壹、控制模式的討論
1.模擬電路
模擬信號的值可以連續變化，時間和幅度的分辨率不受限制。9V電池是壹種模擬器件，因為它的輸出電壓並不完全等於9V，而是隨時間變化，可以取任意實值。類似地，從電池吸收的電流不限於壹組可能的值。模擬信號和數字信號的區別在於，後者的值通常只能屬於壹組預先確定的可能值，例如{0V。
模擬電壓和電流可以直接用於控制，例如控制汽車收音機的音量。在壹個簡單的模擬收音機中，音量旋鈕與壹個可變電阻相連。當旋鈕轉動時，電阻值變大或變小。流經這個電阻的電流也會增大或減小，從而改變驅動揚聲器的電流值，使音量相應增大或減小。像收音機壹樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。
盡管模擬控制看起來直觀簡單，但它並不總是非常經濟或可行的。其中之壹就是模擬電路容易隨時間漂移，所以很難調整。能夠解決這個問題的精密模擬電路可能會非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設備)且昂貴。模擬電路也可能產生嚴重的熱量，其功耗與工作元件兩端的電壓和電流的乘積成正比。模擬電路也可能對噪聲敏感，任何擾動或噪聲都壹定會改變電流值。
2.數字控制
通過數字控制模擬電路，可以大大降低系統的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經在其芯片上包含了PWM控制器，這使得數字控制的實現更加容易。
簡而言之，PWM是壹種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過使用高分辨率計數器，方波的占空比被調制以編碼特定模擬信號的電平。PWM信號仍然是數字的，因為在任何給定的時刻，全振幅DC電源要麽完全打開。要麽是徹底關了。電壓或電流源以開或關的重復脈沖序列施加於模擬負載。當它打開時，DC電源被施加到負載，當它關閉時，電源被切斷。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以通過PWM進行編碼。
大多數負載(感性或容性)需要高於10Hz的調制頻率。想象壹下，如果燈泡開了5秒然後關了5秒，再開再關....................................................................................................................與負載對開關狀態變化的響應時間相比，開關周期必須足夠短。為了達到調光燈的效果(但保持點亮)，必須提高調制頻率。其他PWM應用也需要相同的要求。通常調制頻率在1kHz到200kHz之間。
3.非線性控制PWM
單周控制方法，也稱為積分復位控制(IRC)，是壹種新型的非線性控制技術。其基本思想是控制開關的占空比，使每個周期開關變量的平均值等於或正比於控制參考電壓。這項技術同時具有調制和控制的雙重性。通過復位開關、積分器、觸發電路和比較器來實現跟蹤命令信號的目的。單周控制器由控制器、比較器、積分器和時鐘組成，其中控制器可以是RS觸發器，其中k可以是任何物理開關或其他可以轉換成開關變量的抽象信號。
單周控制在控制電路中不需要誤差合成，它可以在壹個周期內自動消除穩態和瞬態誤差，使上壹個周期的誤差不會被帶到下壹個周期。硬件電路雖然復雜，但克服了傳統PWM控制方式的缺點，適用於各種脈寬調制軟開關逆變器，具有響應速度快、開關頻率恒定、魯棒性強等優點。另外，單周控制可以優化系統響應，減少失真，抑制電源幹擾，是其中的佼佼者。
4.硬件控制器
許多微控制器包含PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67包含兩個PWM控制器，每個控制器都可以選擇導通時間和周期。占空比是導通時間與周期的比值，調制頻率是周期的倒數。
雖然具體的PWM控制器在編程細節上有所不同，但其基本思想通常是相同的。
5.通信和控制
PWM的壹個優點是從處理器到受控系統的信號是數字形式的，不需要數模轉換。將信號保持在數字形式可以最小化噪聲的影響。只有當噪聲強到足以將邏輯1變為邏輯0或邏輯0變為邏輯1時，它才會影響數字信號。
抗噪聲能力的增強是PWM相對於模擬控制的另壹個優勢，這也是PWM在某些時候用於通信的主要原因。從模擬信號切換到PWM可以大大延長通信距離。在接收端，調制的高頻方波可以被濾除，信號可以通過適當的RC或LC網絡恢復為模擬形式。
PWM廣泛應用於許多系統中。作為壹個具體的例子，讓我們檢查壹個由PWM控制的制動器。簡單來說，剎車就是把東西夾緊的裝置。許多制動器使用模擬輸入信號來控制夾緊壓力(或制動力)。施加到制動器上的電壓或電流越大，制動器產生的壓力就越大。
PWM控制器的輸出可以連接到電源和制動器之間的開關。要產生更大的制動力，只需通過軟件增加PWM輸出的占空比即可。如果要產生特定的制動壓力，則需要通過測量來確定占空比和壓力之間的數學關系(獲得的公式或查找表可用於控制溫度、表面磨損等)。).
