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基于單片機(jī)的pwm信號輸出系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文-預(yù)覽頁

2025-03-30 11:55 上一頁面

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【正文】 從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 設(shè)計要求 1.單片機(jī)輸出 PWM 系統(tǒng)的整體方案設(shè)計。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 2 單片機(jī)概述 單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī),是典型的嵌入式 微控制器( Microcontroller Unit),常用英文字母的縮寫 MCU 表示單片機(jī),它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于儀器儀表中,結(jié)合不同類型的 傳感器 ,可實現(xiàn)諸如電壓、 功率 、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。 。 。 單片機(jī)在汽車電子中的應(yīng)用非常廣泛。是 MICROCHIP 公司的產(chǎn)品,其突出的特點是體 積小,功耗低, 精簡指令集 ,抗干擾性好,可靠性高,有較強(qiáng)的模擬接口,代碼保密性好,大部分芯片有其兼容的 FLASH 程序存儲器 的芯片。 ATMEl 公司的 8位單片機(jī)有 AT8 AT90兩個系列, AT89 系列是 8位 Flash 單片機(jī),與 8051 系列單片機(jī)相兼容,靜態(tài)時鐘模式; AT90 系列單片機(jī)是增強(qiáng) RISC 結(jié)構(gòu)、全靜態(tài)工作方式、內(nèi)載在線可編程 Flash 的單片機(jī),也叫 AVR 單片機(jī) 。臺灣盛揚半導(dǎo)體的單片機(jī),價格便宜,種類較多,但抗干擾 較差,適用于消費類產(chǎn)品。是臺灣松翰公司的單片, 大多為 8位機(jī),有一部分與 PIC 8 位單片機(jī)兼容,價格便宜, 系統(tǒng)時鐘 分頻可選項較多,有 PMW ADC 內(nèi)振 內(nèi)部雜訊濾波。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中, ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器,而且它與 MCS51兼容,且具有 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器和 1000 寫 /擦循環(huán),數(shù)據(jù)保留時間為 10年等特點,是最好的選擇。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前 128個單元,簡稱內(nèi)部 RAM。 串行口:它是用來實現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz。 (2)Vss—— 接地端。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能,正常使用時是一種功能,在某種條件下是另一種功能。在 ALE 信號的下降沿,鎖定 P0 口傳送的內(nèi)容,即低 8 位地址信號。 PSEN 可作為外 ROM 芯片輸出允許 OE的選通信號。② Vpd 功能:在 Vcc 掉電情況下,該引腳可接上備用電源,由 Vpd 向片內(nèi)供電,以保持片內(nèi) RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng) EA 保持高電平時,先訪問內(nèi) ROM,但當(dāng) PC(程序計數(shù)器)值超過 4KB( 0FFFH)時,將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外 ROM 中的程序。 對 4 個控制引腳,應(yīng)熟記起第一功能,了解其第二功能。 在并行擴(kuò)展外存儲器 (包括并行擴(kuò)展 I/O 口 )時 , P0 口可用于分時傳送低8 位地址 (地址總線 )和 8位數(shù)據(jù)信號 (數(shù)據(jù)總線 )。M U XD內(nèi) 部 總 線寫 鎖 存 器V C C控 制地 址 / 數(shù) 據(jù)V 1V 2 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)展外存儲器 (包括并行擴(kuò)展I/O口 )時 , P2口可用作雙向 I/O口。在結(jié)構(gòu)上, P2口比 P1 口多一個輸出控制部分。 P 3 . X鎖 存 器 _C PP 3 . X引 腳amp。 P3 口根據(jù)需要常用于第二功能 ,真正可提供給用戶使用的 I/O 口是 P1 口和一部分未用作第二功能的 P3 口端線。 PWM 信號仍然是數(shù)字的,因為在給定的任何時刻,滿幅值的直流供電要么完全有 (ON),要么完全無 (OFF)。 圖 8 模擬電平的 PWM數(shù)字編碼 脈沖寬度調(diào)制 (PWM)的相關(guān)概念 :就是輸出的 PWM 中,高電平保持的時間 與 該 PWM 的時鐘周期的時間 之比 如, 一個 PWM的頻率是 1000Hz,那么它的時鐘周期就是 1ms,就是 1000us,如果高電平 t1 出現(xiàn)的時間是 800us,那么低電平 t2 的時間肯定是 200us,那么占空比 t1/T 就是 800: 1000,也就是說 PWM 的占空比就是 4: 5。