【正文】 設(shè)計(jì)要求 1．單片機(jī)輸出 PWM 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。更不用說(shuō)自動(dòng)控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機(jī)械了。 Watchdog program。 最后通過(guò) Proteus 軟 件中的模擬仿真器對(duì) PWM 波形進(jìn)行模擬仿真輸出， PWM波形的占空比和周期及 PWM 波形的輸出時(shí)間通過(guò)顯示模塊顯示出來(lái)，最終圓滿完成設(shè)計(jì)。在對(duì)單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)熟悉的基礎(chǔ)上完成了硬件電路設(shè)計(jì)，主要包括電源、顯示、按鍵等外圍電路設(shè)計(jì)。本論文屬于原創(chuàng)。畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的 PWM 信號(hào)輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 本科生畢業(yè)論文 姓 名： ** 學(xué) 號(hào)： ** 學(xué) 院： *** 專 業(yè)： 自 動(dòng) 化 論文題目： 基于單片機(jī)的 PWM 信號(hào)輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 題： 指導(dǎo)教師： ** 職 稱： 講 師 2020 年 6 月 徐州 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)論文任務(wù)書 任務(wù)下達(dá)日期： ** 畢業(yè)論文日期： ** 畢業(yè)論文題目：基于單片機(jī)的 PWM 信號(hào)輸出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文專題題目： 畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求： 整體方案設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)，包括電源、顯示、按鍵等外圍電路設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)，包括模式選擇程序、時(shí)間選擇程序、顯示程序、按鍵程序等 應(yīng)用 PROTEUS 軟件進(jìn)行仿真 指導(dǎo)教師簽字： 鄭 重 聲 明 本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。文中對(duì) AT8951 單片機(jī)概念和 PWM 信號(hào)的原理做了詳細(xì)的論述，對(duì)單片機(jī)最小系統(tǒng)中的時(shí)鐘電路和復(fù)位電路進(jìn)行了充分的分析。最終實(shí)現(xiàn)了以下功能：能夠通過(guò) K1 鍵選擇 PWM 波形的輸出與關(guān)閉，通過(guò)按鍵 K K3 與換向開關(guān) SW1 實(shí)現(xiàn)對(duì) PWM 波形周期和占空比參數(shù)的調(diào)節(jié)作用。 puter simulation。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過(guò)程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。 PWM 控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。 4．應(yīng)用 PROTEUS 軟件進(jìn)行仿真 。 圖 1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 的應(yīng)用 單片機(jī)廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過(guò)程控制等領(lǐng)域，大致可分如下 幾個(gè)范疇： 。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報(bào)警系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級(jí)控制系統(tǒng)等?，F(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制。某些專用單片機(jī)設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定功能，從而 在各種電路中進(jìn)行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 單片。 單片機(jī)（ 51 單片機(jī)）。 單片機(jī)。 （ SONIX）。 89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS8位微處理器，器件采用 ATMEL 高密度非 易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： AT89C51 芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，能作為存儲(chǔ)器使用的只是前 128 個(gè)單元，其地址為 00H― 7FH。 并行 I/O 口： AT89C51 芯片內(nèi)部有 4 個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0， P1， P2， P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 振蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即可構(gòu)成 AT89C51 單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列的時(shí)鐘電路 。 圖 3 AT89C51 封裝圖 1 Vcc――芯片電源，接 +5V。 控制線共有 4 根，其中 3 根是復(fù)用線。