按键控制单片机的PWM输出设计报告

《按键控制单片机的PWM输出设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《按键控制单片机的PWM输出设计报告（21页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、（单片机课程设计名称）设计说明书按键控制单片机PWM输出设计起止日期： 2012 年12 月31 日 至2013 年 1月 _11_日学 生 姓 名 班 级 成 绩 指导教师（签字）计算机与信息工程学院2013年1月11日第一章脉冲宽度调制概述II1.1 PWM控制的原理及过程III1.1.1 PWM控制的基本原理III1.1.2 PWM的控制过程III1.2 PWM控制的特点及应用IV第二章总体方案设计V2.1系统总体的设计思路V第三章硬件设计VI3.1 AT89C51单片机简介VI3.2 MAX7219 的简介VIII3.3按键的设计X3.4 LED灯的亮暗程度设计X第四章软件设计XII4

2、.1程序流程图XII第五章总结XIII附录A：按键控制单片机的PWM输出的硬件原理图XIV附录B：按键控制单片机的PWM输出的源程序XV参考文献XVIII天津城市建设学院课程设计任务书20122013学年 第1学期计算机与信息工程学院 电子信息工程专业 班级 电信2班 学号 10700216课程设计名称：单片机原理及接口技术设计题目：按键控制单片机PWM输出设计完成期限：自2012年12月_31_日至2013年1月_11_日共2周设计依据、要求及主要内容：一课程设计的目的1. 进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2. 掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特性，控制方法。3. 通过课程设计

3、，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术。4. 通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5. 通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片机应用系统的 全过程，为今后从事相应开发打下基础。二课程设计的基本要求1. 认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培 养科学的设计思想和良好的设计作风。2提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3. 提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。4. 课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。5. 课程设计说明书封面格式要求见

4、天津城市建设学院课程设计教学工作规范附表1。三课程设计具体要求a）要求每位同学独立完成设计任务。b）原理图设计1. 原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。2. 图中所使用的元器件要合理选用，电阻、电容等器件的参数要正确标明。3. 原理图要完整，CPU、外围器件、外扩接口、输入/输出装置要一应俱全。c）程序调计1. 根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定 的功能。2. 根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的 程序流程图。d）程序调试1. 编写相关程序，并进行仿真。2. 将程序下载到单片机，进行运行调试。e）设计说明书1. 原理图设

5、计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器件的工 作过程及顺序。2. 程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关 系作较详细的描述。3. 画出工作原理图，程序流程图并给出相应的程序清单。四.设计任务STC12C5A60S2 （引脚排序及基本功能同AT89S51）作为主控芯片，设计PWM 输出控制电路。一是扩展按键电路，作为PWM的参数输入；二是用PWM输出控制 发光二级管，观察PWM输出不同占空比下发光二级管的亮度变化；三是根据需要扩 展MAX7219数码管或LCD1602等，显示相应的输入参数。指导教师（签字）：教研室主任（

6、签字）： 批准日期:第一章脉冲宽度调制概述脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，其根据相应载荷的变化 来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这 种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电 路进行控制的一种非常有效的技术。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一 个具体模拟信号的电平进行编码。PWM控制技术以其控制简单,灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控 制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限结合现代控 制理论思想或实现

7、无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。1.1 PWM控制的原理及过程111 PWM控制的基本原理脉宽PWM法，它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可 以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可 以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。占空比：就是输出的PWM中，高电平保持的时间与该PWM的时钟周期的时间之比。口，一个 PWM的频率是1000Hz,那么它的时钟周期就是1ms，就是lOOOus，如果高电平出现的时间是 200us，那么低电平的时间肯定是800us，那么占空比就是20

8、0： 1000，也就是说PWM的占空比 就是1:5。分辨率也就是占空比最小能达到多少，如8位的PWM,理论的分辨率就是1： 255（单斜率），16 位的的PWM理论就是1： 65535（单斜率）。频率就是这样的，如16位的PWM,它的分辨率达到 了 1： 65535,要达到这个分辨率，T/C就必须从0计数到65535才能达到，如果计数从0计到80 之后又从0开始计到80.，那么它的分辨率最小就是1： 80 了，但是，它也快了，也就是说PWM 的输出频率高了。双斜率/单斜率假设一个PWM从0计数到80,之后又从0计数到80. 这个就是单斜率。假设一个PWM从0计数到80,之后是从80计数到0.

