CN108347236B - Pwm信号转换方法和转换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种PWM信号转换方法和转换系统，该方法包括：获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息；根据所述PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息得到所述PWM输入信号的频率和占空比；根据所述PWM输入信号的频率和占空比，以及信号变化需求得到PWM输出信号；将所述PWM输出信号发送给第二PWM装置，以便所述第二PWM装置根据所述PWM输出信号运行。本发明的方法可以实现不同单片机之间的匹配控制，还可以对PWM输入信号进行线性变换和非线性变换；通过滤除杂波提升信号变换的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及功率控制与变换领域，特别涉及一种PWM信号转换方法和转换系统。
背景技术
PWM(Pulse—Width Modulation)即脉冲宽度调制，具有控制简单、灵活和动态响应好等优点，被广泛应用于测量、通信、功率控制与变换等领域，尤其在机器人、无人机、车辆、化工领域的电器控制中，起着越来越重要的作用。
PWM信号的主要属性包括：频率(或周期)和占空比(或高电平时间)。根据目前现状发现，不同厂家生产的PWM控制器与从属设备，其信号属性会略有差异，正因如此，难以实现不同厂家控制器和从属设备的互相匹配，无从实现设配匹配的优化性设计。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种PWM信号转换方法，该方法可以实现不同单片机之间的匹配控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种PWM信号转换方法，包括以下步骤：获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息；根据所述PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息得到所述PWM输入信号的频率和占空比；根据所述PWM输入信号的频率和占空比，以及信号变化需求得到PWM输出信号；将所述PWM输出信号发送给第二PWM装置，以便所述第二PWM装置根据所述PWM输出信号运行。
进一步的，还包括：监测所述PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；如果所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则进一步判断所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；如果所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则根据所述预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比，以及所述信号变化需求调整所述PWM输出信号；将调整后的PWM输出信号发送给第二PWM装置，以便所述第二PWM装置根据调整后的PWM输出信号运行。
进一步的，如果所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比未发生改变，则判断为所述信号突变且不调整所述PWM输出信号。
进一步的，所述信号变化需求包括对所述PWM输入信号进行线性变换和非线性变换。
进一步的，所述信号变化需求包括对所述PWM输入信号进行线性变换和非线性变换。
相对于现有技术，本发明所述的PWM信号转换方法具有以下优势：
本发明所述的PWM信号转换方法，通过采集第一PWM装置输出的PWM输入信号和信号变化需求得到PWM输出信号并发送给第二PWM装置，以实现不同单片机之间的匹配控制；可以对PWM输入信号进行线性变换和非线性变换；通过滤除杂波提升信号变换的准确性。
本发明的另一个目的在于提出一种PWM信号转换系统，该系统可以实现不同单片机之间的匹配控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种PWM信号转换系统，包括：PWM输入信号获取模块，用于获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息；PWM输出信号发送模块，用于向第二PWM装置PWM输出信号，以便所述第二PWM装置根据所述PWM输出信号运行；控制模块，所述控制模块用于根据所述PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息得到所述PWM输入信号的频率和占空比，所述控制模块还用于根据所述PWM输入信号的频率和占空比以及信号变化需求得到所述PWM输出信号。
进一步的，所述控制模块还用于当所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则进一步判断所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；如果所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则根据所述预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比，以及所述信号变化需求调整所述PWM输出信号。
