CN105846797B - 一种生成pwm调制信号的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生成PWM调制信号的方法，包括：设定待生成的PWM调制信号的输出周期；获取所述PWM调制信号的占空比参数；根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号。本发明还公开了一种生成PWM调制信号的装置。采用本发明，能有效提高电路的平稳度。

Description

一种生成PWM调制信号的方法及装置

技术领域

本发明涉及信号调制领域，尤其涉及一种生成PWM调制信号的方法及装置。

背景技术

PWM调制(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，在测量、通信以及功率控制与变换等领域中都被广泛使用。

PWM调制是通过控制占空比参数的大小来控制输出的大小，进而控制电机的转速、灯的亮度和输出电流的大小等，具体地，在一个输出周期内，PWM调制信号由一段连续的高电平和一段连续的低电平组成，其中高电平持续的时长与周期时长的比值即为占空比参数。并且，将一个周期分成N个单元，每个单元占一定的时间长度，控制精度为1/N。

发明人在实施本发明的过程中，发现现有技术存在以下不足，当需要增加控制等级，即提高控制精度，则需要增大N值；当保持每个单元所占时长不变时，通过增加单元个数N的方式来提高控制精度，就会导致整个PWM周期变长，当PWM周期变长时，相应地，高电平信号和低电平信号的连续时间都会变长，这将导致电路的平稳度降低，可能会出现电机转动不平稳、背光闪烁及电压波动等问题。为了解决由于高电平信号或低电平信号连续时间较长而导致电路平稳度降低的问题，可以通过缩短每个单元所占的时长来缩短高电平信号和低电平信号的连续时间，但是这会对电路的反应速度及设计要求更高，将带来更高的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种生成PWM调制信号的方法及装置，能解决因较长时间连续输出高电平信号或低电平信号所导致的电路平稳度降低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种生成PWM调制信号的方法，其特征在于，包括：

设定待生成的PWM调制信号的输出周期；其中，所述输出周期被划分为N个单元；

获取所述PWM调制信号的占空比参数；

根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号；其中，所述间隔分配高电平信号和低电平信号使得所述输出周期内的全部高电平信号或全部低电平信号不会被分配在所述N个单元内依次相邻的若干个单元中。

进一步地，所述生成PWM调制信号的方法还包括：

获取PWM时钟信号；所述PWM时钟信号用于确定所述N个单元中的每个单元所占的时长。

可选地，所述获取所述PWM调制信号的占空比参数具体包括：

将预设的占空比参数写入指定寄存器；

读取所述指定寄存器中的占空比参数。

可选地，所述获取所述PWM调制信号的占空比参数具体包括：

检测电路的当前工作参数；

计算与所述当前工作参数相匹配的占空比参数；

读取所述占空比参数。

优选地，所述根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号具体包括：

获取待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号；

根据所述占空比参数计算所述高电平信号和所述低电平信号在所述输出周期内所占的单元数的比值，并将所述比值加一，以得到分配参数；

计算所述位置编号除以所述分配参数的余数；

根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号。

进一步地，所述根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号具体为：

当判断所述余数小于1时，对所述待分配电平的单元分配所述低电平信号；当判断所述余数大于或等于1时，对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号。

为了解决上述问题，本发明的另一个方面提供了一种生成PWM调制信号的装置，包括：

输出周期设定模块，用于设定待生成的PWM调制信号的输出周期；其中，所述输出周期被划分为N个单元；

占空比参数获取模块，用于获取所述PWM调制信号的占空比参数；

调制信号生成模块，用于根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号；其中，所述间隔分配高电平信号和低电平信号使得所述输出周期内的全部高电平信号或全部低电平信号不会被分配在所述N个单元内依次相邻的若干个单元中。

优选地，调制信号生成模块具体包括：

位置编号获取单元，用于获取待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号；

分配参数计算单元，用于根据所述占空比参数计算所述高电平信号和所述低电平信号在所述输出周期内所占的单元数的比值，并将所述比值加一，以得到分配参数；

余数计算单元，用于计算所述位置编号除以所述分配参数的余数；

电平信号分配单元，用于根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号。

进一步地，所述电平信号分配单元具体用于：

当判断所述余数小于1时，对所述待分配电平的单元分配所述低电平信号；当判断所述余数大于或等于1时，对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号。

