【正文】 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。圖7 中斷擴(kuò)展LCD1602的引腳輸入時(shí)的電流很小，當(dāng)VDD=5V時(shí)，高低電平標(biāo)準(zhǔn)和單片機(jī)的P1口兼容，所以這里不需要為LCD提供額外驅(qū)動(dòng)電路，可與單片機(jī)直接相連。工作原理：、持續(xù)掃描，如果有按鍵按下，檢測到低電壓，也可認(rèn)為是低電平。本電路中設(shè)計(jì)有4個(gè)按鍵，因此需要進(jìn)行中斷擴(kuò)充。圖6 時(shí)鐘復(fù)位電路AT89C52共有2個(gè)外部中斷，INT0和INT1為兩天外部中斷請(qǐng)求輸入線，都允許外部中斷源以低電平或下降沿觸發(fā)。外接電容C1 C2的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性。AT89C52中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。外部時(shí)鐘信號(hào)通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘的，對(duì)占空比沒有特殊要求。AT89C52可以使用外部時(shí)鐘電路。經(jīng)過一段時(shí)間，電容充電，使RESET端呈低電位，復(fù)位結(jié)束。此電路僅用一個(gè)電容及一個(gè)電阻和一個(gè)按鍵。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地復(fù)位，通常是RST引腳保持10ms以上的高電平。在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)便實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。圖5 電源AT89C52的復(fù)位是靠外電路實(shí)現(xiàn)的,RST引腳是單片機(jī)的復(fù)位輸入端。下圖中C1和C3作平波用，故選用大電容；C2和C4擇消除長導(dǎo)線的電感效應(yīng)，選用小電容。整流出來的波形是脈動(dòng)的，為了得到平穩(wěn)的電壓，在整流橋輸出端接一個(gè)大電容。電路中由于7805的輸入輸出電壓差典型值為2V，設(shè)計(jì)PWM輸出功率3W，加上單片機(jī)及其他功耗，可選用220V/9V/10W規(guī)格的變壓器。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價(jià)格便宜。三端IC的三條引腳分別是輸入端、接地端和輸出端。3硬件電路設(shè)計(jì)本電路所需5V直流電源采用工頻220V電源，經(jīng)由一個(gè)變壓器降壓后，通過H橋整流，再使用三端穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓得到。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。uVision2 IDE可為它們提供單一而靈活的開發(fā)環(huán)境。C51編譯器的功能不斷增強(qiáng)， 使你可以更加貼近CPU本身，及其它的衍生產(chǎn)品。 Keil uVision2簡介Keil uVision2是德國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，使用接近于傳統(tǒng)c語言的語法來開發(fā)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用,而且大大的提高了工作效率和項(xiàng)目開發(fā)周期,他還能嵌入?yún)R編，您可以在關(guān)鍵的位置嵌入，使程序達(dá)到接近于匯編的工作效率。這些測試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。Protues具有4大功能模塊:1)智能原理圖設(shè)計(jì)（ISIS）其內(nèi)部還有豐富的器件庫和完善的電路仿真功能（Prospice）。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。1602LCD的供電電壓為+5V電壓，對(duì)比度可調(diào),內(nèi)含復(fù)位電路,提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標(biāo)閃爍、顯示移位等多種功能,有80字節(jié)顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器DDRAM,內(nèi)建有192個(gè)5X7點(diǎn)陣的字型的字符發(fā)生器CGROM,8個(gè)可由用戶自定義的5X7的字符發(fā)生器CGRAM。每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔每行之間也有間隔起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒茱@示圖形。 LCD1602簡介工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示16x02即32個(gè)字符（16列2行）。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000HFFFFH ) , EA端必須保持低電平(接地）．需注意的是：如果加密位LBI被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次PSEN信號(hào)。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè)ALE脈沖。此外，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)。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。P1口：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，Pl的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。P0：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O 口，即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。②8字節(jié)可重擦寫FLASH閃速存儲(chǔ)器③1000 次擦寫周期④全靜態(tài)操作：0HZ24MHZ⑤三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器⑥256X8字節(jié)內(nèi)部RAM⑦32個(gè)可編程I/0口線⑧3個(gè)16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器⑨6個(gè)中斷源⑩可編程串行UART通道、低功耗空閑和掉電模式 圖4 AT89C52引腳圖（2）AT89C52部分引腳功能說明XTAL1：片內(nèi)晶振電路反相放大器的輸入端。