【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 令，并對(duì)其進(jìn)行譯碼，通過定時(shí)和控制電路，按時(shí)序規(guī)定發(fā)出指令功能所需要的各種（內(nèi)部和外部）控制信息，使各部分協(xié)調(diào)工作，完成指令所需的操作。b．運(yùn)算器ALU運(yùn)算器的功能是：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算（計(jì)算機(jī)對(duì)任何數(shù)據(jù)的加工、處理必須由運(yùn)算器完成）。運(yùn)算器可以對(duì)單字節(jié)（8位）、半字節(jié)（4位）二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、取反、移位等邏輯運(yùn)算。2．RAMRAM為單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。其存儲(chǔ)空間包括隨機(jī)存儲(chǔ)器區(qū)、寄存器區(qū)、特殊功能寄存器及位尋址區(qū)。3．ROMROM為單片機(jī)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。主要用于存放處理程序。4．并行I/O口P1和P3是8位并行I/O口，每個(gè)口即可作為輸入，也可作為輸出。單片機(jī)在與外部存儲(chǔ)器及I/O端口設(shè)備交換信息時(shí)，必須由P1和P3口完成。兩個(gè)I/O口提供CPU訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)所需的地址總線、數(shù)據(jù)總線及控制總線。它們作為輸出時(shí)，數(shù)據(jù)可以鎖存，輸入時(shí)具有緩沖功能。每個(gè)口既可同步傳送8位數(shù)據(jù)，又可按位尋址傳送其中1位數(shù)據(jù)，使用十分方便。5．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器用于定時(shí)和對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)它對(duì)具有固定時(shí)間間隔的內(nèi)部機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，它是定時(shí)器；當(dāng)它對(duì)外部事件所產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，它是計(jì)數(shù)器。6．中斷系統(tǒng)AT89C2051單片機(jī)有5個(gè)中斷源，中斷處理系統(tǒng)靈活、方便，使單片機(jī)處理問題的靈活性和工作的效率大大提高。7．串行接口串行接口提供對(duì)數(shù)據(jù)各位按序一位一位地傳送。AT89C2051單片機(jī)中的串行接口是一個(gè)全雙工通信接口，既能同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。8．時(shí)鐘電路OSCCPU執(zhí)行指令的一系列動(dòng)作都是在時(shí)序電路的控制下一拍一拍進(jìn)行的，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)中最基本的時(shí)間單位。 引腳功能說明圖32 AT89C2051引腳圖AT89C2051單片機(jī)采用20引腳雙列直插式封裝，其引腳排列及邏輯符號(hào)如圖32所示。由于此單片機(jī)為高性能單片機(jī)，受引腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有雙重功能。下面分別說明各引腳的含義和功能。(1) Vcc：主電源電壓(2) GND：電源接地端(3) P1口：P1口是一組8位雙向I/O口；－，主要是考慮它們分別是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（AIN0）和反相輸入端（AIN1），如果需要應(yīng)在外部接上拉電阻。P1口輸出緩沖器可吸收20mA電流并可直接驅(qū)動(dòng)LED。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時(shí)可作輸入端，－，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流。P1口還在Flash閃速編程及程序校驗(yàn)時(shí)接收代碼數(shù)據(jù)。(4) P3口：－、它作為一個(gè)通用I/O口但不可訪問，但可作為固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)，P3口緩沖器可吸收20mA電流。當(dāng)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)和用于實(shí)現(xiàn)AT89C2051特殊的功能，如表31所示：表31 P3口各位的第二功能表P3口引腳第二功能特性RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）INT0（外中斷0）INT1（外中斷1）T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入）(5) RST：復(fù)位輸入，RST引腳一旦變成兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，所有的I/O口都將復(fù)位到“1”（高電平）狀態(tài)，當(dāng)振蕩器正在工作時(shí)，持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平便可完成復(fù)位，每個(gè)機(jī)器周期為12個(gè)振蕩時(shí)鐘周期。(6) XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。