进一步地，所述生成PWM调制信号的装置还包括：

时钟信号获取模块，用于获取PWM时钟信号；所述PWM时钟信号用于确定所述N个单元中的每个单元所占的时长。

可选地，所述占空比参数获取模块具体包括：

占空比参数写入单元，用于将预设的占空比参数写入指定寄存器；

占空比参数读取单元，用于读取所述指定寄存器中的占空比参数。

可选地，所述占空比参数获取模块具体包括：

工作参数检测单元，用于检测电路的当前工作参数；

占空比参数计算单元，用于计算与所述当前工作参数相匹配的占空比参数；

占空比参数读取单元，用于读取所述占空比参数。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明提供的一种生成PWM调制信号的方法及装置，根据占空比参数，对输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成PWM调制信号，缩短了一个输出周期内持续导通或持续关断的时间，能解决因较长时间连续输出高电平信号或低电平信号所导致的电路平稳度降低的问题，有效地提高了电路的平稳度。并且相较于采用缩短每个单元所占时长的方式来缩短高电平信号或低电平信号的连续时间，进而解决电路平稳度下降问题的方式，本发明无需额外增加电路成本。

附图说明

图1是本发明实施例一中生成PWM调制信号的方法的流程示意图；

图2是图1中的步骤S13的流程示意图；

图3是本发明实施例二中生成PWM调制信号的装置的结构示意图；

图4是本发明实施例二中调制信号生成模块的结构示意图；

图5是现有技术中N为10且占空比为50％的输出周期内生成的PWM调制信号的波形图；

图6是本发明实施例一中N为10且占空比为50％的输出周期内生成的PWM调制信号的波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例一中生成PWM调制信号的方法的流程示意图，包括以下步骤：

S11、设定待生成的PWM调制信号的输出周期；其中，所述输出周期被划分为N个单元；

需要说明的是，在本发明实施例中，所述N个单元中的每个单元所占的时长都相等；

需要说明的是，在本发明实施例中，所述设定待生成的PWM调制信号的输出周期，具体为，将预设的输出周期值写入PWM控制器的周期寄存器。

进一步地，所述生成PWM调制信号的方法还包括：

获取PWM时钟信号；所述PWM时钟信号用于确定所述N个单元中的每个单元所占的时长。

需要说明的是，在本发明实施例中，PWM控制器接收***时钟，并根据需要对所述***时钟进行分频，以获取所述PWM时钟信号，所述PWM时钟信号用于确定所述N个单元中的每个单元所占的时长，所述PWM控制器中的计数器根据所述时钟信号的上升沿或下降沿进行计数，当所述计数器的当前计数值满足所述输出周期所要求的计数值时，结束一个输出周期。其中，所述PWM时钟信号为脉冲信号，所述脉冲信号的周期即为所述每个单元所占的时长，并且在所述输出周期内所述计数器的总计数个数即为所述输出周期被划分的单元个数N。例如，对于一个10s的输出周期，所述脉冲信号的周期为1s(即所述计数器每计一个数代表1s)；当设定所述计数器的初值为1，则所述输出周期所要求的计数值为11；启动所述计数器，经过1s后，所述计数器的当前计数值为2，再经过1s，所述计数器的当前计数值为3，依此类推，经过10s后，所述计数器的当前计数值为11时，结束一个输出周期，期间所述计数器的总计数个数为10个，则所述输出周期被划分为10个单元，每个单元所占的时长为1s。

S12、获取所述PWM调制信号的占空比参数；

作为一种可选的实施方式，所述获取所述PWM调制信号的占空比参数具体包括：

将预设的占空比参数写入指定寄存器；

读取所述指定寄存器中的占空比参数。

需要说明的是，对于占空比参数保持不变的情况，可以将需要的占空比参数写入指定寄存器，即占空比寄存器；计算所述高电平信号和所述低电平信号所占的单元数时，读取所述指定寄存器中的占空比参数，并根据所述占空比参数及预设的输出周期进行计算。

