化硬件电路。该系统不仅可以模拟控制，而且具有计算机接口，同时具有良好的保护功能。

1系统工作原理

直流电机脉宽调速通过改变控制电压的脉冲宽度来改变加在直流电机上的平均电枢电压的大小，从而改变直流电机的转速。图1所示为可逆的PWM变换器主电路的H型结构形式。图中，4个MOSFET管的基极驱动电压分为两组，其中Q2L和Q1H为一组，当Q2L接收PWM信号导通时，Q1H常开；而Q2H和Q1L截止。这时，电机两端得到电压而旋转，而且占空比越大，转速越高。由于直流电机是一个感性负载，当MOS关断时，电机中的电流不能立即降到零，所以必须给这个电流提供一条释放通路，否则将产生高压破坏器件。处理这种情况的通常方法是在MOSFET管旁边并联一个二极管，使电流流过二极管，最后通过欧姆耗散的方式在二极管中消失。对于大电流，耗散是重要的排放方法。这里必须使用高速二极管。电机反转时道理相同。

2TD340的引脚功能和控制特性

基于直流对电机驱动电路的使用需求，各大半导体厂商专门针对工业企业对直流电机的使用需求，推出了直流电机控制专用的集成电路，共同构成了集成电路控制系统，该种电路控制系统自身具有集成化效果好、驱动电路简单、外围元减少，使用便捷等特点。另外，该电路在使用过程中也存在一定的缺点，输出的功率相对较为有限，无法满足大功率直流电机的驱动需求。本文针对驱动电路存在的不足，专门设计了大功率直流电机驱动电路，提升了驱动电路的设计效果。

1大功率直流电机驱动电路的设计

1.1总体结构

大功率直流电机驱动电路如图1所示：从图1中的总体结构能够看出电机驱动电路在控制信号方面具有重要作用，主要的控制信号包括电机转向控制（DIR）及电机转速控制（PWM）两种。Vcc1是驱动逻辑电路中的部分电源，能够为驱动电路提供电源，Vcc2、Vcc3也是驱动逻辑电路中的重要组成部分，在为大功率直流电机驱动电路进行供电时，主要是采用双电源供电方式。M+、M-作为直流电机的接口[1]。大功率直流电机驱动电路在供电过程中，为了取得良好的供电效果，需要将驱动电路电气与控制电路电气隔离开来，避免驱动电路在运行过程中对其他电路的运行效果造成较大的影响，避免电路运行过程中遭受到其他电路的干扰，给系统的逻辑预算造成较大的影响。加大对逻辑信号的控制和使用，充分利用信号来提升光电隔离效果，放大逻辑信号的作用，充分利用控制电路与驱动电路的作用，来驱动H桥上的下臂，在驱动直流电机，以完成对驱动电路系统的控制[2]。

1.2电机驱动逻辑电路分析

在对驱动电路图进行设计时，需要严格按照电器隔离的要求级Power MOSFET特性要求进行设计，结合当前工业行业对电路的使用要求，设计出了一款大功率直流电机驱动电路。驱动电路在实际的使用过程中，需要确保MCU端和电路输入端进行有效的连接，所设置的输入信号主要包括DIR信号和PWM信号两种。其中DIR信号主要是指数字信号，通常为0或1。而PMN信号为脉宽调制信号，被广泛应用与电机转速控制中，需要确保两种信号的有机连接，以此来提升信号控制效果，满足工业企业对电机驱动逻辑电路的使用需求。通常电机驱动逻辑电路由 电机驱动逻辑电路、光电隔离和驱动放大器电路及H桥功率驱动电路共同组成[3]。电机驱动逻辑电路如图2所示，控制信号PWM和DIR是电机驱动逻辑电路中的重要组成部分，主要用来收集MCU端送来的控制信号，信号会经过与门气74LS08和反向器74LS04运算后，来实现对光电隔离器的再驱动。将DIR作为方向控制信号，在输入信号时需要输入DOR2，将DIR1和转速控制信号PWM，通过74LS08进行预算，以得到转速控制信号PWM2。需要确保PWM相遇DIR2转速信号相运算后，以此来得到转速信号PWM1，在对信号进行控制时，主要分为两组对信号进行控制，将PWM1和DIR1作为一组，将PWM2和DIR2作为二组。PWM1和PWM2主要是用于控制电机的转速，而DIR1和DIR2主要是运用控制电机的正反转向[4]。待DIR1为1时，DIR2为0时，在对电机驱动情况进行记录时，运算器74LS08需要分别于PWM相乘，从相乘后的结果能够看出，PWM2计算所得的波形与PWM的波形相一致，说明两者的输出信号一致。如果DIR1为0时，DIR2为1时，说明PWM1与PWM两者具有一致的波形信号。通过以上对电机驱动逻辑电路进行分析的过程，能够看出DIR1、PWM1，DIR2、PWM2两组信号在逻辑运算中，有助于驱动广电隔离电路，对提升广电隔离电路使用效果具有重要作[5]。

