【正文】 1） 在 目標(biāo)參考波形和高頻載波的交點(diǎn)去開關(guān)動作 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)處開關(guān)動作的規(guī)則采樣 PWM； 3） 開關(guān)動作使得目標(biāo)參考波形在一個(gè)載波周期內(nèi)的積分面積與開關(guān)變換器輸出波形的積分面積相等的直接 PWM。通過高分辨率計(jì)數(shù)器 的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼。 本文的主要工作 本文的主要工作是設(shè)計(jì)一個(gè) PWM 信號輸出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的 單極性 PWM 信號輸出 。 該方法的實(shí)現(xiàn)有以下幾種方案。其實(shí)方法簡單，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，用比較器來確定它們的交點(diǎn)，在交點(diǎn)時(shí)刻對開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成 SPWM 波。 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。規(guī)則采樣法是對自然采樣法的改進(jìn) ,其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡單 ,便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算 ,其中非對稱規(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 ,線性控制范圍較小 。 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。uca=ucua)時(shí)，所得到的線電壓脈沖系列卻是單極性的。 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。我們就直接采用 P3^0 和 P3^1 輸出 PWM 信號。功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜 的 控制應(yīng)用場合。空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器．串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 ③ P0： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口，即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。對端口 P2寫“ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè) 引腳 被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流。 ⑥ P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口 。 P3 口除了作為 I/0 口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表 格 1所示 。 表格 1 P3口第二功能 端口 引腳 第二功能 RXD（串行輸入口〕 TXD（串行輸出口〕 INTO（外中斷 0〕 INTO（外中斷 l) TO （定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0 ) Tl （定時(shí)／計(jì)數(shù)器 l ) WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ⑧ ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)， ALE(地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)．一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的 。該位置位后， 只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活 ,此外，該 引腳 會被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 (地址為 0000HFFFFH ) , EA端必須保持低電平 (接地）．需注 意 的是：如果加密位 LBI 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存 EA端狀態(tài)。并非所有的地址都被定義，從 80HFFH 共 128 個(gè)字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。 （ 5） AT89C52 單片機(jī)擴(kuò)展電路及分析 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8 字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 256 字 節(jié) 內(nèi)部 RAM , 32 個(gè) I/O口線， 2 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。 1602 液晶也叫 1602字符型液晶它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊它有若干個(gè) 5X7或者 5X11 等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。 第 4 腳： RS 為 寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 第 15～ 16 腳：空腳或背燈電源。 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM)已經(jīng)存儲了 160 個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址 41H 中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺，其處理器模型支持 805 HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2020 年即將增加 Cortex和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。用戶甚至可以實(shí)時(shí)采用諸如 RAM， ROM，鍵盤，馬達(dá)， LED，LCD， AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器 等， Protues 建立了完備的電子設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境。 ※ 編譯及調(diào)試：支持單片機(jī)匯編語言的編輯 /編譯 /源碼級仿真，內(nèi)帶 805 AVR、 PIC 的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如 IAR、 Keil 和 Hitech）結(jié)合，進(jìn)行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試。