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1、题目：PWM脉冲调宽程序设计PWM脉冲调宽程序设计摘 要根据冲量效果不变理论，本文提出了采用规则采样算法计算PWM波的方法。详细描述了采用AT89C2051单片机定时加计数实现PWM波形的程序设计方法。该方法与传统的硬件电路产生PWM波形相比，具有更大的灵活性和实用性。电路简单可靠，编程方便。对软件实现PWM波形中实时输出的误差进行了分析，提出了改进意见。仿真结果表明用该方法所产生的PWM波形精度高，并且输出波形的频率和幅值可变，是实现脉宽调制控制技术的一种有效途径。关键词：PWM波形；程序；逆变器ABSTRACTAccording to the theory of effect of imp
2、ulse is invariant，an algorithm of PWM waves is developed with the regular sampling methodIn this paper was described in detail the PWM waveform program design method by using the monolithic integrated circuit of AT89C2051s time and countThis method compare with the PWM waveform produced by tradition
3、al hardware circuit，has more flexibility and practicalityThis designed in simple circuit not only has stronger reliability，but also can be programmed more easilyThe real-time output to inaccuracy of PWM wave realized by software was analyzed，and the promotion ideas were also put outThe result of sim
4、ulation indicates that the PWM waves generated with this method is excellent，the frequency and the margin of the output waves is controllable，is an effective way of implement the pulse-duration modulation control technologyKey words：PWM waves；procedure；Inversion目 录摘 要IABSTRACTII第1章 概 述11.1 PWM技术的发展概
5、况11.2 PWM技术的应用范畴11.3 PWM脉冲调宽程序设计的意义21.4 PWM控制的基本原理2第2章 方案论证42.1 PWM脉冲的生成方法42.1.1 完全由模拟电路生成52.1.2 由专用集成芯片生成52.1.3 软硬件结合系统生成62.2 设计方案选择82.2.1 总体方案82.2.2 软件算法92.2.3 硬件平台9第3章 硬件设计103.1 单片机AT89C2051简介103.1.1 主要性能参数103.1.2 总体结构103.1.3 引脚功能说明123.1.4 定时器/计数器简介133.2 硬件电路15第4章 软件设计164.1 编程语言164.2 软件算法实现164.3
6、系统主程序204.4 定时中断204.5 算例说明22第5章 调试结果及分析24第6章 问题讨论28第7章 总结29参 考 文 献30致 谢31附 录32附录A PWM脉冲调宽C51程序代码32附录B WIN-TC中PWM规则采样算法仿真C源程序代码35IVPWM脉冲调宽程序设计)第1章 概 述 PWM技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术。PWM技术在晶闸管时代就已经产生，但是为了使晶闸管通断要付出很大的代价，因而难以得到广泛应用。以IGBT、电力MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善给PWM控制技术提供了强大的物质基础，推动了这项技术的迅猛发展
7、，使脉宽调制（PWMPluse Width Modulation）技术被广泛的应用。该项技术现已广泛应用于各种控制系统中。本文提出了一种利用51系列单片机定时器，通过规则采样算法来实现PWM波形的程序设计方法，该方法与传统硬件电路实现方法相比，具有更大的灵活性、适用性和更低的成本。调试和仿真结果表明它所产生的PWM波形输出正弦波的频率和幅值都可改变，便于工程上实现实时控制。1.1 PWM技术的发展概况所谓PWM控制技术，就是利用逆变器装置中半导体开关的开通和关断，把直流电压转化变成一定规律的电压脉冲序列，以实现调频、调压和消除谐波三个目的的技术。PWM控制技术经历了一个不断创新和不断完善的发展
8、过程，电力电子技术的发展，一些全控型快速半导体器件，如BJT、IGBT、GTO等的出现，推动了PWM控制技术的进一步发展。PWM控制技术有许多种，如等脉宽PWM法、正弦波PWM法(SPWM法)、磁链追踪型PWM法和电流跟踪型PWM法以及新近发展起来的空间矢量PWM法(SVPWM)等。1964年，德国的A.Schonung和H.Stemmler在BBC评论上提出将通信中的PWM调制技术应用于交流传动逆变器的控制上来，产生了正弦脉宽调制（SPWM）变压变频的思想。脉宽调制技术较以往的相控技术能有效地抑制高次谐波，适宜各类电动机，满足高性能交流调速的要求，目前成为逆变器的最主要控制方式。该项技术现已