作为另一种可选的实施方式，所述获取所述PWM调制信号的占空比参数具体包括：

检测电路的当前工作参数；

计算与所述当前工作参数相匹配的占空比参数；

读取所述占空比参数。

需要说明的是，获取所述PWM调制信号的占空比参数，对于需要根据电路的工作情况调整占空比的情况，可以设置采样单元实时采集电路的当前工作参数，并将电路当前工作参数与基准值进行比较，根据比较的结果在现有占空比参数的基础上对所述占空比参数进行调整，直至电路的当前工作参数满足基准值，读取对应的占空比参数。

S13、根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号。

需要说明的是，所述间隔分配高电平信号和低电平信号具体为：使得所述N个单元中的每个单元为高电平信号或低电平信号，且不出现所述输出周期内的全部高电平信号或全部低电平信号被分配在所述N个单元内依次相邻的若干个单元中的情况即可；对于一个被划分为N个单元，且所述N个单元中有M个单元是高电平信号的输出周期，一共有种间隔分配的方式。例如对一个被划分为4个单元，且占空比为50％的输出周期，在所有的组合方式中排除掉高-高-低-低、高-低-低-高和低-高-高-低的连续分配方式，则有2种满足间隔分配的方式，即高-低-高-低和低-高-低-高。

以下给出一种具体的间隔分配的方式，但如上所述可以有多种间隔分配的方式，以下只是其中的一种优选的方式。

参见图2，是图1中的步骤S13的流程示意图，所述根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号具体包括：

S131、获取待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号；

需要说明的是，所述位置编号即为所述计数器在所述输出周期内的当前计数个数值；例如，对于一个10s的输出周期，所述脉冲信号的周期为1s(即所述计数器每计一个数代表1s)；当设定所述计数器的计数初值为5时，则所述输出周期要求的计数值为15；设定所述计数器的计数个数值从1开始递增，启动所述计数器，经过1s后，所述计数器的当前计数值为6，当前计数个数值为1，因此对于第一个待分配电平的单元，其位置编号为1，再经过1s后，所述计数器的当前计数值为7，当前计数个数值为2，因此，对于第二个待分配电平的单元，其位置编号为2，依此类推，经过10s后，所述计数器的当前计数值为15，当前计数个数值为10，因此，对于第十个待分配电平的单元，其位置编号为10，且当所述计数器的当前计数值为15时，结束一个输出周期；其中，所述计数器的总计数个数为10个，则所述输出周期被划分为10个单元，每个单元所占的时长为1s。

需要说明的是，对于要求起始电平为高电平的情况，当前计数个数值从1开始依次递增，即当计第一个数时，对所述当前计数个数值赋值为1，当计第二个数时，对所述当前计数个数值赋值为2，依此类推，当计第N个数时，对所述当前计数个数值赋值为N；对于要求起始电平为低电平的情况，当前计数个数值从0开始依次递增，即当计第一个数时，对所述计数个数值赋值为0，当计第二个数时，对所述计数个数值赋值为1，依此类推，当计第N个数时，对所述计数个数值赋值为N-1。但不论是当前计数个数值从1依次递增到N，还是当前计数个数值从0依次递增到N-1，其总计数个数都是相同的，且都为N个。

S132、根据所述占空比参数计算所述高电平信号和所述低电平信号在所述输出周期内所占的单元数的比值，并将所述比值加一，以得到分配参数；

需要说明的是，对于一个被分为N个单元，且占空比为n的输出周期，所述高电平信号所占的单元数为N*n，所述低电平信号所占单元数为N*(1-n)，则所述分配参数为可化简为

S133、计算所述位置编号除以所述分配参数的余数；

需要说明的是，对于一个被分为N个单元，且占空比为n的输出周期，所述余数为R，且其中，j为待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号，INT为数值向下取整的函数。

S134、根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号。

进一步地，所述根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号具体为：

当判断所述余数小于1时，对所述待分配电平的单元分配所述低电平信号；当判断所述余数大于或等于1时，对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号。