AT89C52其主要參數(shù)和性能情況如下。由于PWM信號(hào)對(duì)定時(shí)的精確度較高，而簡單的RC電路穩(wěn)定性不好，我們采用晶振和電容并聯(lián)的諧振電路作為時(shí)鐘發(fā)生電路。AT89C52的P3口能驅(qū)動(dòng)4路TTL門電路，能滿足小信號(hào)輸出。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如3所示。對(duì)于一般電機(jī)控制，由于濾波頻率較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整地原因，采用第一種方法在控制電壓變化時(shí)濾波的實(shí)現(xiàn)存在較大的困難。因此，從圖2中可以看出，比較器輸出一列下降沿調(diào)制的脈沖寬度調(diào)制波。圖2 脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖和波形圖 該系統(tǒng)有一個(gè)比較器和一個(gè)周期為Ts的鋸齒波發(fā)生器組成。 脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號(hào)的瞬時(shí)采樣值成比例。PWM基本原理及其實(shí)現(xiàn)方法 PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。工業(yè)上變頻器的調(diào)幅比是跟隨輸出頻率而改變的，如在恒V/F控制中，K需要考慮的因素很多，為簡化問題，我們選擇手動(dòng)調(diào)節(jié)K。其控制圖形如圖1所示。我們這里選擇軟件生產(chǎn)法中計(jì)算簡便的對(duì)稱規(guī)則采樣法來計(jì)算PWM開關(guān)動(dòng)作時(shí)間。當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期(此時(shí)為采樣周期的兩倍)內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱，這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣。② 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，一般采用三角波作為載波。軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法：即自然采樣法和規(guī)則采樣法。該方法的實(shí)現(xiàn)主要有等面積法、硬件調(diào)制法和軟件生成法。2 基于單片機(jī)步進(jìn)式PWM信號(hào)輸出 PWM算法PWM的全稱是Pulse Width Modulation（脈沖寬度調(diào)制），它是通過改變輸出方波的占空比來改變等效的輸出電壓。本文的主要工作是設(shè)計(jì)一個(gè)PWM信號(hào)輸出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)的單極性PWM信號(hào)輸出。又加之學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件的限制，想應(yīng)用簡單的程序設(shè)計(jì)和現(xiàn)有的設(shè)備對(duì)PWM控制技術(shù)有一個(gè)很好的了解和掌握，所以，在畢業(yè)設(shè)計(jì)來臨時(shí)候，為了對(duì)自己負(fù)責(zé)，我選擇了用單片機(jī)掌握關(guān)于步進(jìn)式PWM信號(hào)輸出的知識(shí)。加之現(xiàn)在工業(yè)控制領(lǐng)域中，對(duì)于電動(dòng)機(jī)的使用已經(jīng)占據(jù)著很大的領(lǐng)地，而通過單片機(jī)這種既經(jīng)濟(jì)又方便的微型處理器的應(yīng)用，電機(jī)的控制更加靈活。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交－直－交變頻器中，整流電路采用不可控的二極管電路即可，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。如把各輸出波形用傅里葉變換分析，則它們的低頻段特性非常接近，僅在高頻段略有差異。這里所說的效果基本相同。在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論，即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，其效果基本相同。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論，非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。硬件調(diào)制法模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制。由于 PWM 可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)變頻變壓和抑制諧波的特點(diǎn)，由此在交流傳動(dòng)及至其它能量變換系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C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。隨著全控型電力電子器件如可關(guān)斷晶閘管GTO、大功率晶體管IGBT 、場效應(yīng)功率晶體管PMOSFET等的出現(xiàn)和應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步,PWM控制技術(shù)在電力電子技術(shù)行業(yè),如：風(fēng)力發(fā)電、電機(jī)調(diào)速、直流供電等領(lǐng)域，得到廣泛的應(yīng)用。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。模擬電路還可能對(duì)噪聲很敏感，任何擾動(dòng)或噪聲都肯定會(huì)改變電流值的大小。能夠解決這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重（如老式的家庭立體聲設(shè)備）和昂貴?