PWM脉冲宽度调制信号是数字信号？

Answer 1

脉冲宽度调制(PWM)是一种数字编码模拟信号电平的方法。通过分散有效的电信号并降低其平均功率，PWM实现这一目标。改变脉冲时间宽度可等效获得所需波形的幅值和频率，显著降低模拟电路数字化控制的成本与功耗。许多微控制器和DSP内含PWM控制器，简化了数字化控制。PWM信号通过调整占空比变化来控制信号、能量变化。

占空比定义为脉冲高电压时间占整个周期的百分比。其表示方式为百分比值（0%至100%）。图1展示了电池、开关与LED组成的电路，该电路以开关控制LED亮1秒，灭1秒。周期内，LED亮50%时间，灭50%时间。占空比反映信号状态，高占空比表示LED非常明亮，低占空比表示LED较为暗淡。

使用高分辨率计数器调制方波占空比，可对特定模拟信号电平进行编码。PWM信号本质上是数字信号，直流电源要么接通，要么断开。通过重复ON（接通）与OFF（断开）脉冲序列，电压或电流源可为模拟负载供电。ON状态时，直流电源供电；OFF状态时，电源关闭。

图2中，不同频率的波形产生相同光量。光量与频率无关，与占空比成正比。控制电路频率受限于响应时长。低频率可能导致LED明显闪烁，高频率可能导致电感负载饱和。正确选择频率，PWM可作为稳定器使用，使灯连续发光，动力支持转子顺畅旋转。

脉宽时间（高电平时间）占总周期时间的比例即占空比。周期10ms，脉宽时间8ms，低电平时间2ms，总占空比80%，形成80%占空比的脉冲信号。改变占空比调节脉冲宽度，频率单位时间内脉冲信号次数，频率越高，20Hz、80%占空比的脉冲信号在1秒内输出20次，每次高电平时间40ms。

PWM原理是在合适信号频率下，通过周期内改变占空比实现输出有效电压变化。单片机IO口输出数字信号，高电平5V、低电平0V，要输出不同模拟电压，使用PWM通过改变方波占空比获得数字信号模拟的模拟电压信号。电压通过连接与断开重复脉冲序列输送至模拟负载（如LED、直流电机）。改变连接与断开时间，理论上可输出任意不大于最大电压值的模拟电压。占空比50%，高电平时间一半，低电平时间一半，在一定频率下获得2.5V输出电压，占空比75%，得到3.75V电压。

PWM通过控制“占周期”宽度实现能量输出调整，“占周期”变宽，输出能量提高，通过阻容变换电路得到的平均电压值上升；“占周期”变窄，电压信号平均值降低，平均电压值下降。在一定频率下，不同占空比可获得不同输出模拟电压。PWM通过原理实现D/A转换。

如何生成PWM信号？使用正弦波作为输入信号之一，通过比较器生成PWM信号。图3展示了模拟PWM发生器方框图实例。图4v显示比较器使用两个输入PWM信号生成PWM输出波形（红线），正弦波（黑线）与输入信号（灰线）。0.5VDC输入信号作为电压基准，与正弦波比较生成PWM波形。使用0.5VDC稳态基准电压，可生成50%占空比的PWM波形。

如果基准电压降至0.25VDC，将生成更高占空比的PWM波形。PWM相比模拟控制具有优势，如控制灯亮度时，热量低于模拟控制，传送到负载（光）的功率较低，延长负载寿命。使用较高频率可顺畅控制负载亮度。使用PWM控制转子时，低速下转子可顺畅转动，模拟电流控制低速情况无法生成足够扭矩，相比之下，PWM电流生成满能量磁通短脉冲，支持转子低速转动。使用PWM降低控制电路对干扰的敏感度。

应用指南提供PWM概念与使用手持万用表生成PWM波形的介绍。内容仅供参考，更多问题请访问是德科技。