單片機(jī)產(chǎn)生SPWM課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、課程設(shè)計(jì)基于89C52單片機(jī)SPWM波形發(fā)生器摘 要本系統(tǒng)由89C52單片機(jī)控制模塊、濾波和穩(wěn)壓模塊組成。利用Matlab計(jì)算SPWM脈沖序列占空比,采用查表方式，控制雙極性SPWM控制脈沖序列的輸出。關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī) Matlab 查表 SPWM1設(shè)計(jì)目的和要求1.1設(shè)計(jì)目的設(shè)計(jì)并制作一套單相SPWM觸發(fā)脈沖電路，掌握SPWM算法和硬件實(shí)現(xiàn)方法，理解驅(qū)動(dòng)電路功能。1.2任務(wù)要求采用雙極調(diào)制算法，產(chǎn)生一個(gè)7脈沖SPWM觸發(fā)脈沖，并用單片機(jī)數(shù)字化近似實(shí)現(xiàn)；完成拓展硬件電路，軟件編程和調(diào)試；具有2ms死區(qū)設(shè)計(jì)；低次諧波較少；2設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)以89C52單片機(jī)為控制核心，由查表法通過(guò)定時(shí)器產(chǎn)生SPWM

2、波，系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下：電源模塊輸出+5V雙極性pwm轉(zhuǎn)換電路spwm波單片機(jī)主控電路模塊圖1 設(shè)計(jì)框圖3 理論分析和計(jì)算3.1查表產(chǎn)生SPWM波理論分析SPWM采用頻率數(shù)倍于正弦波的三角波調(diào)制正弦波，可得到近似于正弦波的輸出。三角波的頻率越高，即載波比越高，諧波的頻率就越高，輸出端濾波器就更容易去除諧波。查表就是通過(guò)計(jì)算得到脈沖序列中每一個(gè)矩形脈沖周期內(nèi)高低電平持續(xù)時(shí)間，c語(yǔ)言編程時(shí)用數(shù)組來(lái)表示，通過(guò)編寫(xiě)對(duì)應(yīng)程序來(lái)查表進(jìn)而控制輸出端口高低電平時(shí)間及轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生SPWM波。圖2 SPWM原理圖3.2利用Matlab計(jì)算SPWM脈沖序列占空比MATLAB是一個(gè)高級(jí)的數(shù)學(xué)分析與運(yùn)算軟件，具有強(qiáng)大的

3、計(jì)算功能。SPWM控制通過(guò)MATLAB進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，可取得事半功倍的效果。采用MATLAB可方便地得到正弦波與三角波的交點(diǎn)。在判斷交點(diǎn)時(shí)，可通過(guò)交點(diǎn)的數(shù)學(xué)定義來(lái)判斷。所謂交點(diǎn)，就是在交點(diǎn)附近時(shí)刻兩函數(shù)之差值的絕對(duì)值趨于0或許某一精度，而在交點(diǎn)附近的極小區(qū)域，離交點(diǎn)越遠(yuǎn)，差值的絕對(duì)值逐漸增大。3.2.1Matlab計(jì)算程序以下子程序?yàn)橛?jì)算交點(diǎn)的MATLAB程序?；〝?shù)據(jù)L2 =4*sin(2*pi*f*x)/5，載波數(shù)據(jù)L1=sawtooth(2*pi*9*f*(x+1/1800),0.5)，t(j)為交點(diǎn)時(shí)刻數(shù)據(jù)。 % 設(shè)置clc;prec = 0.00001; %精度f(wàn)=50;step =

4、 0.00000001;start = 0;stop = 0.02;% plotx=start:step:stop;L1=sawtooth(2*pi*9*f*(x+1/1800),0.5);L2 =4*sin(2*pi*f*x)/5;plot(x,L1,'red',x,L2,'blue');legend('L1','L2','location','NorthWest');title('曲線交點(diǎn)圖', 'L1=sawtooth(2*pi*9*f*(x+1/1800),0.5)&

5、#39;,'L2=4*sin(2*pi*f*x)/5');xlabel('x');ylabel('y'); %找交點(diǎn)jCount = 0;t=0;j=0;for i=1:length(x) if(abs(L1(i)-L2(i) <prec) jCount = jCount + 1; j=j+1; t(j)=x(i); display(strcat('第',num2str(jCount),'交點(diǎn)是:'); if jCount=1 display(strcat('(',num2str(x(i),&

6、#39;,',num2str(L1(i),')') else X=216-(t(j)-t(j-1)*106;%計(jì)算定時(shí)器初值 HEX=dec2hex(round(X),4);%將初值化為十六進(jìn)制 display(strcat('(',num2str(x(i),',',num2str(L1(i),')，第 ',num2str(jCount),'與',num2str(jCount-1),'交點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間：',num2str(t(j)-t(j-1),'ms,','定時(shí)器初

7、始值：',num2str(HEX); end lh = line(x(i) x(i),min(min(L1),min(L2) L1(i); %橫坐標(biāo) set(lh,'color','green'); set(lh,'LineStyle','-'); text(x(i),L1(i),strcat('P_',num2str(jCount),'(',num2str(x(i),',',num2str(L1(i),')'); end end3.2.2Matlab運(yùn)行結(jié)果

8、>>第1交點(diǎn)是:(0,0)第2交點(diǎn)是:(0.00097685,0.24167)，第2與1點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00097685ms,定時(shí)器初值：FC2F第3交點(diǎn)是:(0.0025405,0.57283)，第3與2點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.0015636ms,定時(shí)器初值：F9E4第4交點(diǎn)是:(0.0029758,0.64361)，第4與3點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00043531ms,定時(shí)器初值：FE4D第5交點(diǎn)是:(0.0048886,0.79952)，第5與4點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.0019128ms,定時(shí)器初值：F887第6交點(diǎn)是:(0.0051114,0.79952)，第6與5點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.000