當(dāng) ALE 信號(hào)有效時(shí)， P0 口傳送的是低 8 位地址信號(hào)；ALE 信號(hào)無(wú)效時(shí)， P0 口傳送的是 8 位數(shù)據(jù)信號(hào)。 80C51 讀外 ROM 時(shí)，沒(méi)個(gè)機(jī)器周期內(nèi) PSEN兩次有效輸出。①正常工作時(shí)， RST（ Reset）端為復(fù)位信號(hào)輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平， 80C51 芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始， CPU 從 0000H 開始執(zhí)行指令。 80C51 單片機(jī) ROM 尋址范圍為 64KB，其中 4KB 在片內(nèi)， 60KB 在片外（ 80C31 芯片無(wú)內(nèi) ROM，全部在片外）。② Vpp 功能：片內(nèi)有 EPROM的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源 Vpp。在不并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器 包括并行擴(kuò)展 I/O口 時(shí) , P0 口可用作雙向 I/O 口。 圖 4 P0 口位結(jié)構(gòu) 2 P1 口―― 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口 “準(zhǔn)雙向”是指該口內(nèi)部有固定的上拉電阻 。在不并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器 包括并行擴(kuò)展 I/O口 時(shí) , P2 口可用作雙向 I/O 口。在結(jié)構(gòu)上， P2 口比 P1 口多一個(gè)輸出控制部分。 圖 7 P3 口位結(jié)構(gòu) P3 口第二功能如下 : 表 1 P3 口第二功能 P3 口 第二功能 注釋 RXD 串行口輸入端 TXD 串行口輸出端 INT0 外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 INT1 外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 T0 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 外部信號(hào)輸入端 T1 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部信號(hào)輸入端 WR 外 RAM寫選通信號(hào)輸出端 RD 外 RAM 讀選通信號(hào)輸出端 上述 4 個(gè)I/O 口 ,各有各的用途。 脈沖寬度調(diào)制 PWM 概述 脈沖寬度調(diào)制 PWM ，是英文“ Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電 路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。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。 圖 9 PWM 信號(hào)占空比 ，如 8 位的 PWM，理論的分辨率就是1： 255 單斜率 ， 16 位的的 PWM 理論就是 1： 65535 單斜率 。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。 由于 PWM 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點(diǎn)。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路，為了防止單片機(jī)的工作受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，在單片機(jī)系統(tǒng)中加入了看門狗電路，能讓單片機(jī)穩(wěn)定的輸出 PWM 波形。圖 11 7805 穩(wěn)壓過(guò)程 5V 電源的電路，主干線路電壓經(jīng)過(guò)變壓器后轉(zhuǎn)換為 12V 交流電，經(jīng)過(guò)整流、濾波后送入 7805 穩(wěn)壓器，輸出再次濾波得到 5V 直流電壓。電容 C1 和 C2 可以幫助起振，典型值為 22uf,調(diào)節(jié)它們可以達(dá)到微調(diào) FOSC 的目的。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位、按鍵復(fù)位和外部脈沖復(fù)位 3 種方法，本設(shè)計(jì)中采用手動(dòng)按鍵復(fù)位的電路，如下圖所示： 圖 14 按鍵復(fù)位電路 單片機(jī)的最小系統(tǒng)包括 CPU、復(fù)位電路和時(shí)鐘電路，一個(gè)完整的單片機(jī)最小系統(tǒng)就已經(jīng)能夠正確的輸出 PWM 波形，在最小系統(tǒng)的電路基礎(chǔ)上加入看門狗電路、按鍵選擇電路和顯示電路，完成擴(kuò)展功能，單片機(jī)的最小 系統(tǒng)原理圖如下所示： 圖 15 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 看門狗電路設(shè)計(jì) 在由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作有可能會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，從而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)便無(wú)法繼續(xù)工作，這樣會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果。 圖 16 706 看門狗電路 706 芯片看門狗工作原理： 706 的內(nèi)部看門狗定時(shí)器定時(shí)時(shí)間為 1． 6 秒，如果在 1． 6 秒內(nèi)，看門狗輸入腳 WDI 保持為規(guī)定電平 高電平或低電平 ，看門狗輸出端變?yōu)榈碗娖?,二極管 D 導(dǎo)通，使低電平加到復(fù)位端 ， 706 產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)RESET 使單片機(jī)復(fù)位，直到復(fù)位后看門狗被清零，才變?yōu)楦唠娖?。