基于單片機(jī)的PWM發(fā)生器課程設(shè)計(jì)

1、目錄第1章 設(shè)計(jì)內(nèi)容211設(shè)計(jì)內(nèi)容2 第2章 系統(tǒng)整體方案論證32.1系統(tǒng)整體方案論證3第3章 硬件電路設(shè)計(jì)43.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)43.2 H橋驅(qū)動(dòng)電路43.3按鍵部分7第4章 系統(tǒng)調(diào)試94.1系統(tǒng)調(diào)試9附錄一系統(tǒng)硬件原理圖10附錄二源程序代碼11第1章 設(shè)計(jì)內(nèi)容11設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)完成以下功能：基本功能:按鍵控制電機(jī)起停。PWM轉(zhuǎn)速開環(huán)環(huán)控制。擴(kuò)展功能:實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的通訊：將轉(zhuǎn)速的設(shè)定值和實(shí)測(cè)值發(fā)送到PC機(jī)顯示，PC機(jī)可以設(shè)定速度，發(fā)送到單片機(jī)第2章 系統(tǒng)整體方案論證2.1系統(tǒng)整體方案論證方案一：采用專用PWM集成芯片、IR2110 功率驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心，現(xiàn)在市場(chǎng)上已經(jīng)有

2、很多種型號(hào)，如Tl公司的TL494芯片，東芝公司的ZSK313I芯片等。這些芯片除了有PWM信號(hào)發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、過流過壓保護(hù)功能等。這種專用PWM集成芯片可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，工作更可靠，但其價(jià)格相對(duì)較高，難于控制工業(yè)成本不宜采用。方案二：采用MC51單片機(jī)、功率集成電路芯片L298構(gòu)成直流調(diào)速裝置。L298是雙H高電壓大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。其驅(qū)動(dòng)電壓為46V，直流電流總和為4A。該方案總體上是具有可行性，但是L298的驅(qū)動(dòng)電壓和電流較小，不利于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中大電壓、大

3、電流的直流電機(jī)調(diào)速。方案三：采用MC51單片機(jī)、H橋驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。MC51具有兩個(gè)定時(shí)器T0和T1。通過控制定時(shí)器初值T0和T1，從而可以實(shí)現(xiàn)從任意端口輸出不同占空比的脈沖波形。MC51控制簡單，價(jià)格廉價(jià)，且利用MC51構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，可縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。綜合上述三種方案，本設(shè)計(jì)采用方案三作為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。第3章 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中的最小系統(tǒng)模塊中包括CPU、復(fù)位電路和晶振，其最小系統(tǒng)原理圖如圖3-1所示。圖3-1最小系統(tǒng)原理圖3.2 H橋驅(qū)動(dòng)電路    圖3-2中所

4、示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠（注意：圖3-2及隨后的兩個(gè)圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動(dòng)電路沒有畫出來）。 如圖所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。   圖3-2 H橋驅(qū)動(dòng)電路要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖3-3所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4

5、回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。   圖3-3 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 圖3-4所示為另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。   圖3-4 H橋驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)    驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電

6、流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管。基于上述原因，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。    圖3-5 所示就是基于這種考慮的改進(jìn)電路，它在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個(gè)與門和2個(gè)非門。4個(gè)與門同一個(gè)“使能”導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開關(guān)。而2個(gè)非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時(shí)候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個(gè)三極管能導(dǎo)通。（與本節(jié)前面的示意圖一樣，圖3-5所示也不是一個(gè)完整的電路圖，特別是圖中與門

7、和三極管直接連接是不能正常工作的。）圖3-5 具有使能控制和方向邏輯的H橋電路    采用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個(gè)信號(hào)控制：兩個(gè)方向信號(hào)和一個(gè)使能信號(hào)。如果DIRL信號(hào)為0，DIRR信號(hào)為1，并且使能信號(hào)是1，那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖3-6所示）圖3-6具有使能控制和方向邏輯的H橋電路 實(shí)際使用的時(shí)候，用分立元件制作H橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的H橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號(hào)就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。驅(qū)動(dòng)電路如

