一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法，本发明专利技术首先在不添加外部D/A转换芯片来提高输出电压精度的前提下，通过要输出的电压，预先设置微控制器的PWM寄存器的两个相邻占空比的值和微控制器的定时器的定时时间，微控制器根据定时时间进入中断控制PWM寄存器值的改变，使得微控制器输出的单路PWM波为两个相邻不同占空比的PWM波按照定时时间呈现周期的变化；然后将输出的呈现周期变化的PWM波经过PWM整流电路整流再接入到其他需要高精度电压控制的模块上。本发明专利技术采用微控制器内部定时直接控制PWM波的输出，进而来提高PWM整流后输出电压的精度，弥补了8位PWM微控制器输出精度不足的缺陷，降低了使用其他D/A转换芯片所带来的成本。

A method of generating high precision voltage based on pulse width modulation

The invention relates to a method for generating high-precision voltage based on pulse width modulation. Firstly, the value of two adjacent duty cycles of the PWM register of the microcontroller and the timing of the timer of the microcontroller are pre-set by the voltage to be output without adding an external D/A conversion chip to improve the precision of the output voltage. In the meantime, the MCU changes the value of the interrupt control PWM register according to the timing time, so that the single PWM wave output by the MCU changes periodically for two adjacent PWM waves with different duty cycles according to the timing time, and then the output PWM wave with periodic changes is rectified by the PWM rectifier circuit and connected to other needs. High precision voltage control module. The invention adopts a microcontroller to directly control the output of PWM wave at regular intervals, thereby improving the precision of output voltage after PWM rectification, remedying the defect of insufficient output precision of an 8-bit PWM microcontroller, and reducing the cost of using other D/A conversion chips.

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法
本专利技术涉及一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法，属于电子