鍵盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。它們各自有自己的特點(diǎn)，其中獨(dú)立鍵盤硬件電路簡(jiǎn)單，而且在程序設(shè)計(jì)上也不復(fù)雜，一般用在 對(duì)硬件電路要求不高的簡(jiǎn)單電路中。當(dāng)換向開關(guān)撥在上位檔時(shí)，按鍵 K2 按下的時(shí)候， 端口檢測(cè)到有高電平，占空比就會(huì)逐漸的增大。在程序的運(yùn)行過(guò)程中，如果按鍵 K1 再次按下，則 PWM 波形停止輸出，按鍵電路圖如下所示： 圖 17 按鍵設(shè)置 顯示模塊電路設(shè)計(jì) 本文要求能夠輸出 PWM 波形的占空比和周期，能夠?qū)崿F(xiàn) PWM 輸出時(shí)間的時(shí)鐘計(jì)時(shí)功能，并能 夠顯示出來(lái)。通常的數(shù)碼管又分為 8 段，即 8 個(gè) LED 顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計(jì)的，分別為 A、 B、 C、D、 E、 F、 G、 DP，其中 DP 是小數(shù)點(diǎn)位段。 對(duì)于單個(gè)數(shù)碼管來(lái)說(shuō)，從它的正面看進(jìn)去，左下角那個(gè)腳為 1 腳，以逆時(shí)針?lè)较蛞来螢?1~10 腳，左上角那個(gè)腳便是 10 腳了，兩個(gè) dp 腳是連通的，這兩個(gè)都是公共腳。 數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種。 碼管 那么，實(shí)際的多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會(huì)連接 在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。六位數(shù)碼管連接圖如下所示。當(dāng)換向開關(guān)撥在上位檔時(shí)，按鍵 K2按下的時(shí)候， 端口檢測(cè)到有高電平，占空比就會(huì)逐漸的增大。當(dāng)按鍵 K3 按下的時(shí)候， 端口檢測(cè)到有高電平， PWM 周期就會(huì)逐漸的減小，此時(shí)數(shù)碼管的一二兩位數(shù)值隨之變化，在程序運(yùn)行的過(guò)程中，如果按鍵 K1 再次按下，則 PWM 波形停止輸出。當(dāng)換向開關(guān)撥在上位檔時(shí)，按鍵 K2按下的時(shí)候， 端口檢測(cè)到有高電平，占空比就會(huì)逐漸的增大。當(dāng)按鍵 K3 按下的時(shí)候， 端口檢測(cè)到有高電平， PWM 周期就會(huì)逐 漸的減小，此時(shí)數(shù)碼管的一二兩位數(shù)值隨之變化。因此，我們可以把計(jì)數(shù)器記滿為零所需的計(jì)數(shù)值設(shè)定為 C和計(jì)數(shù)初值設(shè)定為 TC 可得到如下計(jì)算通式： TC M－ C 式中， M 為計(jì)數(shù)器模值，該值和計(jì)數(shù)器工作方式有關(guān)。 void main void P1 0x00。 EA 1。通過(guò)改變信號(hào)電壓的“占空比”來(lái)達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 void time0 interrupt 1 TH0 65536500 /256。 t++。相應(yīng)的。同時(shí)對(duì) PWM 輸出時(shí)間進(jìn)行自動(dòng)計(jì)時(shí)，數(shù)碼管的五六兩位顯示出 PWM的輸出時(shí)間。通常要采取策略令單鍵按下有效，多鍵同時(shí)按下無(wú)效。消除在按鍵過(guò)程中產(chǎn)生的毛刺現(xiàn)象。 void keyscan if P1_0 1 //換向開關(guān)為上檔位 if（ P1_3 1amp。amp。 顯示系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì) 數(shù)碼管是一種把多個(gè) LED 顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。 本文中的數(shù)碼管的 12 兩位輸出 PWM 波形的周期，對(duì)應(yīng)的 P2 端口的 12 位設(shè)置為 0xfe 和 0xfd，占空比用 m 值代替。 //顯示周期的十位 delay 4 。 P2 0xfb。 //數(shù)碼管第四位輸出 P0 dispcode[qg%10] |0X80。 //顯示時(shí)間的十位 delay 4 。 看門狗程序的設(shè)計(jì) 在 51 單片機(jī)中有兩個(gè)定時(shí)器，我們就可以用這兩個(gè)定時(shí)器來(lái)對(duì)主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。而 T1 的中斷正常與否我們?cè)儆?T0 定時(shí)中斷子程序來(lái)監(jiān)視。當(dāng)前能夠用于計(jì)算機(jī)仿真學(xué)習(xí)單片機(jī)的軟件 也已日趨成熟。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。 Protues 提供了豐富的資源 Protues 可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有 30 多個(gè)元件庫(kù)。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。 Keil uVision 軟件 Keil uVision 是美國(guó) Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開發(fā)系統(tǒng)。用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C 來(lái)開發(fā)，體會(huì)更加深刻。 在 PROTUES 繪制好原理圖后， Keil uVision 中輸入控制單片機(jī)運(yùn)行的代碼，對(duì)輸入的代碼進(jìn)行編譯生成 *.HEX 文件。 Development Center Campu