【报告】基于单片机的PWM波形发生器

1、.唐 刚 2130401281 电气310张明洁 2130401266 电气310基于单片机的PWM波发生器（双路）目录1.题目理解 11.1.技术要求11.2.工作要求11.3.调压11.4.变流12.整体框图 13.工作原理 13.1.PWM原理23.2.系统主要构成24.工作过程 35.程序流程简图 36.主要模块说明 56.1.ADC0809 56.2.74HC138 56.3.ULN2803 66.4.74HC573 76.5.Digitron 86.6.晶振和复位86.7.AT89C52 97.原理图108.PCB图119.系统程序129.1.逐点比较法129.2.面积等效法179

2、.3.两个子函数 2310.总结26:基于单片机的PWM波形发生器（双路）1. 题目理解1.1. 技术要求（1）输出两路波；（2）波参数可以通过按键调整； （3）交互界面友好，布局合理大方；（4）五个功能按键。1.2. 工作要求（1）总体结构框图；（2）通过理论分析和计算选择电路参数；（3）根据功能要求，确定键盘控制功能；（4）根据原理图焊接电路板；（5）用Altium Desinger Winter 09画电路图与PCB图；（6）采用语言编写检测程序和应用程序并通过调试；（7）撰写设计报告和答辩PPT。PWM广泛应用于各行各业，两种典型代表分化出两种理解：1.3. 调压。通过调节占空q比调压

3、，占空比为q=0，输出电压U=0；占空比为q=100%，输出电压U=Umax。如直流斩波构成的直流脉宽调速系统。1.4. 变流。其中，逆变是PWM最先应用的领域。如用正弦信号调制出来的SPWM加在惯性环节上等效于正弦波，通俗来讲，就是调制一个正弦波。本组实现变流调制。2. 整体框图3. 工作原理3.1.PWM原理3.1.1. PWM最基本的理论基础：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上，其效果基本相同。设采样后序列为x(n)，一个正弦半波被分成若干份，每份脉宽Ns，则输出PWM脉冲宽度为：=x(Ns2)Ns所以，只要采出x(Ns2)，然后让脉冲持续即可。3.1.2.PWM调制基础：用等腰三

4、角形波或锯齿波作为载波信号，对信号波进行调制。原理：信号波幅值大于载波输出高电平，直至信号波幅值小于载波。3.2.系统主要构成3.2.1. 信号发生器：产生信号波，如正弦波送入AD。设定为xt=2.2sin2ft+2.2电路板提供的参考电压约为4.6V，因为AD，且要求xt最大值必须小于PWM幅值。3.2.2. ADC：将送入的信号波采样，转换为单片机可以处理的离散序列xn。3.2.3. 单片机：处理序列、控制时序、协调芯片等。3.2.4. 示波器：将产生的PWM波输出观察。4. 工作过程信号发生器产生信号波，送入AD。单片机启动AD工作，选通到等，开始采集信号，输出离散序列至单片机。单片机接

5、收AD转换的离散序列，进行调制。调制方法有等效面积法、载波调制法两种。通过单片机处理之后调制出来脉冲序列，即PWM波。又经过74573锁存之后输出接示波器观察波形。5. 程序流程简图PWMYesWaitingHigh voltageLow voltageYesNoSW>=CW?NoAD converts over?InitializeStartSW: signal waveCW: carrier wave6. 主要模块说明6.1.ADC0809ADC0809主要信号引脚的功能：Ø IN7IN0模拟量输入通道 Ø ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、

6、B、C地址状态送入地址锁存器中。 Ø START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。Ø A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。 Ø EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。 Ø D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相

7、连。D0为最低位，D7为最高  Ø OE输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Ø Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较。本项目信号波分两路输入：IN3、IN4。对应选通地址位分别为0x1ffb、0x1ffc而数据位则是0x03、0x04。D0D7挂总线输出，由单片机读取转换后的结果，输出范围0255。本项目由于接线原因，写入选通道地址和读出转换结果地址不一样，而且，总线的分时复用比较复杂，对本项目造成了极大的挑战。6.2. 74HC138本项目中38译码器