进一步的，所述控制模块还用于当所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比未发生改变，则判断为所述信号突变且不调整所述PWM输出信号。
进一步的，所述信号变化需求包括对所述PWM输入信号进行线性变换和非线性变换。
进一步的，还包括：滤波模块，用于滤除所述PWM信号转换系统中的杂波。
所述的PWM信号转换系统与上述的PWM信号转换方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的PWM信号转换方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的PWM信号转换方法中PWM输入信号和PWM输出信号的对比图；
图3为本发明另一个实施例的PWM信号转换方法中PWM输入信号和PWM输出信号的对比图；
图4为本发明一个实施例的PWM信号转换方法中PWM信号转换的原理图；
图5为本发明实施例所述的PWM信号转换系统的结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，根据本发明一个实施例的PWM信号转换方法，包括如下步骤：
S1：获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息。
具体地，将第一PWM装置与用于信号采集的单片机的外部中断引脚连接，以获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息。
S2：根据PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息得到PWM输入信号的频率和占空比。
具体地，通过捕获PWM输入信号的上升沿和下降沿触发系统中断，进而计算PWM输入信号的频率和占空比。
S3：根据PWM输入信号的频率和占空比，以及信号变化需求得到PWM输出信号。
在本发明的一个实施例中，信号变化需求包括对PWM输入信号进行线性变换和非线性变换。可改变原有主机PWM信号的输出属性，达到满足现有从机设备的控制需求。同时可将原有信号转变为非线性输出，提高现有设备的应用范围。例如以下3个具体示例：
(1)PWM输入信号：频率100Hz，占空比10％；PWM输出信号：频率10Hz，占空比10％；
(2)PWM输入信号(设备1)：PWM输入信号：频率10Hz，高电平1-10ms；PWM输出信号(设备2)：频率10Hz，高电平0.09x2+0.01x+0.9ms(其中x为主机的高电平时间)，输出高电平曲线(如图2所示)；
(3)PWM输入信号(设备1)：PWM输入信号：频率10Hz，占空比1％～10％；PWM输出信号(设备2)：频率10Hz、占空比0.0013x5-0.036x4+0.3255x3-1.0202x2+1.5109x+0.2133％(其中x为主机占空比)，输出占空比曲线(如图3所示)。
S4：将PWM输出信号发送给第二PWM装置，以便第二PWM装置根据PWM输出信号运行。
根据本发明实施例的PWM信号转换方法，通过采集第一PWM装置输出的PWM输入信号和信号变化需求得到PWM输出信号并发送给第二PWM装置，以实现不同单片机之间的匹配控制
进一步地，本发明实施例的PWM信号转换方法还包括以下步骤：
监测PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；
如果PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则进一步判断PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；
如果PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则根据预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比，以及信号变化需求调整PWM输出信号；
将调整后的PWM输出信号发送给第二PWM装置，以便第二PWM装置根据调整后的PWM输出信号运行。
在本发明的一个实施例中，如果PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比未发生改变，则判断为信号突变且不调整PWM输出信号。
根据本发明实施例的PWM信号转换方法，通过监测PWM输入信号的频率和占空比是否发生变化，将变化之前PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比进行比较，如果未发生变化则判断为信号突变，维持PWM输出信号不变；如果发生变化，则按照变化后PWM输入信号的频率和占空比，以及信号变化需求调整PWM输出信号，实现动态PWM输出信号的动态调整。
在本发明的一个实施例中，在获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息之前还包括：滤除PWM变换线路中的杂波，保证PWM信号转换的平稳运行。
图4为本发明一个实施例的PWM信号转换方法中PWM信号转换的原理图。如图4所示，在本发明的一个实施例中，包括内置电源、稳压模块、LCD显示屏、输入\输出模块、控制模块和矩阵键盘。
其中，图4中“+”极处与GND间可连接0～40V外载电源，经由稳压模块后输出5V电压，用于分别给输入/输出模块、控制模块以及LCD显示屏供电。稳压模块输出电源与地线间设置有一个0.1μF的电容(如稳压模块至各模块间的布局较远，可在输入/输出模块和控制模块VCC引脚处与地线间各接0.1μF电容一个)，用于滤除电源杂波，保证各模块的平稳运行。
