0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

如何通过PWM的方式实现数字到模拟变换的功能

电子工程师 来源:lq 2018-12-12 14:02 次阅读

PWM可以算是数字电路中的“独臂”神通,“独臂” - 只需一根线;“神通” - 在很多关键的应用中起到栋梁的作用。PWM(脉宽调制 Pulse Width Modulation)从字面意思上讲它是一种“调制”方式,调制就意味着在某些载波信号上携带了某些的信息,通过解调的过程就可以得到其携带的信息,这些信息的属性由PWM的产生端定义,总之在这一根仅仅发生0、1交替变化的信号线上可以做出很多文章。

今天我们就看看如何通过PWM的方式实现数字到模拟变换的功能,也就是通过改变一根管脚的输出脉冲,得到模拟世界的某种波形。

首先PWM是由一串连续行走在某输出管脚上的0、1交替出现的信号组成,我们称高电平1为ON,低电平0为OFF,ON+OFF为一个周期T,ON的持续时间除以周期T就为占空比 - Duty Cycle,看下面的两个图。

高电平1为ON,低电平0为OFF

占空比(Duty Cycle)为高电平持续时间除以周期

如果发送端用脉冲的占空比来传递“电压值”,也就是将某个数字的电压值对脉冲的占空比进行调制,就可以在接收端通过RC低通滤波器(也就是解调器)从调制脉宽的数据流中得到需要的模拟电压值,从而达到DAC的目的。看下面的动图 - 假设脉冲的占空比为0的时候(整个周期全部为OFF - 低电平)代表电压值为0,占空比为100%的时候(整个周期全部为ON - 高电平)代表电压值为最高电压,比如3.3V,则40%的占空比就是40%*3.3V。占空比改变-每个周期的脉宽改变,也就意味着输出的电压值在改变。

用脉宽的改变携带电压值的变化信息

用一个电阻电容组成的低通滤波就可以将PWM中携带的电压信息“解调”成模拟的电压值

前面讲过DAC的两个关键指标 - 转换率和转换精度,在PWM里是如何对应的这两个指标么?

看一下下面的波形:

PWM-DAC的转换频率相当于脉冲的重复频率

PWM-DAC的分辨率相当于脉冲宽度相对于整个周期的精度,举例如果一个最小的脉冲ON的时间为5ns(可以用100MHz的时钟计数产生),PWM脉冲的周期为5ns x 256 = 1.28us,则这个PWM-DAC相当于是8位的DAC。

也就是说如果你用100MHz的时钟来通过PWM的方式做一个8位的DAC,最高的转换频率也只能到1/1.28us ~ 781KHz分辨率高则转换率降低,因此用PWM做的DAC一般用于生成非常低频的信号乃至直流信号。

下面的图为经过一个最简单的由一个电阻R和一个电容C构成的低通滤波以后得到的模拟信号,可以看到在输出的模拟信号上还是有很高频率的纹波。

通过RC低通滤波得到的模拟输出信息

如果要进一步平滑输出模拟信号上的波纹,可以通过加入电感或着用运算放大器构成的有源低通滤波器来对纹波实现更强的抑制。

是不是很简单?只需一个R和一个C就能得到你想生成的模拟信号,做一个简单的任意波形发生器很简单啊。

有的朋友会问,很多MCU内部都有DAC啊,干嘛不用内部的DAC?

苏老师答:如果有的话自然不需要折腾PWM了,如果没有,只需要一根管脚和俩器件就能实现这样的功能还是很有用的,再说了,也许你的系统中需要多个DAC的功能,而你的MCU内部没有足够的DAC,且你也不想或者没有足够的管脚外挂一个单独的DAC器件(需要I2C或SPI总线连接),PWM方式是个非常不错的选择哦。

如果你用的是FPGACPLD,里面根本没有DAC,而你又需要一个,拿出一个管脚来产生PWM就会非常666。

理解用PWM生成DAC的机制、局限,在关键的时候也许就能起到意料不到的结果。

最好的方式是直接动手试试喽 - 在一个小脚丫的输出管脚上加上R和C,用计数器生成以下PWM信号,用示波器看看你能得到什么。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • PWM
    PWM
    +关注

    关注

    114

    文章

    4823

    浏览量

    209572
  • 数字电路
    +关注

    关注

    192

    文章

    1377

    浏览量

    79645

原文标题:漫谈“独臂神通”PWM(1):用1根管脚、1个电阻和1个电容实现DAC

文章出处:【微信号:xiaojiaoyafpga,微信公众号:电子森林】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    怎样通过变换模拟直流电压,调节PWM的占空比

