畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-PWM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(PWM)，是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。當(dāng)然，脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，其中包括：相電壓控制PWM、脈寬PWM

2、法、隨機(jī)PWM、SPWM法、線電壓控制PWM等，而在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。其有兩大優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)一:是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響；優(yōu)點(diǎn)二：是對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)

3、WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式?？傊琍WM既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。最重要的是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)用。本文就簡(jiǎn)單介紹了PWM信號(hào)發(fā)生器的概念、作用及定義，分析了PWM產(chǎn)生電路的工作原理和設(shè)計(jì)過(guò)程。主要是以AT89C51最小系統(tǒng)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、

4、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。??-31-PWM信號(hào)發(fā)生器的研制第一章PWM波產(chǎn)生電路工作原理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簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)框圖如圖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

5、電路中還用到了74LS373地址鎖存器和一些邏輯門電路組成。顯示器89C51最小系統(tǒng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器波形調(diào)整產(chǎn)生PWM波圖1.1設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖1.3工作原理PWM波是由89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)通過(guò)軟件編程對(duì)顯示器模塊和定時(shí)/計(jì)數(shù)器模塊的控制，同時(shí)通過(guò)改變給8253計(jì)數(shù)器的初值（初值通過(guò)鍵盤操作實(shí)現(xiàn)）可實(shí)現(xiàn)等幅但寬度可調(diào)的脈沖，再通過(guò)邏輯門整形電路（圖1.2所示）而產(chǎn)生；同時(shí)將通過(guò)數(shù)碼管顯示單元顯示出相應(yīng)的占空比，從而實(shí)現(xiàn)可視占空比可調(diào)的PWM波的產(chǎn)生。圖1.2波形調(diào)整圖-31-PWM信號(hào)發(fā)生器的研制第二章PWM波硬件設(shè)計(jì)2.1方案比較與確定2.1.1方案比較方案一：直接采用51

6、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

7、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PWM信號(hào)825389C51HD7279數(shù)碼管圖2.1系統(tǒng)原理框圖2.1.2方案確定及原因經(jīng)過(guò)對(duì)比兩方案，最終選擇了方案二，其主要原因可歸納為以下兩點(diǎn)：（1）、方案一中產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制波形的算法雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低廉，但是