一种PWM信号生成电路及输出控制方法与流程

一种pwm信号生成电路及输出控制方法
技术领域
1.本发明属于信号调制技术领域，具体涉及一种pwm信号生成电路及输出控制方法。


背景技术：

2.pwm技术的优点是系统信号都是以数字形式传输的，因此可以很有效的发挥数字信号抗干扰能力强的优势，因此pwm技术在器件测试、电机控制、人工智能领域广泛应用。例如伺服电机转速控制系统，需要脉冲宽度可变的pwm波形改变电机的转速，还需要一定脉冲脉冲数量的pwm波来调整电机的旋转角度；在led灯光控制系统，pwm调光方法可以更准确的控制灯光的亮度和闪烁状态。因为pwm控制方法经济、抗噪能力强、节约资源等优势，在很多设计应用中被广泛使用。
3.但是目前pwm信号调制过程中需要针对不同的应用环境修改输出参数，通常情况下pwm参数的改动对硬件和软件的设计都进行相应的调整，效率不佳；因此为了符合当前pwm波形的应用范围，需要提出了一种能够随时修改输出脉冲数量、脉冲宽度以及脉冲频率参数的pwm波形调制电路及方法。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种pwm信号生成电路及输出控制方法，具有在pwm信号调制过程中，可以按照工程需求提供特定频率、脉冲宽度以及脉冲数量的pwm信号的特点。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种pwm信号生成电路，包括：时钟电路，产生具有预定频率的第一时钟信号；计数器，对时钟数进行计数，同时具有输出计数器值的功能；pwm生成电路，用于产生特定参数的pwm波形，所述pwm生成电路至少包括一个周期设定寄存器、脉冲宽度设定寄存器、脉冲数量设定寄存器和必要的比较器及下降沿检测器；按键控制电路，用以调整寄存器的内置参数，从而输出特定参数的波形；以及显示电路，用以显示输出波形的频率、脉冲宽度、脉冲数量等参数，作为一个基础的人工交互平台。
6.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，时钟电路，是单片机外部时钟振荡电路，具有按照需求提供第一脉冲波形的功能，第一脉冲波形，提供最小周期，即最高的输出频率，在第一脉冲波形的周期内中间部分为高电平、两端为低电平。
7.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，计数器，对时钟周期进行计数，并可输出计数器的数值，如果输入重置信号，计数器将会重新开始计数。
8.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，pwm生成电路，通过配置特定的寄存器的参数来生成需要的波形，可利用周期设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲频率，脉冲宽度设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲宽度即占空比，脉冲数量设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲数量。
9.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，周期设定寄存器，可通过修改寄存器参数i来改变输出波形的频率，所输入的参数i和计数器中的数值在比较器中进行比
较，当达到条件时，pwm生成电路的输出波形在周期设定寄存器输出信号的下降沿由高电平转为低电平。从而完成了一个周期时常的设定。
10.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，脉冲宽度设定寄存器，可通过修改寄存器参数j，在周期设定寄存器参数的基础上，决定系统输出pwm波形的占空比，所输入的参数j和计数器中的数值在比较器中进行比较，当达到条件时，pwm生成电路的输出波形在脉冲宽度设定寄存器输出信号的下降沿由低电平转为高电平，从而完成一个周期的脉冲宽度的设定。
11.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，脉冲数量设定寄存器，可通过参数k来决定单次输出pwm波形的脉冲数量，在以上两个步骤完成了输出波形的基本参数之后，脉冲数量设定寄存器可进行输出脉冲个数的限制，通过下降沿检测器检测输出脉冲波形，并且在第k个下降沿的时候停止pwm波形的输出，即完成了一次特定脉冲数量的输出。
12.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，按键控制电路，在单片机内部程序的设定下，可通过外部键盘改变内部参数i、j、k的值，实现输出pwm波形的参数调整和输出控制。