例如，如果制動器上的壓力設置為100psi，軟件將進行反向查找，以確定產生該壓力的占空比。然後，將PWM占空比設置為這個新值，制動器可以做出相應的響應。如果系統中有傳感器，可以通過閉環控制調節占空比，直到準確產生所需的壓力。
移位器代替機械電位器，但會增加成本。產生PWM波形的第二種方法是使用ADμC824 MicroConverter。除了提供兩路PWM信號輸出，它還集成了幾個ADC、幾個DAC、壹個8052兼容型微控制器和閃存。您可以配置分辨率高達16位的PWM。然而，編程頻率會影響PWM的分辨率。PWM的頻率和分辨率如下:FPWM=16.777 MHz/N，其中N為分辨率，單位為位。
基於32 kHz晶體振蕩器，內部PLL可以獲得16.77MHz的參考時鐘。該參考時鐘對PWM的輸出信號進行采樣。如上所述，n是PWM的分辨率，即位數。為了實現16位的分辨率，PWM的最大頻率為266Hz。當頻率為200kHz時，分辨率會下降到6位左右。所以，AD μ C88。
二、時序/計數器PWM設計要點
根據PWM的特點，利用ATmega128的定時器/計數器設計輸出PWM時，需要註意以下幾點:
1.首先要根據實際情況確定要輸出的PWM頻率的範圍，這個範圍與被控對象有關。如果用輸出的PWM波來控制燈的亮度，PWM的頻率應該高於42Hz，因為人眼無法分辨42Hz以上的頻率，否則人眼會註意到燈的閃爍。
2.然後根據需要PWM的頻率範圍確定ATmega128定時器/計數器的PWM工作模式。AVR定時器/計數器的PWM模式可分為快速PWM和頻率(相位)調整PWM。
3.快速PWM可以輸出頻率相對較高的PWM，但占空比的調節精度稍差。此時計數器只工作在單向正向計數模式，計數器的上限值決定PWM頻率，比較匹配寄存器的值決定占空比。PWM頻率的計算公式為:PWM頻率=系統時鐘頻率/(分頻系數*(1+計數器上限值))
4.快速PWM模式適合要求高輸出PWM頻率，但頻率固定，占空比調整精度不高的應用。
5.頻率(相位)調整PWM模式在占空比調整上精度較高，但輸出頻率相對較低，因為此時計數器只工作在雙向計數模式。同樣，計數器的上限值決定PWM頻率，比較匹配寄存器的值決定占空比。PWM頻率的計算公式為:
PWM頻率=系統時鐘頻率/(分頻系數*2*計數器上限))
6.相位調整PWM模式適合要求低輸出PWM頻率，但頻率固定且占空比調整精度高的應用。調整占空比時，PWM的相位會相應改變。
7.頻率和相位調整PWM模式適用於要求低輸出PWM頻率、可變輸出頻率和高精度占空比調整的應用。此時需要註意的是，不僅占空比調整時，PWM的相位也會相應變化；壹旦計數器的上限發生變化，即PWM的輸出頻率發生變化，PWM的占空比和相位也會隨之變化。
8.在PWM模式下，計數器的上限有固定的0xFF(8位T/C)；用戶設置的0xFF、0x1FF、0x3FF(16位T/C)或0x0000-0xFFFF，設置值在16位T/C的ICP或OCRA寄存器中，比較匹配寄存器的值與計數器上限的比值為占空比。
三、PWM應用設計參考
下面給出了壹個設計示例，其中PWM用於產生幅度為0-Vcc/2的約1KHz的正弦波。
首先，根據以下公式建立正弦波樣本表。樣表將壹個正弦波周期劃分為128個點，每個點用7位量化(127對應最高振幅VCC/2):f(x)= 64+63 * sin(2πx/180)x∑[
如果在壹個正弦波周期中使用128個樣本，則對應於1KHz的正弦波PWM的頻率為128KHz。實際上，根據采樣頻率至少是信號頻率兩倍的采樣定理，PWM頻率的理論值只有2KHz。考慮到盡可能提高PWM的輸出精度，實際設計中使用的PWM的頻率為16KHz，即在壹個正弦波周期(1KHz)內輸出16個正弦波樣本值，也就是說每8個點取出128個點的正弦波樣本表中的壹個點作為PWM的輸出。