單片機(jī) 占空比可調(diào)的PWM波形發(fā)生器

...wd......wd......wd...河南機(jī)電高等專科學(xué)校電氣工程系微控制器技術(shù)課程設(shè)計報告設(shè)計題目：占空比可調(diào)的PWM波形發(fā)生器微控制器技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：占空比可調(diào)的PWM波形發(fā)生器設(shè)計時間：2013.10.21——2013.10.27設(shè)計任務(wù)：在Proteus中畫出原理圖或使用實物，編制程序，實現(xiàn)以下功能：1、理解PWM的工作原理。2、編制PWM程序，使用八段發(fā)光字符管顯示占空比。3、可與電機(jī)連接，驅(qū)動電機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。背景資料：1、單片機(jī)原理與應(yīng)用2、檢測技術(shù)3、計算機(jī)原理與接口技術(shù)進(jìn)度安排：1、第一天，領(lǐng)取題目，熟悉設(shè)計內(nèi)容，分解設(shè)計步驟和任務(wù)；2、第2天，規(guī)劃設(shè)計軟硬件，編制程序流程、繪制硬件電路。3、第3天，動手制作硬件電路，或編寫軟件，并調(diào)試。4、第4天，中期檢查，書寫設(shè)計報告。5、第5天，提交設(shè)計報告，整理設(shè)計實物，等待辯論。6、第6天，設(shè)計辯論。題目：占空比可調(diào)的PWM波形發(fā)生器一、設(shè)計目的掌握PWM的工作原理；學(xué)會編制PWM程序，使用八段發(fā)光字符管顯示占空比；并與電機(jī)連接，驅(qū)動電機(jī)以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。二、設(shè)計思路直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：實現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，能夠很方便的實現(xiàn)電機(jī)的智能控制。主體電路：即直流電機(jī)PWM控制模塊。這局部電路主要由AT89C51單片機(jī)的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴(kuò)展等調(diào)整直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，能夠很方便的實現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間是通過AT89C51單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號并輸入到L298驅(qū)動芯片來控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計輸入局部：這一模塊主要是利用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤來實現(xiàn)對直流電機(jī)的加速、減速控制。設(shè)計控制局部：主要由AT89C51單片機(jī)的外部中斷擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī)PWM控制實現(xiàn)局部主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動模塊組成。設(shè)計顯示局部：LED數(shù)碼顯示局部，實現(xiàn)對PWM脈寬調(diào)制占空比的實時顯示。三、方案設(shè)計系統(tǒng)框架設(shè)計總體設(shè)計方案的硬件局部詳細(xì)框圖如圖一所示。數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示按鍵控制單片機(jī)PWM電機(jī)驅(qū)動按鍵控制單片機(jī)PWM電機(jī)驅(qū)動方案說明：直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、LED顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時不斷給L298直流電機(jī)驅(qū)動芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動電路完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)和急停控制；同時單片機(jī)不停的將PWM脈寬調(diào)制占空比送到LED數(shù)碼管完成實時顯示。四、系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1硬件模塊組成〔1〕單片機(jī)控制模塊〔2〕L298電機(jī)驅(qū)動模塊〔3〕LED顯示模塊〔4〕獨(dú)立鍵盤控制模塊3.3系統(tǒng)硬件各模塊電路4.2單片機(jī)整個控制模塊這里利用定時計數(shù)器讓單片機(jī)P2口的P2.6、P2.7引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片L298放大后控制直流電機(jī)。驅(qū)動芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時一根引腳線為低電平，另一個引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個引腳的電壓差就可通過控制其中一個引腳來控制。當(dāng)需要改變電機(jī)轉(zhuǎn)動方向時，兩個引腳的輸出相反。定時計數(shù)器假設(shè)干時間〔1us〕中斷一次，就使P2.6或P2.7產(chǎn)生一個高電平或低電平。直流電機(jī)的速度分成100個等級，因此一個周期就有100個脈沖，周期為一百個脈沖的時間，速度等級對應(yīng)一個周期的高電平脈沖的個數(shù)。占空比為高電平脈沖個數(shù)占一個周期總脈沖個數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個周期加在電機(jī)兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大，加在電機(jī)兩端的電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)動越快。電機(jī)的平均速度等于在一定的占空比下電機(jī)的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時，就可以得到不同的電機(jī)平均速度，從而到達(dá)調(diào)速的目的。五、PWM的基本工作原理PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而到達(dá)控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通〞和“斷開〞時間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比〞來改變平均電壓的大小，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。六、軟件設(shè)計主程序設(shè)計：主程序局部主要對定時計數(shù)器T1的工作方式、中斷入口地址、計數(shù)初值、中斷產(chǎn)生、進(jìn)展設(shè)置，為了方便程序編程。程序初始化程序初始化開定時器T1中斷關(guān)定時器0，1程序開場P1.0=1P1.0=0P1.2=1關(guān)定時器0，1P1.2=0對定時器T1的設(shè)置主程序流程圖定時中斷子程序設(shè)計1.定時計數(shù)器TMOD設(shè)置選用T0作為產(chǎn)生脈沖用的定時器并且使它工作在模式1下。在模式1中，存放器TH0和TL0以全8位參與操作，構(gòu)成一個16位定時/計數(shù)器，當(dāng)TH0溢出時向中斷標(biāo)志位TF0進(jìn)位，并申請中斷。在這種模式下T0定時時間最長，有利于在更大的范圍內(nèi)對電機(jī)進(jìn)展調(diào)速。工作模式存放器TMODTMOD的高4位用于T1，低4位用于T0，4種符號含義如下：GATE：門控位。C/T：定時/計數(shù)器方式選擇位。C/T=0為定時器方式，C/T=1時為計數(shù)器方式。M1M0：工作模式選擇位,具體如下：TMOD存放器GATEC/TM1M2GATEC/TM1M000010000M1M0=00：模式0〔13位定時/計數(shù)器〕M1M0=01：模式1〔16位定時/計數(shù)器〕M1M0=10：模式2〔8位自動重裝常數(shù)的定時/計數(shù)器〕M1M0=11：模式3〔2個8位定時/計數(shù)器，僅對T0〕因在程序中T0是作為定時器，T0的C/T控制位就應(yīng)設(shè)置為0；T0工作在模式1，TMOD中控制T0的M1M0應(yīng)設(shè)置為01，其它位全部設(shè)置為0，即應(yīng)給工作模式存放器TMOD賦值01H。2.工作方式1及初值計算