13.作为本发明的一种pwm信号生成电路优选技术方案，显示电路，是一个基础的人机交互平台，用以显示输出pwm波形的脉冲频率、脉冲宽度和脉冲数量。
14.一种pwm信号生成电路的输出控制方法，包括以下步骤：s1、系统通过外部电源供电后系统；s2、首先时钟电路、计时器、pwm生成电路等初始化，完成初始参数的设定，此时系统不会输出pwm波；s3、通过按键修改寄存器参数，参数设定根据所需波形输入，同时显示单元会显示当前参数变化；s4、输入参数后，通过开始按键使程序运行，各寄存器和比较器等根据参数输出波形；s5、若需要输出一定脉冲数量的pwm波，则需要通过脉冲数量设定寄存器和下降沿检测电路进行pwm波形的检测，当输出波形的脉冲数量达到设定值时，系统暂停输出，再次点击按键控制电路的发送键，可再次输出同样参数的pwm波。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明在使用的过程中，通过时钟电路、计时器、pwm生成电路等初始化，完成初始参数的设定，此时系统不会输出pwm波；通过按键修改寄存器参数，参数设定根据所需波形输入，同时显示单元会显示当前参数变化；输入参数后，通过开始按键使程序运行，各寄存器和比较器等根据参数输出波形；若需要输出一定脉冲数量的pwm波，则需要通过脉冲数量设定寄存器和下降沿检测电路进行pwm波形的检测，当输出波形的脉冲数量达到设定值时，系统暂停输出，再次点击按键控制电路的发送键，可再次输出同样参数的pwm波；其中计数器用以生成n位表示的计数值；pwm生成电路包括周期设定寄存器、脉冲宽度设定寄存器、脉冲数量设定寄存器、比较器及下降沿检测器；按键控制电路用以改变pwm波形的输出参数；显示单元用以显示波形参数。该技术方案通过按键改变波形参数，以确保输出不同工作频率，脉冲宽度和脉冲数量的pwm波形，使之能为多类器件检测、人工智能控制等领域提供可靠的且稳定的脉冲波形；
通过上述方法操作，在pwm信号调制过程中，可以按照工程需求提供特定频率、脉冲宽度以及脉冲数量的pwm信号，并且在多种性能的器件的检测、人工智能控制等领域对不同pwm波形参数的背景下，该发明能有效的满足应用场景需求。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明的系统主示意图；图2为本发明的系统中pwm生成电路的内部结构图；图3为本发明实施例提供的一种特定参数的pwm波输出示意图；图4为本发明pwm波形输出控制方法的流程图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
18.请参阅图1-4，本发明提供以下技术方案：一种pwm信号生成电路，包括：时钟电路，产生具有预定频率的第一时钟信号；其中时钟电路，是单片机外部时钟振荡电路，具有按照需求提供第一脉冲波形的功能，第一脉冲波形，提供最小周期，即最高的输出频率，在第一脉冲波形的周期内中间部分为高电平、两端为低电平。
19.计数器，对时钟数进行计数，同时具有输出计数器值的功能；对时钟周期进行计数，并可输出计数器的数值，如果输入重置信号，计数器将会重新开始计数。
20.pwm生成电路，用于产生特定参数的pwm波形，所述pwm生成电路至少包括一个周期设定寄存器、脉冲宽度设定寄存器、脉冲数量设定寄存器和必要的比较器及下降沿检测器；其中pwm生成电路，通过配置特定的寄存器的参数来生成需要的波形，可利用周期设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲频率，脉冲宽度设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲宽度即占空比，脉冲数量设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲数量；周期设定寄存器，可通过修改寄存器参数i来改变输出波形的频率，所输入的参数i和计数器中的数值在比较器中进行比较，当达到条件时，pwm生成电路的输出波形在周期设定寄存器输出信号的下降沿由高电平转为低电平。从而完成了一个周期时常的设定；脉冲宽度设定寄存器，可通过修改寄存器参数j，在周期设定寄存器参数的基础上，决定系统输出pwm波形的占空比，所输入的参数j和计数器中的数值在比较器中进行比较，当达到条件时，pwm生成电路的输出波形在脉冲宽度设定寄存器输出信号的下降沿由低电平转为高电平，从而完成一个周期的脉冲宽度的设定；脉冲数量设定寄存器，可通过参数k来决定单次输出pwm波形的脉冲数量，在以上两个