1有限双极性控制

全桥逆变器采用的是绝缘栅双极晶体管，控制方式为有限双极性控制[4]，如图2所示。全桥逆变器的工作原理为：接通任一桥臂的两个绝缘栅双极晶体管，如IGBT1和IGBT3，接通时间ton，其值为DTs/2，（D为占空比，Ts为交替接通周期）。另一桥臂的晶体管IGBT2和IGBT4依次接通Ts/2。除IGBT1与IGBT4同时接通或IGBT2与IGBT3同时接通外，高频变压器的一次电压和输出电压均为零。受负载电感的影响，负载处在一个交替接通周期内可以形成稳定的恒定电流。脉宽调制脉冲的宽度和负载的性质共同决定了负载电流的大小。在晶体管IGBT2和IGBT4的脉宽调制波形设置一个死区时间，以防所有开关管同时接通而产生短路。输出电流的调节通过IGBT1和IGBT3驱动信号的脉宽调节。

2数字脉宽调制

作为逆变电路的核心，输入信号经脉宽调制器与给定值比较后，转变为具有一定占空比的脉冲信号输出并驱动电路，进而对整个逆变电源的输出进行调整和控制。数字信号处理器中自带有脉宽调制模块，该模块中具有8个I/O引脚，组成编号为PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L、PWM3H/PWM3L、PWM4H/PWM4L的4个高/低端引脚对，并分别由4个占空比发生器控制。I/O引脚对低端与高端的状态在负载互补时恰好相反。脉宽调制模块具有4种工作模式，能够实现有限双极性控制。数字脉宽调制流程如图3所示，其工作模式由脉宽调制时基控制寄存器设定。引脚对PWM1H/PWM1L设置为递增/递减模式时，可以控制全桥逆变器中的晶体管IGBT2和IGBT4；引脚对PWM2H/PWM2L设置为双更新模式时，可以控制全桥逆变器中的晶体管IGBT1和IGBT3。无论何种工作模式，脉宽调制的定时周期均通过控制寄存器实现。IGBT2和IGBT4的占空比由占空比寄存器1设定，并在有限双极性控制模式下设置为1；IGBT1和IGBT3的占空比由占空比寄存器2设定，并在有限双极性控制模式下不断更新，其更新数据由PI控制模块根据反馈电流或电压计算得到。脉宽调制时基控制寄存器的值在实时控制过程中不断增加，并不断与占空比寄存器的值进行比较，直至两者相等时输出脉宽调制信号，并通过设置置位比较控制寄存器将输出信号分为低有效和高有效。通过设置脉宽调制模块自带死区时间发生器的控制位，可以为PWM1H/PWM1L的死区时间设置插入位置和大小。2.3PI调节对于对象为惯性环节或滞后环节的连续控制系统，理想的控制方法是比例+积分（PI）控制，以保证系统稳定后不会出现稳态误差。由于高频逆变电源的对象为二阶惯性环节，因此适于采用增量式PI控制[5]。在由数字信号处理器控制的逆变电路中，采用软件得到的高频方波信号具有精准的占空比和频率，如图4所示。图中Ig和If分别为基准电流和实测电流，e为两者的差值，即电流偏差，Ig为数字信号处理器产生的方波电流。PI调节的执行机构和控制对象分别为脉宽调制模块和全桥逆变电路。即将电流偏差e输入PI控制器，由脉宽调制模块输出脉冲信号，以调节逆变电路的交替接通，进而控制电流。

3实验研究

该点焊实验以自制的高频逆变电路为电源，实际负载采用电阻箱，逆变电路采用有限双极性控制功率，电压波形如图5所示。三段焊电流具有缓慢升降的作用，可用于复杂动态焊接过程，提高焊接工艺水平。三段焊电流的实现通过三个不同参数的设置实现，如图6所示。电流波形的电流和时间分别设置为：1.0kA、6.5ms，1.5kA、7.0ms，2.0kA、8.0ms。迹示教的轨迹存储功能，能够完成不规则焊缝的多层多道焊接。（3）进行了盾体焊接及切割试验，获取了相应的试验数据，验证了所研发焊接/切割机器人应用于盾体焊缝自动焊接及切割的可行性。

