【導(dǎo)讀】源電壓的調(diào)節(jié)功能。解，為設(shè)計打下基石。然后根據(jù)設(shè)計要求對實現(xiàn)方案進(jìn)行選擇論證，通過各種方案的電。路圖，功能以及輸出波形的比較分析確定設(shè)計方案。接下來是系統(tǒng)的硬件設(shè)計,對總體?；サ年P(guān)系，對設(shè)計中使用的各種芯片所運用的功能進(jìn)行闡述。接著是軟件設(shè)計，先介紹。PWM控制技術(shù)的原理，闡述軟件程序的設(shè)計流程。最后是系統(tǒng)的調(diào)試及結(jié)論，利用仿真

　　

【正文】 C、內(nèi)部 基準(zhǔn)或外接于 AREF 引腳的電壓。 AVCC 通過一個 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 24 頁 共 43 頁 無源開關(guān)與 ADC 相連。片內(nèi)的 參考電壓由能隙基準(zhǔn)源 (VBG)通過內(nèi)部放大器產(chǎn)生。無論是哪種情況， AREF 都直接與 ADC 相連，通過在 AREF 與地之間外加電容可以 提高參考電壓的抗噪性。 VREF 可通過高輸入內(nèi)阻的伏特表在 AREF 引腳測得。由于 VREF 的阻抗很高，因此只能連接容性負(fù)載。如果將一個固定電源接到 AREF 引腳，那么就不能選擇其他的基準(zhǔn)源了，因為這會導(dǎo)致片內(nèi)基準(zhǔn)源與外部參考源的短路。如果 AREF 引腳沒有聯(lián)接任何外部參考源，可以選擇 AVCC 或 作為基準(zhǔn)源。參考源改變后的第一次 ADC 轉(zhuǎn)換結(jié)果可能不準(zhǔn)確，建議不要使用這一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果。根據(jù)設(shè)計的電路圖可以知道 ADC 的參考電壓為 5V，而輸出電路的最高電壓為 7V，超過了參考電壓，所以在輸出的兩端用電阻 分壓對電壓進(jìn)行采集。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 25 頁 共 43 頁 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)硬件 只是一個系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的充分條件，而系統(tǒng)軟件 才是讓系統(tǒng)運行的關(guān)鍵所在。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能除了硬件電路的連接方式?jīng)Q定之外，軟件的設(shè)計也是系統(tǒng)實現(xiàn)功能的一種方式，接下來將介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計的過程。 PWM 控制技術(shù) PWM， 脈沖寬度調(diào)制 ， 是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或 基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。 PWM 控制技術(shù)以其控制簡單 ,靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點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 .由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限 ,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為 PWM 控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種 PWM 技術(shù)，脈寬 PWM 法，是把每一脈沖寬度均相等的脈沖 列作為 PWM 波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。 PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用， 方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。 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，要么完全無。電壓或電流源是以一種通或斷的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM進(jìn)行 編碼。 許多微控制器內(nèi)部都包含有 PWM控制器。占空比是接通時間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行 PWM 操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作： 設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時器 /計數(shù)器的周期 ； 在 PWM 控制寄存器中設(shè)置接通時間 ； 設(shè)置 PWM 輸出的方向，這個輸出是一個通用 I/O 管腳 ； 啟動定時器 ； 使能 PWM 控制器 PWM 的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(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 ，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長通信距離。