步骤完成了输出波形的基本参数之后，脉冲数量设定寄存器可进行输出脉冲个数的限制，通过下降沿检测器检测输出脉冲波形，并且在第k个下降沿的时候停止pwm波形的输出，即完成了一次特定脉冲数量的输出；按键控制电路，用以调整寄存器的内置参数，从而输出特定参数的波形；其中按键控制电路，在单片机内部程序的设定下，可通过外部键盘改变内部参数i、j、k的值，实现输出pwm波形的参数调整和输出控制。
21.以及显示电路，用以显示输出波形的频率、脉冲宽度、脉冲数量等参数，作为一个基础的人工交互平台；其中显示电路，是一个基础的人机交互平台，用以显示输出pwm波形的脉冲频率、脉冲宽度和脉冲数量。
22.本发明的pwm信号产生电路包括：时钟电路，单片机的外部时钟资源，用以给单片及内部的计数器和pwm生成电路等资源提供基础的时钟周期；计时器，对时钟电路产生的时钟信号进行计数，并输出计数值，当清零信号输入后重新计数；pwm生成电路，利用单片机内部资源设计的pwm生成电路，其包括周期设定寄存器、脉冲宽度设定寄存器、脉冲数量寄存器、两个比较器和下降沿检测电路，是主要的功能单元，用以产生特定参数的pwm波形；按键控制电路，通过单片机i/o接口与单片机连接，单片机可检测按键动作，从而改变周期设定寄存器、脉冲宽度设定寄存器和脉冲数量寄存器的内部参数，从而改变输出的pwm波形；显示电路，用以显示正在输出的pwm波的频率、脉冲宽度、脉冲数量等参数，以及显示按键修改参数的过程。
23.其中，pwm参数设定环节：系统稳定工作后，可通过按键改变波形参数，（1）通过两个按键调整周期设定寄存器的参数i，参数i决定了输出pwm波形的周期，即频率；同时计数器开始计数，计数器数值n与周期设定寄存器参数i在比较器1中进行对比，当i=n时，pwm输出波形在寄存器输出波形的下降沿时刻从高电平转化为低电平，一个周期结束，这样的过程决定了输出波形的周期；（2）同样，通过两个按键调整脉冲宽度设定寄存器的参数j，参数j决定了输出pwm波形的占空比，即脉冲宽度；计数器数值n与脉冲宽度设定寄存器参数j在比较器2中对比，当j=n时，pwm输出波形在寄存器输出波形的下降沿时刻从低电平转化为高电平，一个周期的开始，此过程决定了输出波形的脉冲宽度。不断重复以上两个过程，便可输出特定参数的连续pwm波形。
24.若需要输出一定脉冲数量的pwm波形，则需要用到pwm生成电路中的脉冲数量设定寄存器和下降沿检测器等资源。按键控制电路通过按键修改脉冲数量设定寄存器的参数k，下降沿检测器检测pwm波形输出的下降沿个数，当下降沿个数等于k时，系统停止输出，此过程便完成了特定数量脉冲的输出。
25.所述输出控制方法，系统通过外部电源供电后系统开始工作，首先时钟电路、计时器、pwm生成电路等初始化，完成初始参数的设定，此时系统不会输出pwm波；通过按键修改寄存器参数，参数设定根据所需波形输入，同时显示单元会显示当前参数变化；输入参数后，通过开始按键使程序运行，各寄存器和比较器等根据参数输出波形；若需要输出一定脉冲数量的pwm波，则需要通过脉冲数量设定寄存器和下降沿检测电路进行pwm波形的检测，当输出波形的脉冲数量达到设定值时，系统暂停输出，再次点击按键控制电路的发送键，可
再次输出同样参数的pwm波。
26.图1和图2所示的本发明设计的pwm产生电路具有能够任意改变频率、脉冲宽度、脉冲数量的pwm信号，通过设定寄存器的参数值，并进一步在比较器和下降沿检测器中运算，完成特定参数波形的输出。
27.图3所示两种类型的pwm输出波形，输出的波形具体参数与时钟电路的频率相关，时钟电路的输出频率并不固定，可按照实际工程需要调整；计数器计数频率和时钟电路频率相同，在时钟电路输出波形的下降沿计数；图3的左侧部分按键输入周期设定寄存器参数i=9，输入脉冲宽度设定寄存器参数j=5；因此当计数器计数值n=5时，并且在脉冲宽度设定寄存器输出波形的下降沿，pwm输出波形从低电平转化为高电平，当计数器计数值n=9时，并且在周期设定寄存器输出波形的下降沿，pwm输出波形从高电平转化为低电平；以上过程完成了特定一个正周期的波形输出，在脉冲数量设定寄存器和下降沿检测电路不工作的情况下，不断重复以上过程便可连续输出pwm波形；工程需要输出一定脉冲数量的pwm波时，修改脉冲数量设定寄存器参数k即可。
