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1.脈寬調(diào)制原理

2.調(diào)制器的設計思想

3.具體實施設計

1.脈寬調(diào)制原理:

脈寬調(diào)制波通常由一系列不同比值空的矩形脈沖組成，與信號的瞬時采樣值成正比。圖1示出了脈寬調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖和波形圖。該系統(tǒng)由一個比較器和一個周期為Ts的鋸齒波發(fā)生器組成。如果語音信號大于鋸齒信號，比較器輸出一個正常數(shù)字A，否則輸出0。因此，從圖1可以看出，比較器輸出一系列下降沿調(diào)制的脈寬調(diào)制波。

從圖1b的分析可以看出，產(chǎn)生的矩形脈沖的寬度取決于在下降沿時間t k的語音信號的幅度值。因此，采樣值之間的時間間隔是不均勻的。即使是采樣信號也可以通過在系統(tǒng)的輸入端插入采樣保持電路來獲得，但是對于實際的tk-kts

X{t}是離散的語音信號；Ts為采樣周期；未調(diào)制的寬度；m是調(diào)制指數(shù)。

但是，如果矩形脈沖近似如下:脈沖幅度為a，中心在t = k Ts，相鄰脈沖之間的變化較慢，那么脈寬調(diào)制波xp(t)可以表示為:

其中，。沒有頻譜分析，從等式(2)可以看出，脈寬信號由語音信號x(t)加上DC分量和相位調(diào)制波組成。此時，相位調(diào)制引起的信號重疊可以忽略，因此脈寬調(diào)制波可以直接由低通濾波器解調(diào)。

二、數(shù)字脈寬調(diào)制器的實現(xiàn):

實現(xiàn)數(shù)字脈寬調(diào)制器的基本思路見圖2。

圖中，在時鐘脈沖的作用下，周期計數(shù)器的5位輸出逐漸增大。5位數(shù)字調(diào)制信號由寄存器控制，并持續(xù)與周期計數(shù)器的輸出進行比較。當調(diào)制信號大于周期計數(shù)器的輸出時，比較器輸出高電平，否則輸出低電平。周期計數(shù)器循環(huán)一個周期后，向寄存器發(fā)送使能信號en，寄存器發(fā)送下一組數(shù)據(jù)。在每個計數(shù)器計數(shù)周期中，由于輸入調(diào)制信號的大小不同，比較器輸出端輸出的高電平數(shù)量也不同，從而產(chǎn)生空比例不同的脈寬調(diào)制波。

圖3

為了使矩形脈沖的中心近似在t=kTs，計數(shù)器產(chǎn)生的數(shù)字碼不是按順序從小到大或從大到小變化，而是將數(shù)據(jù)分為偶數(shù)序列和奇數(shù)序列。在一個計數(shù)周期內(nèi)，偶數(shù)列從小到大變化，直到達到最大值，然后對奇數(shù)列進行計數(shù)，由大到小變化。如圖3例子所示。

奇偶序列的生成方法是將計數(shù)器的最后一位作為比較數(shù)據(jù)的最低位。在一個計數(shù)周期內(nèi)，前半個周期計數(shù)器輸出的最低位為0，其他高位依次遞增，則生成的數(shù)據(jù)為偶數(shù)序列；在周期的后半段，輸出的最低位為1，其他高位依次遞減，生成的數(shù)據(jù)是依次遞減的偶數(shù)序列。具體電路可由以下電路圖表示:

三、8051中的PWM模塊設計:

應該叫適合語音處理的PWM模塊，輸出引腳要接積分電路。輸出波形適合語音處理。設計精度為8位。

脈寬調(diào)制模塊應包括:

1.比較部分(比較):

2.計數(shù)器:

3.狀態(tài)和控制信號寄存器/控制器(PWM _ CTRL)；

1)狀態(tài)產(chǎn)品寄存器:(Flags)，地址:e8h

① en: PWM模塊啟動位，設置為‘1’將使PWM模塊開始工作；

②(保留空備用)

③ ④解調(diào)速率標志位:00–無分頻；01–2分頻；10–10分頻；除以11–16。(復位后00)

⑤(保留空備用)

⑥(保留空備用)

⑦(保持空備用)

⑧(保留空備用)

注意:在位操作的情況下，該寄存器可以被寫入和讀??；只能在字節(jié)操作模式下讀取。

2) DataStore，地址:F8H；

注意:該寄存器值不可讀，只能寫入。

4.端口:

