单片机占空比可调的PWM波形发生器.docx
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单片机占空比可调的PWM波形发生器
机电高等专科学校电气工程系
微控制器技术课程
设计报告
设计题目:
占空比可调的PWM波形发生器
微控制器技术课程设计任务书
设计题目:
占空比可调的PWM波形发生器
设计时间:
2013.10.21——20610.27
设计任务:
在Proteus中画出原理图或使用实物,编制程序,实现以下功能:
1、理解PWM的工作原理。
2、编制PWM程序,使用八段发光字符管显示占空比。
3、可与电机连接,驱动电机以不同的转速旋转。
背景资料:
1、单片机原理与应用
2、检测技术
3、计算机原理与接口技术
进度安排:
1、第一天,领取题目,熟悉设计容,分解设计步骤和任务;
2、第2天,规划设计软硬件,编制程序流程、绘制硬件电路。
3、第3天,动手制作硬件电路,或编写软件,并调试。
4、第4天,中期检查,书写设计报告。
5、第5天,提交设计报告,整理设计实物,等待答辩。
6、第6天,设计答辩。
题目:
占空比可调的PWM波形发生器
一、设计目的
掌握PWM的工作原理;学会编制PWM程序,使用八段发光字符管显示占空比;并与电机连接,驱动电机以不同的转速旋转。
二、设计思路
直流电机PWM控制系统的主要功能包括:
实现对直流电机转速的调整,能够很方便的实现电机的智能控制。
主体电路:
即直流电机PWM控制模块。
这部分电路主要IIIAT89C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等调整直流电机的转速,能够很方便的实现电机的智能控制。
其间是通过AT89C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。
该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成:
设计输入部分:
这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流电机的加速、减速控制。
设计控制部分:
主要由AT89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
直流电机PWM控制实现部分主要山一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
设计显示部分:
LED数码显示部分,实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。
三、方案设计
系统框架设计
总体设讣方案的硕件部分详细框图如图一所示。
方案说明:
直流电机PWM调速系统以AT89C51单片机为控制核心,山命令输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形,H型驱动电路完成电机正,反转和急停控制;同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LED数码管完成实时显示。
四、系统硬件设计
4.1硬件模块组成
(1)单片机控制模块
(2)L298电机驱动模块
(3)LED显示模块
(4)独立键盘控制模块3.3系统硬件各模块电路
4.
2单片机整个控制模块
这里利用定时计数器让单片机P2口的P2.6、P2.7引脚输出占空比不同的方波,然后经驱动芯片L298放大后控制直流电机。
驱动芯片的输入电压是两引脚的电压差,在调速时一根引脚线为低电平,另一个引脚产生调速方波,这样两个引脚的电压差就可通过控制其中一个引脚来控制。
当需要改变电机转动方向时,两个引脚的输出相反。
定时计数器若干时间(1US)中断一次,就使P2.6或P2.7产生一个高电平或低电平。
直流电机的速度分成100个等级,因此一个周期就有100个脉冲,周期为一百个脉冲的时间,速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。
占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的白分数。
一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。
占空比越大,加在电机两端的电压越大,电机转动越快。
电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。
当我们改变占空比时,就可以得到不同的电机平均速度,从而达到调速的目的。
五、PWM的基本工作原理
PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率,从而改变负载两端的电圧,进而达到控制要求的一种电压调整方法。
在PWM驱动控制的调整系统中,按一个固定的频率来接通和断开电源,并根据需要改变一个周期“接通”和“断开”时间的长短。
通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速。
六、软件设计
主程序设计:
主程序部分主要对定时计数器T1的工作方式、中断入口地址、计数初值、中断产生、进行设置,为了方便程序编程。
MlMO:
工作模式选择位,具体如下:
TMOD寄存器
GATE
C/T
Ml
M2GATEC/TMl
M0
0
0
0
10
0
0
0
M1MO=OO:
模式0(13位定时/计数器)
M1MO=O1:
模式1(16位定时/计数器)
M1M0二10:
模式2(8位自动重装常数的定时/计数器)
M1MO=11:
模式3(2个8位定时/计数器,仅对T0)
因在程序中TO是作为定时器,TO的C/T控制位就应设置为0;T0工作在模式1,TMOD中控制T0的M1M0应设置为01,其它位全部设置为0,即应给工作模式寄存器TMOD赋值01H。
2.工作方式1及初值计算
当M1,MO二01时,定时/计数器处于工作方式1,此时,定时/及数器的等效电路仍
以定时器0为例,定时器1与之完全相同。
方式0和方式1的区别仅在于计数器的位数不同,方式0为13位,而方式1则为16位,由THO作为高8位,TLO为低8位,有关控制状态字(GATA、C/T、TFO、TRO)和方式0相同。
在工作方式1下,计数器的计数值围是:
1—65536(216)。
当为定时工作方式1时,定时时间的计算公式为:
(2诚一计数初值)X晶振周期X12
如果单片机的晶振选为6.000MHz,则最小定时时间为:
[213—(216—1)]Xl/6X10^X12=2X10^(s)=2(us)(216—0)X1/6X10^X12=131072X10_6(s)=131072(us)
定时/计数器中的计•数器是在计•数初值基础上以加法讣数的,并能在计数器从全“1”变为全“0”时自动产生溢出中断请求。
因此,可以把计数器计数初值设定为TC,定时器定时时间T的计算公式为:
T=(M-TC)T计数⑵式中M为计数器模值,该值和计数器工作模式有关。
在模式1时M为216。
在定时器模式下,T计数是单片机振荡周期的12倍。
上式也可写成:
TC=M-T/T计数在程序设计中工作模式为模式1,则计数器模值M二216二63536;假设单片机仿真器的晶振频率为
22.1184MHz,则:
T计数=12/(22.1184X106)=5.425347X10
若定时时间长度为30ms,则:
TC=65536-30X10-3/5.425347X10-7二10240二2800H
给定时器赋值时:
MOVTLO,#00H;
MOVTHO,#28H
3.中断设置
除特殊功能寄存器TCON和SCON中的某些位与中断有关以外,还有一个特殊功能寄存器即中断允许寄存器IE用来设定各个中断源的打开和关闭。
中断系统的结构框图
IE寄存器各位的含义如下:
EA(IE.7):
CPU的中断总允许标志位。
当EA二1时,CPU允许中断;当EA二0时,CPU禁止所有的中断请求。
ES(IE.4):
串行口中断允许位。
当ES二1时,允许串行口中断;当ES二0时,禁止中断。
ET1(IE.3):
定时器T1的溢出中断允许位。
当ET1二1时,允许T1中断;当ET1二0时,禁止T1中断。
EXI(IE.2):
外部中断1的中断允许标志位。
当EX1二1时,允许外部中断1中断;当ES二0时,禁止外部中断1中断。
ETO(IE.1):
定时器TO溢出中断允许位。
当ETO二1时,允许T0中断;当ETO二0时,禁止T0中断。
EXO(IE.0):
外部中断0允许位。
当EXO二1时,允许外部中断0中断:
当EXO二0
时,禁止外部中断0中断。
定时中断子程序流程
根据程序的需要,先为IE的各位赋值:
外部中断0的中断允许位:
EXO二1,允许外部中断SETBEXO
定时器T0溢出中断允许位:
ETO二1,允许中断请求SETBETO
允许中断(EA二1,CPU允许中断)SETBEA
串行口中断允许位:
ES二1,允许串行口中断SETBES
以上各位等于1时,CPU开放中断;等于0时,CPU禁止该中断。
单片机系统复位后,IE中各位均被清零,即禁止所有中断。
因此程序中开T0中断则应将ETO置1,另外如果要使用中断EA也要置1,故应给IE赋值为82H。
七、系统功能调试
直流电机的调试功能仿真如下图:
加速分3档,波形依次如下:
减速分3档,波形如下:
八、设计总结
通过本次课程设讣,使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使我深刻体会到单片机技术应用领域的广泛。
不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固,同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。
在本次课程设汁过程中,我学会了有关本设计的各硬件的资源,其中包括:
直流电机PWM调速、AT89C51单片机、L289引脚图及其引脚功能、LED数码管显示等知识。
参考文献
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航空航天大
学,2006.9
⑵周润景,丽娜•基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].:
航空航天大学,2006.5
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电子工业,2007.4
[4]
周润景,丽娜.PROTEUS入门实用教程[M]・:
机械工业,2007.9
楼然苗,光飞.51系列单片机设计实例[M]・:
航空航天大学,2003.3
楼然苗,光飞•单片机课程设计指导[M]・:
航空航天大学,2007.7
[6]
直流电机PWM调速C语言程序:
#include
#include
^include
/********自左义变量********/
^defineuintunsignedint//自左义变量
^defineucharunsignedchar
chargw,sw,bw,qw;
uchar
uchar
sbit
sbit
sbit
sbit
sbit
sbit
uchar
uchar
/********水控制位左义********************/
ucharcode
smg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};//程序存储区定义字型码表
〃位码
chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};
//数码管显示的数值
//数码管显示
〃延时函数
uintx;
display0;
delays0;
key();
displays0;
/***************主函数********************/
main(void)
//TO方式1泄时计数Tl方式1计数
//装入初值20MS
//计数567
TM0D=0x51;
THO二Oxbl;
TLO二OxeO;
TH1二0x00;
TL1二0x00;
TRO二1;
TR1=1;
//启动tO
//启动tl
gw=sw=bw=qw=0;//数码管初始化P0二0xc0;
P2=l;
while
(1)
〃无限循环
display0;〃数码管显示key();
}
/***************数码管显示****************/display0
uchari;gw=x%10;
sw=(x/10)%10;bw=(x/100)%10;qw=x/1000;
for(i=0;i<4;)
//求速度个位值,送到个位显示缓冲区
//求速度十位值,送到十位显示缓冲区〃求速度百位值,送到百位显示缓冲区
//求速度千位值,送到千位显示缓冲区
P2=led[i];if(i=0)
〃显示个位
P0二smg[gw];
delays0;
}
elseif(i=l)
//显示十位
PO=smgEsw];delays();
}
elseif(i=2)
//显示百位
P0=smgLbw^;delays();
}
elseif(i==3)
//显示千位
}
/*****************延时函数*************************/delays0
{
uchari;
for(i=5000;i>0;i~);
}
/*****泄时*中断函数*************/
voidt0()interrupt1using2
{
THO二Oxbl;//重装tO
TL0=0xe0;
f—;
if(k==0)
{
if(f PIO二1; else P10=0; Pll=0; } else { if(f Pll=l; else Pl1=0; P10=0; } if(f=O) { f二5; } j++; if(j=50) { J-0; x=THl*256+TLl;//tl方式1计数,读入计数值 TH1二0x00; TL1二0x00; x++; display0; } /****************按键扫描**************key() if(P12=0) {while(! P12)displayO;k="k; }if(P16==0){ while(P16==0)IE=0x8a; } 辻(P13=0) { while t++; 〃如果按下. 〃去抖动 〃启动 〃加速 (P13=0); 辻(t>=5) t=5; if(P14==0)//减速 { while(P14=0); }if(t if(P15=0) { while(P15==0);EA=O; PIO二0; Pl1=0; } } 〃停止 /****************END**************/
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