用單片機(jī)產(chǎn)生脈寬調(diào)制_PWM_電壓輸出的方法

1、福建農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 30(3 :412-415, 2001Jou rnal of Fu jian A gricu ltu ral U n iversity文章編號 :1006278172(2001 0320412204用單片機(jī)產(chǎn)生脈寬調(diào)制 (P WM 電壓輸出的方法 盧玉宇(福建農(nóng)林大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 , 福建 福州 350002摘要 :在智能化產(chǎn)品開發(fā)中 , 許多常用的單片機(jī)沒有提供脈寬調(diào)制 (P WM 電壓輸出功能 , 而在某些特定的場 合需要得到 P WM 電壓 . 本文闡述了利用單片機(jī)定時(shí)器功能 , 通過軟件設(shè)計(jì)產(chǎn)生 P WM 電壓輸出 , 使產(chǎn)品硬件 設(shè)計(jì)簡單化 , 提高可靠性 , 降低

2、成本 , 提高產(chǎn)品使用壽命 .關(guān)鍵詞 :單片機(jī) ; 脈寬調(diào)制 (P WM 電壓中圖分類號 :TN 787+. 2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :AM ethods to generate pulse -width m odulation wave with si n gle -ch ip m icroprocessorLU Yu 2yu(D epartm en t of M echan ical and E lectrical Enginering , Fu jian A gricu ltu re and Fo restry U n iversity , Fuzhou , Fu jian 350002, Ch

3、 ina Abstract :In the developm en t of in telligen t p roducts , m any 2tro ou tpu t p in . Bu t P WM ou tpu t is requ ired in som e particu ti m er of single 2ch i p m icrop rocesso r w as u tilized to generate WM ave ave design , w h ich si m p lified the p roduct hardw are i the co st and enhance

4、d competitive ab ility enhanced . Key words :p ; pu lse 2w idth modu lati on (P WM w ave, 需要控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的電路 , 按往常設(shè)計(jì) , 可以采用外接 D A 轉(zhuǎn) 換器后 , 經(jīng)過射極跟隨器后去控制電機(jī) . 由于這時(shí)三極管在線性區(qū)工作 , 造成三極管的功耗大 , 發(fā)熱嚴(yán)重 , 效率低 . 近幾年發(fā)展起來的脈寬調(diào)制 (PWM 技術(shù) , 把輸入的電壓轉(zhuǎn)換為大電流的 PWM 電壓 . PWM 技術(shù)指通過改變矩形脈沖的占空比 , 以得到不同的平均直流電壓 , 所以也可 采用經(jīng)過 D A 轉(zhuǎn)換后的電壓去控制 PWM

5、 運(yùn)放后去驅(qū)動電機(jī) . 這種情況下 , 效率高 , 但電路較 復(fù)雜 , 成本較高 . 若采用系統(tǒng)產(chǎn)生 PWM 電壓 , 經(jīng)過場效應(yīng)管放大后去控制電機(jī) , 則電路較簡 單 , 效率高 . 對于 PWM 電壓的產(chǎn)生可以采用含有 PWM 輸出的單片機(jī) (如 P I C 系列 ; 而對于 國內(nèi)常用的 M CS 251系列單片機(jī) 1, 因其不含有 PWM 輸出 , 故多數(shù)情況下采用外接 D A 轉(zhuǎn) 換器的辦法來實(shí)現(xiàn) , 這樣造成硬件復(fù)雜 , 產(chǎn)品成本較高 . 本文介紹在不增加硬件的條件下 , 利用 軟件的方法來實(shí)現(xiàn) PWM 電壓的輸出方法 .1硬件實(shí)現(xiàn)的方法由 CPU 輸送來的數(shù)據(jù) , 經(jīng)過 D A 后

6、 , 轉(zhuǎn)換成電壓 u i , u i 輸入到電壓比較器的正向輸入端 , 電壓比較器的反向輸入頻率為 f 的三角波信號 . 根據(jù) u i 的大小 , 電壓比較器輸出相應(yīng)的 PWM 信號 . 工作原理見圖 1.2軟件實(shí)現(xiàn)的原理矩形波的周期為 (t h +t l (圖 2 , t h 、 t l 分別為高 、 低電壓的時(shí)間 . 這時(shí)矩形波的平均電壓為收稿日期 :2001-01-03作者簡介 :盧玉宇 (1973- , 男 . 研究方向 :電子技術(shù)應(yīng)用 .U ×t h(t h +t l , U 為高電壓時(shí)的電壓 . 那么只要保證 t h +t l 的值保持不變 , 改變 t h 和 t l

