单片机占空比可调的PWM波形发生器.docx
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单片机占空比可调的PWM波形发生器
机电高等专科学校电气工程系
微控制器技术课程
设计报告
设计题目：
占空比可调的PWM波形发生器
微控制器技术课程设计任务书
设计题目：
占空比可调的PWM波形发生器
设计时间：
2013.10.21——20610.27
设计任务：
在Proteus中画出原理图或使用实物，编制程序，实现以下功能:
1、理解PWM的工作原理。
2、编制PWM程序，使用八段发光字符管显示占空比。
3、可与电机连接，驱动电机以不同的转速旋转。
背景资料：
1、单片机原理与应用
2、检测技术
3、计算机原理与接口技术
进度安排：
1、第一天，领取题目，熟悉设计容，分解设计步骤和任务；
2、第2天，规划设计软硬件，编制程序流程、绘制硬件电路。
3、第3天，动手制作硬件电路，或编写软件，并调试。
4、第4天，中期检查，书写设计报告。
5、第5天，提交设计报告，整理设计实物，等待答辩。
6、第6天，设计答辩。
题目：
占空比可调的PWM波形发生器
一、设计目的
掌握PWM的工作原理；学会编制PWM程序，使用八段发光字符管显示占空比;并与电机连接，驱动电机以不同的转速旋转。
二、设计思路
直流电机PWM控制系统的主要功能包括：
实现对直流电机转速的调整，能够很方便的实现电机的智能控制。
主体电路：
即直流电机PWM控制模块。
这部分电路主要IIIAT89C51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等调整直流电机的转速，能够很方便的实现电机的智能控制。
其间是通过AT89C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。
该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：
设计输入部分：
这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流电机的加速、减速控制。
设计控制部分：
主要由AT89C51单片机的外部中断扩展电路组成。
直流电机PWM控制实现部分主要山一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
设计显示部分：
LED数码显示部分，实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示。
三、方案设计
系统框架设计
总体设讣方案的硕件部分详细框图如图一所示。
方案说明：
直流电机PWM调速系统以AT89C51单片机为控制核心，山命令输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给L298直流电机驱动芯片发送PWM波形，H型驱动电路完成电机正，反转和急停控制；同时单片机不停的将PWM脉宽调制占空比送到LED数码管完成实时显示。
四、系统硬件设计
4.1硬件模块组成
（1）单片机控制模块
（2）L298电机驱动模块
（3）LED显示模块
（4）独立键盘控制模块3.3系统硬件各模块电路
4.
2单片机整个控制模块
这里利用定时计数器让单片机P2口的P2.6、P2.7引脚输出占空比不同的方波，然后经驱动芯片L298放大后控制直流电机。
驱动芯片的输入电压是两引脚的电压差，在调速时一根引脚线为低电平，另一个引脚产生调速方波，这样两个引脚的电压差就可通过控制其中一个引脚来控制。
当需要改变电机转动方向时，两个引脚的输出相反。
定时计数器若干时间（1US）中断一次，就使P2.6或P2.7产生一个高电平或低电平。
直流电机的速度分成100个等级，因此一个周期就有100个脉冲，周期为一百个脉冲的时间，速度等级对应一个周期的高电平脉冲的个数。
占空比为高电平脉冲个数占一个周期总脉冲个数的白分数。
一个周期加在电机两端的电压为脉冲高电压乘以占空比。
占空比越大，加在电机两端的电压越大，电机转动越快。
电机的平均速度等于在一定的占空比下电机的最大速度乘以占空比。
当我们改变占空比时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。
五、PWM的基本工作原理
PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电圧，进而达到控制要求的一种电压调整方法。
在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期“接通”和“断开”时间的长短。
通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。