技术介绍
脉宽调制即脉冲宽度调制(PWM)，是通过改变PWM寄存器使得输出的PWM波的占空比发生改变，进而来精确的控制电压的大小。市面上使用的微控制器的PWM输出大多是8位的，等于是将输出电压按照28＝256来划分成递增间隙，按照最高输出为5V电压来计算，5/256＝0.01953125，这样输出的电压的递增间隔约为0.0195V。在实际工程应用中，这样的电压精度往往是不够的，一般需要控制电压的精度在0.01V左右，即以0.01V为递增间隔。这就需要从其他的方面来提高，例如使用D/A转换芯片来精确控制来输出的电压，换用输出PWM精度更高的微控制器等；但是这就使得成本提高了很多，有的也会多占用微控制器的I/O口，所以使用微控制器自身的资源来提高输出PWM控制的电压精度很有必要的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法，用于在不添加外部D/A转换芯片来提高输出电压精度的前提下，使用微控制器自身的资源来提高PWM整流后输出电压的精度。本专利技术的技术方案是：一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法，首先在不添加外部D/A转换芯片来提高输出电压精度的前提下，通过要输出的电压Vout，预先设置微控制器的PWM寄存器的两个相邻占空比的值N1、N2和微控制器的定时器的定时时间T1、T2，微控制器根据定时时间进入中断控制PWM寄存器值的改变，使得微控制器输出的单路PWM波为两个相邻不同占空比的PWM波按照定时时间呈现周期的变化；然后将输出的呈现周期变化的PWM波经过PWM整流电路整流再接入到其他需要高精度电压控制的模块上。所述预先设置微控制器的PWM寄存器的两个相邻占空比的值N1、N2和微控制器的定时器的定时时间T1、T2的步骤如下：S1、通过要输出的电压Vout，计算出要赋值到PWM寄存器两个相邻占空比的值N1、N2，将N1在微控制器初始化时写入到PWM寄存器中；S2、调节定时时间T1、T2的大小，使得两个相邻占空比的值N1、N2的输出电压V1、V2和要输出电压Vout之间满足一定的关系，计算出定时时间T1、T2；S3、将定时时间T1、T2设置到微控制器的定时器中。所述控制PWM寄存器值的改变的步骤如下：Sa、第一次定时时间T1到，改变PWM寄存器的值为N2；Sb、第二次定时时间T2到，改变PWM寄存器的值为N1，将用于定时的标志flag清零，使定时器重新开始定时；Sc、重复上述Sa、Sb步骤，即可输出呈周期变化的PWM波。所述微控制器的型号为：STC12C5A60S2。所述两个相邻占空比的值N1、N2，取值方法为：根据要输出的电压Vout计算出N的值计算所得N的值为N2、N+1为N1；其中，l为输出PWM精度，V为微控制器输出的最大电压。所述两个相邻占空比的值N1、N2的输出电压V1、V2具体为：其中，l为输出PWM波的位数，V为微控制器输出的最大电压。所述两个相邻占空比的值N1、N2的输出电压V1、V2和要输出电压Vout之间满足一定的关系为：本专利技术的有益效果是：本专利技术采用微控制器内部定时直接控制PWM波的输出，进而来提高PWM整流后输出电压的精度，弥补了8位PWM微控制器输出精度不足的缺陷，降低了使用其他D/A转换芯片所带来的成本。附图说明图1为本专利技术计算N1、N2、T1、T2值的流程图；图2为本专利技术微处理器输出PWM波的流程图；图3为本专利技术两个相邻不同占空比的PWM波按照定时时间呈现周期的变化的波形图；图4为本专利技术PWM整流电路。具体实施方式实施例1：如图1-4所示，一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法，所述方法步骤如下：本实施例中设定要输出的电压Vout以0.01V为间隔递增：0、0.01、0.02、0.03、…、5，而原来的PWM输出只能以0、0.01953125、0.0390625、0.05859375、…、5来输出；可以看出以0.01为递增间隔，其精度有很大的提升。具体的：现假设要输出的电压为2.57V，按照8位的PWM输出控制精度，并且以公式来计算，将Vout＝2.57、l＝8、V＝5带入到上式中，最终计算出来的结果为N＝123，因此有N1为124、N2为123，在两个不同的PWM寄存器值输出结果为：由以上计算结果可知，不管将PWM寄存器的值设置为123还是124，都不能输出完整2.57V，只能输出接近的电压2.578125V。现用本专利技术中的方法来计算T1、T2的值：将上述求得V1、V2的值代入计算公式中计算；则有2.08T2＝2.92T1；假定T1+T2＝500，则有T1＝208us，T2＝292us(T1+T2＝500只是其中的一个假设结果，为了便于计算，也可假设出其他的便于计算的式子；考虑到PWM滤波电路的截止频率，T1、T2的值不宜设置的过大。)。将定时时间T1、T2设置到微控制器的定时器中。微控制器根据定时时间进入中断控制PWM寄存器值的改变，使得微控制器输出的单路PWM波为两个相邻不同占空比的PWM波按照定时时间呈现周期的变化：Sa、第一次定时时间T1到，改变PWM寄存器的值为N2；Sb、第二次定时时间T2到，改变PWM寄存器的值为N1，将用于定时的标志flag清零，使定时器重新开始定时；Sc、重复上述Sa、Sb步骤，即可输出呈周期变化的PWM波。将输出的呈现周期变化的PWM波经过PWM整流电路整流，如图4。即可测得整流后的电压为2.57V。再接入到其他需要高精度电压控制的模块上，提高PWM整流后输出电压的精度。本实施例中，通过上述的方法输出的单路两个相邻不同占空比的PWM波按照定时时间呈现周期的变化的PWM波，经过PWM整流后，使得输出的电压可以控制在以0.01为递增间隔进行变化，保证了对高精度电压控制器件的控制。基于本实施例可知，按照本专利技术方法可使得输出的电压以0.01V，甚至是0.005V为递增间隔来控制输出电压的步进；而原来的以PWM寄存器值直接输出的方法，其步进为0.01953125，递增间隔过大，不利于对需要高精度电压控制器件的控制。例如通过控制变容二极管电压的改变，从而来改变其电容容量。按照本实施例中的以0.01为递增间隔来分别计算出要输出的电压为0、0.01、0.02、0.03、…、5时，N1、N2、T1、T2的值如表1为：表1电压(V)N1N2T1(us)T2(us)0XX∞00.01X2542442560.02254253488120.03254253232268……………2.57125124208292……………4.9821124884.99102562445000∞上表中∞表示总是以该寄存器的值来输出PWM波，不进行定时改变。X表示关闭PWM寄存器的输出，直接以低电压0V输出；以这样的方式来输出主要与微控制器的制作工艺有关，在设置PWM寄存器的值为255时，输出的PWM波并不能完全输出0V的低电平。上面结合附图对本专利技术的具体实施方式作了详细说明，但是本专利技术并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利技术宗旨的前提下作出各种变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法，其特征在于：首先在不添加外部D/A转换芯片来提高输出电压精度的前提下，通过要输出的电压Vout，预先设置微控制器的PWM寄存器的两个相邻占空比的值N1、N2和微控制器的定时器的定时时间T1、T2，微控制器根据定时时间进入中断控制PWM寄存器值的改变，使得微控制器输出的单路PWM波为两个相邻不同占空比的PWM波按照定时时间呈现周期的变化；然后将输出的呈现周期变化的PWM波经过PWM整流电路整流再接入到其他需要高精度电压控制的模块上。

【技术特征摘要】
1.一种基于脉宽调制生成高精度电压的方法，其特征在于：首先在不添加外部D/A转换芯片来提高输出电压精度的前提下，通过要输出的电压Vout，预先设置微控制器的PWM寄存器的两个相邻占空比的值N1、N2和微控制器的定时器的定时时间T1、T2，微控制器根据定时时间进入中断控制PWM寄存器值的改变，使得微控制器输出的单路PWM波为两个相邻不同占空比的PWM波按照定时时间呈现周期的变化；然后将输出的呈现周期变化的PWM波经过PWM整流电路整流再接入到其他需要高精度电压控制的模块上。2.根据权利要求1所述的基于脉宽调制生成高精度电压的方法，其特征在于：所述预先设置微控制器的PWM寄存器的两个相邻占空比的值N1、N2和微控制器的定时器的定时时间T1、T2的步骤如下：S1、通过要输出的电压Vout，计算出要赋值到PWM寄存器两个相邻占空比的值N1、N2，将N1在微控制器初始化时写入到PWM寄存器中；S2、调节定时时间T1、T2的大小，使得两个相邻占空比的值N1、N2的输出电压V1、V2和要输出电压Vout之间满足一定的关系，计算出定时时间T1、T2；S3、将定时时间T1、T2设置到微控制器的定时器中。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵玉斌，杨道福，钱斌，龙华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53