在PCB设计中用微控制器实现PWM

关键的外卖

• 了解什么是脉宽调制(PWM)。

• 学习如何从微控制器发送PWM信号。

• 探讨EMI与PWM的关系。

对我们大多数人来说，做出完美的水煮蛋仍然是一件难以实现的事情——秘诀在于时机。

如果你没有把握好时机，你要么吃到半熟的鸡蛋，要么吃到煮过头的鸡蛋。半熟的鸡蛋仍然是美味的，但是煮过的蛋黄的硫磺气味和片状的质地会让人不舒服。

知道了这一点，在几次失败的尝试后，我得出结论:煮一个鸡蛋的最佳时间是20分钟。这个微妙的时机让我想起脉冲宽度调制(PWM)与微控制器的工作，以实现数字信号的正确持续时间。

脉宽调制是什么?

PWM是一种将连续数字信号转换为一系列脉冲的技术。PWM通常用于产生与数字值相关的模拟信号。你可以发现PWM被用于控制伺服电机，使led变暗，驱动蜂鸣器，编码通信信号，等等。

具有不同占空比的PWM波形。

要理解PWM，你需要熟悉一些术语:振幅、周期、脉宽和占空比。

• 振幅PWM信号的频率通常是电路的Vcc。

• 期由从一条上升边到下一条上升边所需的时间定义。

• 脉冲宽度是单个脉冲的上升和下降边缘之间的时间间隔。

• 工作周期是逻辑1脉冲宽度的百分比，相对于波形的周期。

PWM的工作原理是根据所配置的数字值调整波形的占空比。通过这样做，它可以从数字输出产生模拟信号。例如，一个占空比为75%，幅值为5V的PWM将产生3.75V。这个原理可以用来使LED灯变暗，也可以用来调暗电源的速度直流电机．

改变PWM信号的占空比也是控制伺服电机的一种手段。伺服电机改变其角度对应的工作周期的PWM信号。例如，20ms脉冲的1ms脉冲宽度将设置伺服位置为0°。发送1.5 ms将移动伺服到90°。

如何用单片机发送PWM信号

使用内置模块从微控制器发送PWM信号。

产生PWM信号最简单的方法是通过一个单片机．现代微控制器，无论是8位，16位，或32位均配有PWM模块。PWM模块通过设置数字引脚的电压水平，将计时器增加到预设的脉冲宽度，并为剩余的周期切换引脚来工作。

当在MCU上配置PWM功能时，确定信号的频率和分辨率是足够的是很重要的。例如，如果你用PWM调光一个LED，如果时钟频率太高，你可能需要前置调光器，否则调光效果几乎不明显。

分辨率可以更好地控制脉冲宽度。8位微控制器将限制到8位的分辨率，或256步。伺服电机的最大位置通常在PWM信号占空比的10%。这意味着你将只有25步伺服电机位置与一个8位微控制器。

一旦配置了参数，激活PWM模块并输入占空比值是非常简单的。

微控制器PWM中电磁干扰的考虑

当用PWM控制高频、大功率设备时要注意EMI。

如果PWM信号是在几万赫兹的低频区域，就不会有太多来自EMI的担忧。当发送高频、大电流PWM信号时，您需要警惕EMI辐射，例如，当使用PWM控制大功率电机或用于标志速度通信时。

在这种情况下，重要的是保持PWM信号远离其他敏感组件，特别是模拟组件。此外，确保PWM信号的返回路径尽可能接近信号轨迹，以防止噪声耦合到其他组件的地面。

你可以优化设计的微控制器PWM如果你正在使用一个分析准备PCB软件．OrCAD Sigrity技术有助于发现潜在的返回路径问题，特别是高频信号。

如果你想了解更多关于Cadence如何为你提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈．