PWM控制加热
PWM控制加热
目录
1 引言 (1)
2 理论分析 (1)
2.1 PWM (1)
2.2 PWM控制技术 (2)
3 系统设计 (2)
3.1 设计方案比较和论证 (3)
3.1.1 单片机系统 (3)
3.1.2 温度传感器 (3)
3.1.3 显示电路 (3)
3.1.4 PWM信号 (4)
4 系统硬件设计 (4)
4.1 复位电路 (4)
4.2 时钟电路 (5)
4.3 P0口上拉电阻电路 (5)
4.4 按键电路 (6)
4.5 LCD1602显示电路 (6)
4.6 DS18B20测温电路 (7)
4.7 电源电路 (7)
4.8 温度控制电路 (8)
5 系统软件设计 (8)
5.1 PWM控制加热软件的主程序及流程图 (9)
5.2 LCD1602显示子程序 (12)
5.3 LCD延时子程序 (17)
5.4 数字式温度传感器DS18B20子程序 (18)
5.5 PWM控制加热子程序 (20)
5.6 温度控制流程 (21)
6 系统调试 (23)
6.1 Keil软件 (23)
6.2 Proteus软件 (23)
6.3 仿真结果 (24)
6.4 调试结果 (24)
7 小结 (27)
参考文献 (27)
致谢 (28)
ABSTRACT (29)
附录 (30)
附I 整体电路图 (30)
PWM控制加热
摘要：介绍了以STC89C52单片机为核心，使用PWM技术和闭环系统实现对温度的自动或手动控制的系统。系统通过温
度芯片DS18B20采集温度信号，并将温度信号传送给单片机。并由单片机进行相应处理，根据目标温度与实测温度关系决
定是加热占空比高还是停止加热占空比高，从而实现对温度的闭环控制的目的。系统还加入LCD液晶显示电路，使得整个
设计更加完整，更加灵活。系统可通过键盘设定温度，LCD显示设定温度值及当前温度值。
关键词：STC89C52单片机；温度控制；PWM；DS18B20 ；LCD液晶显示
1 引言
温度是众多行业生产中的基础参数之一，随着社会的进步、工业的发展，温度控制技术也不断革新，但其还处于初级发展阶段，很多领域对温度控制有着更高的要求。因此，温度控制是生产工艺流程中极为重要的一个环节，尤其在电力、航天、交通、造纸、装备制造、食品加工等行业有广泛的应用。
利用单片机来对温度进行控制，不仅能够有效地提升控制能力与生产的自动化，而且还有可能尽早实
现智能化的目标。和传统的温度控制相比，基于单片机实现PWM的温度控制可以降低能源消耗。因为传统
的温度控制都是通过电阻限流的方式到达的温度控制，这样虽然加热器的热量小了，但是整体的功率并没
有根本性的改变，造成了能源的浪费。而PWM是通过占空比实现的并没有限流的损失，这样就会大大节约
能源。
本文主要研究的就是利用单片机的PWM技术而设计的温度控制系统。
2 理论分析
2.1 PWM
PWM是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，即脉冲宽度调制，简称脉宽调制。它是一种模拟
控制方式，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，广泛应用在从测量、通信到功率控
制与变换的许多领域中。
PWM是开关型稳压电源中的术语。这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。其中方波高电平时间跟周期的比例叫占空比，例如1秒高电平1秒低电平的PWM波占空比是50% 。
PWM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，PWM相对于模拟控制的另一个优点是增强对噪声抵抗的能力]1[。
2.2 PWM控制技术
PWM（Pulse Width Modulation）控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）；（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.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦
波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。）而控制方法有：为了克服PAM法方波电压而不能调压这个缺点发展而来的等脉宽PWM法；为了减少电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动而发展而来的随机PWM方法；以采样控制理论中的一个重要结论为理论基础而产生的SPWM法；把SPWM法原理直接阐释成为等面积法；为计算繁琐的缺点而提出的硬件调制法；由于用软件生成SPWM波形变得比较容易而提出的软件生成法；使所得SPWM波形最接近正弦波而提出的自然采样法；对自然采样法的改进而成为规则采样法；以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法而成为低次谐波消去法；为了提高直流电压利用率提出了梯形波与三角波比较法；对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载提出了线电压控制PWM，其中包括马鞍形波与三角波比较法和单元脉宽调制法；以把希望输出的电流波形作为指令信号的基本思想而提出了电流控制PWM，其中包括滞环比较法、三角波比较法以及预测电流控制法；以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的而提出了空间电压矢量控制PWM(SVPWM)等等。
