【正文】 LCD1602 編程 .......................................................................................................................... 26 顯示設(shè)計(jì) ................................................................................................................................ 27 5 系統(tǒng)調(diào)試 ..................................................................................................................................... 31 系統(tǒng)的調(diào)試 ............................................................................................................................. 31 系統(tǒng)仿真過(guò)程 ......................................................................................................................... 31 6 結(jié)論 ............................................................................................................................................ 36 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 37 附錄 ................................................................................................................................................ 38 翻譯部分 ......................................................................................................................................... 50 外文原文： .................................................................................................................................. 50 中文譯文： ........................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 致 謝 .................................................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 1 緒論 PWM 的背景、應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì) 模擬信號(hào)的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒(méi)有限制，可直接用來(lái)進(jìn)行控制，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路 容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問(wèn)題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設(shè)備）和昂貴。模擬電路還有可能?chē)?yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。 PWM 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯 1改變?yōu)檫壿?0或?qū)⑦壿?0改變?yōu)檫壿?1時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 隨著全控式電力電子器件如可關(guān)斷晶閘管 GTO、 大功率晶體管 IGBT 、場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管 PMOSFET 等的出現(xiàn)和應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步 ,PWM 控制技術(shù)在電力電子技術(shù)行業(yè) ,如： 風(fēng)力發(fā)電、電機(jī)調(diào)速、直流供電等領(lǐng)域 ，得到廣泛的應(yīng)用。 在通信領(lǐng)域，由于 PWM 控制有很強(qiáng)的 噪聲抵抗能力 ， 從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式。 在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域， PWM 變換器的控制技術(shù)是 其 核心技術(shù)之一 。 由于 PWM 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓和 抑制諧波的特點(diǎn) ， 由此在交流傳動(dòng)及至 其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。 PWM 信號(hào) 的產(chǎn)生通常有兩種方法 一種是軟件的方法 另一種是硬件的方法。 硬件調(diào)制法 模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制 。 軟件生成法其實(shí)就是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法 。 隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論，非線(xiàn)性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用， PWM 控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展 .到目前為止，已出現(xiàn)了多種 PWM 控制技術(shù)。 從 PWM確定確定變換器的導(dǎo)通時(shí)間方式來(lái)看有三類(lèi)差別顯著的 PWM 用于固定開(kāi)關(guān)頻率的調(diào)制系統(tǒng)： 1） 在 目標(biāo)參考波形和高頻載波的交點(diǎn)去開(kāi)關(guān)動(dòng)作 的自然采樣 PWM； 2） 在規(guī)則采樣參考波形和高頻載波交點(diǎn)處開(kāi)關(guān)動(dòng)作的規(guī)則采樣 PWM； 3） 開(kāi)關(guān)動(dòng)作使得目標(biāo)參考波形在一個(gè)載波周期內(nèi)的積分面積與開(kāi)關(guān)變換器輸出波形的積分面積相等的直接 PWM。 PWM 技術(shù)朝著許多方向不斷地發(fā)展，例如，人們 越來(lái)越關(guān)注電源側(cè)的波形質(zhì)量問(wèn)題，PWM 技術(shù)最近已經(jīng)應(yīng)用于有 特殊要求的輸入側(cè)變換器的控制。此外，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的開(kāi)通延遲，損耗等實(shí)際影響近來(lái)也受到關(guān)注，產(chǎn)生了隨機(jī) PWM、軟開(kāi)關(guān) PWM等。 PWM 原理 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器 的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。 PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿(mǎn)幅值的直流供電要么完全有（ ON），要么完全無(wú) （ OFF）。電壓或電流源是以一種通（ ON）或斷（ OFF）的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。 圖 1 SPWM SPWM 法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的 PWM 法 。 前面提到的采樣控制理論中的 一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同 。 SPWM 法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM波形即 SPWM 波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值 。 本文的主要工作 本文的主要工作是設(shè)計(jì)一個(gè) PWM 信號(hào)輸出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的 單極性 PWM 信號(hào)輸出 。 