摘要：基于机械振动理论和控制理论，以TMS320F2407为核心处理器建立了一种数字式主动振动控制系统。设计了该系统硬件电路，并用软件实现了控制策略。实验表明，该系统有效地解决了主动振动控制的实时性问题，并使系统具有较强的适应性，隔振效能大大提高。

关键词：主动振动控制TMS320F2407实时性

主动振动控制具有隔振率高、适应性强、可抗强冲击振动等优点，可使关键设备在恶劣冲击振动环境下可靠工作。但是，主动振动控制系统对相位要求较为严格，要求系统具有极强的实时性，否则由于相位滞后，控制效果将会受到严重影响。因而在数字式主动振动控制系统中，通常在单片机难以达到实时性要求，本文采用高速DSP器件解决控制的实时性问题。

TMS320LF2407是TI公司专为实时控制而设计的高性能16位定点DSP器件，指令周期为33ns，其内部集成了前端采样A/D转换器和后端PWM输出硬件，在满足系统实时性要求的同时可简化硬件电路设计。本文在总线模拟主动控制系统设计作经验的基础上，设计了以TMS320F2407为核心的数字式主动振动控制系统。

1主动振动控制系统及其数学模型

1.1控制系统工作原理

摘要：首先介绍了三电平PWM变换器的特点，比较了空间矢量控制方法、SHEPWM方法和SPWM方法的优缺点。详细地介绍了三电平中SPWM控制的原理，并讨论了用DSPLF2407A来实现SPWM的方法。最后通过仿真和实验验证了SPWM控制方法的特点，实验证实了用DSP实现三电平SPWM的方便性。

关键词：三电平变换器；正弦脉冲宽度调制；数字处理器

1概述

二极管中点钳位型的三电平逆变器[1]的主电路拓扑结构如图1所示。由于二极管的钳位，这种变换器每个功率开关管承受的最大电压为直流侧电压的1/2，从而实现了用中低压器件完成中高容量的变换。另外，由于相电压有三种电平状态，比传统的二电平逆变器多了一个电平，其谐波水平明显低于二电平变换器，输出相同质量电流波形的时候，开关频率可以降低到两电平的1/4。最后，由于采用了不对称的双向开关，能量可以双向流动，可以很好地控制功率因数和实现电机四象限运行。然而，由于这种拓扑结构使用了12个功率管，其控制方法也随之复杂。另外，直流侧中点电位的不平衡也是制约该拓扑的一个重要因素。

图1

三电平变换器的控制方法主要有正弦波调制PWM(SPWM)，选择性的消谐PWM(SHEPWM)，空间矢量PWM(SVPWM)。

摘要：本文介绍了一款基于LM3404的LED手术无影灯恒流驱动调光电路，详细论述了调光电路的硬件和软件方案的设计及实测效果。电路采用单片机MSP430F1232控制LED驱动模块，集成调光控制模块，可实现对大功率LED手术无影灯进行无极调光的功能，并且含有参数记忆模式，具有智能化、精度高、稳定性强等优点，大大提高了LED手术无影灯的使用性能。

关键词：LED手术无影灯；单片机；LM3404；调光控制

随着LED照明技术的日新月异，其应用领域也越来越广泛，从照明延伸到工业照明、汽车照明以及医用照明等领域，LED手术无影灯便是医院手术室必用设备之一，在医生手术过程中发挥重要的照明作用[1]。与传统手术照明灯具相比，LED手术无影灯具有节能环保、高光效、无热辐射、寿命长等优点，不仅寿命延长到3万多小时，而且光照均匀，光质好，不会散发出过量的热，能避免手术区域中的组织干燥影响手术结果，相同照度下节能量更在70%以上。本文所介绍的电路集单片机、调光控制模块于一体，可以实现LED亮度的无级调控，操作者可根据自身对亮度的适应性随意调节，使其达到理想的舒适度，并且该电路具有参数记忆模式，可根据个人的设置需求进行存储记忆，方便了操作者的使用。