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。PWM控制技术主要应用在电力电子技术行业,包括风力发电、电机调速、直流供电等领域。总之，PWM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]1[。
3 系统设计
硬件电路主要分为电源电路、复位电路、时钟电路、按键电路、LCD显示电路和温度采集电路六部分。采用集成的单片机作为主控，通过温度传感器采集数据信息，将结果传送到单片机控制的主控器，数据通
过显示器显示。通过按键改变设定温度，从而改变运行操作程序。
系统整体结构如图1所示。
图1 系统整体结构
3.1 设计方案比较和论证
3.1.1 单片机系统
单片机种类很多，刚开始想到ATMEL 公司的51系列单片机，但翻阅资料后发现STC89C52单片机：处理速度快；价格低；加密性强；超强抗干扰；超低功耗；在系统可编程，无需编程器，无需仿真器。 3.1.2 温度传感器
温度传感器种类繁多，按照测量方式可以分为接触式和非接触式两大类；按照传感器材料以及电子的元件特性可分为热电阻和热电偶两类。传统的温度检测多数情况下以热敏电阻为传感器，但热敏电阻可靠性差、测量温度准确率低，且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。
而DS18B20能够直接读出被测温度并且可以根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数；以其独特的一线接口方式，实现多点能力；无需连接外部元件，就可用数据总线供电，电压范围为3.0 V 至5.5 V ；测量温度范围为-55°C 至+125℃，其中-10°C 至+85°C 范围内精度为±0.5°C ，最大分辨率可达0.0625℃，可实现高精度测量。所以，在本设计中选择DS18B20温度传感器
]
2[。
3.1.3 显示电路
通常显示电路主要有两类：数码管（LED ）显示和液晶（LCD ）显示。
液晶显示屏（LCD ）：低压微功耗、平板型结构、显示的信息量大、无电磁辐射、使用寿命长等优点，但本设计要求显示的数据量小，不能发挥其显示内容丰富的优点，同时占用I/O 口线较多。
数码管显示（LED ）：采用LED 数码管显示，该方案具有实现容易、发光亮度大、驱动电路简单等优点，
按键模块
电源模块
单
片
机
LCD 显示模
块
复位电路
时钟电路
温度采集模
块
但是显示内容单一。
所以，通过比较之后，我选择液晶显示屏来显示温度。本设计选择LCD1602，用来满足一定的视觉要求。
3.1.4 PWM信号
脉冲宽度调制信号的形成电路有4种：（1）可用电压-脉宽变换器产生，即硬件产生脉宽调制信号；（2）由软件定时产生，由定时器定时，定时时间受软件控制，并从脉宽信号的输出口P1.0或其他口输出脉宽可调信号；（3）由单片机控制外接定时/计数器（如8253）硬件电路产生脉宽调制信号，只需用两个计数器分别工作于方式1和方式2，通过硬件连接便可以产生脉宽调制信号；（4）软件延时模拟。其中，第一种是硬件电路实现，电路复杂。第二种使用定时器T0，但由于系统计数器不足，必须扩展。第三种是利用8253需要额外开销，所以我们选用软件延时非常方便，于是本系统选用了第四种方式进行PWM调制]3[。
4 系统硬件设计
硬件电路主要由八大块构成，分别是：复位电路、时钟电路、P0口上拉电阻电路、按键电路、LCD1602显示电路、DS18B20测温电路、电源电路、温度控制电路。
4.1 复位电路
复位电路是单片机系统最基本的组成部分，可靠的复位设计是保证系统可靠运行的前提。单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。复位电路可以用很多方法来实现，但是从功能上一般分为两种：一种是电源复位，即外部的复位电路在系统通上电源之后直接使单片机工作，是用电源来控制单片机的开始与停止；另外一种是按键复位，就是在复位电路中设计按键开关，通过按键开关触发复位电平，控制单片机的复位]4[。经过比较，本设计采用电源复位，设计电路如图2所示。
图2 单片机复位电路