1)數(shù)據(jù)總線(data bus)；(雙向)

2)地址總線(addr總線)；(英寸)

3) PWM波輸出端口(PWM輸出)；(輸出)

4)控制線:

① CLK:時鐘；(英寸)

②復位:異步復位信號；(低電平有效)

③ WR:寫PWM RAM信號；(IN為低電平有效)；

④ RD:讀取PWM RAM信號；(低電平有效)

⑤完成:接收反饋信號；(輸出高電平有效)

⑥ INT:中斷應用信號；(輸出低電平有效)

⑦InTersp:中斷響應信號；(低電平有效)

8字節(jié)位:字節(jié)/位操作控制信號(in1-byte 0-bit)；

⑨⑩

如果中斷占用相當于MCU8051的外部中斷2，可以保證“讀取數(shù)據(jù)”中斷將在5個指令周期內(nèi)響應。

PWM模塊的用法:由于8051外部中斷1被占用，在不使用該模塊時，外部中斷2應該屏蔽。脈寬調(diào)制模塊產(chǎn)生的中斷請求可以視為“接受數(shù)據(jù)”的信號。中斷方法如下:“中斷讀取數(shù)據(jù)的過程”。使用PWM模塊，首先要將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)部地址8FH的數(shù)據(jù)寄存器，然后將地址8EH的狀態(tài)寄存器的最低位(0)置為‘1’，即PWM模塊開始工作，輸出PWM調(diào)制波(如TIMER模塊)。在輸出PWM調(diào)制波的過程中，要及時將下一個調(diào)制數(shù)據(jù)寫入PWM，保證PWM連續(xù)運行，輸出波形連續(xù)。(有待改進)

中斷讀取數(shù)據(jù)的過程:

PWM模塊可以讀取數(shù)據(jù)，申請中斷信號int設為‘0’，等待8051響應；

8051收到中斷申請后，做出中斷響應，將IntResp信號線設置為‘0’；

PWM模塊收到IntResp信號后，將中斷應用信號int復位為‘1’，等待8051通知讀取數(shù)據(jù)WR信號；

8051取出所需數(shù)據(jù)，放在數(shù)據(jù)總線上，并將WR信號設置為“0”；

脈寬調(diào)制模塊發(fā)現(xiàn)WR信號為“0”，從數(shù)據(jù)總線讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器，并將完成位設置為“1”；

8051發(fā)現(xiàn)DONE信號跳轉(zhuǎn)變?yōu)椤?’，釋放數(shù)據(jù)總線；

脈寬調(diào)制模塊完成當前輸出周期，并將完成復位為“0”，此時當前數(shù)據(jù)寄存器可以再次接受數(shù)據(jù)輸入。

注意事項:

1)輸出PWM信號的高電平部分必須在一個輸出周期的中間，不能偏離，否則輸出語音經(jīng)過低通后會嚴重失真。

2)對于8位精密PWM，每個輸出周期占用256(28)個機器周期，但至少有22個指令周期，其中包括256個機器周期，即264(22*12)個機器周期。由于語音信號的連續(xù)性，與256和264不同的8個機器周期不能丟失空，否則會產(chǎn)生輸出信號。按照256/264的比例放大要輸出的數(shù)字量是不可行的，因為如果由于這樣的非整數(shù)放大，放大倍數(shù)很小，那么重新量化后就會忽略小數(shù)部分，造成失真。比如輸出數(shù)是16，放大后是16.5，很難選擇。

所以采取了以下措施:模塊以時鐘周期為標準，與TMBus無關，即與8051部分基本異步工作。讀取數(shù)據(jù)的方式是每次讀取足夠的數(shù)據(jù)段，并存儲在模塊中的RAM中(每次暫定讀取8個字節(jié))。存儲的字節(jié)數(shù)必須確保在這段數(shù)據(jù)的脈寬調(diào)制輸出期間，有足夠的時間繼續(xù)從內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)。由于8051的外部中斷2被占用，中斷應用可以在3個指令周期(36個時鐘周期)內(nèi)響應，PWM模塊處理一個數(shù)據(jù)需要256個時鐘周期，因此可以保證PWM模塊順序讀取數(shù)據(jù)的中斷能夠及時響應，而不影響調(diào)制信號的連續(xù)性。

rdram過程是異步的。

4)輸出后數(shù)據(jù)寄存器不會自動清零。通過將標志(0)寫入“0”，可以停止脈寬調(diào)制模塊繼續(xù)工作。

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