28.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种pwm信号生成电路，其特征在于，包括：时钟电路，产生具有预定频率的第一时钟信号；计数器，对时钟数进行计数，同时具有输出计数器值的功能；pwm生成电路，用于产生特定参数的pwm波形，所述pwm生成电路至少包括一个周期设定寄存器、脉冲宽度设定寄存器、脉冲数量设定寄存器和必要的比较器及下降沿检测器；按键控制电路，用以调整寄存器的内置参数，从而输出特定参数的波形；以及显示电路，用以显示输出波形的频率、脉冲宽度、脉冲数量等参数，作为一个基础的人工交互平台。2.根据权利要求1所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述时钟电路，是单片机外部时钟振荡电路，具有按照需求提供第一脉冲波形的功能，第一脉冲波形，提供最小周期，即最高的输出频率，在第一脉冲波形的周期内中间部分为高电平、两端为低电平。3.根据权利要求1所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述计数器，对时钟周期进行计数，并可输出计数器的数值，如果输入重置信号，计数器将会重新开始计数。4.根据权利要求1所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述pwm生成电路，通过配置特定的寄存器的参数来生成需要的波形，可利用周期设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲频率，脉冲宽度设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲宽度即占空比，脉冲数量设定寄存器改变输出pwm波形的脉冲数量。5.根据权利要求4所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述周期设定寄存器，可通过修改寄存器参数i来改变输出波形的频率，所输入的参数i和计数器中的数值在比较器中进行比较，当达到条件时，pwm生成电路的输出波形在周期设定寄存器输出信号的下降沿由高电平转为低电平。从而完成了一个周期时常的设定。6.根据权利要求4所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述脉冲宽度设定寄存器，可通过修改寄存器参数j，在周期设定寄存器参数的基础上，决定系统输出pwm波形的占空比，所输入的参数j和计数器中的数值在比较器中进行比较，当达到条件时，pwm生成电路的输出波形在脉冲宽度设定寄存器输出信号的下降沿由低电平转为高电平，从而完成一个周期的脉冲宽度的设定。7.根据权利要求4所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述脉冲数量设定寄存器，可通过参数k来决定单次输出pwm波形的脉冲数量，在以上两个步骤完成了输出波形的基本参数之后，脉冲数量设定寄存器可进行输出脉冲个数的限制，通过下降沿检测器检测输出脉冲波形，并且在第k个下降沿的时候停止pwm波形的输出，即完成了一次特定脉冲数量的输出。8.根据权利要求1所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述按键控制电路，在单片机内部程序的设定下，可通过外部键盘改变内部参数i、j、k的值，实现输出pwm波形的参数调整和输出控制。9.根据权利要求1所述的一种pwm信号生成电路，其特征在于：所述显示电路，是一个基础的人机交互平台，用以显示输出pwm波形的脉冲频率、脉冲宽度和脉冲数量。10.一种pwm信号生成电路的输出控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、系统通过外部电源供电后系统；s2、首先时钟电路、计时器、pwm生成电路等初始化，完成初始参数的设定，此时系统不
会输出pwm波；s3、通过按键修改寄存器参数，参数设定根据所需波形输入，同时显示单元会显示当前参数变化；s4、输入参数后，通过开始按键使程序运行，各寄存器和比较器等根据参数输出波形；s5、若需要输出一定脉冲数量的pwm波，则需要通过脉冲数量设定寄存器和下降沿检测电路进行pwm波形的检测，当输出波形的脉冲数量达到设定值时，系统暂停输出，再次点击按键控制电路的发送键，可再次输出同样参数的pwm波。

技术总结
本发明属于信号调制技术领域，尤其为一种PWM信号生成电路，包括：时钟电路、计数器、PWM生成电路、按键控制电路以及显示电路；计数器用以生成N位表示的计数值；PWM生成电路包括周期设定寄存器、脉冲宽度设定寄存器、脉冲数量设定寄存器、比较器及下降沿检测器；按键控制电路用以改变PWM波形的输出参数；显示单元用以显示波形参数。该技术方案通过按键改变波形参数，以确保输出不同工作频率，脉冲宽度和脉冲数量的PWM波形，使之能为多类器件检测、人工智能控制等领域提供可靠的且稳定的脉冲波形，通过上述方法操作，在PWM信号调制过程中，可以按照工程需求提供特定频率、脉冲宽度以及脉冲数量的PWM信号，有效的满足应用场景需求。有效的满足应用场景需求。有效的满足应用场景需求。


技术研发人员：罗景涛
受保护的技术使用者：西安众力为半导体科技有限公司
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/20