基于單片機的PWM發(fā)生器課程設(shè)計

1、目錄第1章 設(shè)計內(nèi)容211設(shè)計內(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43.1 最小系統(tǒng)設(shè)計43.2 H橋驅(qū)動電路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)計內(nèi)容11設(shè)計內(nèi)容設(shè)計的轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)完成以下功能：基本功能:按鍵控制電機起停。PWM轉(zhuǎn)速開環(huán)環(huán)控制。擴展功能:實現(xiàn)與PC機的通訊：將轉(zhuǎn)速的設(shè)定值和實測值發(fā)送到PC機顯示，PC機可以設(shè)定速度，發(fā)送到單片機第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)動芯片構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心，現(xiàn)在市場上已經(jīng)有

2、很多種型號，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信號發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、過流過壓保護功能等。這種專用PWM集成芯片可以減輕單片機的負擔(dān)，工作更可靠，但其價格相對較高，難于控制工業(yè)成本不宜采用。方案二：采用MC51單片機、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)動繼電器、線圈、直流電動機、步進電動機等電感性負載。其驅(qū)動電壓為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)實踐中大電壓、大

3、電流的直流電機調(diào)速。方案三：采用MC51單片機、H橋驅(qū)動電路構(gòu)成整個系統(tǒng)的核心實現(xiàn)對直流電機的調(diào)速。MC51具有兩個定時器T0和T1。通過控制定時器初值T0和T1，從而可以實現(xiàn)從任意端口輸出不同占空比的脈沖波形。MC51控制簡單，價格廉價，且利用MC51構(gòu)成單片機最小應(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)計采用方案三作為整個系統(tǒng)的設(shè)計思路。第3章 硬件電路設(shè)計3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計本次設(shè)計中的最小系統(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)動電路    圖3-2中所

4、示為一個典型的直流電機控制電路。電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因為它的形狀酷似字母H。4個三極管組成H的4條垂直腿，而電機就是H中的橫杠（注意：圖3-2及隨后的兩個圖都只是示意圖，而不是完整的電路圖，其中三極管的驅(qū)動電路沒有畫出來）。 如圖所示，H橋式電機驅(qū)動電路包括4個三極管和一個電機。要使電機運轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉(zhuǎn)向。   圖3-2 H橋驅(qū)動電路要使電機運轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖3-3所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機，然后再經(jīng)Q4

5、回到電源負極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時，電流將從左至右流過電機，從而驅(qū)動電機按特定方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭指示為順時針方向）。   圖3-3 H橋電路驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動 圖3-4所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時，電流將從右至左流過電機，從而驅(qū)動電機沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機周圍的箭頭表示為逆時針方向）。   圖3-4 H橋驅(qū)動電機逆時針轉(zhuǎn)動    驅(qū)動電機時，保證H橋上兩個同側(cè)的三極管不會同時導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時導(dǎo)通，那么電

6、流就會從正極穿過兩個三極管直接回到負極。此時，電路中除了三極管外沒有其他任何負載，因此電路上的電流就可能達到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實際驅(qū)動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電路，它在基本H橋電路的基礎(chǔ)上增加了4個與門和2個非門。4個與門同一個“使能”導(dǎo)通信號相接，這樣，用這一個信號就能控制整個電路的開關(guān)。而2個非門通過提供一種方向輸人，可以保證任何時候在H橋的同側(cè)腿上都只有一個三極管能導(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，電機的運轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。如果DIRL信號為0，DIRR信號為1，并且使能信號是1，那么三極管Q1和Q4導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機（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 實際使用的時候，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、電機和控制信號就可以使用了，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)動電路如

8、下：3.3按鍵部分主程序中放了一個按鍵的判斷指令，當(dāng)有按鍵按下的時候，程序就自動的去執(zhí)行按鍵子程序處理。當(dāng)檢測到K1鍵按下的時候就占空比就會逐漸的增大。當(dāng)檢測到K2鍵按下的時候就占空比就會逐漸的減小。圖3-7按鍵設(shè)置 鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。鍵盤上閉合鍵的識別由專用的硬件編碼器實現(xiàn)，并產(chǎn)生鍵編碼號或鍵值的稱為編碼鍵盤，如計算機鍵盤.而靠軟件編程來識別的稱為非編碼鍵盤；在單片機組成的各種系統(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：獨立鍵盤和行列式（又稱為矩陣式）鍵盤,而我們用的是獨立式鍵盤，如上圖3-7所示。按鍵在編寫程序時，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，用軟件延時一段時間，再次掃描按鍵情況，如果確實有按鍵按下，就進入相應(yīng)的操作。當(dāng)操作完后要做一個按鍵是否斷開的判斷，其依據(jù)如圖3-8所示： 圖3-8 鍵閉合和斷開時的電壓抖動 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。主要是在定時器個數(shù)的選擇。最后還是決定用1個定時器。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波形的時候發(fā)現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)速并不隨輸出的控制信號的改變而變化。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)該是輸出一個一定占空比的方波啊。經(jīng)過一段時間的測試，發(fā)現(xiàn)信號輸出引腳給出了高低電平，但示波器檢測出來的信號看上去并不像給了高低電平啊，就像一個脈沖干擾。突然來個尖脈沖，然后很快衰減。后來縮短定時器的中斷時候后，該問題得到解決，輸出波形正常。輸出波形正常后再測試電機轉(zhuǎn)速，電機轉(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