六、软件设计
主程序设计：
主程序部分主要对定时计数器T1的工作方式、中断入口地址、计数初值、中断产生、进行设置，为了方便程序编程。
MlMO：
工作模式选择位，具体如下:
TMOD寄存器
GATE
C/T
Ml
M2GATEC/TMl
M0
0
0
0
10
0
0
0
M1MO=OO：
模式0（13位定时/计数器）
M1MO=O1：
模式1（16位定时/计数器）
M1M0二10：
模式2（8位自动重装常数的定时/计数器）
M1MO=11：
模式3（2个8位定时/计数器，仅对T0）
因在程序中TO是作为定时器，TO的C/T控制位就应设置为0；T0工作在模式1,TMOD中控制T0的M1M0应设置为01,其它位全部设置为0,即应给工作模式寄存器TMOD赋值01H。
2.工作方式1及初值计算
当M1,MO二01时，定时/计数器处于工作方式1,此时，定时/及数器的等效电路仍
以定时器0为例，定时器1与之完全相同。
方式0和方式1的区别仅在于计数器的位数不同，方式0为13位，而方式1则为16位，由THO作为高8位，TLO为低8位，有关控制状态字（GATA、C/T、TFO、TRO）和方式0相同。
在工作方式1下，计数器的计数值围是：
1—65536（216）。
当为定时工作方式1时，定时时间的计算公式为：
（2诚一计数初值）X晶振周期X12
如果单片机的晶振选为6.000MHz,则最小定时时间为：
[213—（216—1）]Xl/6X10^X12=2X10^（s）=2（us）（216—0）X1/6X10^X12=131072X10_6（s）=131072（us）
定时/计数器中的计•数器是在计•数初值基础上以加法讣数的，并能在计数器从全“1”变为全“0”时自动产生溢出中断请求。
因此，可以把计数器计数初值设定为TC,定时器定时时间T的计算公式为：
T=（M-TC）T计数⑵式中M为计数器模值，该值和计数器工作模式有关。
在模式1时M为216。
在定时器模式下，T计数是单片机振荡周期的12倍。
上式也可写成：
TC=M-T/T计数在程序设计中工作模式为模式1,则计数器模值M二216二63536；假设单片机仿真器的晶振频率为
22.1184MHz,则：
T计数=12/（22.1184X106）=5.425347X10
若定时时间长度为30ms,则：
TC=65536-30X10-3/5.425347X10-7二10240二2800H
给定时器赋值时:
MOVTLO,#00H；
MOVTHO,#28H
3.中断设置
除特殊功能寄存器TCON和SCON中的某些位与中断有关以外，还有一个特殊功能寄存器即中断允许寄存器IE用来设定各个中断源的打开和关闭。
中断系统的结构框图
IE寄存器各位的含义如下：
EA（IE.7）:
CPU的中断总允许标志位。
当EA二1时，CPU允许中断；当EA二0时，CPU禁止所有的中断请求。
ES（IE.4）:
串行口中断允许位。
当ES二1时，允许串行口中断；当ES二0时,禁止中断。
ET1（IE.3）:
定时器T1的溢出中断允许位。
当ET1二1时，允许T1中断；当ET1二0时，禁止T1中断。
EXI（IE.2）:
外部中断1的中断允许标志位。
当EX1二1时，允许外部中断1中断；当ES二0时，禁止外部中断1中断。
ETO（IE.1）：
定时器TO溢出中断允许位。
当ETO二1时，允许T0中断；当ETO二0时,禁止T0中断。
EXO（IE.0）:
外部中断0允许位。
当EXO二1时，允许外部中断0中断：
当EXO二0
时，禁止外部中断0中断。
定时中断子程序流程
根据程序的需要，先为IE的各位赋值：
外部中断0的中断允许位：
EXO二1,允许外部中断SETBEXO
定时器T0溢出中断允许位：
ETO二1,允许中断请求SETBETO
允许中断（EA二1,CPU允许中断）SETBEA
串行口中断允许位：
ES二1,允许串行口中断SETBES
以上各位等于1时，CPU开放中断；等于0时，CPU禁止该中断。
单片机系统复位后，IE中各位均被清零，即禁止所有中断。
因此程序中开T0中断则应将ETO置1,另外如果要使用中断EA也要置1,故应给IE赋值为82H。
七、系统功能调试
直流电机的调试功能仿真如下图:
加速分3档，波形依次如下:
减速分3档，波形如下:
八、设计总结
通过本次课程设讣，使我学到了许多书本上无法学到的知识，也使我深刻体会到单片机技术应用领域的广泛。
不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。
在本次课程设汁过程中，我学会了有关本设计的各硬件的资源，其中包括：
直流电机PWM调速、AT89C51单片机、L289引脚图及其引脚功能、LED数码管显示等知识。
参考文献
[11林志琦•基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真[M].:
航空航天大
学，2006.9
⑵周润景，丽娜•基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].:
航空航天大学，2006.5
靖武,周灵彬•单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M]・：
电子工业,2007.4
[4]
周润景，丽娜.PROTEUS入门实用教程[M]・：
机械工业，2007.9
楼然苗，光飞.51系列单片机设计实例[M]・：
航空航天大学,2003.3
楼然苗，光飞•单片机课程设计指导[M]・：
航空航天大学,2007.7
[6]
直流电机PWM调速C语言程序：
#include
#include
^include
/********自左义变量********/
^defineuintunsignedint//自左义变量
^defineucharunsignedchar
chargw,sw,bw,qw;
uchar
uchar
sbit
sbit
sbit
sbit
sbit
sbit
uchar
uchar
/********水控制位左义********************/
ucharcode
smg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};//程序存储区定义字型码表
〃位码
chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};
//数码管显示的数值
//数码管显示
〃延时函数
uintx;
display0；
delays0;
key（）;
displays0;
/***************主函数********************/
main（void）
//TO方式1泄时计数Tl方式1计数
//装入初值20MS
//计数567
TM0D=0x51;
THO二Oxbl;
TLO二OxeO;
TH1二0x00;
TL1二0x00;
TRO二1;
TR1=1;
//启动tO
//启动tl
gw=sw=bw=qw=0;//数码管初始化P0二0xc0;
P2=l;
while
（1）
〃无限循环
display0;〃数码管显示key（）;
}
/***************数码管显示****************/display0
uchari;gw=x%10;
sw=（x/10）%10;bw=（x/100）%10;qw=x/1000;
for（i=0;i<4;）
//求速度个位值，送到个位显示缓冲区
//求速度十位值，送到十位显示缓冲区〃求速度百位值，送到百位显示缓冲区
//求速度千位值，送到千位显示缓冲区
P2=led[i];if（i=0）
〃显示个位
P0二smg[gw];
delays0;
}
elseif（i=l）
//显示十位
PO=smgEsw];delays（）;
}
elseif（i=2）
//显示百位
P0=smgLbw^;delays（）;
}
elseif（i==3）
//显示千位
}
/*****************延时函数*************************/delays0
{
uchari;
for（i=5000;i>0;i~）;
}
/*****泄时*中断函数*************/
voidt0（）interrupt1using2
{
THO二Oxbl;//重装tO
TL0=0xe0;
f—;
if（k==0）
{
if（fPIO二1;
else
P10=0;
Pll=0;
}
else
{
if（fPll=l;
else
Pl1=0;
P10=0;
}
if（f=O）
{
f二5;
}
j++；
if（j=50）
{
J-0；
x=THl*256+TLl;//tl方式1计数，读入计数值
TH1二0x00;
TL1二0x00;
x++;
display0;
}
/****************按键扫描**************key（）
if（P12=0）
{while（!
P12）displayO;k="k;
}if（P16==0）{
while（P16==0）IE=0x8a;
}
辻（P13=0）
{
while
t++；
〃如果按下.
〃去抖动
〃启动
〃加速
（P13=0）;
辻（t>=5）
t=5;
if（P14==0）//减速
{
while（P14=0）;
}if（tif（P15=0）
{
while（P15==0）;EA=O;
PIO二0;
Pl1=0;
}
}
〃停止
/****************END**************/
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