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。在接收端,通過適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。正弦 PWM 已為人們所熟知,而旨在改善輸出電壓、電流波形,降低電源系統(tǒng)諧波的多重 PWM技術(shù)在大功率變頻器中有其獨特的優(yōu)勢(如 ABB ACS1000系列和美國 ROBICON公司的完美無諧波系列等);而優(yōu)化 PWM 所追求的則是實現(xiàn)電流諧波畸變率( THD)最小,電壓利用率最高,效率最優(yōu),及轉(zhuǎn)矩脈動最小以及其它特定優(yōu)化目標(biāo)。顧名思義,三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路,只有三條引腳輸出,分別是輸入端、接地端和輸出端。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 12 7 8 0 52 2 0 V 1 2 V5 VG N DC 1C 3C 2C 4R LV i n + 5 VG N D 圖 12 7805穩(wěn) 5V電路 單片機(jī)時鐘電路設(shè)計 XTAL1 和 XTAL2 為片內(nèi)震蕩電路輸入線,這兩個端子用外接石英晶體和微調(diào)電容,用來連接 89C51 定時反饋電路。另外由于程序運行中的錯誤或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài),為了擺脫這種狀態(tài),也需要進(jìn)行復(fù)位。 加入看門狗電路的目的是使單片機(jī)可以在無人狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作,其工作過程如下:看門狗芯片和單片機(jī)的一個 I/O 引腳相連,該 I/O 引腳通過單片機(jī)的程序控制,使它定時地往看門狗芯片的這個引腳上送入高電平 (或低電平 ),這一程序語句是分散地放在單片機(jī)其他控制語句中間的,一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進(jìn)入死循環(huán) 狀態(tài)時,給看門狗引腳送電平的程序便不能被執(zhí)行到,這時,看門狗電路就會由于得不到單片機(jī)送來的信號,便將它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號,使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位,從而單片機(jī)將從程序存儲器的起始位置重新開始執(zhí)行程序,這樣便實現(xiàn)了單片機(jī)的自動復(fù)位。 P FM RW D 0M A X 7 0 6 P5 1 單 片 機(jī)V c cR E S E TW D IP F 0I / oI N TR E S E TV c cD 圖 16 MAX706看門狗電路 MAX706 芯片看門狗工作原理: MAX706 的內(nèi)部看門狗定時器定時時間為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 0WD 變?yōu)榈碗娖?,二極管 D 導(dǎo)通,使低電平加到復(fù)位端 , MAX706 產(chǎn)生復(fù)位信號 RESET 使單片機(jī)復(fù)位,直到復(fù)位后看門狗被清零,0WD 才變?yōu)楦唠娖健fI盤分編碼鍵盤和非編碼鍵盤。它們各自有自己的特點,其中獨立鍵盤硬件電路簡單,而且在程序設(shè)計上也不復(fù)雜,一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中。當(dāng)換向開關(guān)撥在上位檔時,按鍵 K2按下的時候, 端口檢測到有高電平,占空比就會逐漸的增大。在程序的運行過程中,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 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 16 顯示模塊電路設(shè)計 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 輸出時間的時鐘計時功能,并能夠顯示出來。通常的數(shù)碼管又分為 8段,即 8個 LED 顯示段,這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計的,分別為 A、B、 C、 D、 E、 F、 G、 DP,其中 DP 是小數(shù)點位段。 對于單個數(shù)碼管來說,從它的正面看進(jìn)去,左下角那個腳為 1 腳,以逆時針方向依次為 1~10 腳 ,左上角那個腳便是 10 腳了,兩個 dp 腳是連通的,這兩個都是公共腳。 數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種。 多位數(shù)碼管 那么,實際的多位數(shù)碼管,除某一位的公共端會連接在一起,不同位的數(shù)碼管的相同端也會連接在一起。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,按鍵 K2 按下的時候, 端口檢測到有高電平,占空比就會逐漸的增大。當(dāng)按鍵 K3 按下的時候, 端口檢測到有高電平, PWM周期就會逐漸的減小,此時數(shù)碼管的一二兩位數(shù)值隨之變化,在程序運行的過程中,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,按鍵 K2 按下的時候, 端口檢測到有高電平,占空比就會逐漸的增大。