需要说明的是，对于满足平均分配条件的情况，采用本发明实施例提供的间隔分配的方式可以进行平均分配，例如对于一个被划分为10个单元，且占空比为50％的输出周期T，计算可得所述分配参数为2，且设定计第一个数时，对当前计数个数值赋值为1，则对于第一个待分配电平的单元，其位置编号为1，余数为1，则分配高电平信号，对于第二个待分配电平的单元，其位置编号为2，余数为0，则分配低电平信号，对于第三个待分配电平的单元，其位置编号为3，余数为1，则分配高电平信号，依此类推，最终可间隔分配为高-低-高-低-高-低-高-低-高-低，生成的PWM调制信号的波形图见图6；但是在实际情况中，并不是所有情况都可以满足平均分配的要求，采用本发明实施例提供的间隔分配的方式可以尽可能平均的进行分配，例如对于一个被划分为10个单元，且占空比为70％的输出周期，则可以间隔分配为高-高-高-低-高-高-低-高-高-低。

需要说明的是，PWM调制采用的是导通和关断的方式进行控制，当连续导通或连续关断的时间超过阈值时，电路的平稳度将下降，且用户将能感觉到这种导通和关断的变化，因此，在相同的周期和占空比下，所述高电平信号和低电平信号被间隔分配得越平均时，电路的平稳度越高。

本发明实施例提供的一种生成PWM调制信号的方法的工作原理为：

将预设的输出周期值写入周期寄存器，将预设的占空比参数写入占空比寄存器，获取***时钟，并根据需要对所述***时钟进行分频，以获取PWM时钟信号，启动计数器，所述计数器根据所述PWM时钟信号的上升沿或下降沿进行计数，由相应的功能模块获取待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号，其中，所述位置编号即为所述计数器在所述输出周期内的当前计数个数值，并计算所述分配参数，进而得到所述位置编号除以所述分配参数的余数，根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号；当判断所述余数小于1时，对所述待分配电平的单元分配所述低电平信号；当判断所述余数大于或等于1时，对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号。当所述计数器的计数值满足所述输出周期要求的计数值时，结束一个输出周期，生成所述输出周期内的PWM调制信号。

参见图3，是本发明实施例二中生成PWM调制信号的装置的结构示意图，包括：

输出周期设定模块11，用于设定待生成的PWM调制信号的输出周期，所述输出周期被划分为N个单元；

占空比参数获取模块12，用于获取所述PWM调制信号的占空比参数；

调制信号生成模块13，用于根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号。

参见图4，是本发明实施例二中调制信号生成模块13的结构示意图，所述调制信号生成模块13具体包括：

位置编号获取单元131，用于获取待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号；

分配参数计算单元132，用于根据所述占空比参数计算所述高电平信号和所述低电平信号在所述输出周期内所占的单元数的比值，并将所述比值加一，以得到分配参数；

余数计算单元133，用于计算所述位置编号除以所述分配参数的余数；

电平信号分配单元134，用于根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号。

进一步地，所述电平信号分配单元134具体用于：

当判断所述余数小于1时，对所述待分配电平的单元分配所述低电平信号；当判断所述余数大于或等于1时，对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号。

可选地，所述生成PWM调制信号的装置还包括：

时钟信号获取模块，用于获取PWM时钟信号；所述PWM时钟信号用于确定所述N个单元中的每个单元所占的时长。

作为一个可选的实施方式，所述占空比参数获取模块12具体包括：

占空比参数写入单元，用于将预设的占空比参数写入指定寄存器；

占空比参数读取单元，用于从所述指定寄存器中读取所述占空比参数。

作为另一个可选地实施方式，所述占空比参数获取模块12具体包括：

工作参数检测单元，用于检测电路的当前工作参数；

占空比参数计算单元，用于计算与所述当前工作参数相匹配的占空比参数；

占空比参数读取单元，用于读取所述占空比参数。

本发明提供的一种生成PWM调制信号的方法及装置，根据占空比参数，对输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成PWM调制信号，缩短了一个输出周期内持续导通或持续关断的时间，能解决因较长时间连续输出高电平信号或低电平信号所导致的电路平稳度降低的问题，有效地提高了电路的平稳度。并且相较于采用缩短每个单元所占时长的方式来缩短高电平信号或低电平信号的连续时间，进而解决电路平稳度下降问题的方式，本发明无需额外增加电路成本。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种生成PWM调制信号的方法，其特征在于，包括：