9、广泛应用于各种控制系统中，数字化和智能化是PWM技术的发展方向。1.2 PWM技术的应用范畴目前，PWM控制技术已经广泛的运用到了交直、直直、交交、直交四大类变流电路中。并已深入到科研、国防、生产生活的各个方面。直流斩波电路实际上就是直流PWM电路，这是PWM控制技术应用较早也成熟较早的一类电路，把直流斩波电路应用于直流电动机调速系统，就构成广泛应用的直流脉宽调速系统。交流交流变流电路中的斩控式交流调压电路和矩阵式变频电路是PWM控制技术在这类电路中应用的代表。目前，其应用都还不多，但矩阵式变频电路因其容易实现集成化，可以望有良好的发展前景。PWM控制技术在逆变电路中的应用最具代表性。可以说，
10、正是由于PWM控制技术在逆变电路中的广泛而成功的应用，才奠定了PWM控制技术在电力电子技术中的突出地位。除功率很大的逆变装置外，不用PWM控制的逆变电路已十分少见。PWM控制技术用于整流电路即构成PWM整流电路。这种技术可以看成逆变电路中的PWM技术向整流电路的延伸。PWM整流电路已经获得了一些应用，并有良好的应用前景。1.3 PWM脉冲调宽程序设计的意义PWM脉冲调宽技术的用途十分广泛，尤其是在逆变器、变频器以及动态无功补偿系统中，不可或缺。脉宽调制控制技术中的PWM波形既可用硬件电路实现，也可通过程序实现。对于采用硬件电路方法产生PWM波形，如使用PWM控制器或在系统中增加PWM电路等,则
11、成本高、响应速度慢，而且PWM控制器与系统之间存在兼容问题。另外，控制系统中的信号采样通常是由A/D转换器来完成，因此检测精度要求较高时，调理电路复杂，而且因A/D的位数高，从而使设计的系统成本居高不下。若采用软件编程的方法实现，则系统具有小型化，更大的灵活性、适应性同时还具有较高的性价比等特点，是实现脉宽调制控制技术的有效途径。1.4 PWM控制的基本原理在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时其效果基本相同。冲量即是窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段
12、有差异。如图1-1a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，其中图1-1a为矩形脉冲，图1-1b为三角形脉冲，图1-1c为正弦半波脉冲，但它们的面积（即冲量）都等于1，那么当它们分别加在具有惯性的同一个环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为图1-1d的单位脉冲函数(t)时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。f(t)0f(t)f(t)f(t)000tttt(t) a） b） c） d）图1-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲图1-2a的电路是一个具体的例子。图中e(t)为电压窄脉冲，其形状和面积分别如图1-1的a，b，c，d所示，为电路的输入。该输入加在可以看成惯性环节的RL电路上，设其电流i(
13、t)为电路的输出。图1-2b给出了不同窄脉冲时i(t)的响应波形。从波形可以看出，在i(t)的上升段，脉冲形状不同时i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)波形的差异也越小。如果周期性的施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅立叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。e(t)i(t)i(t)t0a) b)图1-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形上述原理可以称之为面积等效原理，它是PWM控制技术的重要理论基础。下面分析如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。把图1-3a的正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是
14、由N个彼此相连的脉冲序列所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于/N，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使矩形脉冲的中点和相应的正弦波部分的中点重合，且使矩形脉冲和相应的正弦波部分面积（冲量）相等，就得到土1-3b所示的脉冲序列。这就是PWM波形。可以看出，各脉冲的幅值相等，而宽度是按正弦规律变化的。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦波的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形。像这种脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PW
15、M）波形。uut00ta)b)图1-3 用PWM波代替正弦半波要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按照同一比例系数改变上述各脉冲的宽度即可。PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种。由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM波。如直流斩波电路及PWM逆变电路，其PWM波都是由直流电源产生，由于直流电源电压幅值基本恒定，因此PWM波是等幅的。如斩控式交流调压电路，矩阵式变频电路，其输入电源都是交流，因此所得到的PWM波也是不等幅的。不管是等幅PWM波还是不等幅PWM波，都是基于面积等效原理来进行控制的，因此其本质是相同的。上面所列举的PWM波都是PWM电压波。除此之外，也还有PWM电流波。例如，电流型逆变电路的直