9、这个就是双斜率。可见，双斜率的计 数时间多了一倍，所以输出的PWM频率就慢了一半，但是分辨率却是1： （80+80） =1： 160, 就是提高了一倍。假设PWM是单斜率，设定最高计数是80,我们再设定一个比较值是10,那 么T/C从0计数到10时（这时计数器还是一直往上计数，直到计数到设定值80）,单片机就会根 据你的设定，控制某个IO 口在这个时候是输出1还是输出0还是端口取反，这样，就是PWM 的最基本的原理了。1.1.2 PWM的控制过程脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使 用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PW

10、M信号仍然是数字的， 因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源 是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加 到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。多数负载(无论是电感性负载还是电容性负载)需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz 到200kHz之间。许多微控制器内部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67内含两个PWM控 制器，每一个都可以选择接通时间和周期。占空比是接通时间与周期之比；调制频率为

11、周期的倒 数。执行PWM操作之前，这种微处理器要求在软件中完成以下工作：1、设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期2、在PWM控制寄存器中设置接通时间3、设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚4、启动定时器5、使能PWM控制器1.2 PWM控制的特点及应用脉冲宽度调制的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。 让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将 逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。脉冲宽度调制的另外一个优点是对噪声抵抗能力的增强，这也是在某些时候将PWM用于通 信的主要原因。从模拟信号转向P

12、WM可以极大地延长通信距离。在接收端，通过适当的RC或 LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。总之，脉冲宽度调制既经济、节约空 间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。脉冲宽度调制广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中，由于其四象限变流 的特点，可以反馈再生制动的能量，对于目前国家提出的节能减排具有积极意义。具体应用：1、脉冲宽度调制软件法控制充电电流其基本思想就是利用单片机具有的PWM端口，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软 件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。本方法所 要求的单片机必须具有AD

13、C端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片 机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充 电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM 的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。在软件PWM的调整 过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字 滤波技术。2、脉冲宽度调制在推力调制中的应用1962 年, Nicklas等提出了脉冲调制理论，指出利用喷气脉冲对航天器控制是简单有效的控 制方案，同时能使时间或能量达到最优控制。脉宽调制发动

14、机控制方式是在每一个脉动周期内，通过改变阀门在开或关位置上停留的时间 来改变流经阀门的气体流量，从而改变总的推力效果，对于质量流率不变的系统，可以通过脉宽 调制技术来获得变推力的效果。第二章总体方案设计2.1系统总体的设计思路51系列单片机无PWM的输出功能，通过一定的硬件电路，采用定时器配合软件的方法输出 PWM方波，具体的设计思路：1硬件部分过电位器改变PWM的占空比，利用电位器将0到5V的模拟信号输入到ADC0832芯片，经过 AD转换为00H到FFH的数字量，再输入到单片机，然后将PC机上的程序经过RS232串口芯 片下载到AT89C51单片机上，编程运行后，再输出相应的信号，输出占空

15、比实现四位LED数码 显示，输出报警信号实现蜂鸣器报警，输出方波信号实现LED灯的渐变功能。然后，要熟练掌握protel99SE开发软件，根据硬件电路的功能要求，画出合理的电路原理图，分 配好相应的管脚，并生成相应的PCB图。2软件部分在AT89C51内实现PWM的基本过程：首先选定脉冲的频率T，然后根据控制信号的变化范围， 这里是15V，则可以求出t时刻通过控制信号V(t)的对应脉冲的正、负脉冲持续时间。这两个 时间长度在单片机里是通过给定时器赋相应的初值而得，即定时器获得这样的定时初值后就在机 器周期的同步下，从这个初值加1计数，定时器满时则产生相应时间长度的溢出中断，再利用 这个中断所响应的服务程序去控制单片机某一引脚相应的正、负电平极性的持续时间。如果上述 过程连续进行，就可在这个引脚获得宽度随控制信号V(t)大小变化的PWM方波信号。其次，利用keil uVision2编程软件，进行相应程序的编辑，主要实现五个程序的设计，主程序， LED数码显示程序，蜂鸣器报警程序，PWM控制程序，AD转换程序。第三章硬件设计在设计硬件电路时，有了清晰地设计思路和确定了总体的设计方案后，还必须对相应的电路 元器件的工作原理十分熟悉，例如电路中用到的一些主要的