时钟是单片机内部电路工作的基础，也是CPU工作时序的时间基准。时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。其输入端接至单片机的内部，即XTAL1引脚，其输出端接至单片机的外部，即XTAL2引脚。在XTAL1和XTAL2两端跨接一个晶振，两个电容，构成一个稳定的自激式振荡电路。电容C1、C2起稳定振荡频率、快速起振作用，容量的选择范围为5～30PF,通常选择30pF。振荡频率的选择范围为1.2～12MHz，本设计选择12MHZ，时钟周期为(1/12)μs。如图3所示是单片机内部时钟方式的振荡电路。时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号]5[。
图3 片机内部时钟电路
4.3 P0口上拉电阻电路
STC89C52单片机P0口内无上拉电阻，单片机对端口的输出是通过控制内部的场效应管导通或截止实现的，如果没有上拉电阻，虽然单片机输出1通过锁存器反相使场效应管截止，但单片机的端口还是无法得到高电平（输出0不影响），因此P0口处需加上拉电阻。如图4所示。
图4 P0口上拉电阻电路
按键有二个，分别是S2和S3，其中S2作为加按键,S3作为减按键。通过两个按键，可以用来设定目标温度程序，加按按键和减按键，用来增加或者减少设定的目标温度。如图5所示。
图5 按键电路
4.5 LCD1602显示电路
LCD1602采用标准的16脚接口，字符型LCD通常有14条引脚线(市面上也有很多16条引脚线的LCD，多出来的2条线是电源线VCC(15脚)和地线GND(16脚)，其控制原理与14脚的LCD完全一样)。其中第3脚接一个10K的电位器可以用来调整液晶显示屏的对比度。其内部的驱动器为HD44100和控制器HD44780，都采用低功耗CMOS技术。采用并行8位数据线的传送方式，当然使用者也可以通过软件设计，使用四条数据线来控制液晶显示屏。目前市面上的字符型液晶绝大多数是基于HD44780液晶芯片的，所以控制原理是完全相同的，为HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶]6[。本系统液晶显示屏主要显示设定的目标温度和当前目标温度，如图6所示。
图6 LCD1602显示电路
4.6 DS18B20测温电路
DS18B20是美国DALLAS半导体公司生产的单总线数字温度传感器，它可以实现数字化的输出和测试。每一个DS18B20包含一个唯一的64位长的序号，该序号值存放在DS18B20内部的ROM（只读存储器）中。DS18B20的1管脚接地，2管脚为数字输入/输出脚需要连接上拉电阻到电源并接至单片机端口，3管脚接电源]2[。如下图7所示。
图7 测温电路
4.7 电源电路
单片机系统电源主要运用220V的电压通过电路来实现芯片所需的+12V电源。
如图8所示，该电源电路主要通过变压器把220V电压降压，经电桥整流、电容C1滤波产生24V电压，再利用7805集成芯片稳压输出+12V直流电压。输入电容C1是用来改善纹波和抑制过电压，C2是用来改善负载瞬态响应]7[。
图8 电源电路
4.8 温度控制电路
本设计中采用PWM来控制温度，此模块电路是为调节温度的PWM脉冲设计的。
单片机控制Q3有两种状态： 1.Q3的基极为高电平，PNP截止此时Q2由于基极有下拉电阻NPN也处于截止 ,Q1有4.7K上拉电阻Q1场效应管不导通，此时PTC不通电不加热；2.Q3基极为低电平，PNP导通，此时Q2也导通，场效应管也处于导通 PTC有电流处于加热状态。PWM脉冲主要是数字电路的0与1的表现，当脉冲为0时，Q3的PNP型三级管导通，由Q2电路可知Q2也会跟着Q3一起导通，这样场效应管就跟着导通接入12V电源PTC开始加热；当脉冲为1时Q3截止，由于Q2有下拉电阻于是Q2也跟随截止，导致场效应管断开，即PTC停止加热。当DB18B20所获得温度大于60度时，系统会减小加热时间使温度下降，直至低于60度时，系统会再次提高加热占空比使温度上升，使得系统维持在60度。此时，单片机产生一定占空比的PWM脉冲，就会使PTC功率控制在一定范围内处于恒温，也就是所谓的温度控制]8[。如图9所示。
图9 温度控制电路
5 系统软件设计
软件编写的语言一般情况下，有汇编语言和Ｃ语言两种，两种语言各有优劣。
用Ｃ语言编写程序的优点是：编写简单，容易上手，网上有许多已编写好的子程序，可以通过学习再结合自己想要实现的功能，从而编写相关的程序，因此开发程序所需时间也相对短。
而用汇编语言编写则相对要求高一些，它要求对硬件有足够的了解和认识，在此基础上，严格地对照各部件的时序图，进行程序的编写，而且读起来相对繁琐]9[。
通过两种语言的比较，Ｃ语言学起来很快，所以我选择采用C语言编写。
5.1 PWM 控制加热软件的主程序及流程图
程序的最基本思路流程图如图10所示。
图10 主程序流程图
开始
欢迎画面初始化
温度显示初始化，变量初始化，温度传感器初始化 读取当前温度并通过 LCD 显示，并根据 温度计算调整占空比
判断当前温度是否 小于目标温度
根据当前温度与目标 温度的差决定加热占空开始按比例
控
制加
热
目标温度增加键是
否按下
目标温度增加并重新
显示
目标温度减少键 是否按下