内置电源经由充放电模块与稳压模块共同连至0～40V外载电源，使内置电源在有、无外载电源情况下均可运行，而外载电源接通情况下，可同时保障模块运行并为内置电源充电。
本实施例的具体运行模式如下：
(1)将主机(相当于上述实施例中的第一PWM装置，下同)输出的PWM输入信号与输入/输出模块的外部中断引脚连接，通过捕获PWM输入信号的上升沿和下降沿触发系统中断，进而计算PWM输入信号的频率和占空比。
(2)输入/输出模块将主机的PWM输入信号的频率和占空比存至RAM，并通过USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，时钟发生器、数据发送器和接收器)通讯传送至控制模块，继而显示至LCD屏的数据区域1(注：LCD屏的显示内容完全受控于控制模块)。
(3)控制模块根据LCD屏综合显示区的变化要求和公式对主机参数(频率、占空比)进行计算，其计算结果(频率、占空比)显示至LCD屏的数据区域2，并经由USART通讯反馈至输入/输出模块。
(4)输入/输出模块根据反馈的计算结果输出对应的PWM输出信号至从机(相当于上述实施例中的第二PWM装置，下同)，使从机运转，并将PWM输出信号保存至RAM(计算结果与主机的信号参数独立保存)。
(5)输入/输出模块对主机的PWM输入信号进行持续捕获，并将其信号参数(频率、占空比)与RAM中的数据进行对比，如果保持不变，则输入/输出模块根据RAM中存储的计算结果进行持续输出，并停止与控制模块进行USART通讯，LCD屏显示内容保持不变，此步骤可在输入信号平稳情况下，有效减少输入/输出模块和控制模块的通讯次数。
(6)当输入/输出模块捕获的主机信号与RAM中的存储数据不同时，则持续捕获该异常数据5个周期后的PWM信号参数(频率、占空比)，在此期间，输入/输出模块的输出内容和LCD屏的显示内容保持不变，输入/输出模块与控制模块无USART通讯。如果5个周期后捕获的信号参数与RAM中存储的输入数据相同，则判定先前的捕获数据为信号突变，输入/输出模块的输出内容和LCD屏的显示内容保持不变；如果5个周期后捕获的信号参数与RAM中存储的输入数据不同，则判定为主机PWM信号的主动变化，此时所有模块按照步骤(1)至步骤(4)持续运行，直至连续5个周期内，输入/输出模块捕获的主机信号参数相同，输入/输出模块与控制模块方可停止USART通讯，输入/输出模块的输出内容和LCD屏的显示内容保持不变，并按步骤(5)至步骤(6)持续运行。
(7)针对由主机到从机，需要进行PWM信号频率变更的，可分为两种情形：
a)低频变高频，按照步骤(1)至步骤(6)运行；
b)高频变低频，输入/输出模块则需按照设定的低频频率进行捕获、计算和USART通讯，并改变步骤(6)中“5个周期”值的使用方式：按照低频频率捕获到信号属性发生变更，则开启USART通讯，控制模块反馈结果，更新RAM数据并输出PWM信号，而捕获的信号属性5个低频周期内保持不变，方可停止USART通讯，输入/输出模块的输出内容和LCD屏的显示内容保持不变。
EEPROM为电可擦可编程只读存储器，其数据以组为单位，用于储存不同PWM信号的变化形式及其公式，对计算结果不保存，其数据不随模块断电而消失。根据PWM信号的变化形式、公式编辑以及EEPROM通讯，具体方式如下：
(1)所有PWM信号的处理信息均显示于LCD屏的“综合显示区”。
(2)PWM信号的基本变化形式分为频率、占空比两部分，具体内容如表1所示。
表1 PWM信号变化情况表
(3)PWM信号的线性或非线性(高阶)处理，此过程不对PWM信号的频率再做更改，即从机接收固定频率f从的PWM信号；更改内容基于主机信号占空比(高电平时间)数据进行公式计算，其计算结果连同f从数据显示于LCD屏并反馈至输入/输出模块以供保存(RAM)、输出。其处理公式将自动保存或替换至EEPROM，以供后期查询、使用、编辑、替换、
(4)LCD屏综合显示区，各可编辑项、选项的更改，以及再处理公式、从机频率的变更，由连接控制模块的5×5矩阵键盘录入，如表2所示：
表2矩阵键盘表
在表2中，x表示再处理参数(根据再处理选项分别对应占空比为n从；高电平TH；低电平TL)，参数为高、低电平的，其计算结果将自动由控制模块转换为占空比显示、输出；^为乘方符号；del为删除符号；←、→、↑、↓分别为光标左、右、上、下移动一格；Enter为确认键。
(5)如无公式输入，则公式区域显示为x，即再处理参数保持不变，并显示输出。
(6)由于参数在处理，涉及到的公式及其特性曲线有时过于复杂，需要仔细核对从机接收参数(频率、占空比)是否会根据主机参数(频率、占空比)的行程区间进行有效输出利用，如果最终计算的占空比n从(控制模块选项为高、低电平数据，最终由模块根据频率自动计算为占空比)结果为负数，则取值为0，超过100％，则取值99％。
根据本发明实施例的PWM信号转换方法，通过采集第一PWM装置输出的PWM输入信号和信号变化需求得到PWM输出信号并发送给第二PWM装置，以实现不同单片机之间的匹配控制；可以对PWM输入信号进行线性变换和非线性变换；通过滤除杂波提升信号变换的准确性。
图5是根据本发明一个实施例的PWM信号转换系统的结构框图。如图5所示，根据本发明一个实施例的PWM信号转换系统，包括：PWM输入信号获取模块510、PWM输出信号发送模块520和控制模块530。
其中，PWM输入信号获取模块510用于获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息。PWM输出信号发送模块520用于向第二PWM装置PWM输出信号，以便第二PWM装置根据PWM输出信号运行。控制模块530用于根据PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息得到PWM输入信号的频率和占空比，控制模块530还用于根据PWM输入信号的频率和占空比以及信号变化需求得到PWM输出信号。