當(dāng)M1，M0=01時，定時/計數(shù)器處于工作方式1，此時，定時/及數(shù)器的等效電路仍以定時器0為例，定時器1與之完全一樣。方式0和方式1的區(qū)別僅在于計數(shù)器的位數(shù)不同，方式0為13位，而方式1則為16位，由TH0作為高8位，TL0為低8位，有關(guān)控制狀態(tài)字〔GATA、C/T、TF0、TR0〕和方式0一樣。

在工作方式1下，計數(shù)器的計數(shù)值范圍是：

1—65536〔216〕。當(dāng)為定時工作方式1時，定時時間的計算公式為：〔216—計數(shù)初值〕╳晶振周期╳12如果單片機(jī)的晶振選為6.000MHz，則最小定時時間為：

[213—〔216—1〕]╳1/6╳10-6╳12=2╳10-6(s)=2(us)

(216—0)╳1/6╳10-6╳12=131072╳10-6(s)=131072(us)定時/計數(shù)器中的計數(shù)器是在計數(shù)初值基礎(chǔ)上以加法計數(shù)的，并能在計數(shù)器從全“1”變?yōu)槿?”時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。因此，可以把計數(shù)器計數(shù)初值設(shè)定為TC，定時器定時時間T的計算公式為：T=〔M-TC〕T計數(shù)[2]式中M為計數(shù)器模值，該值和計數(shù)器工作模式有關(guān)。在模式1時M為216。在定時器模式下，T計數(shù)是單片機(jī)振蕩周期的12倍。上式也可寫成：TC=M-T/T計數(shù)在程序設(shè)計中工作模式為模式1，則計數(shù)器模值M=216=65536；假設(shè)單片機(jī)仿真器的晶振頻率為22.1184MHz，則：T計數(shù)＝12/(22.1184×106)=5.425347×10假設(shè)定時時間長度為30ms,則：TC=65536-30×10-3/5.425347×10-7=10240=2800H給定時器賦值時：MOVTL0,#00H；MOVTH0,#28H3.中斷設(shè)置除特殊功能存放器TCON和SCON中的某些位與中斷有關(guān)以外，還有一個特殊功能存放器即中斷允許存放器IE用來設(shè)定各個中斷源的翻開和關(guān)閉。中斷系統(tǒng)的構(gòu)造框圖IE存放器各位的含義如下：EA〔IE.7〕：CPU的中斷總允許標(biāo)志位。當(dāng)EA=1時，CPU允許中斷；當(dāng)EA=0時，CPU制止所有的中斷請求。ES〔IE.4〕：串行口中斷允許位。當(dāng)ES=1時，允許串行口中斷；當(dāng)ES=0時，制止中斷。ET1〔IE.3〕：定時器T1的溢出中斷允許位。當(dāng)ET1=1時，允許T1中斷；當(dāng)ET1=0時，制止T1中斷。EX1〔IE.2〕：外部中斷1的中斷允許標(biāo)志位。當(dāng)EX1=1時，允許外部中斷1中斷；當(dāng)ES=0時，制止外部中斷1中斷。ET0〔IE.1〕：定時器T0溢出中斷允許位。當(dāng)ET0=1時，允許T0中斷；當(dāng)ET0=0時，制止T0中斷。EX0〔IE.0〕：外部中斷0允許位。當(dāng)EX0=1時，允許外部中斷0中斷；當(dāng)EX0=0時，制止外部中斷0中斷。中斷返回中斷返回定時器T1入口地址調(diào)用數(shù)碼顯示子程序調(diào)用加一子程序置初值P1.0=0關(guān)定時器T0開定時器T112H=R111H=R2調(diào)用暫停鍵子程序定時中斷子程序流程根據(jù)程序的需要，先為IE的各位賦值：外部中斷0的中斷允許位：EX0=1，允許外部中斷SETB EX0定時器T0溢出中斷允許位：ET0=1，允許中斷請求SETB ET0允許中斷〔EA=1，CPU允許中斷〕SETB EA串行口中斷允許位：ES=1，允許串行口中斷SETB ES以上各位等于1時，CPU開放中斷；等于0時，CPU制止該中斷。單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后，IE中各位均被清零，即制止所有中斷。因此程序中開T0中斷則應(yīng)將ET0置1，另外如果要使用中斷EA也要置1，故應(yīng)給IE賦值為82H。七、系統(tǒng)功能調(diào)試仿真整體圖如下：直流電機(jī)的調(diào)試功能仿真如以下圖：加速分5檔，波形依次如下：減速分5檔，波形如下：八、設(shè)計總結(jié)通過本次課程設(shè)計，使我學(xué)到了許多書本上無法學(xué)到的知識,也使我深刻體會到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對學(xué)過的單片機(jī)知識有了很多的穩(wěn)固，同時也對單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。