目标温度减少并 重新显示
暂停时停止 加热
N
Y
Y
Y
N
N
//主函数
void main()
{
uint X1,X2,CT=0,XCT=0;
Init1602(); //液晶初始化
LCDdelay(10000);
Display_T_Init();
tmpchange();
NT=tmp();
Display_T_Init();
while(1) //无限期循环
{
tmpchange(); //数字型温度传感器，温度转换，模拟信号转数字
NT=tmp();
Display_T(NT,MMT); // NT实际温度，MMT目标温度
//控制加温
X1=NT/10; // 因为温度放大了10倍，所以要除上10
X2=MMT/10;
if(X1 { JR=0; //单片机P1.7口为低电平，开始加热 if(X2-X1>3) //目标温度-实际温度>3度 { if(X2>80) //目标温度-实际温度>3度，目标温度大于80度 { CT=100; XCT=0; } Else //目标温度-实际温度>3度，目标温度小于80度 { CT=50; XCT=100; } } Else //目标温度-实际温度≤3度 { CT=50; XCT=100; } LCDdelay(CT); //通过延时长度不同，来控制恒温；CT为加热时间，CT等于多少，就加热 多少；如果CT=0，那么刚刚拉低，又拉高，等于没有加热，延时为0 JR=1; //单片机P1.7口为高电平，不加热 LCDdelay(XCT); } //++ if(K1==0) //按键1按下 { LCDdelay(100); //屏幕以μs级的延迟 while(K1==0); MMT=MMT+10; //目标温度加1度 if(MMT>=1210) //当目标温度加热到超过或等于121度时 MMT=0; } //-- if(K2==0) //按键2按下 { LCDdelay(100); while(K2==0); MMT=MMT-10; //目标温度减1度 if(MMT>=0xff00) //目标温度≥-10度 MMT=1200; //目标温度为120度 } } } 5.2 LCD1602显示子程序 显示数据子程序的主要功能就是把测温后的结果经单片机处理完毕后显示在LCD 液晶显示屏上。 显示数据子程序流程图如图11所示。 图11 显示数据子流程图 //写命令 void write_com(uchar com) { LCDRS=0; //单片机P2.7为低电平 P0=com; LCDdelay(10); LCDEN=1; //单片机P2.6为高电平 LCDdelay(10); LCDEN=0; //单片机P2.6为低电平 } //写数据 void write_data(uchar date) { LCDRS=1; //单片机P2.7为高电平 P0=date; LCDdelay(10); LCDEN=1; //单片机P2.6为高电平 LCDdelay(10); LCDEN=0; //单片机P2.6为低电平 } //1602初始化 开始 数据传送 显示数据 结束 Y N void Init1602() { uchar i=0; //定义一个i write_com(0x38);//屏幕初始化 write_com(0x0C);//打开显示无光标无光标闪烁 write_com(0x06);//当读或写一个字符是指针后一一位 write_com(0x01);//清屏 write_com(0x80);//设置位置 for(i=0;i<16;i++) { write_data(Init1[i]); //显示init1数组中的内容 } write_com(0x80+40);//设置位置//跳到下一行 for(i=0;i<16;i++) { write_data(Init2[i]); //显示init2数组中的内容 } } void Display_T_Init() { uchar i=0; write_com(0x38);//屏幕初始化 write_com(0x0C);//打开显示无光标无光标闪烁 write_com(0x06);//当读或写一个字符是指针后一一位 write_com(0x01);//清屏 write_com(0x80);//设置位置 for(i=0;i<16;i++) { write_data(Init3[i]); //显示init3数组中的内容} write_com(0x80+40);//设置位置//跳到下一行 for(i=0;i<16;i++) { write_data(Init4[i]); //显示init4数组中的内容} } //温度显示 void Display_T(uint T,uint JT) { write_com(0x80+0x40+9);//设置位置//加9表示空9格 write_com(0x80+0x40+9);//设置位置 LCDdelay(10); write_data('0'+T/1000); //显示千位 write_data('0'+T/100%10); //显示百位 