8、的功能是实现地址译码，由单片机P2口输出地址高八位，经38译码器译码输出。6.3.ULN2803ULN2803低电平驱动电流大，驱动蜂鸣器、数码管。逻辑上为集成非门。6.4. 74HC573八进制三态非反转透明锁存器。实验中多次用到74HC573锁存器，其作用是将D0D7逻辑锁存，Q0Q7输出。原理图中，U10为数码管段码寄存器，决定显示什么数字；U11为数码管位码寄存器，决定哪个数码管亮；两路PWM波由U14的Q0、Q1分别输出，分别接示波器观察。Ø LE：Latch Enable Input 锁存使能输入。Ø OE：3 State

9、 output Enable Input (Active LOW)3态输出使能输入。6.5. Digitron或Nixie tube，用于显示数字。本项目使用6位共阳极数码管，段码由U10驱动；位码由U11驱动。等效面积法中用于显示信号波被分割为若干份后每份间隔点数Ns；逐点比较法中用于显示锯齿波STW的周期点数。6.6.晶振和复位振荡电路是每个具有时序逻辑电路必不可少的重要角色。本项目采用晶振振荡电路，一般有并联式和串联式两种接法。显然本项目中使用的是并联式，振荡周期为11.0592MHz。本项目中有上电复位和手动复位。6.7. AT89C5

10、2核心器件,“中央处理”单元，芯片控制、数据处理等。 本程序原理图P0/P2口构成地址总线，P0口为双向数据总线。地址总线选通芯片，数据总线选通AD通道，接收AD转换数据以及PWM输出等等。晶振频率为11.0592MHz。INT0/INT1分别为外部中断信号，连接键盘，实现键盘的输入，对应T0/T1为高电平则为下降沿触发，反之为低电平触发。7. 原理图8. PCB图9. 程序代码两个共用Subfunctions: serial_initial.c、bDisplay.c。每种方法各一个主函数文件。9.1.比较调制法逐点比较法.c/*-Main body-*/*-Head files-*/#inc

11、lude<reg52.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>/*-This is ending line-*/*-macro definitions-*/#define unchar unsigned char#define unint unsigned int#define unlong unsigned long/*-This is ending line-*/*-Chips and ports definitions-*/#define pwm XBYTE0xffff

12、/74573unsigned char xdata *ADC0809;/ADC0809/unsigned char xdata *HC_573;/控制蜂鸣器的74HC573地址sbit EOC=P16;sbit it_0=P34; /实际上it_0对应的按键S3类似电脑键盘shift键sbit it_1=P35; /同上/*-This is ending line-*/*-Variables definitions-*/unchar result=0;/outputs of ADunchar preResult=0;/outputs of ADunchar channel=0x03; /Cha

13、nnel #3;unlong Ns=20;/points of sawtooth wave(STW)unlong preNs=20;/previous Nsunlong i=0; /both i and j are used as indexunint j=0;unlong p=0;unlong temp=1;unchar pwmTemp=0;/store pwm for a while unchar pwm_4=0; /pwm of #3unchar pwm_3=0; /pwm of #4/*-This is ending line-*/*-Subfunctions-*/void selec

14、tChannel(unchar channel);void read(unchar readSignal);extern serial_initial();/extern getNs(unlong N);extern bDisplay(unlong x);/*-This is ending line-*/*-Main Function-*/void main() /*-preparations-*/ serial_initial(); bDisplay(preNs);/Activate all nixie tube(数码管) pwm=0xff;/set pwm high voltage /改1

15、 EX0=EX1=1;/允许外部中断0、1申请中断。 EA=1; /允许中断总开关 PX0=1; /higher priority PX1=0; /lower priority i=1;/*-This is ending line-*/ while(1) /*用于判断S3是否按下*/ if(it_0=0) IT0=0; /低电平触发else IT0=1; /下降沿触发/*用于判断S4是否按下*/if(it_1=0) IT1=0; /低电平触发else IT1=1; /下降沿触发/*-This is ending line-*/while(j<2)/*-converting-*/if(ch

16、annel=0x03)ADC0809=0x1ffb; /activate ADC0809;/*ADC0809=0x03; selectChannel(channel); /Select channel #3.C52 send a message of writing elseADC0809=0x1ffC; /activate ADC0809; selectChannel(channel); while(!EOC);/Waiting for EOC=1,conversion overADC0809=0X3FFF; read(0x04);/*-This is ending line-*/HC_57

