在没有微控制器的情况下生成 PWM 的最简单方法是什么?

电器工程 脉宽调制
2022-01-03 02:51:11

在没有微控制器来控制伺服电机的情况下生成 PWM 的快速而优雅的方法是什么?用电位器或其他方式来控制固定周期的占空比。

  • 对不起,我想控制一个爱好伺服。
4个回答

我推荐 (GASP!) 555 Timer in "astable" mode你会在链接中找到你需要的一切,但我在这里复制它们只是为了你!

不稳定模式为您提供可变的 PWM 频率,并允许调整占空比(链接中的高时间和低时间方程)。

电路:

555 定时器,非稳态模式

注意:我会在 Vcc(正极引线)和 GND(负极引线)之间添加一个电解电容,以减少电源电压骤降的影响。

PWM频率:

555定时器在非稳态模式下的输出频率

与这篇文章中的其他人相比,我的回答有些辩护。大多数其他答案需要中间波形来生成可变 PWM 信号,例如常见的三角波/比较器方法。我认为构建三角波发生器(一个重要的电路本身)并没有什么意义,只是作为解决问题的中间步骤。

555 是一款出色的模拟芯片,可以满足您的需求。我希望人们不要那么讨厌他们。

三角波。比较器。控制阈值。这是做到这一点的基本方法。

然而,如果你想控制一个爱好伺服,这不是最好的方法。占空比在 5% 到 10% 之间变化(20ms 周期内 1ms 到 2ms 脉冲宽度),这很短,您很可能希望以某种精度对其进行控制。在 5V \$_{PP}\$三角形上,您必须在 4.5V 和 4.75V 之间改变比较器的阈值。任何偏差,您将无法在整个范围内控制伺服。这需要精密组件。此外,三角波发生器需要 2 个运算放大器,然后是比较器。还有更好的方法。

在此处输入图像描述

首先生成一个 50Hz 的方波。最简单的方法:

在此处输入图像描述

对于 74HC1G14,一个 250k \$\Omega\$电阻器和一个 100nF 电容器将为您提供 20ms 的周期。

将方波馈入 MMV(单稳态多谐振荡器)。您可以使用 LM555 执行此操作,或使用74HC123A之类的逻辑设备。如果您使用后者,脉冲时间由\$R_{EXT}\$\$C_{EXT}\$ 定义

\$ T = R_{EXT} \times C_{EXT} \$

\$\mu\$ s 中的时间,k \$\Omega\$中的 R和 nF 中的 C。

要获得在 1ms 和 2ms 之间变化的脉冲宽度,请使用 C = 100nF,并且 R = 10k \$\Omega\$与 10k \$\Omega\$电位计串联。

我可以用两个 LM555 来做到这一点,但我需要更多的外部组件。

编辑(关于微控制器)
我同意奥林(见评论),排除微控制器是短视的(奥林说“傻”)。曾经有一段时间,微控制器的开发很复杂,但今天已不再如此。你也可以花几欧元就拥有一个编程接口。该解决方案看起来如此简单,以至于没有非控制器解决方案可以与之竞争:您在 SOT23-6 中使用ATTiny5(Olin 使用 PIC10F220)。将去耦电容连接到电源连接,将电位计连接到 ADC 输入。而已!3(三)个组件。将 ADC 读数转换为脉冲宽度输出非常简单,即使对于初学者来说也几乎是荒谬的。

一旦您开始使用它们,您会发现微控制器通常提供比其他 IC 或分立元件更简单、更灵活的解决方案。

注释
从您的另一个问题中,我看到您确实使用微控制器。为什么要在这里避开它们?

Ye Olde Phashioned 制作具有模拟控制占空比的 PWM 的方法是将模拟控制信号与三角波进行比较。您制作了一个以所需 PWM 频率运行的三角波发生器。这被馈送到比较器的负输入,模拟控制信号被馈送到正输入。结果是全高或全低,但占空比与控制信号成线性比例。例如,早期的 D 类音频放大器就是根据这一原理工作的。

在很多情况下,PWM 不需要超线性,因此三角波不必具有完美的直边。允许它们稍微指数化可以简化电路。

添加:

Mark Rages 指出,当您说“伺服电机”时,您可能指的是模型飞机等使用的小型位置控制的爱好电机。我的回答适用于控制电机,假设您的模拟电压与您想要驱动电机的强度成正比。它不适用于这些“爱好伺服器”。这些不是由该术语的常识中的 PWM 控制,而是由通常需要每 20 到 50 毫秒左右重复 1 到 2 毫秒的脉冲宽度控制。如果这个问题真的是关于爱好伺服器的,那么应该修复它以明确这一点。

产生 PWM 信号的最简单方法是将锯齿波或三角波馈入模拟比较器的一个输入端,并将控制电压馈入另一个输入端。如果无法获得纯三角波,则可以通过将方波通过 RC 滤波器来合理地逼近三角波,使滤波器的输出在大约 1/4VDD 和 3/4VDD 之间摆动,然后调整控制电压输入比较器,使应产生 0.01% 占空比的控制电压转换为滤波方波的最低电压,而应产生 99.99% 占空比的控制电压将转换为滤波后的最高电压方波。这将产生一个与幅度不是完全线性成比例的脉冲宽度,但对于许多用途来说足够接近。