黄金城备用网址:关于PWM脉冲宽度调制的点滴总结

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所以在这里奉劝那些没有内容资源又技术不深的厂商,把握好转型时机,这些坑你都必须得填,你不填就得掉下去,那才万劫不复!  ●白电厨卫:提升品质需求拒绝原地踏步  白电行业并不像黑电那样受到的“诱惑”那么大,因为白电的各项技术成型确实都比较早,一直都是处于缓慢的更新当中,但无可否认的是白电的发展确实遭遇了瓶颈,一度大家都认为白电并没有什么技术发展可言了,不过,在这一阶段,日系以及德系的厂商发挥了重要作用,因为他们把人们的生活理念转变了!  品质生活需要更好的白电产品  大家对于冰箱,空调,洗衣机以及厨房家电的最初认知是什么代替人的劳动,达到节省体力,仅此而已!但目前的白电都在传递着一个概念即是让你享受到更有品质的家庭生活,细化到产品层面来理解,即冰箱我需要更大的容量满足一个家庭的需求,需要更多的分区来满足不同食材的分类储藏需求,需要风冷技术来保证我不用手动除霜,需要除菌技术保证我的饮食健康...以此类推!  用户对于冰箱可能有更多需求  所以,目前以及今后白电产品线的大趋势都是让整个家庭的幸福感得到提升,我们对于洗衣机可能要求它能洗羽绒服,洗一整床被子,并且可以达到达人和孩子的衣服分开来洗,例如双筒洗衣机,可以无水洗涤只是除味,例如除味洗涤功能...,所以白电和黑电的不同是,白电需要厂商有一些新的思路能让用户得到更好的生活品质提升!  优质厨电成为共同需求  回家吃饭是大家经常说的话题,由于各种食品问题的出现,以及大家对于家庭概念的重新认知,厨电也成为目前增长最快的家电产品,厨电产品未来走的路应该更迎合年轻人的消费特点,操作简单,使用方便,并且一些善后型的产品比如油烟机,洗碗机,垃圾处理器等也要做到配套推出,从各种行业数据来看,未来的厨电行业预计将迎来爆发式的增长,机会颇多!  ●生活家电:细化分类提升产品体验  生活家电大致可以分为两类,家庭型和个人型,像我们日常使用的吸尘器,扫地机,料理机等属于家庭型;而像吹风机,剃须刀,电动牙刷等则属于个人型!这些产品的出现可以说极大的提升了我们的生活品质,不过也有不少人在购买之后后悔,认为这些产品对于生活品质提升非常有限!  扫地机器人依旧饱受诟病  首先来说说饱受诟病的扫地机器人,虽然目前带有路径规划,拥有更强爬坡能力以及更高续航的扫地机不在少数了,但大家始终觉得这个东西还是没有多少存在感,噱头的意味大于实际使用!而且扫地机的生产厂商在产品体验优化上也确实做得不够,比如家里有地毯和无地毯是不是应该区别对待,空间小的家庭是不是有对应的小型产品型号做补充,对于要养宠物的家庭毛发处理是不是能够过关,这些日常细节的使用体验提升都是留给扫地机厂商的难题!  高端产品的实际体验提升不明显  而对于像个护类的产品,实用性的好坏则体现的更为明显,而且还有性价比的问题,比如朋友经常问我的一个问题,一个价值千元的剃须刀和几十元的剃须刀的区别是什么,我可以告诉他从做工,电机,刮头上二者有明显区别,但在体验上实话是活,你的微妙感觉心理作用成份太大了,所以忠告个护家电厂商,你们应该在产品体验提升上多下功夫,少做些炫硬件的面子活儿!  ●健康家电:不做虚假营销亟待新标准  健康家电其实包含的产品线很多,但目前大家比较关注的两个产品线也就是净水器和空气净化器了,空气净化器从2011年雾霾肆虐以来经过近五年的发展已经历经了多次的行业洗牌,随着今年空净新国标的颁布,目前市场上真正盈利存活的品牌其实并不多了,但问题其实依旧严峻!  有大批空气净化器虚标严重  空气净化器的低门槛使得厂商期待在这个产品上谋取暴利,比如参数虚标,劣质组件采购,打智能化的噱头等等,所以目前空气净化器存在的技术问题即是产品的基本性能不过关,并且各个厂商对于风道的设计没有统一的解决方案,有的认为塔式好,有的认为传统式好,基本上都是厂家各执一词,而且滤网的更换提醒功能,有些业内人士也直言说就是鸡肋,但依旧成为了厂商营销的噱头,所以对于上述问题,如果空气净化器厂商能都做好,那么其产品也必然受到消费者的欢迎!  净水器行业亟待整顿  净水器行业从最开始的单纯过滤,到目前的超滤和RO的分庭抗礼,可以说这也是一个亟待整顿的行业,目前RO的声量已经基本盖过超滤,但RO的完全过滤可能会让水中的有益矿物质也同样被过滤到,所以目前净水器行业需要出现一个行业新标准来告诉大家哪些净水器是真正值得我们购买的,如果各大厂商如果能够抓住这个节点也能够让自己的产品先声夺人!”  但几乎所有家长都认为,在当下的教育体制下,不公布排名并不代表不需要排名。  购机时提及PConline太平洋电脑网将会获取更好的服务或优惠。Fitbit首席执行官帕克正在尝试将Fitbit更多地引向健康领域。

