PWM基带数字信号调制和解调方法探究

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1、PWM基带数字信号调制和解调方法探究摘要：通过分析PWM基带数字信号的调制与解调原理，提出了利用555定时器实现PWM调制，并利用巴特沃斯滤波器来实现解调功能。先利用MultisimlO对电路进行仿真设计，确定其实际可行性。然后利用Protel99SE对电路进行PCB设计，再利用刻板机进行PCB刻制，焊上元器件并调试，最后的电路测试结果表明，该电路较好实现了PWM信号的调制与解调。Abstract：ByanalyzingthePWMbasebanddigitalsignalmodulationanddemodulationprinciple,proposeduse

2、ofthe555timertorealizePWMmodulationanduseofButterworthfilterachievedemodulationfunctions・ThefirstuseMultisimlOcircuitsimulationdesigntodeterminetheactualfeasibility.AndthenuseProtel99SEcircuitPCBdesign,reuserigidmachinePCBengraving,weldingoncomponentsanddebugging,thefinalcircuittestre

3、sultsshowthatthecircuitisbettertoachieveaPWMsignalmodulationanddemodulation.关键词：PWM；555定时器；调制；解调Keywords：PWM；555Timer；modulation；demodulation中图分类号：TN911.72文献标识码：A文章编号：1006-4311(2013)14-0222-040引言随着现代通信中，数字电路的大量应用，PWM基带信号作为信息处理的中间信号或辅助信号，在实际数字通信终端中是很常见的。由于PWM信号的抗噪声性强，经济，节约空间等优点，目前被很多领域

4、广泛使用。PWM的一个优点就是从处理器到被控系统，信号都是数字形式的，不需要进行数模转换，信号以数字的形式进行传递可以将噪声的影响降到最低，因此实际的模拟信号在传输时大多是先转化为数字信号。传统的模拟信号调制成PWM信号的过程比较复杂，其大致设计方法将输入的模拟信号经过瞬时抽样，再通过比较器输出⑴。此电路相对比较繁琐，因此我们尝试通过555定时器的运用寻找一种简便的方法用来实现PWM信号的调制。1555定时器调制PWM信号的原理1.1电路结构与原理PWM基带信号调制的电路，由一个555定时器、三个电阻和一个电容构成的，主要功能是将输入的模拟信号转变成数字信号输出。

5、只要将施密特触发器的反相输出端经RC积分电路再接回到它的输入端，便构成了单稳态振荡器。图1为PWM信号调制的原理图，在555定时器的控制端加上一个变化电压Vk进行一系列的调节后，两个比较器的参考电压就发生了变化。当两个参考电压变大或减小后，555电路的阈值电压和触发电压就跟着发生了增大或减小，振荡电路的振荡频率就随之发生了相应的变化，矩形波的宽度就随着控制端输入模拟信号Vk的电压变大而变大，随着输入模拟电压变小而变小，就可以实现PWM—脉冲宽度调制。图1中555定时器的5号脚输入模拟信号，经过PWM信号产生电路，在定时器的3号脚上便可产生PWM信号。1.2PWM电

6、路性能分析1.2.1PWM的脉宽与调制信号Vk的关系由RC电路的分析可知：在电容上的电压UC从充、放电开始到变化至某一数值UTH所经过的时间可以用公式(1)计算：t=RClnH(1)其中，UC(0)是电容电压的起始值，UC(8)是电容电压充、放电的终了值。PWM电路的输出脉宽随Vk瞬时值变化。由于555定时器控制端加入不同的电压值，将会有不同的阈值电压和触发电压，每次电容充放电所对应的Uc(0)和UTH将会有所不同,所以才会产生不同的电压幅值对应不同的脉冲宽度。1.2.2周期T0与调制信号频率的关系对产生的PWM信号要实现理想的解调，PWM的输出脉冲应反映调制信号

7、的特征。设调制信号的最高频率为fcmax,根据抽样定理，触发信号的频率f0=l/T0>2fcmax,即触发信号周期TO4.2PCB实现根据PCB线路文件，利用线路板刻制机制作PCB,并进行元器件组装，得到的硬件设计实物图如图4所示。5电路仿真设计与硬件测试结果对比5.1PWM信号产生电路性能测试下面从仿真设计的结果和硬件实现结果两方面比较PWM调制电路的性能。图5和图6为PWM调制电路的仿真设计结果，以上两图中通道A为模拟信号波形，分别为输入的正弦波和三角波信号，其周期均为20ms,幅值均为2V,通道B为数字信号脉冲，即为PWM基带信号的波形，从图中可以看出在输入

8、模拟信号幅