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。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 26 頁 共 43 頁 控制的基本原理 采樣控制理論中有一個重要結(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 ,其效果基本相同 。 沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 PWM 控制技術(shù)就是以該 結(jié)論為理論基礎(chǔ) ,對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制 ,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖 ,用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形 。 按一定的規(guī)則對各脈 沖的寬度進(jìn)行調(diào)制 ,既可改變逆變電路輸出電壓的大小 ,也可改變輸出頻率 。 幾種實現(xiàn) PWM 功能的方法及其工作原理 PWM 主要有分辨率、周期兩個參數(shù)，分辨率是指在一個周期內(nèi)可控的最小時間，分辨率越高，控制精度也越高，一般用 n 位二進(jìn)制數(shù)表示，如 8 位、 10 位、 12 位、 16 位等分辨率，可控的最小工作時間 ：21min nTT ?， TT1 也稱作占空比。單片機(jī)要實現(xiàn) PWM功能，可以通過單片機(jī)的 PMMM 模塊、程序模擬、定時器模擬等方法實現(xiàn)，以下介紹這幾種方法的工作原理及其優(yōu)缺點。 1用單片機(jī)的 PWM 模塊實現(xiàn) PWM 功能 ： 隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，尋找?guī)в袃?nèi)置 PWM 模塊的單片機(jī)已經(jīng)不是困難的事情，內(nèi)置 PWM 模塊的單片機(jī)，其 PWM 最大分辨率一般是 10 位，只要設(shè)置好 PWM 工作的頻 率、 分辨率等參數(shù)并啟動，將占空比數(shù)據(jù)寫入指定寄存器即可，程序流程如 圖 所示 。單片機(jī)初始化時設(shè)置好 PWM 模塊參數(shù)并啟動 PWM 功 能，根據(jù)需要采集模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)運算分析調(diào)整占空比，再將占空比數(shù)據(jù)寫到PWM 指定的寄存器中，周而復(fù)始，達(dá)到調(diào)整 PWM 的目的。這種實現(xiàn) PWM 功能方法的優(yōu)點是控制簡單、控制程序短、程序用于處理 PWM 功能所需占用的時間短。不足之處是輸出的 I/O 口必須是單片機(jī)內(nèi) PWM 模塊指定的 I／ O 口，不能任意改變，要同時實現(xiàn)多路 PWM功能時受到單片機(jī)內(nèi) PWM 硬件資源的限制 。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 27 頁 共 43 頁 初始化：設(shè)置 PWM 參數(shù)并啟動 采集模擬量并運算處理 調(diào)整占空比 開始 將占空比數(shù)據(jù)寫入 PWM 模塊制定寄存器 處理其他事物 圖 單片機(jī)的 PWM 模塊實現(xiàn) PWM 功能流程圖 用程序模擬實現(xiàn)多路 PWM 功能： 用單片機(jī)一個定時器資源產(chǎn)生 公共的 PWM 時基，將該時基實時與各路 PWM 所要求的占空比數(shù)據(jù)比較，時基≤占空比數(shù)據(jù)時，對應(yīng)輸出 13輸出“ 1”，否則輸出“ O”。以模擬 4路 8位 PWM 功能為例，設(shè) PWM 公共時基存于 TlMER(00H— FFH)存儲器中，各路占空比數(shù)據(jù)存于 P P P P4(00HFFH)， PWM 輸出分別為 OUTl、OUT OUT OUT4，選用 TMR0 定時器，主程序和中斷程序流程如圖 。單片機(jī)初始化時設(shè)置好 TMR0 定時器參數(shù)并啟動 TMR0 中斷，根據(jù)需要采集模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)運算分析調(diào)整各路占空比。 TMR0 中斷處理程序產(chǎn) 生 PWM 時基，每進(jìn)入一次中斷， T|MER 就加一，當(dāng)?shù)竭_(dá) FFH 后又從 00H 開始累加。將時基 TIMER 分別與各路占空比 P1 一 P4 比較，時基大于占空比則對應(yīng)輸出“ O”，否則對應(yīng)輸出“ 1”。例如要模擬 4 路 8 位 100Hz 的 PWM，定時中斷設(shè)置延時時問應(yīng)為 —— Lm40 阻 s， lOOHzx2同時，還要選擇盡可能高頻率的時鐘。要保證中斷處理所需時間遠(yuǎn)小于中斷設(shè)置延時時間，讓單片機(jī)有足夠的時間執(zhí)行主程序。這種方法的優(yōu)點是僅用一個定時器資源，就能實現(xiàn)多路 PWM，不需指定 I／ O口，也就是可以在低端單片機(jī)上實現(xiàn)多路 PWM 功能。