设定待生成的PWM调制信号的输出周期；其中，所述输出周期被划分为N个单元；

获取所述PWM调制信号的占空比参数；

根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号；其中，所述间隔分配高电平信号和低电平信号使得所述输出周期内的全部高电平信号或全部低电平信号不会被分配在所述N个单元内依次相邻的若干个单元中。

2.如权利要求1所述的生成PWM调制信号的方法，其特征在于，所述生成PWM调制信号的方法还包括：

获取PWM时钟信号；所述PWM时钟信号用于确定所述N个单元中的每个单元所占的时长。

3.如权利要求1所述的生成PWM调制信号的方法，其特征在于，所述获取所述PWM调制信号的占空比参数具体包括：

将预设的占空比参数写入指定寄存器；

读取所述指定寄存器中的占空比参数。

4.如权利要求1所述的生成PWM调制信号的方法，其特征在于，所述获取所述PWM调制信号的占空比参数具体包括：

检测电路的当前工作参数；

计算与所述当前工作参数相匹配的占空比参数；

读取所述占空比参数。

5.如权利要求1-4任一项所述的生成PWM调制信号的方法，其特征在于，所述根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号具体包括：

获取待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号；

根据所述占空比参数计算所述高电平信号和所述低电平信号在所述输出周期内所占的单元数的比值，并将所述比值加一，以得到分配参数；

计算所述位置编号除以所述分配参数的余数；

根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号。

6.如权利要求5所述的生成PWM调制信号的方法，其特征在于，所述根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号具体为：

当判断所述余数小于1时，对所述待分配电平的单元分配所述低电平信号；当判断所述余数大于或等于1时，对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号。

7.一种生成PWM调制信号的装置，其特征在于，包括：

输出周期设定模块，用于设定待生成的PWM调制信号的输出周期；其中，所述输出周期被划分为N个单元；

占空比参数获取模块，用于获取所述PWM调制信号的占空比参数；

调制信号生成模块，用于根据所述占空比参数，对所述输出周期内的N个单元间隔分配高电平信号和低电平信号，以生成所述PWM调制信号；其中，所述间隔分配高电平信号和低电平信号使得所述输出周期内的全部高电平信号或全部低电平信号不会被分配在所述N个单元内依次相邻的若干个单元中。

8.如权利要求7所述的生成PWM调制信号的装置，其特征在于，所述生成PWM调制信号的装置还包括：

时钟信号获取模块，用于获取PWM时钟信号；所述PWM时钟信号用于确定所述N个单元中的每个单元所占的时长。

9.如权利要求7所述的生成PWM调制信号的装置，其特征在于，所述占空比参数获取模块具体包括：

占空比参数写入单元，用于将预设的占空比参数写入指定寄存器；

占空比参数读取单元，用于读取所述指定寄存器中的占空比参数。

10.如权利要求7所述的生成PWM调制信号的装置，其特征在于，所述占空比参数获取模块具体包括：

工作参数检测单元，用于检测电路的当前工作参数；

占空比参数计算单元，用于计算与所述当前工作参数相匹配的占空比参数；

占空比参数读取单元，用于读取所述占空比参数。

11.如权利要求7所述的生成PWM调制信号的装置，其特征在于，调制信号生成模块具体包括：

位置编号获取单元，用于获取待分配电平的单元在所述输出周期内的位置编号；

分配参数计算单元，用于根据所述占空比参数计算所述高电平信号和所述低电平信号在所述输出周期内所占的单元数的比值，并将所述比值加一，以得到分配参数；

余数计算单元，用于计算所述位置编号除以所述分配参数的余数；

电平信号分配单元，用于根据所述余数对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号或所述低电平信号。

12.如权利要求11所述的生成PWM调制信号的装置，其特征在于，所述电平信号分配单元具体用于：

当判断所述余数小于1时，对所述待分配电平的单元分配所述低电平信号；当判断所述余数大于或等于1时，对所述待分配电平的单元分配所述高电平信号。