8、下：3.3按鍵部分主程序中放了一個(gè)按鍵的判斷指令，當(dāng)有按鍵按下的時(shí)候，程序就自動(dòng)的去執(zhí)行按鍵子程序處理。當(dāng)檢測(cè)到K1鍵按下的時(shí)候就占空比就會(huì)逐漸的增大。當(dāng)檢測(cè)到K2鍵按下的時(shí)候就占空比就會(huì)逐漸的減小。圖3-7按鍵設(shè)置 鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用的硬件編碼器實(shí)現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號(hào)或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計(jì)算機(jī)鍵盤.而靠軟件編程來識(shí)別的稱為非編碼鍵盤；在單片機(jī)組成的各種系統(tǒng)中，用的最多的是非編碼鍵盤。也有用到編碼鍵盤的。非編碼鍵盤有分為：獨(dú)立鍵盤和行列式（又稱為矩陣式）鍵盤,而我們用的是獨(dú)立式鍵盤，如上圖3-7所示。按鍵在編寫程序時(shí)，應(yīng)注意問題，如消顫，一般有物理消顫和軟件

9、消顫，我們這使用 軟件消顫。具體操作是，當(dāng)按鍵按下，用軟件延時(shí)一段時(shí)間，再次掃描按鍵情況，如果確實(shí)有按鍵按下，就進(jìn)入相應(yīng)的操作。當(dāng)操作完后要做一個(gè)按鍵是否斷開的判斷，其依據(jù)如圖3-8所示： 圖3-8 鍵閉合和斷開時(shí)的電壓抖動(dòng) 第4章 系統(tǒng)調(diào)試4.1系統(tǒng)調(diào)試在該系統(tǒng)的構(gòu)想之初有不少困惑。主要是在定時(shí)器個(gè)數(shù)的選擇。最后還是決定用1個(gè)定時(shí)器。在調(diào)試過程中遇到了不少小小的麻煩。比如在按鍵調(diào)試的時(shí)候，就遇到了按鍵沒反應(yīng)的問題，后來修改程序后，按鍵有反應(yīng)了，但新的問題又出來了。主要是按鍵不好使，要么按下沒反應(yīng)，要么按下太久，系統(tǒng)把一次按鍵動(dòng)作當(dāng)成了幾次。后來在按鍵掃描函數(shù)中加入了等待按鍵彈起的語句，解決了

10、按鍵的靈敏問題。在調(diào)制PWM波形的時(shí)候發(fā)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速并不隨輸出的控制信號(hào)的改變而變化。用示波器觀察輸出波形，發(fā)現(xiàn)輸出波形并不規(guī)則。理論上應(yīng)該是輸出一個(gè)一定占空比的方波啊。經(jīng)過一段時(shí)間的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)信號(hào)輸出引腳給出了高低電平，但示波器檢測(cè)出來的信號(hào)看上去并不像給了高低電平啊，就像一個(gè)脈沖干擾。突然來個(gè)尖脈沖，然后很快衰減。后來縮短定時(shí)器的中斷時(shí)候后，該問題得到解決，輸出波形正常。輸出波形正常后再測(cè)試電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速仍然不正常。后來才發(fā)現(xiàn)原來是電路的問題，問題得到解決。附錄一系統(tǒng)硬件原理圖附錄二源程序代碼#include<regx51.h>#define uchar unsigned

11、char#define V_TH0 0xFF#define V_TL0 0xF6#define V_TMOD 0x01void init_sys(void);void delay5ms(void);unsigned char ZKB1,ZKB2;void main(void)init_sys(); ZKB1=40; ZKB2=70; while(1) if(!P1_4) delay5ms(); if(!P1_4) ZKB1+; ZKB2=100-ZKB1; if(!P1_5) delay5ms(); if(!P1_5) ZKB1-; ZKB2=100-ZKB1; if(ZKB1>99) ZKB1=1;if(ZKB1<1) ZKB1=99; void init_sys(void) TMOD=V_TMOD; TH0=V_TH0; TL0=V_TL0; TR0=1; ET0=1; EA=1;void delay5ms(void)unsigned int TempCyc=1000;while(TempCyc-);viid