【導(dǎo)讀】源電壓的調(diào)節(jié)功能。解，為設(shè)計(jì)打下基石。然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行選擇論證，通過(guò)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(jì)方案。接下來(lái)是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),對(duì)總體?；サ年P(guān)系，對(duì)設(shè)計(jì)中使用的各種芯片所運(yùn)用的功能進(jìn)行闡述。接著是軟件設(shè)計(jì)，先介紹。PWM控制技術(shù)的原理，闡述軟件程序的設(shè)計(jì)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(guò)一個(gè) 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 24 頁(yè) 共 43 頁(yè) 無(wú)源開(kāi)關(guān)與 ADC 相連。片內(nèi)的 參考電壓由能隙基準(zhǔn)源 (VBG)通過(guò)內(nèi)部放大器產(chǎn)生。無(wú)論是哪種情況， AREF 都直接與 ADC 相連，通過(guò)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(guò)高輸入內(nèi)阻的伏特表在 AREF 引腳測(cè)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(gè)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?yàn)檫@會(huì)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(méi)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(jì)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(guò)了參考電壓，所以在輸出的兩端用電阻 分壓對(duì)電壓進(jìn)行采集。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 25 頁(yè) 共 43 頁(yè) 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件 只是一個(gè)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(yùn)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(jì)也是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的一種方式，接下來(lái)將介紹系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的過(guò)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(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。 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(lái)調(diào)制晶體管柵極或 基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)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(shí)保持恒定，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)。 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) .由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)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(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)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(guò)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(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用， 方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。 PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿(mǎn)幅值的直流供電要么完全有，要么完全無(wú)。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(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)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(shí)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(shí)器 /計(jì)數(shù)器的周期 ； 在 PWM 控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間 ； 設(shè)置 PWM 輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用 I/O 管腳 ； 啟動(dòng)定時(shí)器 ； 使能 PWM 控制器 PWM 的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)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(shí) ，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。 對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是 PWM 相對(duì)于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向 PWM 可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)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(hào)還原為模擬形式。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 26 頁(yè) 共 43 頁(yè) 控制的基本原理 采樣控制理論中有一個(gè)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(shí) ,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(duì)半導(dǎo)體開(kāi)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(lái)代替正弦波或其他所需要的波形 。 按一定的規(guī)則對(duì)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(shí)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(gè)參數(shù)，分辨率是指在一個(gè)周期內(nèi)可控的最小時(shí)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(shí)間 ：21min nTT ?， TT1 也稱(chēng)作占空比。單片機(jī)要實(shí)現(xiàn) PWM功能，可以通過(guò)單片機(jī)的 PMMM 模塊、程序模擬、定時(shí)器模擬等方法實(shí)現(xiàn)，以下介紹這幾種方法的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。 1用單片機(jī)的 PWM 模塊實(shí)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(dòng)，將占空比數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定寄存器即可，程序流程如 圖 所示 。