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基本原理

PWM的全称是脉冲宽度调制Pulse-width modulation),是通过将有效的电信号分散成离散形式从而来降低电信号所传递的平均功率的一种方式;

所以根据面积等效法则,可以通过对改变脉冲的时间宽度,来等效的获得所需要合成的相应幅值频率的波形;

具体如下图所示;

由上图可知,脉冲宽度调制使用一个脉冲宽度会被调制的方波,并且波型的平均值会有所变化。

如果我们考虑一个周期为 T {\displaystyle T} T 的脉冲波 f ( t ) {\displaystyle f(t)} f(t) ,低值 y min {\displaystyle y_{\text{min}}} ymin?,高值为 y max {\displaystyle y_{\text{max}}} ymax? ,跟占空比 D D D(duty cycle),此波的平均值为:
y ˉ = 1 T ∫ 0 T f ( t ) ? d t {\displaystyle {\bar {y}}={\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}f(t)\,dt} yˉ?=T1?0T?f(t)dt
f ( t ) {\displaystyle f(t)} f(t) 是一个脉冲波,它的值在 0 < t < D ? T {\displaystyle 0<t<D\cdot T} 0<t<D?T y max {\displaystyle y_{\text{max}}} ymax? 而在 D ? T < t < T {\displaystyle D\cdot T<t<T} D?T<t<T y min {\displaystyle y_{\text{min}}} ymin?

上式的描述可以变为:
y ˉ = 1 T ( ∫ 0 D T y max ? d t + ∫ D T T y min ? d t ) = 1 T ( D ? T ? y max + T ( 1 ? D ) y min ) = D ? y max + ( 1 ? D ) y min {\displaystyle {\begin{aligned}{\bar {y}}&={\frac {1}{T}}\left(\int _{0}^{DT}y_{\text{max}}\,dt+\int _{DT}^{T}y_{\text{min}}\,dt\right)\\&={\frac {1}{T}}\left(D\cdot T\cdot y_{\text{max}}+T\left(1-D\right)y_{\text{min}}\right)\\&=D\cdot y_{\text{max}}+\left(1-D\right)y_{\text{min}}\end{aligned}}} yˉ??=T1?(0DT?ymax?dt+DTT?ymin?dt)=T1?(D?T?ymax?+T(1?D)ymin?)=D?ymax?+(1?D)ymin??
以上公式可以在很多状况下被简化,当 y min = 0 {\displaystyle y_{\text{min}}=0} ymin?=0 y ˉ = D ? y max {\displaystyle {\bar {y}}=D\cdot y_{\text{max}}} yˉ?=D?ymax?

从这里可以看出,波型的平均值非常明显地直接与占空比 D D D 有关。

占空比

图中存在三种占空比状态,25%50%75%占空比状态,不难发现,假设占空比为D,则满足:

D = T o n T D = \cfrac{T_{on}}{T} D=TTon??