write_data('0'+T/10%10); //显示十位 write_data('.'); //显示小数点 write_data('0'+T%10); //显示个位 write_data(0xDF); //显示° write_data('C'); //显示“C” write_com(0x80+0x40+1);//设置位置//加1表示空1格 write_com(0x80+0x40+1);//设置位置 LCDdelay(10); write_data('0'+JT/1000); write_data('0'+JT/100%10); write_data('0'+JT/10%10); write_data(0xDF); write_data('C'); } 1602程序流程图如图12所示。 图121602程序流程图//read a byte date 读一个字节 uchar tmpread(void) { uchar i,j,dat; dat=0; for(i=1;i<=8;i++) { j=tmpreadbit(); //读出的数据最低位在最前面，这样刚好 //一个字节在dat 里 dat=(j<<7)|(dat>>1); } //将一个字节数据返回 return(dat); } //write a byte to ds18b20 //写一个字节到DS18B20 里 void tmpwritebyte(uchar dat) { uint i; uchar j; bit testb; for(j=1;j<=8;j++) { testb=dat&0x01; dat=dat>>1; if(testb) //write 1 { DS=0; i++;i++; DS=1; i=8;while(i>0)i--; } else { DS=0; //write 0 i=8;while(i>0)i--; DS=1; i++;i++; } } //温度显示 void Display_T(uint T,uint JT) { write_com(0x80+0x40+9);//设置位置//加9表示空9格write_com(0x80+0x40+9);//设置位置 LCDdelay(10); write_data('0'+T/1000); //显示千位 write_data('0'+T/100%10); //显示百位 write_data('0'+T/10%10); //显示十位 write_data('.'); //显示小数点write_data('0'+T%10); //显示个位 write_data(0xDF); //显示° write_data('C'); //显示“C” write_com(0x80+0x40+1);//设置位置//加1表示空1格write_com(0x80+0x40+1);//设置位置 LCDdelay(10); write_data('0'+JT/1000); write_data('0'+JT/100%10); write_data('0'+JT/10%10); write_data(0xDF); write_data('C'); } 5.3 LCD延时子程序 LCD延时程序流程图如图13所示。 图13 LCD延时程序流程图 基于DSP的三相SPWM变频电源的设计 变频电源作为电源系统的重要组成部分，其性能的优劣直接关系到整个系统的安全和可靠性指标。现代变频电源以低功耗、高效率、电路简洁等显著优点而备受青睐。变频电源的整个电路由交流-直流-交流-滤波等部分构成，输出电压和电流波形均为纯正的正弦波，且频率和幅度在一定范围内可调。 本文实现了基于TMS320F28335的变频电源数字控制系统的设计，通过有效利用TMS320F28335丰富的片上硬件资源，实现了SPWM的不规则采样，并采用PID算法使系统产生高品质的正弦波，具有运算速度快、精度高、灵活性好、 系统扩展能力强等优点。 系统总体介绍 根据结构不同，变频电源可分为直接变频电源与间接变频电源两大类。本文所研究的变频电源采用间接变频结构即交-直-交变换过程。首先通过单相全桥整流电路完成交-直变换，然后在DSP控制下把直流电源转换成三相SPWM波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。变频系统控制器采用TI公司推出的业界首款浮点数字信号控制器TMS320F28 335，它具有150MHz高速处理能力，具备32位浮点处理单元，单指令周期32位累加运算，可满足应用对于更快代码开发与集成高级控制器的浮点处理器性能的要求。与上一代领先的数字信号处理器相比，最新的F2833x浮点控制器不仅可将性能平均提升50%，还具有精度更高、简化软件开发、兼容定点C28x TM控制器软件的特点。系统总体框图如 图1所示。 图1 系统总体框图 （1）整流滤波模块：对电网输入的交流电进行整流滤波，为变换器提供波纹较小的直流电压。 （2）三相桥式逆变器模块：把直流电压变换成交流电。其中功率级采用智能型IPM功率模块，具有电路简单、可 靠性高等特点。 （3）LC滤波模块：滤除干扰和无用信号，使输出信号为标准正弦波。 （4）控制电路模块：检测输出电压、电流信号后，按照一定的控制算法和控制策略产生SPWM控制信号，去控制IPM开关管的通断从而保持输出电压稳定，同时通过SPI接口完成对输入电压信号、电流信号的程控调理。捕获单元完 成对输出信号的测频。 （5）电压、电流检测模块：根据要求，需要实时检测线电压及相电流的变化，所以需要三路电压检测和三路电流检测电路。所有的检测信号都经过电压跟随器隔离后由TMS320F28335的A/D通道输入。 PWM调速的C语言程序编写 关于PWM的原理在上一篇文章中已经说的很详细了，现在就细说一下pwm C语言程序的编写。 C语言中PWM的编写有这么几种方法;一、用普通的I/O 口输出的PWM ，二、使用定时计数器编写，三、就是使用片内PWM了。 1 先说使用普通的I\O口编写PWM程序了。 使用I/O口输出PWM波形你必须首先明白PWM他的实质是：调制占空比，占空比就是波形中高电平的长度与整个波长的比值。我们写C语言的目的是写PWM波形的一个周期。在这个周期内高低电平的比值是可以改变的。这也就符合了PWM的原意脉宽调制。即高电平的宽度的调制。当然了PWM他也可用于改变频率，我们这里只先说他改变脉宽。 一旦我们的C语言程序写完那么他产生的PWM波形的频率就一定了。（也可写频率变化的PWM，难度有点大）一般我们控制使用1K到10K的PWM波进行控制。当然了你也可在要求不是很高的地方使用频率更低的PWM波。比如在飞思卡尔智能车比赛中我们学校使用的PWM波频率只有600HZ. 我们要改变一个PWM波周期内的高电平的宽度显然需要 将一个PWM波的周期分成单片机可以控制的N个小的周期，N的取值越大你的调速等级越高，但产生的PWM频率就越低。我们下面以实现100级调速为例编写PWM程序。 先写出程序再慢慢给大家分析 void pwm (uchar x,uint y) //X 为占空比 Y为函数使用时间 { uint i,j,a,b; for(i=y;i>0;i--) //定时外函数 { for(j=7;j>0;j--) //定时内函数 { for(a=y;a>0;a--) / /PWM波高电平宽度 { PORTA=0X01; PWM控制技术 主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。 重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。 难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。 基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM 逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路 1 PWM控制的基本原理 理论基础： 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。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理： 分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，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)响应波形的差异 Pwm电机调速原理 对于电机的转速调整，我们是采用脉宽调制（PWM）办法，控制电机的时候，电源并非连续地向电机供电，而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用，这是因为电机实际上是一个大电感，它有阻碍输入电流和电压突变的能力，因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上，这样，改变在始能端PE2 和PD5 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小，从而改变了转速。 此电路中用微处理机来实现脉宽调制，通常的方法有两种： （1）用软件方式来实现，即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻 辑状态来产生脉宽调制信号，设置不同的延时时间得到不同的占空比。 （2）硬件实验自动产生PWM 信号，不占用CPU 处理的时间。 这就要用到ATMEGA8515L 的在PWM 模式下的计数器1，具体内容可参考相关书籍。 51单片机PWM程序 产生两个PWM，要求两个PWM波形占空都为80/256,两个波形之间要错开，不能同时为高电平！