脈沖寬度調(diào)制應(yīng)用

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，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。

模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因為它的輸出電壓并不精確地等于9V，而是隨時間發(fā)生變化，并可取任何實數(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)。模擬信號與數(shù)字信號的區(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進行控制，如對汽車收音機的音量進行控制。在簡單的模擬收音機中，音量旋鈕被連接到一個可變電阻。擰動旋鈕時，電阻值變大或變小；流經(jīng)這個電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動揚聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。

盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經(jīng)濟或可行的。其中一點就是，模擬電路容易隨時間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個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重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。

通過以數(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)字控制的實現(xiàn)變得更加容易了。

基本原理

脈寬調(diào)制（PWM）基本原理：控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。

例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于 π/n ，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM波形?？梢钥闯?，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦的負半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。

在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交－直－交變頻器中，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。

根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準確計算出來。按照計算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。

下圖為變頻器輸出的PWM波的實時波形。

特點：

簡單靈活 動態(tài)響應(yīng)好

應(yīng)用：

電動機控制（比如機器人內(nèi)的電機控制，STM32中一個芯片可以控制很多電機）、功率控制、

轉(zhuǎn)換原理：

將模擬的信號（連續(xù)的曲線）分割，計算每塊地面積，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的面積（不同的面積有不同的寬度，這也就是寬度調(diào)制這個名字的由來）

PWM輸出源和輸出數(shù)量

STM32除了TIM6，7（基本定時器），TIM1，8可以產(chǎn)生7路，共14路；通用定時器TIM2，3，4，5每個4路，共16路，所以STM32可以產(chǎn)生30路PWM輸出。

控制原理

占空比：高電平持續(xù)時間占總時間的比例。

STM32 的PWM是TIMx_ARR寄存器確定頻率（周期）、由TIMx_CCRx寄存器確定占空比的信號

PWM模式：

脈沖寬度調(diào)制模式可以產(chǎn)生一個由 TIM1_ARR 寄存器確定頻率、由TIM1_CCRx寄存器確定占空比的信號。在 TIM1_CCMRx寄存器中的OCxM位寫入“110”（PWM 模式 1）或“111”（PWM 模式 2），【模式1，2選擇輸出的高低電平】能夠獨立地設(shè)置每個通道工作在 PWM模式，每個 OCx 輸出一路 PWM。必須通過設(shè)置 TIM1_CCMRx 寄存器 OCxPE 位使能相應(yīng)的預(yù)裝載寄存器，最后還要設(shè)置 TIM1_CR1 寄存器的 ARPE 位使能自動重裝載的預(yù)裝載寄存器（在向上計數(shù)或中心對稱模式中）。

向上計數(shù)配置

當 TIM1_CR1 寄存器中的 DIR 位為低的時候執(zhí)行向上計數(shù)。

在 PWM 模式 1，當 TIM1_CNT【計數(shù)器值】《 TIM1_CCRx 時 PWM 參考信號，OCxREF 為高，否則為低。如果 TIM1_CCRx中的比較值大于自動重裝載值（TIM1_ARR），則 OCxREF 保持為“1＂。如果比較值為 0，則 OCxREF 保持為“0＂。 圖 128 為 TIM1_ARR=8 時邊沿對齊的 PWM 波形實例

【不同的模式，1和0代表的電平高低不同，不是1是高，0是低】

第一行是采用模式1的，模式2與模式1原理相同不過1和0代表的高低電平相反

還有向下計數(shù)模式（與向上技術(shù)模式相反），中央對齊模式，

最后，重點是要通過兩個寄存器TIMx_ARR寄存器，TIMx_CCRx寄存器控制