[发明专利]脉冲宽度调制波的处理方法、系统、信号处理装置及介质

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别是涉及脉冲宽度调制波的处理方法、系统、信号处理装置及介质。

背景技术

脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，一般是利用微处理器(MPU)的定时器或者PWM控制器来产生稳定的高低电平脉冲，通过调制方波的占空比来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。

一个PWM波周期内的等效输出电压V_O为：

其中，t_H为PWM波的脉宽时间，T为PWM波的周期，V为PWM波满幅值电压，α为PWM波的占空比。

且有：

t_H＝N_H·t_LSB

其中，N_H为一个脉宽内所需要的定时器计数值或PWM控制器计数值，t_LSB为一位计数值(LSB)的周期。

通过硬件滤波电路，可以将数字的PWM信号转换为模拟信号。整个转换过程，即滤波器接收PWM波输入到滤波器输出最终稳定，需要持续一定的时间，这个时间称之为响应时间。响应时间T_Resp根据硬件滤波器种类或脉宽时间的不同，一般是PWM周期T的30～50倍左右，即：

T_Resp＝n·T，(n≈30～50)

PWM分辨率是指PWM波的占空比可调的级数，是由单片机定时器或者PWM控制器的位数来决定的。比如定时器或者PWM控制器为8位，则最大可调级数为256，即分辨率为256。部分MCU的定时器或者PWM控制器的位数可以达到16位。但在一些系统中，可能因为MCU本身限制，使得分辨率不能达到系统的需求，如精密数控系统中，分辨率要求达到18位，而MCU只能提供16位。

PWM波的周期T与PWM分辨率R成正比，而与MPU的主频f_MPU成反比，三者之间存在一定的比例系数λ，则有：

(λ为常数)

例如，在一个C51的单片机系统中，比例系数λ为12，MPU的主频f_MPU为5MHz，要求分辨率R为10000，则PWM周期为：

则该PWM的输出响应时间T_Resp至少为：

T_Resp＝n·T＝30×24＝720ms

在一些工业应用场合，有很多情况涉及精密输出控制，以及快速响应，这就要求PWM周期短，以及分辨率高，最常用的方法，是提高MCU主频，但高主频意味着需要解决电路成本增加，射频干扰严重，MCU功耗增加等诸多难点，这在工业应用中很难做到平衡。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供脉冲宽度调制波的处理方法、系统、信号处理装置及介质，解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种脉冲宽度调制波的处理方法，包括：根据用于生成PWM信号的微处理器系统所需工作主频f_MPU及信号分辨率R，计算理论PWM信号的周期T；根据所需输出电压及PWM信号满幅值电压计算PWM信号的占空比α，并根据占空比α及所述周期T计算脉宽时间t_H＝α·T；根据所述脉宽时间t_H计算出维持高电平所需要的微处理器系统的定时器计数或PWM控制器计数N_H＝t_H/t_LSB，其中，t_LSB为一位计数值的周期；将预设PWM的信号周期T调整为T/k的小周期，所述小周期小于微处理器系统的定时器或PWM控制器最大可输出的高电平时间，其中k为≥2的整数；分别调整k个小周期需输出的各个调整后PWM信号的脉宽时间，以令k个调整后PWM信号的脉宽时间和等于t_H，即令k个调整后PWM信号的占空比之和为α₁+α₂+…+α_k＝k·α，也令定时器或PWM控制器的计数需满足其中，α_k为第k个调整后PWM信号的占空比，为第k个调整后PWM信号的维持高电平所需要的微处理器系统的定时器计数或PWM控制器计数；连续输出k个小周期的调整后PWM信号以替代所述理论PWM信号。