(7) XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡(jiǎn)介定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)際上是加1計(jì)數(shù)器，當(dāng)它對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，由于頻率不固定，此時(shí)稱之為計(jì)數(shù)器；當(dāng)它對(duì)內(nèi)部固定頻率的機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，稱之為定時(shí)器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本結(jié)構(gòu)如圖33所示。圖33中，THTL1是T1的計(jì)數(shù)器，TH0、TL0是T0的計(jì)數(shù)器。TH1和TLTH0和TL0分別構(gòu)成兩個(gè)16位加法計(jì)數(shù)器，它們的工作狀態(tài)及工作方式由兩個(gè)特殊功能寄存器TMOD和TCON的各位來決定。工作狀態(tài)有定時(shí)和計(jì)數(shù)兩種，由TMOD的第2位（T0）或第6位的（T1）決定。工作模式共有0－3四種，也是由TMOD其中的兩位（1個(gè)定時(shí)器）來決定。TMOD和TCON的內(nèi)容由軟件寫入。當(dāng)T0或T1加一溢出后，計(jì)數(shù)溢出信號(hào)使TCON中的TF0或TF1置1，作為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的溢出標(biāo)志。AT89C2051TH1TL1TH0TL0TCONTMOD圖33 AT89C2051單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(T1)(T0)T1 T07 0 7 0 7 0 7 0內(nèi)部總線當(dāng)加法計(jì)數(shù)器的初值被設(shè)置后，用指令改變TMOD和TCON的內(nèi)容，就會(huì)在下一條指令的第一機(jī)器周期的S1P1時(shí)刻按設(shè)定的方式自動(dòng)進(jìn)行工作。T0（或T1）在作定時(shí)器使用時(shí)，輸入的時(shí)鐘脈沖是由晶體振蕩器的輸出經(jīng)12分頻后得到的，所以定時(shí)器可看作是對(duì)單片機(jī)機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器，因此它的計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12。如晶振頻率為6MHz，則定時(shí)器每接收一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間間隔為2μs。當(dāng)T0（或T1）用作對(duì)外部事件計(jì)數(shù)時(shí)，（T0）（T1）。在這種情況下，當(dāng)CPU檢測(cè)到輸入端的電平由高跳變到低時(shí)，計(jì)數(shù)器就加1。加1操作發(fā)生在檢測(cè)到這種跳變后的一個(gè)機(jī)器周期的S3P1，因此需要兩個(gè)機(jī)器周期來識(shí)別一個(gè)從“1”到“0”的跳變，故最高計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/24。這就要求輸入信號(hào)的電平要在跳變后至少應(yīng)在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)保持不變，以保證在給定的電平再次變化前至少被采樣一次。這里需要注意的是：加法計(jì)數(shù)器是加1計(jì)滿溢出時(shí)才申請(qǐng)中斷，所以在給計(jì)數(shù)器賦初值時(shí)不能直接輸入所需的計(jì)數(shù)值，而應(yīng)輸入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的最大值與這一計(jì)數(shù)值的差值。設(shè)最大值為M，計(jì)數(shù)值為N，初值為X，則X的計(jì)算方法如下：計(jì)數(shù)工作方式時(shí)初值：X＝MN定時(shí)工作方式時(shí)初值：X＝M－定時(shí)時(shí)間/TT=12/晶振頻率 硬件電路基于AT89C2051單片機(jī)定時(shí)器控制的PWM控制技術(shù)硬件電路原理框圖如圖34所示。，經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)模塊中的光電隔離、驅(qū)動(dòng)等環(huán)節(jié)控制逆變器模塊中相應(yīng)IGBT的通斷，實(shí)現(xiàn)PWM控制過程。最后將逆變信號(hào)輸出給負(fù)載。該硬件電路包括：RSTVcc P口VssAT89C2051XATL1 XATL2Vcc10K10uF20MHz33pF33pF隔離驅(qū)動(dòng) IGBT 逆變器 負(fù)載圖34 硬件電路框圖外擴(kuò)存儲(chǔ)器(1) AT89C2051單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，其功能是實(shí)現(xiàn)復(fù)位、產(chǎn)生機(jī)器時(shí)鐘、產(chǎn)生PWM矩形脈沖。(2) 隔離驅(qū)動(dòng)模塊，其功能是使單片機(jī)輸出信號(hào)與外圍模塊（逆變器）的輸入信號(hào)相匹配。該電路包括光電隔離和功率IGBT電壓驅(qū)動(dòng)的環(huán)節(jié)。(3) 逆變器模塊，其功能是將直流電轉(zhuǎn)換成交流電實(shí)現(xiàn)電力的逆變過程。該部分采用自關(guān)斷器件IGBT實(shí)現(xiàn)單相全橋逆變。