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1、51单片机脉宽调制控制器外文文献及翻译单片机脉宽调制控制器外文文献及翻译51单片机脉宽调制控制器外文文献及翻译Design of PWM Controller in a MCS-51 Compatible MCU Yue-Li Hu, Wei WangMicroelectronic Research Sanders, S.R, “Architecture and IC implementation of a digital VRM controller,”Power Electronics, IEEE Transactions on Volume 18, Issue 1, Part 2, Ja
2、n. 2003 Page(s):356 364. 7. Smith, K.M., Jr.; Lai, Z.; Smedley, K.M.; “A new PWM controller with one-cycle response,” Power Electronics,IEEE Transactions on Volume 14, Issue 1, Jan. 1999 Page(s):142 - 150Authorized licensed use limited to: East China Normal University. Downloaded on January 11, 2009
3、 at 00:36 from IEEE Xplore. Restrictions apply.中文译文： 基于 51 单片机兼容的脉宽调制控制器的设计 胡越黎 王伟 微电子研发中心，重点实验室显示器及系统应用（上海大学） ，教育部 校园 POB221，149 延长路，上海 200072，中国 摘要： 这篇论文描述了脉宽调制控制器模块在微控制器中基于 51 单片机构造的设计。 该设计可产生两条可设计的周期脉宽信号。这些从微控制器输出的脉宽信号可 以被用于多样化的应用软件包括电动机控制。这种设计功能允许使用者选择在 两个脉宽调制波形中不受约束或补充的倒置时间关系。在选择后一个模式中包 含选择死区功
4、能用以驱动三相 H 桥和逆变器。因此，使用者通过设置占空比寄 存器能够控制输出脉宽调制信号。 在成功的模拟前线末端之后，将在 Nios 嵌入式处理器上通过实际地实验来证实 此设计。 1.绪论 脉宽调制技术是一种电压调节方法，它是通过控制直流电的转换频率以固定的 电压来更改负载的两个终端电压。这种技术可以被用于多样化的应用软件包括 电动机控制、温度控制和电压控制等。电动机控制系统如图 2，在脉宽调制信 号的控制下，电压的平均值通过占空比因素控制了电动机的速度，因此当电动 机电源增加，电动机速度也会增加，反之，当电源被切断时速度降低。图 1：脉宽调制控制模块图 图 2：电枢电压和占空因素的关系图
5、因此，电动机的速度可以通过规则的调节开、关的时间来控制。有三种方法可以达到调节周期的任务：（1）用固定的脉冲宽度来调节频率， （2）调节频率和脉冲宽度， （3）用固定的频率来调节脉冲宽度。一般地，有四种方法来形成脉宽信号如下：（1）通过设计的各个逻辑组成来形成。这种是已经被丢弃的原始额度方法。 （2）通过软六-维论文.网 http:/ 件来形成。这种方法需要中央处理器不断的操作指令用以控制输入/出引脚来形成脉宽输出信号，以至于中央处理器不能做别的工作。因此，这种方法也已经被逐渐的取消。 （3）通过特定用途集成电路来形成。集成电路使得中央处理器的负荷和工作的稳定性降低，它有几点功能，例如，过电流
6、保护，死区的调整等。这种方法被广泛的当前的很多场合。 （4）通过微控制器的脉宽调制功能模块来形成。通过在微控制器中藏入脉宽调制功能模块并初始化该功能，微控制器的脉宽调制引脚可以在只需要改变周期而没有中央处理器控制的情况下自动的形成脉宽调制输出信号。这种方法将在本文章中得以实现。在本文中，我们建议在脉宽调制模块中安放一个8051单片机。脉宽调制模块可以通过以上提到的三种方法来调节周期和部分工作指令，使得控制的寄存器和周期寄存器被初始化，以适应使用者的需求。以下的部分解释了脉宽调制模块的结构和基础功能块结构。第三部分描述了两个51 单片机脉宽调制控制器外文文献及翻译 第 4 页 操作模块。实验和模
7、拟的结果证明适当的系统操作仍然能在此部分中被显示。 根据操作的指令，脉宽调制信号模块生成了一个或更多的脉宽已调整的信号， 它的时间比率可以独自的被调节。 2.在微控制器中执行脉宽调制模块2.1概述脉宽调制模块脉宽调制模块图如图3所示。从图中可以清楚地看到整个模块由两部分组成：通过选择不同的逻辑路线有脉宽信号发生器和死区发生器。使用者通过执行一些初始化脉宽信号的指令可以使脉宽调制功能被启动。特别是在下列电源和运动控制应用软件中被支持。直流电动机不可中断的电源供给图3 脉宽调制模块的结构脉宽调制模块也有如下的特征：两个脉宽输出信号互补或互不相关的运行硬件死区时间因互补的工作状态而形成循环更新可以直