理論上同一 種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。 （ 4） Protues 可提供的調(diào)試手段 Protues 提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。 。 擬儀器，利用虛擬儀器在仿真過程中可以測量外圍電路的特性，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際硬件的調(diào)試能力。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。由于 PROTUES提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。相信在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中 PROTUES 也能茯得愈來愈廣泛的應(yīng)用。 C51 已被完全集成到 uVision2 的集成開發(fā)環(huán)境中，這個(gè)集成開發(fā)環(huán)境包含： 編譯器，匯編器，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，項(xiàng)目管理器，調(diào)試器。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 有 TO 220 ， TO202 的標(biāo)準(zhǔn)封裝，也有9013樣子的 TO92封裝。 整流橋可以選擇正向電流 1A,耐壓值為25V。 T R 2T R A N 2P 2 SB R 1B R I D G EC122 00 uC21nFC40. 1u FC310 0 uVI1VO3GND2U178 0 5+ 5 V22 0 V 圖 6 電源 單片機(jī)復(fù)位電路 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。 ，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（ 2 個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。此電路僅用一個(gè)電容及一個(gè)電阻 和一個(gè)按鍵 。 單片機(jī)時(shí)鐘電路 AT89C52 可以使用外部時(shí)鐘電路。AT89C52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。廠商推薦使用的是 30pF177。 本電路中設(shè)計(jì)有 4個(gè)按鍵，因此需要進(jìn)行中斷 擴(kuò)充。 P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 3 . 3D1DI O DED2DI O DED3DI O DED4DI O DE 圖 9 中斷擴(kuò)展 顯示電路 LCD1602 的 引腳輸入時(shí)的電流很小，當(dāng) VDD=5V 時(shí)，高低電平標(biāo)準(zhǔn)和單片機(jī)的 P1 口兼容，所以這里不需要為 LCD 提供 額外驅(qū)動電路 ，可與單片機(jī)直接相連。 第 5 腳： RW為讀寫信號線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫操 作。 第 7～ 14 腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)端。 P2.1P2.0P2.2P10P17P16P15P14P13P12P11D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L+5VR V 11 0 k 圖 10 顯示 輸出電路 這里以單片機(jī) 和 作為 PWM 的輸出口。由于單片機(jī)無法輸出負(fù)電壓，所以需要把 的信號經(jīng)過一個(gè)反向比例放大電路處理后，再和 疊加。同時(shí)為了 使放大電路不產(chǎn)生飽和失真，需把單片機(jī)輸出的信號進(jìn)行縮放。 因此一個(gè)定時(shí)脈沖周期為 1uS。 設(shè) PWM 輸出頻率為 f kHz，占空比為α ， PWM 的周期： T=1/f*10^(3) S=1000/f uS 由于 AT89C52 無法處理浮點(diǎn)數(shù)，在單片機(jī)內(nèi)占空比 取值為（ 0～ 100），則在一個(gè) PWM周期內(nèi) ,高電平的時(shí)間： tHigh=T*α /100=1000/f*α /100 uS； 定時(shí)器初值： TH0=（ 65536tHigh） /256； TL0=（ 65536tHigh） %256； 低電平的時(shí)間： tLow =T*（ 100α） /100=1000/f*α /100 uS； 定時(shí)器初值： TH0=（ 65536tLow） /256； TL0=（ 65536tLow） %256； 生成 直流斬波 PWM 的軟件流程圖： 設(shè) 置 參 數(shù)開 始 輸 出P 3 . 0 = 0 ?定 時(shí) 高 電 平 時(shí) 間P 3 . 0 = 1輸 出 時(shí) 間 到 ?定 時(shí) 低 電 平 時(shí) 間P 3 . 0 = 0停 止 輸 出是否是否是 否 修 改 參 數(shù)是 否 停 止是否否是 圖 13 直流斬波 PWM 流程圖 SPWM 軟件計(jì)算法 這里以對稱三角波為載波。在一個(gè)三角波周期內(nèi)，可以認(rèn)為正弦值不變。 if(tjump==0) { TH0=tempt0。 OUTPUT0=1。//tempt3=(655361000/freq*(100rac)/100)%256。 if(FLAG) { if(sjb[aci]tempt4)OUTPUT0=0。 } if(aci==31) { aci=0,acj++。 //tempt2=(655361000/freq*(100rac)/100)/256。 } } 輸出時(shí)間控制 這里我們用定時(shí)器 1，同樣工作在方式 1。 輸出時(shí)間控制程序如下： /**********************T1 中斷服務(wù)程序 *******************/ void timer1(void)interrupt 3 using 1 { count1++。 ToutReal。 按鍵動作時(shí)的典型波形 如圖。 但是在按鍵多時(shí)增加硬件開銷，所以我們采用軟件消抖的方式。 關(guān)鍵字 interrupt是函數(shù)定義時(shí)的一個(gè)選項(xiàng) ， 加上這個(gè)選項(xiàng)就可以將一個(gè)函數(shù) 定義 成中斷服務(wù)函數(shù)。 using后面的 n是一個(gè) 0— 3 的常整數(shù)， 分別選中 4 個(gè)不同的工作寄存器組。 具體的中斷號 n和中斷向量取決于不同的單片機(jī)芯片： 89C52 單 片機(jī)的常 用中斷源 和中斷向量如表 1所示 89C52 系列單片機(jī)可以在內(nèi)部 R A M 中使用 4個(gè)不同的工作寄存器組 ， 每個(gè)寄存器組中包含 8 個(gè)工作寄存 器 ( R0～ R7) 。 圖 15 按鍵動作電壓波形 C51 編譯器支持在 C語言源程序中直接編寫 89C52 單片機(jī)的中斷服務(wù)函數(shù)程序 。消抖有硬件和軟件兩 種方式。 //關(guān)閉 PWM 輸出，停止計(jì)時(shí)。 TL1=176。為方便計(jì)算，定時(shí)時(shí)間設(shè)為 50000 uS。 //tempt3=(655361000/freq*(100rac)/100)%256。 if(acj==31)acj=