7、的比值 , 就可以得到不同的電壓值 . 利用定時(shí)器產(chǎn)生精確的時(shí)間 , 在某一時(shí)間 (t h 內(nèi)對輸出引腳 (P out 置高 , 在另一時(shí)間 (t l 內(nèi)對 P out 置低 . 這樣在 P out 就可以得到周期為 (t h +t l 、 占空比為 t h(t h +t l 的矩形波輸出 . 只要改變 t h 與 t l 的時(shí)間 , 且保證 (t h +t l 的時(shí)間值不變 , 就可以得到頻率穩(wěn)定占空比不同的矩形波 . 矩形波通過濾波后就可以得到相應(yīng)的電壓值 , 電壓大小為 U ×t h(t h +t l . 其中 U 為 P out 為高電壓時(shí)的電壓值 .圖 1硬件實(shí)現(xiàn) P WM

8、 電壓輸出F ig . 1 PWM w ave output generated by hardw are圖 2 P WM 電壓波形 F ig . 2 PWM w ave3軟件實(shí)現(xiàn)的過程3. 1方法 1利用存放在 RAM . 首先, ,. 在中斷程序中 , 先對 T count 的值加 1(T count 為單片機(jī)中的 1個(gè) RAM 單元 , D ata _ou t 為輸出電壓映象單元 , 在主程序中可根據(jù)需要設(shè)定 , M axdata 為 1個(gè)周期 需要總共多少次中斷 , 接著把 T count 與 D ata _ou t 進(jìn)行比 較 , 若 T count >D ata _ou t

9、則置 P out 為 “ 0” , 否則置 P out 為 “ 1” , 而后把 T count 與 M axdata (M axdata 為總定時(shí)器中斷的次數(shù) 比較 , 若相等則置 T count 為 0后返回 , 否則返回 . 這樣就可以得到占空比為 D ata _ou t M axdata 頻率為 1(M axdata 定時(shí)器產(chǎn)生中斷的時(shí)間 的 PWM 輸出. 定時(shí)器中斷程序流程圖和定時(shí)器中斷程序見圖 3、 4. 3. 2方法 2方法 2利用改變定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間來得到 PWM 電壓輸出 . 首先定義一個(gè)標(biāo)志單元O u tb it (輸 出 標(biāo) 志 單 元 , 根 據(jù) O u tb it

10、的 值 , 輸 出 相 應(yīng) 的 值. M axdata (記 為 M axdataH 和 M axdataL 為 PWM 輸出周期的值 , 周期為 M axdata 乘以單片機(jī)運(yùn)行的機(jī)器周期. D ata _ou t 為輸出電壓值的單元 (2個(gè) byte 記為 D ata _ou tH 和 D ata _ou tL , 把定時(shí)器設(shè)置在 16位工作 方式 . 進(jìn)入中斷程序時(shí) , 若 O u tb it 等于 0, 則置 P out 為 0, 并把 (0FFFFH -M axdata +D ata _ou t 的值給定時(shí)器 T h 0和 T l 0單元后 , 置 O u tb it 為 1后返回

11、; 否則置 P out 為 1, 并把 (0FFFFH -D ata _ou t 的值給定時(shí)器 T h 0、 T l 0單元后 , 置 O u tb it 為 0后返回. 就可以得到周期為 (M axdata ×機(jī)器周期 、 占空比為 D ata _ou t M axdata 的 PWM 電壓輸出. 定時(shí)器中斷程序 流程圖和定時(shí)器中斷程序見圖 5、 6.314 ( 4 1 4 4 2種軟件實(shí)現(xiàn)方法性能的比較對上述 2種軟件實(shí)現(xiàn)方法性能進(jìn)行比較 , 方法 1產(chǎn)生 PWM 電壓輸出頻率低 , 電壓范圍為 0-U (U 為引腳為高時(shí)的電壓 , 只用 1個(gè)定時(shí)器可同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)具有不同占空比的

12、 PWM 電 壓輸出 , 輸出頻率高低與占用 CPU 的時(shí)間無關(guān) ; 方法 2產(chǎn)生 PWM 電壓輸出頻率高 , 電壓范圍 為 U ×t 1 t -U ×(t -t 0 t (t 1為 O u tb it =offh 時(shí) , 中斷運(yùn)行時(shí)所需的機(jī)器周期 ; t 0為 O u tb it =00h 時(shí) , 中斷運(yùn)行時(shí)所需的機(jī)器周期 ; t =M axdata , 用 1個(gè)定時(shí)器只能產(chǎn)生 1個(gè) PWM 電壓輸 出 , 輸出頻率越高占用 CPU 時(shí)間越多 .7 F ig . 7 P rinci p les of DC mo to r contro lled by softw are generated PWM5實(shí)際應(yīng)用筆者用上述方法控制額定電壓為 24V 、 功率為50W 的 直 流 無 刷 電 機(jī) , 電 路 原 理 見 圖 7. 由A T 89C 20512產(chǎn)生 PWM 電壓 , 經(jīng)過場效應(yīng)管 Q 1放大后直接驅(qū)動直流電機(jī) , 使電機(jī)的轉(zhuǎn)速在 50