；趩纹瑱C(jī)步進(jìn)式PWM信號(hào)輸出畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘 要 21 引言 52 基于單片機(jī)步進(jìn)式PWM信號(hào)輸出 6 PWM算法 6 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8 9 AT89C52介紹 9 LCD1602簡介 11 仿真工具介紹 12 Protues簡介 12 Keil uVision2簡介 123硬件電路設(shè)計(jì) 13 13 13 14 14 15 16 SPWM測試電路 164 軟件設(shè)計(jì) 18 直流斬波PWM軟件計(jì)算法 18 SPWM軟件計(jì)算法 18 20 20 LCD1602編程 23 245 系統(tǒng)調(diào)試 28 28 286 結(jié)論 31附錄 33致謝 481 引言模擬信號(hào)的值是連續(xù)變化的，其時(shí)間和幅度都沒有限制，可直接用來進(jìn)行輸出控制，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對(duì)于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。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，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。噪聲只有強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，才才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。在通信領(lǐng)域，由于PWM控制有很強(qiáng)的噪聲抵抗能力，從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，PWM變換器的控制技術(shù)是其核心技術(shù)之一。PWM信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方法 一種是軟件的方法 另一種是硬件的方法。軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法。脈寬調(diào)制（PWM）基本原理：控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。沖量既指窄脈沖的面積。是指該環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對(duì)矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。在四年的學(xué)習(xí)生涯中，通過對(duì)通信的學(xué)習(xí)和掌握，慢慢的開始由喜歡單片機(jī)到研究單片機(jī)。而通過單片機(jī)控制電機(jī)的關(guān)鍵，運(yùn)用最多的就是PWM控制技術(shù)，通過PWM控制技術(shù)，可以很方便的控制電機(jī)電機(jī)速度的運(yùn)行和調(diào)節(jié)。本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)分四大塊，首先介紹了PWM的算法原理，然后根據(jù)所用單片機(jī)介紹了STC89C52的一些知識(shí)，接著介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所用到的幾個(gè)軟件，接著介紹各個(gè)部分的硬件特點(diǎn)和選型問題，最后是程序設(shè)計(jì)和系統(tǒng)調(diào)試環(huán)節(jié)。在直流斬波PWM中,要求PWM的頻率,占空比,和輸出時(shí)間均可調(diào)，輸出頻率為1K20KHz；在SPWM模式中,頻率,調(diào)幅比及輸出時(shí)間可調(diào)，輸出頻率為150Hz。SPWM，就是在PWM的基礎(chǔ)上改變了調(diào)制脈沖方式，脈沖寬度時(shí)間占空比按正弦規(guī)律排列，這樣輸出波形經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V波可以做到正弦波輸出。軟件生成法由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生。① 自然采樣法以正弦波為調(diào)制波,等腰三角波為載波進(jìn)行比較,在兩個(gè)波形的自然交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷,但由于三角波與正弦波交點(diǎn)有任意性，脈沖中心在一個(gè)周期內(nèi)不等距，從而脈寬表達(dá)式是一個(gè)超越方程，計(jì)算繁瑣，難以實(shí)時(shí)控制。其原理就是用三角波對(duì)正弦波進(jìn)行采樣得到階梯波，再以階梯波與三角波的交點(diǎn)時(shí)刻控制開關(guān)器件的通斷，(或底點(diǎn))位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí)，由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬，在一個(gè)載波周期(即采樣周期)內(nèi)的位置是對(duì)稱的，這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣。規(guī)則采樣法是對(duì)自然采樣法的改進(jìn),其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡單,便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算,線性控制范圍較小。具體實(shí)施時(shí)有單極性SPWM法和雙極性SPWM法，在此設(shè)計(jì)中，我們采用同步調(diào)制單極性SPWM法。圖1 單極性SPWM這里我們采用同步調(diào)制單極性SPWM法,載波比N=32,調(diào)幅比K取值(0,1)。SPWM必須做的工作是：實(shí)時(shí)地計(jì)算調(diào)制波(正弦波)和載波(三角波)的所有交點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，有序地向逆變橋中各逆變器件發(fā)出“通”和“斷”的動(dòng)作指令；調(diào)制波的振幅要隨調(diào)制比而變，而載波的振幅則不變，所以，每次調(diào)節(jié)后，交點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)都必須重新計(jì)算。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。 如圖2（a）和（b）所示分別表示脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖和波形圖。語音信號(hào)如果大于鋸齒波信號(hào)，比較器輸出正常數(shù)A，否則輸出0。 一般情況下，調(diào)節(jié)脈沖寬度信號(hào)的脈寬有兩種方法，一種方法是采用模擬電路中的調(diào)制方法，另一種是脈沖計(jì)