在直流斬波 PWM中 ,要求 PWM的頻率 ,占空比 ,和輸出時(shí)間均可調(diào) ， 輸出頻率為 1K20KHz； 在 SPWM模式中 ,頻率 ,調(diào)幅比及輸出時(shí)間可調(diào) ，輸出頻率為 150Hz。 2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng) PWM 算法 PWM 的全稱(chēng)是 Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過(guò)改變輸出方波的占空比來(lái)改變等效的輸出電壓。 SPWM，就是在 PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。 該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案。 等面積法 該方案實(shí)際上就是 SPWM 法原理的直接闡釋?zhuān)猛瑯訑?shù)量的 等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替正弦波，然后計(jì)算各脈沖的寬度和間隔，并把這些數(shù)據(jù)存于微機(jī)中 ,通過(guò)查表的方式生成 PWM 信號(hào)控制開(kāi)關(guān)器件的通斷 ,以達(dá)到預(yù)期的目的 .由于此方法是以 SPWM 控制的基本原理為出發(fā)點(diǎn) ,可以準(zhǔn)確地計(jì)算出各開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻 ,其所得的的波形很接近正弦波 ,但其存在計(jì)算繁瑣 ,數(shù)據(jù)占用內(nèi)存大 ,不能實(shí)時(shí)控制的缺點(diǎn) 。 硬件調(diào)制法 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的 ,其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào) ,把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過(guò)對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形。通常采用 等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是 SPWM 波形。其實(shí)方法簡(jiǎn)單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來(lái)確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開(kāi)關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成 SPWM 波。但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。 軟件生成法 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生。軟件生成法其實(shí)就是用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法：即自然采樣法和規(guī)則采樣法 。 ① 自然采樣法 以正弦波為調(diào)制波 ,等腰三角波為 載波進(jìn)行比較 ,在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷 ,這就是自然采樣法 .其優(yōu)點(diǎn)是所得 SPWM 波形最接近正弦波 ,但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)控制。 ② 規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波。其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開(kāi)關(guān)器件的通斷，從而實(shí)現(xiàn) SPWM 法 .當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn) (或底點(diǎn) )位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的 脈寬，在一個(gè)載波周期 (即采樣周期 )內(nèi)的位置是對(duì)稱(chēng)的，這種方法稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯 波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期 (此時(shí)為采樣周期的兩倍 )內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱(chēng)，這種方法稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣。規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn) ,其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單 ,便于在線(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)算 ,其中非對(duì)稱(chēng)規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦 .其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低 ,線(xiàn)性控制范圍較小 。 我們這里選擇 軟件生產(chǎn)法中 計(jì)算簡(jiǎn)便的 對(duì)稱(chēng) 規(guī)則采樣法來(lái)計(jì)算 PWM 開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間。具體實(shí)施時(shí)有兩種方 法： （ 1） 單極性 SPWM 法，見(jiàn)下圖： 正弦調(diào)制波 周期決定于需要的調(diào)頻比 kf，振幅值決定于 ku,等腰三角波載波周期決定于載波頻率，振幅不變，等于 ku=1時(shí)正弦調(diào)制波的振幅值，每半周期內(nèi)所有三角波的極性均相同 (即單極性 )。調(diào)制波和載波的交點(diǎn)，決定了 SPWM 脈沖系 列的寬度和脈沖音的間隔寬度，每半周期內(nèi)的脈沖系列也是單極性的。 單極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：每半個(gè)周期內(nèi)，逆變橋同一橋臂的兩個(gè)逆變器件中，只有一個(gè)器件按脈沖系列的規(guī)律時(shí)通時(shí)斷地工作，另一個(gè)完全截止；而在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)器件的工況正好相反，流經(jīng)負(fù)載 ZL的便是正、負(fù) 交替的交變電流。 圖 2 單極性 SPWM （ 2） 雙極性 SPWM 法 ： 調(diào)制波仍為正弦波，其周期決定于 kf，振幅決定于 ku,中曲線(xiàn)①，載波為雙極性的等腰三角波，其周期決定于載波頻率，振幅不變，與 ku=1 時(shí)正弦波的振幅值相等。調(diào)制波與載波的交點(diǎn)決定了逆變橋輸出相電壓的脈沖系列，此脈沖系列也是雙極性的，但是，由相電壓合成為線(xiàn)電壓 (uab=uaub。ubc=ubuc。uca=ucua)時(shí)，所得到的線(xiàn)電壓脈沖系列卻是單極性的。雙極性調(diào)制的工作特點(diǎn)：逆變橋在工作時(shí)，同一橋臂 的兩個(gè)逆變器件總是按相電壓脈沖系列的規(guī)律交替地導(dǎo)通和關(guān)斷，毫不停息，而流過(guò)負(fù)載 ZL的是按線(xiàn)電壓規(guī)律變化的交變電流。 圖 3 雙極性 PWM 這里我們 采用同步調(diào)制單極性 SPWM 法 ,載波比 N=32,調(diào)幅比 K 取值 (0,1)。工業(yè)上變頻器的調(diào)幅比是跟隨輸出頻率而改變的，如在恒 V/F 控制中， K需要考慮的因素很多，為簡(jiǎn)化問(wèn)題，我們選擇手動(dòng)調(diào)節(jié) K。 SPWM 必須 做的工作是： 實(shí)時(shí)地計(jì)算調(diào)制波 (正弦波 )和載波 (三角波 )的所有交點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，根據(jù)計(jì) 算結(jié)果，有序地向逆變橋中各逆變器件發(fā)出“通 ”和“斷”的動(dòng)作指令；調(diào)制波的振幅要隨調(diào)制比 而變，而載波的振幅則不變，所以，每次調(diào)節(jié)后，交 點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)都必須重新計(jì)算。 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)的功能框圖如下?？刂破餍枰瓿奢斎胼敵鼋换?，數(shù)據(jù)處理和 PWM 信號(hào)的生成，我們選擇 AT89C52；為了節(jié)省單片機(jī)的 I/O，我們選用 4 個(gè)按鍵輸入；需要顯示的內(nèi)容較多，我們選擇 L