單片機(jī)課程設(shè)計(jì)-pwm波信號(hào)發(fā)生器的研制

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1、PWM信號(hào)發(fā)生器的研制前言脈沖寬度調(diào)制是現(xiàn)代控制技術(shù)常用的一種控制信息輸出，可以有效地利用數(shù)字技術(shù)控制模擬信號(hào)的技術(shù)。PWM(PulseWidthModulation)又稱脈沖寬度調(diào)制，屬于脈沖調(diào)制的一種，即脈沖幅度調(diào)制（PAM）、脈沖相位調(diào)制（PPM）、脈沖寬度調(diào)制（PWM）和脈沖編碼調(diào)制（PCM）。它們本來(lái)是應(yīng)用于電子信息系統(tǒng)和通信領(lǐng)域的一種信號(hào)變換技術(shù)，但從六十年代中期以來(lái)后，隨著電力電子技術(shù)被引入到電力變換領(lǐng)域，PWM技術(shù)廣泛運(yùn)用于各種工業(yè)電力傳動(dòng)領(lǐng)域乃至家電產(chǎn)品中。目前，隨著微機(jī)技術(shù)日益廣泛深入工業(yè)控制領(lǐng)域，單片機(jī)控制的PWM技術(shù)迅速發(fā)展，

2、其突出特點(diǎn)是可以比較容易地選擇最佳的脈沖調(diào)制頻段，更重要的，由于與單片機(jī)的結(jié)合，整個(gè)系統(tǒng)可以集成為具有更完備的保護(hù)功能、故障診斷功能和顯示功能的高可靠的微型化的系統(tǒng)。因此，被競(jìng)相開(kāi)發(fā)，前景廣闊。在智能化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中,許多常用的單片機(jī)沒(méi)有提供脈寬調(diào)制(PWM)電壓信號(hào)輸出功能,而在某些特定的場(chǎng)合需要得到PWM信號(hào)。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。PWM控制技術(shù)一直是變頻技術(shù)的核心技術(shù)之一,由于PWM可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)，在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)

3、用。目前實(shí)現(xiàn)方法為采用全數(shù)字化方案，完成優(yōu)化的實(shí)時(shí)在線的PWM信號(hào)輸出。本文主要介紹了PWM信號(hào)發(fā)生器的概念、作用及定義，分析了系統(tǒng)的工作原理和軟硬件的設(shè)計(jì)。主要是以AT89C51單片機(jī)為核心控制單元，通過(guò)對(duì)外圍電路芯片的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)PWM輸出波形的頻率、電壓幅值、占空比的連續(xù)調(diào)節(jié)，達(dá)到產(chǎn)生PWM信號(hào)目的。??-25-PWM信號(hào)發(fā)生器的研制第一章系統(tǒng)組成與工作原理1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：PWM信號(hào)發(fā)生器的研制二、設(shè)計(jì)要求：（1）采用定時(shí)/計(jì)數(shù)器8253（2）PWM信號(hào)的工作頻率為500Hz(1000Hz)（3）占空比可變且顯示占空比1.2系

4、統(tǒng)組成如圖1.1所示為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖。此系統(tǒng)由89C51單片機(jī)核心控制單元、HD7279控制的顯示與鍵盤(pán)掃描單元以及8253計(jì)數(shù)單元組成，其中還用到了74LS138譯碼器作為單片機(jī)的片選輸出來(lái)作為8253計(jì)數(shù)器的口地址控制單元，在完成89C51與8253連接的電路中還用到了74LS373地址鎖存器和一些邏輯門(mén)電路組成。顯示器單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器整形PWM圖1.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖1.3工作原理PWM信號(hào)發(fā)生器是通過(guò)89C51單片機(jī)對(duì)顯示器模塊和定時(shí)/計(jì)數(shù)器模塊的控制，采用軟件編程的方法，通過(guò)改變給8253計(jì)數(shù)器的寫(xiě)入值產(chǎn)生一系列幅值相等而寬度不等的脈沖，

5、，再通過(guò)一整形電路，產(chǎn)生規(guī)則的PWM脈沖波形，而改變8253的計(jì)數(shù)器初值是通過(guò)鍵盤(pán)操作實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的占空比。-25-PWM信號(hào)發(fā)生器的研制第二章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1方案比較與確定方案一：直接采用51單片機(jī)TO/TI定時(shí),通過(guò)軟件編程產(chǎn)生PWM脈沖。以89C51單片機(jī)為核心控制單元，采用計(jì)數(shù)法加軟件延時(shí)法，以及與按鍵相配合。當(dāng)有按鍵按下后，通過(guò)鍵盤(pán)掃描將所按鍵值作為PWM信號(hào)的的占空比輸入，經(jīng)軟件程序處理后實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的占空比可變，并在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的占空比。方案二：選用可編程芯片8253的計(jì)數(shù)器0作為PWM信號(hào)發(fā)生器，8253的計(jì)數(shù)器

6、0工作在可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)方式1下，它的輸出口OUT0產(chǎn)生寬度可調(diào)的PWM信號(hào)脈沖，該輸出脈沖寬度為：W=N/f；輸出的占空比為：P=W1×(f/N)；式中，W為輸出脈沖寬度，單位是秒；W1為一個(gè)周期內(nèi)高電平的脈沖寬度，P為占空比；f為計(jì)數(shù)器時(shí)鐘信號(hào)的頻率；N為單片機(jī)為其置入的計(jì)數(shù)值。PWM的頻率由GATE0上所加的信號(hào)頻率決定；在計(jì)數(shù)器0的GATE0端輸入一定頻率的方波，該頻率由計(jì)數(shù)器1的OUT1輸出產(chǎn)生，再由89C51的ALE鎖存信號(hào)給CLK1和CLK0同步的時(shí)鐘脈沖，最后改變計(jì)數(shù)器值N產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的PWM信號(hào)。如圖2.1所示。鍵盤(pán)PWM信號(hào)825

7、389C51HD7279數(shù)碼管圖2.1系統(tǒng)原理框圖分析：由于單片機(jī)本身內(nèi)部具有計(jì)數(shù)及定時(shí)功能，方案一與方案二相比方案一直接使用單片機(jī)內(nèi)部芯片功能產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制波形算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低廉。但是受單片機(jī)端口數(shù)量及單片機(jī)工作頻率（主要為晶振頻率）的限制，單片機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)多路控制；單片機(jī)搭建的電路抗干擾性較差，易受感性負(fù)載的影響，電路的穩(wěn)定性較低；單片機(jī)利用程序?qū)崿F(xiàn)PWM脈寬調(diào)制波形，程序執(zhí)行存在相對(duì)延遲現(xiàn)象，盡管單次延遲時(shí)間很小，但是延遲時(shí)間的累積會(huì)對(duì)較為復(fù)雜的控制產(chǎn)生難以估量的影響?？紤]到必須保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以本設(shè)計(jì)采用方案二實(shí)現(xiàn)。-25-PWM信

8、號(hào)發(fā)生器的研制2.2單元電路設(shè)計(jì)2.2.1振蕩電路單片機(jī)需要不斷地提供時(shí)鐘脈沖，這個(gè)時(shí)鐘脈沖就是由振蕩電路提