IGBT是全控型電力電子器件，它的控制級(jí)為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，輸出級(jí)為雙級(jí)功率晶體管，因而它具有兩者的優(yōu)點(diǎn)而克服了兩者的缺點(diǎn)。它開關(guān)頻率相對(duì)高，驅(qū)動(dòng)功率小，構(gòu)成的功率交換器輸出電壓紋波小，線路簡(jiǎn)單，是當(dāng)今最具有應(yīng)用前景的功率器件。 (4) 外擴(kuò)存儲(chǔ)器模塊，圖中該模塊部分打上了虛線框，表示其應(yīng)用要取決于實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)。若實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)要求PWM控制精度高，即一個(gè)調(diào)制波周期內(nèi)產(chǎn)生的PWM矩形波串多，而此時(shí)AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)空間不夠時(shí)，就要加上該模塊。由于AT89C2051單片機(jī)沒有提供外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器與I/O設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號(hào)，因此可以利用AT89C2051的普通I/O口模擬IIC總線對(duì)其片外EEPROM(如24C02)進(jìn)行讀寫的方式擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。第4章 軟件設(shè)計(jì) 編程語言在研制單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，匯編語言是一種常用的軟件工具，它能直接操作硬件，指令的執(zhí)行速度快。但其指令系統(tǒng)的固有格式受硬件結(jié)構(gòu)的限制很大，難以編寫和調(diào)試，可移植性也差。隨著單片機(jī)硬件性能的提高，工作速度越來越快，因此在編寫單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序時(shí)，更著重于程序本身的編寫效率。故本設(shè)計(jì)采用目前開發(fā)80C51系列單片機(jī)的流行開發(fā)軟件工具C51。與匯編語言相比，C51在功能、結(jié)構(gòu)、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)。另外，使用C51可以縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，可靠性高，可移植性好。C51的特點(diǎn)如下：(1) C51吸收了匯編語言的精華，使C51高級(jí)語言來講是“低級(jí)”語言。(2) C51繼承和發(fā)揚(yáng)了高級(jí)語言的長(zhǎng)處，使C51對(duì)匯編語言來講又是“高級(jí)”語言。(3) C51的規(guī)模適中、語言簡(jiǎn)潔，其編程程序簡(jiǎn)單、緊湊。C51在表示上盡可能地簡(jiǎn)潔，C51本身沒有提供輸入和輸出工具以及并行操作，它的許多成分都是通過顯示函數(shù)調(diào)用來完成的，而且運(yùn)行時(shí)所需要的支持少，占用的存儲(chǔ)空間也小。(4) C51的可移植性好，這是指程序從一個(gè)環(huán)境不加或稍加改動(dòng)就可以移到另一個(gè)完全不同的環(huán)境中去運(yùn)行。(5) 生成的代碼質(zhì)量高，在代碼效率方面可以和匯編語言相媲美。 軟件算法實(shí)現(xiàn)在第2章方案論證中已經(jīng)詳細(xì)介紹了本設(shè)計(jì)采用的PWM規(guī)則采樣算法原理。下面就基于此算法原理結(jié)合單片機(jī)C51編程語言語法敘述PWM規(guī)則采樣算法的單片機(jī)語言實(shí)現(xiàn)過程。已知正弦調(diào)制波頻率為f，正弦量電流幅值為Ir，三角載波幅值為Ic，一個(gè)正弦調(diào)制波周期內(nèi)產(chǎn)生的PWM矩形脈沖數(shù)量為k。另設(shè)采樣次數(shù)為n（n＝1，2，3，…，k）。則三角載波的周期： (41)正弦信號(hào)波的角頻率： (42)調(diào)制度： (43)采樣時(shí)刻： (44)根據(jù)規(guī)則采樣算法公式(28)和(29)可得：PWM矩形脈沖寬度： (45)PWM矩形脈沖間隔時(shí)間： (46)(其中分別表示當(dāng)前PWM矩形脈沖脈寬和上一個(gè)矩形脈沖脈寬)PWM規(guī)則采樣算法的單片機(jī)C51子程序流程圖和清單如下：根據(jù)式(41),(42)求Tc和w結(jié)束根據(jù)式(44),(45),(46)求t1, t1b和t1a存結(jié)果a[0]= t1a、a[1]= t1bn=2，i=2n=k?根據(jù)式(44),(45),(46)求tn, tnb和tna存結(jié)果a[i]= tna,a[i+1]= tnbn+1，i+2YN開始圖41 PWM規(guī)則采樣算法C51子程序流程圖/*************************************************************//函 數(shù) 名：PWM//功能描述：PWM矩形脈沖寬度和間隔時(shí)間數(shù)值計(jì)算//函數(shù)說明：PWM規(guī)則采樣算法子程序//變量說明：Tc, 三角載波周期 w, 正弦調(diào)制信號(hào)波角頻率 t, 采樣時(shí)刻 ta, PWM脈沖間隔時(shí)間 tb, PWM脈沖寬度//輸 入：正弦量頻率f, 調(diào)制度m, 一個(gè)正弦波周期內(nèi)SPWM矩形脈沖的數(shù)量k//輸 出：PWM矩形脈沖寬度和間隔時(shí)間數(shù)值存入數(shù)組a[]中***********************************************************