单片机 占空比可调的PWM波形发生器概要Word下载.docx
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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。
方案说明：
直流电机PWM调速系统以AT89C51单片机为控制核心，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
4.1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3.3系统硬件各模块电路
4.2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P2.6、P2.7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P2.6或P2.7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
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
GATEC/TM1M2GATEC/TM1M0
00010000
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6.000MHz，则最小定时时间为：
[213—（216—1）]╳1/6╳10-6╳12=2╳10-6（s）=2（us）
（216—0）╳1/6╳10-6╳12=131072╳10-6（s）=131072（us）
定时/计数器中的计数器是在计数初值基础上以加法计数的，并能在计数器从全“1”变为全“0”时自动产生溢出中断请求。
因此，可以把计数器计数初值设定为TC，定时器定时时间T的计算公式为：
T=（M-TC）T计数[2]式中M为计数器模值，该值和计数器工作模式有关。
在模式1时M为216。
在定时器模式下，T计数是单片机振荡周期的12倍。
上式也可写成：
TC=M-T/T计数在程序设计中工作模式为模式1，则计数器模值M=216=65536；
假设单片机仿真器的晶振频率为22.1184MHz，则：
T计数＝12/（22.1184×
106）=5.425347×
10
若定时时间长度为30ms,则：
TC=65536-30×
10-3/5.425347×
10-7=10240=2800H
给定时器赋值时：
MOVTL0,#00H；
MOVTH0,#28H
3.中断设置
除特殊功能寄存器TCON和SCON中的某些位与中断有关以外，还有一个特殊功能寄存器即中断允许寄存器IE用来设定各个中断源的打开和关闭。
中断系统的结构框图
IE寄存器各位的含义如下：
EA（IE.7）：
CPU的中断总允许标志位。
当EA=1时，CPU允许中断；
当EA=0时，CPU禁止所有的中断请求。
ES（IE.4）：
串行口中断允许位。
当ES=1时，允许串行口中断；
当ES=0时，禁止中断。
ET1（IE.3）：
定时器T1的溢出中断允许位。
当ET1=1时，允许T1中断；
当ET1=0时，禁止T1中断。
EX1（IE.2）：
外部中断1的中断允许标志位。
当EX1=1时，允许外部中断1中断；
当ES=0时，禁止外部中断1中断。
ET0（IE.1）：
定时器T0溢出中断允许位。
当ET0=1时，允许T0中断；
当ET0=0时，禁止T0中断。
EX0（IE.0）：
外部中断0允许位。
当EX0=1时，允许外部中断0中断；
当EX0=0时，禁止外部中断0中断。
定时中断子程序流程
根据程序的需要，先为IE的各位赋值：
外部中断0的中断允许位：
EX0=1，允许外部中断SETBEX0
定时器T0溢出中断允许位：
ET0=1，允许中断请求SETBET0
允许中断（EA=1，CPU允许中断）SETBEA
串行口中断允许位：
ES=1，允许串行口中断SETBES
以上各位等于1时，CPU开放中断；
等于0时，CPU禁止该中断。
单片机系统复位后，IE中各位均被清零，即禁止所有中断。
因此程序中开T0中断则应将ET0置1，另外如果要使用中断EA也要置1，故应给IE赋值为82H。
七、系统功能调试
仿真整体图如下：
直流电机的调试功能仿真如下图：
加速分5档，波形依次如下：
减速分5档，波形如下：
八、设计总结
通过本次课程设计，使我学到了许多书本上无法学到的知识,也使我深刻体会到单片机技术应用领域的广泛。
不仅让我对学过的单片机知识有了很多的巩固，同时也对单片机这一门课程产生了更大的兴趣。
在本次课程设计过程中，我学会了有关本设计的各硬件的资源，其中包括：
直流电机PWM调速、AT89C51单片机、L289引脚图及其引脚功能、LED数码管显示等知识。
参考文献
[1]林志琦.基于Proteus的单片机可视化软硬件仿真[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2006.9
[2]周润景,张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2006.5
[3]张靖武,周灵彬.单片机系统的PROTEUS设计与仿真[M].北京:
电子工业出版社,2007.4
[4]周润景,张丽娜.PROTEUS入门实用教程[M].北京:
机械工业出版社,2007.9
[5]楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2003.3
[6]楼然苗,李光飞.单片机课程设计指导[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2007.7
直流电机PWM调速C语言程序：
#include<
reg51.h>
absacc.h>
#include<
intrins.h>
/********自定义变量********/
#defineuintunsignedint//自定义变量
#defineucharunsignedchar
chargw,sw,bw,qw;
ucharj;
//定时次数，每次20ms
ucharf=5;
//计数的次数
sbitP10=P1^0;
//PWM输出波形1
sbitP11=P1^1;
//PWM输出波形2
sbitP13=P1^3;
//加速
sbitP14=P1^4;
//减速
sbitP15=P1^5;
//停止
sbitP16=P1^6;
//启动
uchark;
uchart;
//脉冲加减
/*********控制位定义********************/
ucharcodesmg[12]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x73,0x71};
//程序存储区定义字型码表
chardataled[4]={0x08,0x04,0x02,0x01};
//位码
uintx;
//数码管显示的数值
display（）;
//数码管显示
delays（）;
//延时函数
key（）;
displays（）;
/***************主函数********************/
main（void）
{
TMOD=0x51;
//T0方式1定时计数T1方式1计数
TH0=0xb1;
//装入初值20MS
TL0=0xe0;
TH1=0x00;
//计数567
TL1=0x00;
TR0=1;
//启动t0
TR1=1;
//启动t1
gw=sw=bw=qw=0;
//数码管初始化
P0=0xc0;
P2=1;
while
（1）//无限循环
{
display（）;
//数码管显示
key（）;
}
}
/***************数码管显示****************/
display（）
{
uchari;
gw=x%10;
//求速度个位值，送到个位显示缓冲区
sw=（x/10）%10;
//求速度十位值，送到十位显示缓冲区
bw=（x/100）%10;
//求速度百位值，送到百位显示缓冲区
qw=x/1000;
//求速度千位值，送到千位显示缓冲区
for（i=0;
i<
4;
）
{
P2=led[i];
if（i==0）//显示个位
P0=smg[gw];
delays（）;
elseif（i==1）//显示十位
{
P0=smg[sw];
}
elseif（i==2）//显示百位
{
P0=smg[bw];
delays（）;
}
elseif（i==3）//显示千位
}
i++;
}
/*****************延时函数*************************/
delays（）
for（i=5000;
i>
0;
i--）;
/*********t0定时*中断函数*************/
voidt0（）interrupt1using2
//重装t0
f--;
if（k==0）
if（f<
t）
P10=1;
else
P10=0;
P11=0;
else
P11=1;
if（f==0）
f=5;
}
j++;
if（j==50）
j=0;
x=TH1*256+TL1;
//t1方式1计数，读入计数值
x++;
display（）;
/****************按键扫描**************/
key（）
if（P12==0）//如果按下，
while（!
P12）//去抖动
k=~k;
}
if（P16==0）//启动
while（P16==0）;
IE=0x8a;
if（P13==0）//加速
while（P13==0）;
t++;
if（t>
=5）
t=5;
if（P14==0）//减速
while（P14==0）;
t--;
if（t<
1）
t=1;
if（P15==0）//停止
while（P15==0）;
EA=0;
P10=0;
P11=0;
/****************END**************/
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