单片机 占空比可调的PWM波形发生器

河南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：——

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，熟悉设计内容，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。

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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。这部分电路主要由AT89C51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控制实现部分主要由一些二极管、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

总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。

由命令输入模块、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

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）独立键盘控制模块系统硬件各模块电路

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、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，就使或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百分数。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压，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内“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。

主程序流程图

定时中断子程序设计

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1. 定时计数器TMOD设置

选用T0 作为产生脉冲用的定时器并且使它工作在模式1 下。在模式1 中，寄存器TH0 和TL0 以全8 位参与操作，构成一个16 位定时/计数器，当TH0 溢出时向中断标志位TF0进位，并申请中断。在这种模式下T0 定时时间最长，有利于在

更大的范围内对电机进行调速。 工作模式寄存器TMOD

TMOD 的高4 位用于T1，低4 位用于T0，4 种符号含义如下： GATE ：门控位。

C/T ：定时/计数器方式选择位。C/T =0 为定时器方式，C/T =1时为计数器方式。

M1M0：工作模式选择位,具体如下：

TMOD 寄存器

：

M1M0=00：模式0（13 位定时/计数器） M1M0=01：模式1（16 位定时/计数器）

M1M0=10：模式2（8 位自动重装常数的定时/计数器） M1M0=11：模式3（2 个8 位定时/计数器，仅对T0）

因在程序中T0 是作为定时器，T0 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，M0=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TH0作为高8位，TL0为低8位，有关控制状态字（GATA 、C/T 、TF0、TR0）和方式0相同。

在工作方式1下，计数器的计数值范围是： 1—65536（216）。当为定时工作方式1时，定时时间的计算公式为：（216—计数初值）╳晶振周期╳12

*

如果单片机的晶振选为，则最小定时时间为：

GATE C/T M1 M2 GATE C/T M1 M0

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