17、3=0xBfff;/*if(Ns>55|Ns<10)*HC_573=0Xff;while(1);*/*HC_573=0X04;/Ns=getNs(Ns);/*-essence-*/if(Ns<2|Ns>80) Ns=15;if(Ns!=preNs)bDisplay(Ns);/display NspreNs=Ns;/printf("Ns:%Ldn",Ns);if(i>Ns) i=0;pwmTemp=0x01;/set pwm high voltage;elseif(result<=i*255/Ns)pwmTemp=0x00;/*else p

18、wmTemp=0x01;*/if(channel=0x03)pwm_3=pwmTemp;else pwm_4=pwmTemp;/printf("j:%Xn",j);channel=channel; /#3:011 #4:100/*if(channel=0x03)channel=0x04;elsechannel=0x03;*/j+;/*-This is ending line-*/j=0; /reset j=0pwm=(pwm_3<<1)+pwm_4; /pwm:0x00;0x01;0x02;0x03/*printf("pwm3:%Xn",pw

19、m_3);printf("pwm4:%Xn",pwm_4); printf("pwm:%Xn",pwm);*/i+; /next point/*-This is ending line-*/ /*-This is ending line-*/*-definitions of subfunctions-*/void selectChannel(unchar channel) *ADC0809=channel;/printf("Channel:%Xn",channel);void read(unchar readSignal) *ADC0

20、809=readSignal; result=*ADC0809; /0255/*-This is ending line-*/*-interrupt operating-*/void external_0(void)interrupt 0Ns+;/printf("i=%dn",i);void external_1(void)interrupt 2 /中断1居然不是interrupt 1,真是误导人呐！Ns+=-1;/printf("i=%dn",i);/*-all over-*/9.2.面积等效法PWM面积等效原理.c/*-Main body-*/*-H

21、ead files-*/#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<intrins.h>#include<absacc.h>/*-This is ending line-*/*-Macro definitions-*/#define unchar unsigned char#define unint unsigned int#define unlong unsigned long/*-This is ending line-*/*-Chips and ports definitions-*/#define

22、 pwm XBYTE0xffff /74573unsigned char xdata *ADC0809; /ADC0809/unsigned char xdata *HC_573; /控制蜂鸣器的74HC573地址sbit EOC=P16;sbit it_0=P34; /实际上it_0对应的按键S3类似电脑键盘shift键sbit it_1=P35; /同上/*-This is ending line-*/*-Variables definitions-*/unchar result=0;/outputs of ADunchar channel=0x03; /Channel #3;unlong

23、 Ns=20; /width of each pulseunlong preNs=20; /previous Nsunlong S=0; /area of each pulseunlong i=1; /both i and j are used as indexunint j=0;unint k_3=0; /indexunint k_4=0; /another indexunint delta=0; /width of pluseunint delta_3=0; /width of pluse of #3unint delta_4=0; /width of pluse #4/unchar pw

24、mTemp=0;/store pwm for a while unchar pwm_4=0; /pwm of #3unchar pwm_3=0; /pwm of #4/*-This is ending line-*/*-Subfunctions declaring-*/void selectChannel(unchar channel);void read(unchar readSignal);extern serial_initial();/extern getNs(unlong N);extern bDisplay(unlong x);/*-This is ending line-*/*-

25、Main Function-*/void main() /*-preparation-*/ serial_initial(); bDisplay(preNs); /Activate nixie tube(数码管) pwm_3=0x00; /set pwm low voltage pwm_4=0x00;/set pwm low voltage EX0=EX1=1; /允许外部中断0、1申请中断。 EA=1; /允许中断总开关 PX0=1; /higher priority PX1=0; /lower priority/*-This is ending line-*/ /*-do the task

26、 continuously-*/ while(1) /*用于判断S3是否按下*/ if(it_0=0) IT0=0; /低电平触发else IT0=1; /下降沿触发/*用于判断S4是否按下*/if(it_1=0) IT1=0; /低电平触发else IT1=1; /下降沿触发/*-This is ending line-*/while(j<2)/*-start sampling-*/if(j=0) /j=0<=>ADC0809=0x1ffb;/activate ADC0809;/*ADC0809=0x03; selectChannel(channel); /Select c

