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PWM可以算是數(shù)字電路中的“獨(dú)臂”神通,，“獨(dú)臂” - 只需一根線,；“神通” - 在很多關(guān)鍵的應(yīng)用中起到棟梁的作用,。PWM（脈寬調(diào)制 Pulse Width Modulation）從字面意思上講它是一種“調(diào)制”方式,，調(diào)制就意味著在某些載波信號(hào)上攜帶了某些的信息，通過(guò)解調(diào)的過(guò)程就可以得到其攜帶的信息,，這些信息的屬性由PWM的產(chǎn)生端定義，總之在這一根僅僅發(fā)生0,、1交替變化的信號(hào)線上可以做出很多文章。 今天我們就看看如何通過(guò)PWM的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字到模擬變換的功能,，也就是通過(guò)改變一根管腳的輸出脈沖，得到模擬世界的某種波形,。 首先PWM是由一串連續(xù)行走在某輸出管腳上的0,、1交替出現(xiàn)的信號(hào)組成，我們稱高電平1為ON,，低電平0為OFF,，ON OFF為一個(gè)周期T，ON的持續(xù)時(shí)間除以周期T就為占空比 - Duty Cycle,，看下面的兩個(gè)圖,。  高電平1為ON，低電平0為OFF  占空比（Duty Cycle）為高電平持續(xù)時(shí)間除以周期 如果發(fā)送端用脈沖的占空比來(lái)傳遞“電壓值”,，也就是將某個(gè)數(shù)字的電壓值對(duì)脈沖的占空比進(jìn)行調(diào)制，就可以在接收端通過(guò)RC低通濾波器（也就是解調(diào)器）從調(diào)制脈寬的數(shù)據(jù)流中得到需要的模擬電壓值，從而達(dá)到DAC的目的,。看下面的動(dòng)圖 - 假設(shè)脈沖的占空比為0的時(shí)候（整個(gè)周期全部為OFF - 低電平）代表電壓值為0，占空比為100%的時(shí)候（整個(gè)周期全部為ON - 高電平）代表電壓值為最高電壓,，比如3.3V,，則40%的占空比就是40%*3.3V,。占空比改變-每個(gè)周期的脈寬改變，也就意味著輸出的電壓值在改變,。   用脈寬的改變攜帶電壓值的變化信息  用一個(gè)電阻和電容組成的低通濾波就可以將PWM中攜帶的電壓信息“解調(diào)”成模擬的電壓值 那在PWM里是如何對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)換率和轉(zhuǎn)換精度這個(gè)兩個(gè)指標(biāo)呢？ 看一下下面的波形：
 也就是說(shuō)如果你用100MHz的時(shí)鐘來(lái)通過(guò)PWM的方式做一個(gè)8位的DAC,，最高的轉(zhuǎn)換頻率也只能到1/1.28us ～ 781KHz分辨率高則轉(zhuǎn)換率降低,，因此用PWM做的DAC一般用于生成非常低頻的信號(hào)乃至直流信號(hào),。 下面的圖為經(jīng)過(guò)一個(gè)最簡(jiǎn)單的由一個(gè)電阻R和一個(gè)電容C構(gòu)成的低通濾波以后得到的模擬信號(hào)，可以看到在輸出的模擬信號(hào)上還是有很高頻率的紋波,。  通過(guò)RC低通濾波得到的模擬輸出信息  如果要進(jìn)一步平滑輸出模擬信號(hào)上的波紋,，可以通過(guò)加入電感或者用運(yùn)算放大器構(gòu)成的有源低通濾波器來(lái)對(duì)紋波實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的抑制。 是不是很簡(jiǎn)單？只需一個(gè)R和一個(gè)C就能得到你想生成的模擬信號(hào),，做一個(gè)簡(jiǎn)單的任意波形發(fā)生器很簡(jiǎn)單啊。 有的朋友會(huì)問,，很多MCU內(nèi)部都有DAC啊，干嘛不用內(nèi)部的DAC,？ 蘇老師答：如果有的話自然不需要折騰PWM了，如果沒有,，只需要一根管腳和倆器件就能實(shí)現(xiàn)這樣的功能還是很有用的,，再說(shuō)了，也許你的系統(tǒng)中需要多個(gè)DAC的功能,，而你的MCU內(nèi)部沒有足夠的DAC，且你也不想或者沒有足夠的管腳外掛一個(gè)單獨(dú)的DAC器件（需要I2C或SPI總線連接）,，PWM方式是個(gè)非常不錯(cuò)的選擇哦,。 如果你用的是FPGA或CPLD,，里面根本沒有DAC，而你又需要一個(gè),，拿出一個(gè)管腳來(lái)產(chǎn)生PWM就會(huì)非常666,。 理解用PWM生成DAC的機(jī)制、局限,，在關(guān)鍵的時(shí)候也許就能起到意料不到的結(jié)果,。 |
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