但是 ，由于在中斷處理過程中要處理的程序量大，無法提高 PWM 的頻率， PWM 的分辨率也不宜大于 8 位，因為大于 8 位分辨率時，各路占空比數(shù)據(jù)和時基數(shù)據(jù)都要用兩個字節(jié)存儲，中斷處理過程必須比較雙字節(jié)數(shù)的大小，程序會大大加長，由于單片機(jī)的最高時鐘頻率是有限的，因此會大大影響 PWM 的頻率。同樣的道理，如果要提高頻率，勢必也會影響 PWM 的分辨率。因此，當(dāng)模擬的 PWM頻率和分辨率都要求不高而又要同時模擬多路 PWM 功能時可以使用這種方法。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 28 頁 共 43 頁 用定時器模擬實現(xiàn) PWM 功能：很多低端單片機(jī)并沒有內(nèi)置 PWM 時模塊，某些應(yīng)用場合并不需 要用到中高端的單片機(jī)，如果單片機(jī)的定時器資源有剩余，可以利用定時器資源模擬 PWM 功能。具體方法如下：根據(jù)要模擬 PWM 的精度要求，確定用于保存占空比數(shù)據(jù)的存儲器的位數(shù) (一般為 8 位、 10 位、 12 位、 16位等 )，根據(jù)頻率要求設(shè)置好定時器的預(yù)分頻參數(shù)，將圖一中的工作時間和 (周期一工作時間 )交替寫入定時器，即可實現(xiàn)PWM 功能。假定用 16 位定時器 TMRl 模擬 16 位 PWM 功能，定時器的計數(shù)存儲器為 TMRlH：TMRl L’從 0000h 開始遞增計數(shù)，一直加到 FFFFh 后，再翻轉(zhuǎn)到 0000h。同時 TMRl 溢出時會產(chǎn)生中斷，占 空比數(shù)據(jù)存于 P1H： P1L，中斷處理程序流程圖如圖 ，因為定時器為正計數(shù)溢出中斷，因此定時器在模擬 PWM 的工作時間時。要將 P1H： P1L 的補(bǔ)碼送入TMRlH： TMRlL，定時器在模擬 PWM 的間歇時間時，要將 P1H： P1L 送入 TMRlH： TMRlL。通過交替設(shè)定定時器計數(shù)數(shù)據(jù)。達(dá)到模擬 PWM 的目的。用定時器模擬實現(xiàn) PWM 功能的優(yōu)點是可以實現(xiàn)高精度 (最高 16 位 )的 PWM， PWM 輸出可以是任意 I／ O 口，中斷處理程序不長。不足之處是一個 PWM 要占用一個定時器資源，很難同時實現(xiàn)多路 PWM 功能。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 29 頁 共 43 頁 開始 初始化，設(shè)置TMR0 中斷 采集模擬量 調(diào)整各路占空比，P1,P2,P3,P4 處理其他事物 中斷入口 保護(hù)現(xiàn)場 TIMER++ TIMERP1 0→ OUT1 1→ OUT1 TIMERP2 TIMERP4 0→ OUT4 1→ OUT4 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 主程序 N Y N Y 中斷處理 圖 程序模擬實現(xiàn)多路 PWM 功能 流程圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 30 頁 共 43 頁 開始 初始化 TMR1，設(shè)定 PWM輸出口 PWMOUT 采集模擬量 調(diào)整占空比 P1H： P1L 處理其他事物 主程序 中斷入口 保護(hù)現(xiàn)場 BJ=0？ （ P1H:P1L）補(bǔ)TMR1H:TMR1L P1H:P1L TMR1H:TMR1L 1PWMOUT 0PWMOUT 1BJ 1BJ 保護(hù)現(xiàn)場 中斷返回 中斷處理程序 圖 定時器模擬實現(xiàn) PWM 功能流程圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 31 頁 共 43 頁 在了解了 PWM 控制技術(shù) 和如何實現(xiàn)功能后，設(shè)計的程序流程圖如圖 所示 ： 延時 PB0 按下？ PB1 按下？ PB2 按下？ PB3 按下？ 電壓升高 頻率升高 頻率降低 電壓降低 查詢 ADC0 顯示 開始 延時 初始化 判斷是否有鍵按下？ 圖 程序設(shè)計流程圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 32 頁 共 43 頁 5 系統(tǒng)的制作與調(diào)試 一個完整系統(tǒng)的開發(fā)可以分為以下的幾個步驟： ⑴方案的選擇和論證； ⑵硬件電路的設(shè)計制作以及調(diào)試，譬如電路的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種功能電路的分步設(shè)計， PCB 的制作等； ⑶實現(xiàn)相應(yīng)功能的程序設(shè)計 ⑷ 應(yīng)用程序的仿真調(diào)試，使用仿真軟件模擬硬件電路并載入程序進(jìn)行調(diào)試 ⑸對制作出的硬件進(jìn)行全面的檢查，電路的連接和導(dǎo)通性，將程序燒錄檢查系統(tǒng)功能的完整度，針對出現(xiàn)的問題修改硬件、軟件 程序或者總體的設(shè)計方案。 控制系統(tǒng)的 PCB 制作 本次 PCB 的制作使用的是 Protel99SE 軟件實現(xiàn)的。 Protel99SE 澳大利亞 Protel 公司推出的局域 W