單片機(jī)初始化時(shí)設(shè)置好 PWM 模塊參數(shù)并啟動(dòng) PWM 功 能，根據(jù)需要采集模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算分析調(diào)整占空比，再將占空比數(shù)據(jù)寫(xiě)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(shí)現(xiàn) PWM 功能方法的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單、控制程序短、程序用于處理 PWM 功能所需占用的時(shí)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(shí)實(shí)現(xiàn)多路 PWM功能時(shí)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 27 頁(yè) 共 43 頁(yè) 初始化：設(shè)置 PWM 參數(shù)并啟動(dòng) 采集模擬量并運(yùn)算處理 調(diào)整占空比 開(kāi)始 將占空比數(shù)據(jù)寫(xiě)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(shí)現(xiàn) PWM 功能流程圖 用程序模擬實(shí)現(xiàn)多路 PWM 功能： 用單片機(jī)一個(gè)定時(shí)器資源產(chǎn)生 公共的 PWM 時(shí)基，將該時(shí)基實(shí)時(shí)與各路 PWM 所要求的占空比數(shù)據(jù)比較，時(shí)基≤占空比數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)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(shí)基存于 TlMER(00H— FFH)存儲(chǔ)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(shí)器，主程序和中斷程序流程如圖 。單片機(jī)初始化時(shí)設(shè)置好 TMR0 定時(shí)器參數(shù)并啟動(dòng) TMR0 中斷，根據(jù)需要采集模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算分析調(diào)整各路占空比。 TMR0 中斷處理程序產(chǎn) 生 PWM 時(shí)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(kāi)始累加。將時(shí)基 TIMER 分別與各路占空比 P1 一 P4 比較，時(shí)基大于占空比則對(duì)應(yīng)輸出“ O”，否則對(duì)應(yīng)輸出“ 1”。例如要模擬 4 路 8 位 100Hz 的 PWM，定時(shí)中斷設(shè)置延時(shí)時(shí)問(wèn)應(yīng)為 —— Lm40 阻 s， lOOHzx2同時(shí)，還要選擇盡可能高頻率的時(shí)鐘。要保證中斷處理所需時(shí)間遠(yuǎn)小于中斷設(shè)置延時(shí)時(shí)間，讓單片機(jī)有足夠的時(shí)間執(zhí)行主程序。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是僅用一個(gè)定時(shí)器資源，就能實(shí)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(shí)現(xiàn)多路 PWM 功能。但是 ，由于在中斷處理過(guò)程中要處理的程序量大，無(wú)法提高 PWM 的頻率， PWM 的分辨率也不宜大于 8 位，因?yàn)榇笥?8 位分辨率時(shí)，各路占空比數(shù)據(jù)和時(shí)基數(shù)據(jù)都要用兩個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)，中斷處理過(guò)程必須比較雙字節(jié)數(shù)的大小，程序會(huì)大大加長(zhǎng)，由于單片機(jī)的最高時(shí)鐘頻率是有限的，因此會(huì)大大影響 PWM 的頻率。同樣的道理，如果要提高頻率，勢(shì)必也會(huì)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(shí)模擬多路 PWM 功能時(shí)可以使用這種方法。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 28 頁(yè) 共 43 頁(yè) 用定時(shí)器模擬實(shí)現(xiàn) PWM 功能：很多低端單片機(jī)并沒(méi)有內(nèi)置 PWM 時(shí)模塊，某些應(yīng)用場(chǎng)合并不需 要用到中高端的單片機(jī)，如果單片機(jī)的定時(shí)器資源有剩余，可以利用定時(shí)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(chǔ)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(shí)器的預(yù)分頻參數(shù)，將圖一中的工作時(shí)間和 (周期一工作時(shí)間 )交替寫(xiě)入定時(shí)器，即可實(shí)現(xiàn)PWM 功能。假定用 16 位定時(shí)器 TMRl 模擬 16 位 PWM 功能，定時(shí)器的計(jì)數(shù)存儲(chǔ)器為 TMRlH：TMRl L’從 0000h 開(kāi)始遞增計(jì)數(shù)，一直加到 FFFFh 后，再翻轉(zhuǎn)到 0000h。同時(shí) TMRl 溢出時(shí)會(huì)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?yàn)槎〞r(shí)器為正計(jì)數(shù)溢出中斷，因此定時(shí)器在模擬 PWM 的工作時(shí)間時(shí)。要將 P1H： P1L 的補(bǔ)碼送入TMRlH： TMRlL，定時(shí)器在模擬 PWM 的間歇時(shí)間時(shí)，要將 P1H： P1L 送入 TMRlH： TMRlL。通過(guò)交替設(shè)定定時(shí)器計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。達(dá)到模擬 PWM 的目的。用定時(shí)器模擬實(shí)現(xiàn) PWM 功能的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)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(zhǎng)。不足之處是一個(gè) PWM 要占用一個(gè)定時(shí)器資源，很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路 PWM 功能。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 29 頁(yè) 共 43 頁(yè) 開(kāi)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(chǎng) TIMER++ TIMERP1 0→ OUT1 1→ OUT1 TIMERP2 TIMERP4 0→ OUT4 1→ OUT4 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷返回 主程序 N Y N Y 中斷處理 圖 程序模擬實(shí)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 30 頁(yè) 共 43 頁(yè) 開(kāi)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(chǎng) BJ=0？ （ P1H:P1L）補(bǔ)TMR1H:TMR1L P1H:P1L TMR1H:TMR1L 1PWMOUT 0PWMOUT 1BJ 1BJ 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷返回 中斷處理程序 圖 定時(shí)器模擬實(shí)現(xiàn) PWM 功能流程圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 31 頁(yè) 共 43 頁(yè) 在了解了 PWM 控制技術(shù) 和如何實(shí)現(xiàn)功能后，設(shè)計(jì)的程序流程圖如圖 所示 ： 延時(shí) 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(xún) ADC0 顯示 開(kāi)始 延時(shí) 初始化 判斷是否有鍵按下？ 圖 程序設(shè)計(jì)流程圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 32 頁(yè) 共 43 頁(yè) 5 系統(tǒng)的制作與調(diào)試 一個(gè)完整系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可以分為以下的幾個(gè)步驟： ⑴方案的選擇和論證； ⑵硬件電路的設(shè)計(jì)制作以及調(diào)試，譬如電路的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各種功能電路的分步設(shè)計(jì)， PCB 的制作等； ⑶實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的程序設(shè)計(jì) 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(duì)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(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題修改硬件、軟件 程序或者總體的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的。 Protel99SE 澳大利亞 Protel 公司推出的局域 W