27、hannel #3.C52 send a message of writing else ADC0809=0x1ffc;selectChannel(channel); while(!EOC);/Waiting for EOC=1,conversion overADC0809=0X3FFF; /force AD to spit outputs read(0x04); /unnecessary and any number is welcome/i+=1;/*-This is ending line-*/if(Ns!=preNs) bDisplay(Ns); /display Ns on nixi

28、e tubepreNs=Ns;/store previous Ns/*-This is ending line-*/*-essence part-*/if(i=Ns/2) /if i=Ns/2,it means that C52 should creat a pluse/k_3=k_4=0; /S=result*Ns; /calculate areadelta=S/255; /and the pulse lasts deltaif(channel=0x03)pwm_3=0x01;delta_3=delta;k_3=0;/if k_3 increases to delta, the pluse

29、overelsepwm_4=0x01;delta_4=delta;k_4=0;/the same as k_3/*-This is ending line-*/*if(j=0)pwm_3=pwmTemp;else pwm_4=pwmTemp;*/printf("j:%Xn",j);channel=channel; /#3:011 #4:100/*if(channel=0x03)channel=0x04;elsechannel=0x03;*/ j+;/*-This is ending line-*/j=0; /reset j=0/*-This is ending line-*

30、/*-export pwm-*/if(k_3=delta_3)pwm_3=0x00;if(k_4=delta_4)pwm_4=0x00;pwm=(pwm_3<<1)+pwm_4; /pwm:0x00;0x01;0x02;0x03/*-This is ending line-*/if(i>=Ns) i=0;/*printf("pwm3:%Xn",pwm_3);printf("pwm4:%Xn",pwm_4); printf("pwm:%Xn",pwm);*/i+; /next pointk_3+;/increases

31、until delta_3k_4+; /increases until delta_4/*-This is ending line-*/ /*-This is ending line-*/*-definitions of subfunctions-*/void selectChannel(unchar channel) *ADC0809=channel;/printf("Channel:%Xn",channel);void read(unchar readSignal) *ADC0809=readSignal; result=*ADC0809; /0255/*-This i

32、s ending line-*/*-interrupt operating-*/void external_0(void)interrupt 0Ns+;/printf("i=%dn",i);void external_1(void)interrupt 2 /中断1居然不是interrupt 1,真是误导人呐！Ns+=-1;/printf("i=%dn",i);/*-all over-*/9.3.两个子函数serial_initial.c#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<ab

33、sacc.h>#define HC_573 XBYTE0xBfff/控制蜂鸣器的74HC573地址void serial_initial(void) SCON=0X52;TMOD=0X20;TH1=0XF3;TR1=1;HC_573=0X04;/Make beer silentbDisplay.c/*-A display function for farther use-*/*-this code originates from textbook-*/#include <reg52.h>#include <stdio.h>#include <absacc.h

34、>#include <intrins.h>#define SEGMENT XBYTE0x8000/段码寄存器地址#define BIT_LED XBYTE0xbfff/位码寄存器地址#define fosc 11.0592/晶振频率#define time02500/定时2500uSunsigned char data display_bit,display_buffer6;unsigned char data time0_h,time0_l;unsigned int data time0_times;unsigned long y;unsigned long a,b;uns

35、igned char get_code(unsigned char i);void display(void);/*Main body of function*/void bDisplay (unsigned long x) BIT_LED=0; /全灭（各位送0，经2803反向成1）TMOD=0x21;/定时器/计数器0定时方式1time0_times=65536-time0*fosc/12; /计算定时初值time0_h =(time0_times/256 );time0_l =(time0_times%256);TH0=time0_h; TL0=time0_l; /高8位和低8位时间常数

36、TR0=1;/启动定时器0EA=ET0=1;/允许中断display_bit=0x01; /从第一个数码管开始显示y=x;a=y/100000; /分离各位b=y%100000;display_buffer0=a;a=b/10000;b=b%10000;display_buffer1=a;a=b/1000;b=b%1000;display_buffer2=a;a=b/100;b=b%100;display_buffer3=a;a=b/10;b=b%10;display_buffer4=a;display_buffer5=b;/*while(1)PCON=0x01;*/void time0_int(void) interrupt 1/中断服务子程序TH0=time0_h; TL0=time0_l;display();/共需40m秒void display(void)unsigned char i;switch (display_bit) /根据亮哪一位，决定取哪个显示数 /即：display_bit?display_buffericase 1: i=0;break;case 2: i=1;bre