1调光电路硬件设计

LED手术无影灯电路结构框图见图1，采用大功率LED光源，设计参数为输出电流400mA，精度±5%，PWM线性调光范围为0~100%、具有输出过流、过载保护功能。从图1可以看出，该电路集成电源管理模块、数据存储器模块、人机交互模块以及调光控制模块。中央控制器采用德州仪器（TI）公司的低功耗、高性能MSP430F1232单片机[2]作为核心控制器，用于进行调光数据的设置与处理；电源管理模块的作用是保证整个电路工作电压的稳定，保证无影灯亮度的稳定性及设备的安全性；人机交互模块负责LED无影灯照明亮度的调节与设置，经过A/D转换传递给中央控制器；调光控制模块通过接收来自单片机产生的PWM控制信号，与DC/DC变换控制器LM3404以及外围电路组成本设计的调光控制模块，达到对LED手术无影灯的亮度调节。本文针对调光控制模块电路进行了详细描述。1.1LM3404介绍。单片机MSP430F1232产生的PWM控制信号与DC/DC变换控制器LM3404以及外围电路组成本设计的调光控制模块。LM3404是由德州仪器（TI）公司研发设计的内部集成开关电源控制的芯片，是一款由可控电流源衍生的降压型稳压器，可驱动大功率、高亮度发光二极管串，可以接受范围在DC6V~DC42V的输入电压[3]。根据实际使用中手术对亮度和照度的需要，操作者对转换器的输出电压进行调节，可以维持通过LED阵列的恒定电流水平[3]。表1为LM3404管脚说明，该芯片具有以下特点：①使用DC6~42V的宽电压范围；②内部集成N沟道MOSFET，最大输出电流可达1.5A，满足输出电流400mA的要求；③内部MOSFET的导通时间可通过外接电阻控制，以适应不同负载时输出电压的波动；④根据PWM信号的占空比大小实现对大功率LED发光亮度的调节；⑤包含开路、短路、过温等多种保护电路，保证电路的安全性；⑥可实现无电解电容的电路设计，确保电路寿命更长。VIN+通过R5与LM3404的Ron引脚相连，以使LM3404内部的MOSFET开关管通过R2调节导通与关断的时间；L1为储能电感，R3与R4为电流采样电阻，完成电路的输出电流采样；当内部MOSFET开关管处于高频开关状态时，通过L1将输出到负载的电流稳定在设定输出值，电流通过VIN+、开关管MOSFET、储能电感L1、LED、电流采样电阻R4与R5、最终返回GND，通过L1电感的电流线性上升。在此过程中，L1存储能量；当MOSFET开关管处于关断状态时，通过L1电感的电流由续流二极管D1提供给续流回路，L1储存的能量释放，为负载处提供工作电流，用以维持负载处电流的恒定；LM3404输出采样电流控制端CS根据采样电阻的电压变化来调节流过LED电流的大小，控制芯片恒流输出；Q1为外接N沟道MOSFET，其漏极与LM3404的调光设置端DIM引脚相连，其源极则与电路的GND端相连，其栅极则与单片机的调光控制PWM信号相连接，通过调节PWM占空比大小最终实现对LED手术无影灯照明亮度的调节。在满足调光功能的基础上，还应考虑到医用设备电气安全和电磁兼容的重要性，防止因医疗环境中其他电子电气设备的相互干扰引起的安全故障。因此，在电路设计中采用Modbus冗余校验法，排除错误干扰信号；采用完全的电气隔离，增大电子器件的爬电距离和电气间隙，以阻止电路各部分的相互影响；采用过压和过流自动保护电路，当电压或电流超过规定值时，系统自动切断电源，以保证设备的安全。1.3PWM调光信号的产生。高亮度发光二极管串的电流主要通过对LM3404的DIM端口进行PWM调节，实际电流占设定电流值的比例取决于PWM的占空比[3]。在电路初次启动完成上电后，作为中央控制器的单片机进入工作状态，此时产生的PWM调光信号占空比为固定设定值，LED手术无影灯照明的亮度为初始亮度。由于大功率LED会随着使用时间的增加产生光衰，为使LED手术无影灯的光照强度在设计寿命时间内始终保持最优的照明效果，克服光衰造成的照度下降问题，该调光电路在工作一段时间后，单片机会根据实际工作时长由设定程序来补偿调整PWM调光信号的占空比，保证LED光源的发光强度。另外，为适应不同操作者对照明亮度的需求，操作者可根据自身习惯及医疗环境要求通过人机交互设定照明亮度，关闭照明灯具后单片机会将最后设定的亮度数值存储于外部数据存储器中；当用户再次开启该LED手术无影灯照明时，单片机会按最后保存的照明模式进行控制输出。

2电路软件程序设计