其中 T T T是PWM的周期,通常和载波的周期相同;

申博太阳城亚洲微信支付充值PWM是如何实现?

PWM实现的原理是通过锯齿波/三角波(载波)所需要合成的波形(调制波)进行比较,然后确定PWM所需要输出的极性,通常是ON或者是OFF,因为一般都是作用到开关元器件上;如下图所示;

振荡器和比较器

振荡器输出的锯齿波和参考值 V T H V_{TH} VTH? 进行比较,然后就可以输出PWM波形了;

matlabsimulink中搭建了一下仿真,具体如下图所示;

simulink

最终输出波形如下:

50%占空比

这里简单说明一下:

  • 锯齿波(图中橙色波形)最大为10,然后我希望输出平均为5的波形(图1中红色的水平直线);
  • 那么通过比较,当锯齿波小于5时;PWM输出低电平,即为OFF
  • 当锯齿波大于5时,PWM输出高电平,即为ON

所以再换一个思路,如果我希望输出一个电压逐渐升高的波形呢,该如何设计呢?

其实很简单,只要把需要调制的波形设置为斜坡输出的波形就可以了,具体如下图所示;

占空比逐渐增大

可以看到,最终占空比逐渐从0%增大到100%

然后我们继续想,能不能调制出其他的波形,比如调制一个正弦波sin wave,那也就是我们常说的SPWM,其实是可以的,具体如下图所示;

SPWM

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参考STM32中PWM的配置,根据载波波形的形状,假设三角波最大值是10,那么它的变化过程可能存在以下两种情况:

  • 完整周期包括两个过程,先递增,再递减: 0 → 增 加 5 → 增 加 10 → 减 少 5 → 减 少 0 0\xrightarrow{增加}5\xrightarrow{增加}10\xrightarrow{减少}5\xrightarrow{减少}0 0 ?5 ?10 ?5 ?0,这种也叫中央对齐PWM;
  • 完整周期只有递增过程: 0 → 增 加 5 → 增 加 10 0\xrightarrow{增加}5\xrightarrow{增加}10 0 ?5 ?10

中央对齐PWM

脉冲波的中心将会被固定在时间窗格的中心,同时脉冲波的两边可以移动,使得波的宽度被延伸或压缩,具体如下图所示;

中央对齐PWM

另一种类型的PWM脉冲波形如下图所示;

程序实现

现在的MCU大部分都自带硬件PWM发生器,即配置好相应的寄存器,就能直接产生PWM,下面的例子基于NUCLEO-F767ZI,通过cubemx配置了三路PWM输出,然后实现了呼吸灯的效果;

int main(void)
{

	HAL_Init();

	MX_GPIO_Init();
	MX_TIM4_Init();
	MX_TIM3_Init();
	MX_TIM12_Init();

	int32_t time_stamp = 0;
	int32_t time_stamp_old = 0;
	int32_t ccr_val = 0;
	uint8_t add_flag = 1;
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim4, TIM_CHANNEL_2);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim12, TIM_CHANNEL_1);
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_3);	
	while (1)
	{
		time_stamp = HAL_GetTick();
		if(time_stamp - time_stamp_old > 5){
		time_stamp_old = time_stamp;
		if(add_flag){
			ccr_val+=25;
			if(ccr_val >= 0xFFFF){
			ccr_val = 0xFFFF;
			add_flag = 0;
		}
		}else{
			ccr_val-=25;
			if(ccr_val <= 0){
				add_flag = 1;
				ccr_val = 0;
			}
		}
		TIM4->CCR2 = ccr_val;
		TIM12->CCR1 = ccr_val;
		TIM3->CCR3 = ccr_val;
		}
	}
}

整体效果如下:

呼吸灯

通过示波器看其中的一路PWM输出的占空比也是随时间变化;

PWM变化情况

申博太阳城亚洲微信支付充值总结

本文简单介绍了PWM的原理,以及如何产生PWM,可以通过锯齿波作为载波和调制波经过比较强,产生相应的PWM输出波形,最后结合STM32实现了一个呼吸灯的简单程序。

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