在本次課程設(shè)計過程中，我學(xué)會了有關(guān)本設(shè)計的各硬件的資源，其中包括：直流電機(jī)PWM調(diào)速、AT89C51單片機(jī)、L289引腳圖及其引腳功能、LED數(shù)碼管顯示等知識。參考文獻(xiàn)[1]林志琦.基于Proteus的單片機(jī)可視化軟硬件仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.9[2]周潤景,張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006.5[3]張靖武,周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007.4[4]周潤景,張麗娜.PROTEUS入門實用教程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.9[5]樓然苗,李光飛.51系列單片機(jī)設(shè)計實例[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003.3[6]樓然苗,李光飛.單片機(jī)課程設(shè)計指導(dǎo)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.7直流電機(jī)PWM調(diào)速C語言程序：#include<reg51.h>#include<absacc.h>#include<intrins.h>/********自定義變量********/#defineuintunsignedint//自定義變量#defineucharunsignedcharchargw,sw,bw,qw;ucharj;//定時次數(shù)，每次20msucharf=5;//計數(shù)的次數(shù)sbitP10=P1^0;//PWM輸出波形1sbitP11=P1^1;//PWM輸出波形2sbitP13=P1^3; //加速sbitP14=P1^4; //減速sbitP15=P1^5; //停頓sbitP16=P1^6;//啟動uchark;uchart;//脈沖加減/*********控制位定義********************/ucharcodesmg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};//程序存儲區(qū)定義字型碼表chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};//位碼uintx; //數(shù)碼管顯示的數(shù)值display();//數(shù)碼管顯示 delays();//延時函數(shù)key();displays();/***************主函數(shù)********************/main(void){ TMOD=0x51; //T0方式1定時計數(shù) T1方式1計數(shù) TH0=0xb1; //裝入初值 20MS TL0=0xe0; TH1=0x00;//計數(shù)567 TL1=0x00; TR0=1;//啟動t0 TR1=1;//啟動t1 gw=sw=bw=qw=0;//數(shù)碼管初始化 P0=0xc0; P2=1; while(1)//無限循環(huán) { display();//數(shù)碼管顯示 key(); }}/***************數(shù)碼管顯示****************/display(){ uchari; gw=x%10;//求速度個位值，送到個位顯示緩沖區(qū) sw=(x/10)%10;//求速度十位值，送到十位顯示緩沖區(qū) bw=(x/100)%10;//求速度百位值，送到百位顯示緩沖區(qū) qw=x/1000;//求速度千位值，送到千位顯示緩沖區(qū) for(i=0;i<4;) { P2=led[i]; if(i==0)//顯示個位 { P0=smg[gw]; delays(); } elseif(i==1)//顯示十位 { P0=smg[sw]; delays(); } elseif(i==2)//顯示百位 { P0=smg[bw]; delays(); } elseif(i==3) //顯示千位 } i++; }}/*****************延時函數(shù)*************************/delays(){ uchari; for(i=5000;i>0;i--);}/*********t0定時*中斷函數(shù)*************/voi