基于单片机的PWM发生器课程设计

1、目录第1章 设计内容211设计内容2 第2章 系统整体方案论证32.1系统整体方案论证3第3章 硬件电路设计43.1 最小系统设计43.2 H桥驱动电路43.3按键部分7第4章 系统调试94.1系统调试9附录一系统硬件原理图10附录二源程序代码11第1章 设计内容11设计内容设计的转速控制系统完成以下功能：基本功能:按键控制电机起停。PWM转速开环环控制。扩展功能:实现与PC机的通讯：将转速的设定值和实测值发送到PC机显示，PC机可以设定速度，发送到单片机第2章 系统整体方案论证2.1系统整体方案论证方案一：采用专用PWM集成芯片、IR2110 功率驱动芯片构成整个系统的核心，现在市场上已经有

2、很多种型号，如Tl公司的TL494芯片，东芝公司的ZSK313I芯片等。这些芯片除了有PWM信号发生功能外，还有“死区”调节功能、过流过压保护功能等。这种专用PWM集成芯片可以减轻单片机的负担，工作更可靠，但其价格相对较高，难于控制工业成本不宜采用。方案二：采用MC51单片机、功率集成电路芯片L298构成直流调速装置。L298是双H高电压大电流功率集成电路，直接采用TTL逻辑电平控制，可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步进电动机等电感性负载。其驱动电压为46V，直流电流总和为4A。该方案总体上是具有可行性，但是L298的驱动电压和电流较小，不利于工业生产应用，无法满足工业生产实践中大电压、大

3、电流的直流电机调速。方案三：采用MC51单片机、H桥驱动电路构成整个系统的核心实现对直流电机的调速。MC51具有两个定时器T0和T1。通过控制定时器初值T0和T1，从而可以实现从任意端口输出不同占空比的脉冲波形。MC51控制简单，价格廉价，且利用MC51构成单片机最小应用系统，可缩小系统体积，提高系统可靠性，降低系统成本。综合上述三种方案，本设计采用方案三作为整个系统的设计思路。第3章 硬件电路设计3.1 最小系统设计本次设计中的最小系统模块中包括CPU、复位电路和晶振，其最小系统原理图如图3-1所示。图3-1最小系统原理图3.2 H桥驱动电路    图3-2中所

4、示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图3-2及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。 如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。   图3-2 H桥驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图3-3所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4

5、回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。   图3-3 H桥电路驱动电机顺时针转动 图3-4所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。   图3-4 H桥驱动电机逆时针转动    驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电

6、流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。    图3-5 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与本节前面的示意图一样，图3-5所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门

7、和三极管直接连接是不能正常工作的。）图3-5 具有使能控制和方向逻辑的H桥电路    采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果DIRL信号为0，DIRR信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机（如图3-6所示）图3-6具有使能控制和方向逻辑的H桥电路 实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。驱动电路如

8、下：3.3按键部分主程序中放了一个按键的判断指令，当有按键按下的时候，程序就自动的去执行按键子程序处理。当检测到K1键按下的时候就占空比就会逐渐的增大。当检测到K2键按下的时候就占空比就会逐渐的减小。图3-7按键设置 键盘分编码键盘和非编码键盘。键盘上闭合键的识别由专用的硬件编码器实现，并产生键编码号或键值的称为编码键盘，如计算机键盘.而靠软件编程来识别的称为非编码键盘；在单片机组成的各种系统中，用的最多的是非编码键盘。也有用到编码键盘的。非编码键盘有分为：独立键盘和行列式（又称为矩阵式）键盘,而我们用的是独立式键盘，如上图3-7所示。按键在编写程序时，应注意问题，如消颤，一般有物理消颤和软件

9、消颤，我们这使用 软件消颤。具体操作是，当按键按下，用软件延时一段时间，再次扫描按键情况，如果确实有按键按下，就进入相应的操作。当操作完后要做一个按键是否断开的判断，其依据如图3-8所示： 图3-8 键闭合和断开时的电压抖动 第4章 系统调试4.1系统调试在该系统的构想之初有不少困惑。主要是在定时器个数的选择。最后还是决定用1个定时器。在调试过程中遇到了不少小小的麻烦。比如在按键调试的时候，就遇到了按键没反应的问题，后来修改程序后，按键有反应了，但新的问题又出来了。主要是按键不好使，要么按下没反应，要么按下太久，系统把一次按键动作当成了几次。后来在按键扫描函数中加入了等待按键弹起的语句，解决了

10、按键的灵敏问题。在调制PWM波形的时候发现电机的转速并不随输出的控制信号的改变而变化。用示波器观察输出波形，发现输出波形并不规则。理论上应该是输出一个一定占空比的方波啊。经过一段时间的测试，发现信号输出引脚给出了高低电平，但示波器检测出来的信号看上去并不像给了高低电平啊，就像一个脉冲干扰。突然来个尖脉冲，然后很快衰减。后来缩短定时器的中断时候后，该问题得到解决，输出波形正常。输出波形正常后再测试电机转速，电机转速仍然不正常。后来才发现原来是电路的问题，问题得到解决。附录一系统硬件原理图附录二源程序代码#include<regx51.h>#define uchar unsigned

11、char#define V_TH0 0xFF#define V_TL0 0xF6#define V_TMOD 0x01void init_sys(void);void delay5ms(void);unsigned char ZKB1,ZKB2;void main(void)init_sys(); ZKB1=40; ZKB2=70; while(1) if(!P1_4) delay5ms(); if(!P1_4) ZKB1+; ZKB2=100-ZKB1; if(!P1_5) delay5ms(); if(!P1_5) ZKB1-; ZKB2=100-ZKB1; if(ZKB1>99) ZKB1=1;if(ZKB1<1) ZKB1=99; void init_sys(void) TMOD=V_TMOD; TH0=V_TH0; TL0=V_TL0; TR0=1; ET0=1; EA=1;void delay5ms(void)unsigned int TempCyc=1000;while(TempCyc-);viid