初始化按鍵 K 2 / K 3 是否按下改變對應(yīng)的 P WM參數(shù)增加上一次輸出 P WM 的周期并重新計時輸出 P WM 波形 ; 數(shù)碼管顯示當(dāng)前 P WM 波形的占空比和周期 , 并對 P WM 的輸出時間計時 。他是以加法記數(shù)的,并能從全 1 到全 0時自動產(chǎn)生溢出中斷請求。 下述為單片機(jī)的寄存器有關(guān)參數(shù)值的設(shè)定,我們使定時器定時 500 微秒。 //預(yù)置計數(shù)初值; TL0=(65536500)%256。 //定時器 0開始計數(shù); } 程序的設(shè)計 在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中,按一個固定的頻率來 接通和斷開信號,并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi) “ 接通 ” 和 “ 斷開 ” 時間的長短。 ① :設(shè)置 PWM定時器周期,該參數(shù)決定 PWM 波形的頻率。設(shè)置一個控制 PWM 周期的變量 n,當(dāng)中斷次數(shù) t 大于 n時,則將 t重置為 0,相應(yīng)的一個 PWM 周期結(jié)束。 if(t=p) //控制 PWM 輸出高電平的比例 PWM=1。 } 按鍵程序的設(shè)計 本文通過按鍵 K1啟動程序,當(dāng)按鍵 K1按下的時候, 端口檢測到有高電平,程序就自動的去執(zhí)行按鍵子程序處。當(dāng)換向開關(guān)撥在下位檔時,按鍵K2 按下的時候, 端口檢測到有高電平, PWM 周期就會逐漸的增大。 一般的按鍵程序應(yīng)解決以下問題:串鍵 保護(hù)措施。連擊是一次按鍵產(chǎn)生多次擊鍵的效果。當(dāng)操作完成后要做一個相應(yīng)的按鍵是否斷開的判斷,并進(jìn)入相應(yīng)的操作。P1_4==0) //按鍵 K2 按下且 K3鍵沒有一起按下 { b++。 //增大 PWM 的占空比 second=0。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個小 LED 發(fā)光二極管,通過控制不同的 LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管的 56兩位實現(xiàn) PWM 輸出時間的計時功能,將對應(yīng)的 P2 端口設(shè)置為 oxef 和 oxdf,數(shù)碼管的程序為: void display( ) { P2=0xfe。 //數(shù)碼管第二位輸出 P0=(dispcode[(m%10)])|0X80。 //顯示占空比的十位 delay(4)。 P2=0xef。 //數(shù)碼管第六位輸出 P0=dispcode[second%10]。對于 T1我們用來監(jiān)控主程序的運行,我們給 T1 設(shè)定一定的定時時間,在主程序中對一個變量 Q清零,如果不能在一定的時間里對 Q 進(jìn)行清零, T1 的定時中斷就會使單片機(jī)復(fù)位。 初 始 化開 始Q 值 是 否 清 零主 程 序看 門 狗 計 時程 序Q 值 是 否 清 零Q 值 賦 值 1NYYN 圖 24 AT89C51看門狗程序流程圖 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 27 4 電路系統(tǒng)仿真 計算機(jī)仿真不僅在沒有具體硬件環(huán)境的條件下模擬出具體硬件環(huán)境,以判斷系統(tǒng)的可行性,而且在設(shè)計的系統(tǒng)出錯時,不至于損害具體硬件環(huán)境。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。 Protues 在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實驗教學(xué)的功能,例 可以實現(xiàn) 元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。 可提供的仿真儀表資源 :示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI 調(diào)試器、 I2C 調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電 流表。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。 Keil 可以用來編譯 C源碼、匯編源程序、鏈接和重定位目標(biāo)文件和庫文件、創(chuàng)建 HEX 文件、調(diào)試目標(biāo)程序等,是一種集成化的文件編輯處理、編輯鏈接、項目管理、窗口、工具引用和軟件仿真調(diào)試等多種功能,是相當(dāng)強(qiáng)大的開發(fā)工具。用過匯編語言后再使用 C來開發(fā),體會更加深刻。使用 PROTEUS 和 Keil uVision 則不需要制作具體的電路板,直接在其開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行仿真。 將其應(yīng)用于單片機(jī)實驗教學(xué)改革中,可以提高學(xué)生的動 手能力和實際應(yīng)用能力,提高實驗的效率和質(zhì)量。 圖 26 數(shù)碼管顯示周期為 10ms,占空比為 50%,輸出時間為 59秒 圖 27 示波器顯示周期為 10ms、占空比為 50%的 PWM輸出波形 保持 PWM 輸出的周期不變,改變 PWM 輸出的占空比
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