在本发明的一个实施例中，控制模块530还用于当PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则进一步判断PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；如果PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则根据预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比，以及信号变化需求调整PWM输出信号。
在本发明的一个实施例中，控制模块530还用于当PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的PWM输入信号的频率和占空比未发生改变，则判断为信号突变且不调整PWM输出信号。
在本发明的一个实施例中，信号变化需求包括对PWM输入信号进行线性变换和非线性变换。
在本发明的一个实施例中，PWM信号转换系统还包括滤波模块，滤波模块用于滤除PWM信号转换系统中的杂波。
需要说明的是，本发明实施例的PWM信号转换系统的具体实现方式与本发明实施例的PWM信号转换方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种PWM信号转换方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息；
根据所述PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息得到所述PWM输入信号的频率和占空比；
根据所述PWM输入信号的频率和占空比，以及信号变化需求得到PWM输出信号；
将所述PWM输出信号发送给第二PWM装置，以便所述第二PWM装置根据所述PWM输出信号运行；
还包括：
监测所述PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；
如果所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则进一步判断所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；
如果所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则根据所述预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比，以及所述信号变化需求调整所述PWM输出信号；
将调整后的PWM输出信号发送给第二PWM装置，以便所述第二PWM装置根据调整后的PWM输出信号运行。
2.根据权利要求1所述的PWM信号转换方法，其特征在于，如果所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比未发生改变，则判断为所述信号突变且不调整所述PWM输出信号。
3.根据权利要求1所述的PWM信号转换方法，其特征在于，所述信号变化需求包括对所述PWM输入信号进行线性变换和非线性变换。
4.根据权利要求1所述的PWM信号转换方法，其特征在于，在获取所述第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息之前还包括：
滤除PWM变换线路中的杂波。
5.一种PWM信号转换系统，其特征在于，包括：
PWM输入信号获取模块，用于获取第一PWM装置输出的PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息；
PWM输出信号发送模块，用于向第二PWM装置发送PWM输出信号，以便所述第二PWM装置根据所述PWM输出信号运行；
控制模块，所述控制模块用于根据所述PWM输入信号的上升沿和下降沿的信息得到所述PWM输入信号的频率和占空比，所述控制模块还用于根据所述PWM输入信号的频率和占空比以及信号变化需求得到所述PWM输出信号；
所述控制模块还用于当所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则进一步判断所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比是否发生改变；
如果所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比发生改变，则根据所述预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比，以及所述信号变化需求调整所述PWM输出信号。
6.根据权利要求5所述的PWM信号转换系统，其特征在于，所述控制模块还用于当所述PWM输入信号的频率和占空比与预设周期后的所述PWM输入信号的频率和占空比未发生改变，则判断为所述信号突变且不调整所述PWM输出信号。
7.根据权利要求5所述的PWM信号转换系统，其特征在于，所述信号变化需求包括对所述PWM输入信号进行线性变换和非线性变换。
8.根据权利要求5所述的PWM信号转换系统，其特征在于，还包括：
滤波模块，用于滤除所述PWM信号转换系统中的杂波。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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