9、22276ms,定時(shí)器初值：FF21第7交點(diǎn)是:(0.0070242,0.64361)，第7與6點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.0019128ms,定時(shí)器初值：F887第8交點(diǎn)是:(0.0074595,0.57283)，第8與7點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00043531ms,定時(shí)器初值：FE4D第9交點(diǎn)是:(0.0090232,0.24167)，第9與8點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.0015636ms,定時(shí)器初值：F9E4第10交點(diǎn)是:(0.01,0)，第10與9點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00097685ms,定時(shí)器初值：FC2F第11交點(diǎn)是:(0.010977,-0.24167)，第11與10點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00097685ms,

10、定時(shí)器初值：FC2F第12交點(diǎn)是:(0.01254,-0.57283)，第12與11點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.0015636ms,定時(shí)器初值：F9E4第13交點(diǎn)是:(0.012976,-0.64361)，第13與12點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00043531ms,定時(shí)器初值：FE4D第14交點(diǎn)是:(0.014889,-0.79952)，第14與13點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.0019128ms,定時(shí)器初值：F887第15交點(diǎn)是:(0.015111,-0.79952)，第15與14點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00022276ms,定時(shí)器初值：FF21第16交點(diǎn)是:(0.017024,-0.64361)，第16與15點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0

11、.0019129ms,定時(shí)器初值：F887第17交點(diǎn)是:(0.01746,-0.57283)，第17與16點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00043531ms,定時(shí)器初值：FE4D第18交點(diǎn)是:(0.019023,-0.24167)，第18與17點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.0015636ms,定時(shí)器初值：F9E4第19交點(diǎn)是:(0.02,0)，第19與18點(diǎn)電平持續(xù)時(shí)間0.00097685ms,定時(shí)器初值：FC2F圖3 Matlab運(yùn)行結(jié)果圖3.3單片機(jī)電平時(shí)間間隔表由MATLAB計(jì)算結(jié)果可以得出下表：十進(jìn)制電平時(shí)間間隔表：976 1563 435 1912 222 1912 435 1563 976976 1563

12、 435 1912 222 1912 435 1563 976十六進(jìn)制定時(shí)器初值表：FC2F F9E4 FE4D F887 FF21 F887 FE4D F9E4 FC2F FC2F F9E4 FE4D F887 FF21 F887 FE4D F9E4 FC2F4單片機(jī)程序設(shè)計(jì)4.1程序設(shè)計(jì)流程圖查表切換計(jì)數(shù)值，翻轉(zhuǎn)I/O口開(kāi)始I/O端口初始化定時(shí)器A初始化定時(shí)器A賦初始值，開(kāi)總中斷啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)器計(jì)數(shù)，I/O端口保持電平圖4 程序流程圖4.2C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)程序4.2.1主程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uint

13、unsigned intint i=0;char flag=0;sbit P10=P10;sbit P17=P17;sbit P20=P20;/近似int a=1000,1000,1900,200,1900,500,1500,1000,1000,1500,500,1900,200,1900,500,1500,2000;/精確int a1=976 1563 435 1912 222 1912 435 1563 976 976 1563 435 1912 222 1912 435 1563 976;void main()P10=0;P17=0;IE=0x82;TMOD=0x01;TH0=(6553

14、6-ai)/256;TL0=(65536-ai)%256;TR0=1;while(1)if(flag=1)flag=0;P17=P17;P20=P20; 4.2.2中斷程序void timer0() interrupt 1i+;if(i=18)i=0;TH0=(65536-ai)/256;TL0=(65536-ai)%256;flag=1;5電路設(shè)計(jì)圖5 單片機(jī)主控電路圖6 電源模塊圖7 雙極性pwm轉(zhuǎn)換電路6測(cè)試和結(jié)果6.1測(cè)試過(guò)程6.1.1使用直流穩(wěn)壓電源，示波器，萬(wàn)用表以及低通濾波器進(jìn)行測(cè)試圖8 測(cè)試環(huán)境6.1.2使用低通濾波器對(duì)輸出電壓進(jìn)行處理圖9 濾波過(guò)程6.1.3正負(fù)12V直流電源

15、供電圖10 供電電源6.2測(cè)試波形6.2.1低通濾波的截止頻率較低時(shí)的輸出波形圖11 實(shí)驗(yàn)波形6.2.2含有少量雜波的輸出波形圖12 實(shí)驗(yàn)波形6.2.3截止頻率較大時(shí)的輸出波形圖13 實(shí)驗(yàn)波形6.2.4含有少量雜波的輸出波形圖14 實(shí)驗(yàn)波形6.2.5黃色為使用較低截止頻率的濾波器后的輸出波形圖15 實(shí)驗(yàn)波形6.2.6使用較高截止頻率的濾波器測(cè)試結(jié)果藍(lán)色為SPWM波形，黃色為使用較高截止頻率的濾波器后的輸出波形圖16 實(shí)驗(yàn)波形6.2.7使用非常高的截止頻率的濾波器測(cè)試結(jié)果藍(lán)色為SPWM波形，黃色為使用非常高的截止頻率的濾波器后的輸出波形圖17 實(shí)驗(yàn)波形圖18 實(shí)驗(yàn)波形7測(cè)試結(jié)果分析偏差原因：在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中查表賦定時(shí)的初值，占用時(shí)間較多，導(dǎo)致定時(shí)不準(zhǔn)確；另外，測(cè)試儀器本身存在測(cè)量誤差。8體會(huì)和收獲經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，我們對(duì)SPWM波形產(chǎn)生的原理有