8、接或同步的与脉宽信号相配置2.2体系结构的细节2.2.1脉宽调制的形成在图3中显示出了两输出脉宽信号的形成结构，它是基于16位产生脉宽调制信号的寄存器。该系统由时钟信号合成，时钟信号的六-维论文.网 http:/ 频率通过在一个特殊寄存器 PWMCON 中设置 T3M 控制 PWM0或设置 T4M 控制 PWM1可以被分成4分频或12分频，如图4所示。对于 PWM0发生器，时钟的16位寄存器将被提前分成4分频通过将 T3M 预设为0。当 T3M 被设为1时，时钟信号可以被分成12分频。这种方法对于PWM1来说也一样。在 PWMCON 中的其他位将在表1中详细说明。图4PWMCON 的位表表1：
9、PWMCON 的位定义位 描述TF4 PWM0的中断请求TR4 PWM0的启动位TF3 PWM1的中断请求TR3 PWM1的启动位PSEL 在互补方式中的途径选择CPWM 方式选择T4M PWM1的时钟信号预设T3M PWM0的时钟信号预设2.2.2途径选择的逻辑方式下图5中显示了在互补方式中有效的途径选择规则。从图中，可以明了的知道 CP 信号和CPWM 控制了脉宽高、低电平的起因。关于这两个控制信号的细节将在第3部分中被讨论，死区时间发生器的结构将作为互补方式的连续性在3.1节中讨论。图5 途径选择的逻辑图3.操作方式和模拟结果设计有两种操作方式：独立的方式和互补的方式。通过设置在图4PW
10、MCON 寄存器中的相应位 CPWM，用户可以选择两种操作方式中的一种，当 CPWM 被设为0，脉宽信号将工作在互补的方式下，选择另外一种方式时，两种操作方式将依次被详细的解释，以及从Synoposys VCS EDA 平台模拟脉宽信号的结果将也被展示出来用以检验该设计。3.1独立的脉宽信号输出方式独立的脉宽信号输出方式对驱动负载很有作用，如图1中所示。当 PWMCON 寄存器中相应的 CP 位被设为0，一个特别的脉宽信号将是以独立的方式输出，那么，两个途径的脉宽信号输出彼此之间将是独立的。在 PWM0/PWMH 引脚上的信号是来自 PWM0发生器，在 PWM1/PWML 引脚上的信号是来自
11、PWM0发生器。不同的地方是如图6中所示的，通过途径选择的逻辑方式获得的。脉宽信号输入/出引脚被设置位独立方式通过重新设置它的预设值。死区时间的发生器在独立方式中是不起作用的，模拟的结果在图4中显示了，正如图5，Tr4和 Tr3是 PWM0和 PWM1各自的启动位，事实上，从图中，微处理器的 P15/ P14引脚被用于 PWMH/ PWML 或正常的输入/出口，两者择其一。图6 在独立方式中脉宽输出信号的波形3.2互补脉宽输出信号方式互补输出方式被用于驱动变频器电路，如在图7中所示的，这种变频器布局是直流电路应用的典型代表，在互补输出方式中，两个六-维论文.网 http:/ 脉宽输出信号不能同
12、时工作。脉宽通道和输出引脚通过如图5中所示的通道选择逻辑方法在内部被形成一定的结构。当两个输出都处于短暂的不工作时间，死区时间可以随意的被插入设备转换中。图7 互补脉宽信号输出的典型电路互补方式通过在 PWMCON 寄存器中设置合适的 CPWM 位，被用于脉宽输入/出引脚，在这种情况下，PSEL 是有效的。当 PSEL 被设为0时，脉宽高/低电平将由 PWM0发生器产生，而 PWM1发生器产生的信号是无效的；那么当 PSEL 被设为1时，脉宽信号的高/低电平将从 PWM1发生器产生，而 PWM0发生器产生的信号是无效的。在用互补方式产生脉宽输出信号的进程中，死区时间将被引入，在下节中将被讨论。
13、3.3死区时间的控制当 PWM 输入/输出引脚对是在互补输出操作模式中，死区时间会自动启用。由于输出功率器件不能在瞬间切换，在关断一个 PWM 输出互补对与开启的其他晶体管之间必须提供一定的时间。 2个输出 PWM 模块有一个可编程死区时间的8位寄存器。PWM 模块互补输出一个8位向下计数器，被用于生产死区时间的插入。如图8，死区时间单位显示有上升沿和下降沿检测器从 PWM 其中之一的发生器上连接到 PWM 信号。死区的时间被加载到对边缘检测的 PWM 定时器上。根据是边缘是上升或下降，在过渡之一上的互补输出被延迟，直到计时器下降到零。如图8中的时序图显示死区时间对 PWM 输出对的插入。总结在这个文件中，我们设计的 PWM 模块，基于8位微控制器与8051系列兼容。该设计可以产生2通道可编程 PWM 信号的周期，即两个运作模式，独立模式和互补模式中的死区时间将被插入。仿真 EDA 平台上的结果证明了其正确性和用处。