    PIC18f4620单片机通过***模块产生PWM波,怎样通过变换模拟直流电压,调节PWM的占空
    发表于 09-16 09:25

    控制电压问题(模拟数字控制)

    现在有一个电路,通过模拟量电阻比值控输出电压大小,现在想通过数字量单片机来控制输出电压,实现电压的步进变换输出。。请问,最简单的,最稳定的控
    发表于 03-25 19:30

    PWM原理——模拟PWM调光

    开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置,来实现晶体管或MOS管导通时间的改变,从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式
    发表于 09-19 15:14

    PWM占空比的测量方法

    LED亮度调节、电机转速控制等。而在某些特殊应用中,我们也需要通过测量输入PWM的占空比,来实现不同的输出控制,这就需要使用到PWM占空比的测量方法。这里介绍三种不同的测量方法:阻塞
    发表于 02-03 07:52

    采用定时器PWM功能实现呼吸灯的功能

    功能实现:采用定时器PWM功能实现呼吸灯的功能PWM
    发表于 08-12 08:06

    怎样用MCU来生成PWM

    生成有两种方式模拟数字,专用的模拟IC不在此文探讨范围之内,本文主要介绍怎样用MCU来生成PWM。在所有的MCU里,都会有Timer定时
    发表于 11-03 08:04

    PWM实现呼吸灯的应用

    PWM(Pulse Width Modulation):脉冲宽度调制占空比:就是输出的PWM中,高电平保持的时间 与该PWM的时钟周期的时间之比二、PWM应用它是利用微处理器的
    发表于 01-21 13:18

    怎样通过软件模拟方式实现呼吸灯设计

    1.增强程序的可移植性通过硬件PWM方式实现呼吸灯是十分方便的,但这种方式要求单片机带有硬件PWM
    发表于 02-23 06:42

    脉冲宽度调制PWM的基本原理控制方式是什么

    一、PWM介绍PWM——脉冲宽度调制脉冲宽度调制是一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置,来实现晶体管或M
    发表于 03-02 06:53

    pwm控制器,PWM功能原理

    脉宽调制(PWM)是指用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制,是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。以
    发表于 10-27 15:34 7253次阅读

    一文解析从数字PWM信号获得准确、快速稳定的模拟电压

    本文首先介绍了PWM的基本原理,其次介绍了模拟电路PWM实现电路,最后详细介绍了从数字PWM
    发表于 05-17 14:08 6685次阅读
    一文解析从<b class='flag-5'>数字</b><b class='flag-5'>PWM</b>信号获得准确、快速稳定的<b class='flag-5'>模拟</b>电压

    实现数字显示的关键是通过A/D转换装置把连续变化的模拟量变换成什么?

    数字显示仪表一般是由模数转换、非线性补偿及标度变换三大部分组成。它是以电信号为输入量,直接用数字显示被测量。实现数字显示的关键是
    发表于 07-22 14:41 1059次阅读

    如何采用PWM通过RC低通滤波器来模拟实现DAC功能

    当我们电路需要DAC而单片机并没有DAC外设时,则可采用PWM通过RC低通滤波器来模拟实现DAC功能
    的头像 发表于 03-21 15:45 1.5w次阅读
    如何采用<b class='flag-5'>PWM</b><b class='flag-5'>通过</b>RC低通滤波器来<b class='flag-5'>模拟</b><b class='flag-5'>实现</b>DAC<b class='flag-5'>功能</b>

    51单片机基于C语言I/O口模拟PWM输出实现呼吸灯功能

    呼吸灯功能是否打开,通过IO口模拟PWM方波来控制LED灯的亮度case Type_Breathing_LED: PWM_Flag
    发表于 11-20 14:51 11次下载
    51单片机基于C语言I/O口<b class='flag-5'>模拟</b><b class='flag-5'>PWM</b>输出<b class='flag-5'>实现</b>呼吸灯<b class='flag-5'>功能</b>

    PWM加热方式要如何实现

    车辆中有很多传感器其中传感器里,存在很多自带加热功能的传感器 ,比较常见的有氧传感器 ,氮氧传感器,氨传感器,PM传感器等,这些传感器中用到了加热电路,其加热皆采用PWM加热方式。那么PWM
    的头像 发表于 04-19 08:39 5004次阅读
    <b class='flag-5'>PWM</b>加热<b class='flag-5'>方式</b>要如何<b class='flag-5'>实现</b>