高电平之间相差48/256， PWM这个功能在PIC单片机上就有，但是如果你就要用51单片机的话，也是可以的，但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率，定时器T1来控制占空比：大致的的编程思路是这样的：T0定时器中断是让一个I0口输出高电平，在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1，而这个T1是让IO口输出低电平，这样改变定时器T0的初值就可以改变频率，改变定时器T1的初值就可以改变占空比。 *程序思路说明： * * * *关于频率和占空比的确定，对于12M晶振，假定PWM输出频率为1KHZ,这样定时中断次数* *设定为C=10，即0.01MS中断一次，则TH0=FF,TL0=F6;由于设定中断时间为0.01ms，这样* *可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms * ******************************************************************************/ #include PWM控制电路设计 CYBERNET 应用系统事业部 LED照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠LED封装并不能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光学方面阐述了如何运用LED特性进行设计。 在上一期的“LED驱动电路设计－基础篇”中，介绍了LED的电子特性和基本的驱动电路。遗憾的是，阻抗型驱动电路和恒电流源型驱动电路，大围输入电压和大电流中性能并不强，有时并不能发挥出LED的性能。相反，用脉冲调制方法驱动LED电路，能够发挥LED的多个优点。这次主要针对运用脉冲调制的驱动电路进行说明。 PWM是什么？ 脉冲调制英文表示是Pulse Width Modulation，简称PWM。PWM是调节脉冲波占空比的一种方式。如图1所示，脉冲的占空比可以用脉冲周期、On-time、Off-time表示，如下公式：占空比＝On-time（脉冲的High时间）/ 脉冲的一个周期（On-time + Off-time） Tsw（一周期）可以是开关周期，也可以是Fsw=1/Tsw的开关频率。 图1 Pulse Width Modulation (PWM) 在运用PWM的驱动电路中，可以通过增减占空比，控制脉冲一个周期的平均值。运用该原理，如果能控制电路上的开关设计（半导体管、MOSFET、IGBT等）的打开时间（关闭时间），就能够调节LED电流的效率。这就是接下来要介绍的PWM控制。PWM信号的应用 PWM控制电路的一个特征是只要改变脉冲幅度就能控制各种输出。图2的降压电路帮助理解PWM的控制原理。在这个电路中，将24V的输入电压转换成12V，需要增加负载。负载就是单纯的阻抗。电压转换电路的方法有很多，运用PWM信号的效果如何呢？ P W M控制原理 PWM控制技术 主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。 重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。 难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。 基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处： 4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM整流电路 1 PWM控制的基本原理 理论基础： 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。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理： 分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，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)响应波 PWM控制电路的基本构成及工作原理 于开关器件的高频通断和输出整流二极管反向恢复。很强的电磁骚扰信号通过空间辐射和电源线的传导而干扰邻近的敏感设备。除了功率开关管和高频整流二极管外，产生辐射干扰的主要元器件还有脉冲变压器及滤波电感等。 虽然，功率开关管的快速通断给开关电源带来了更高的效益，但是，也带来了更强的高频辐射。要降低辐射干扰，可应用电压缓冲电路，如在开关管两端并联RCD缓冲电路，或电流缓冲电路，如在开关管的集电极上串联 20～80μH的电感。电感在功率开关管导通时能避免集电极电流突然增大，同时也可以减少整流电路中冲击电流的影响。 功率开关管的集电极是一个强干扰源，开关管的散热片应接到开关管的发射极上，以确保集电极与散热片之间由于分布电容而产生的电流流入主电路中。为减少散热片和机壳的分布电容，散热片应尽量远离机壳，如有条件的话，可采用有屏蔽措施的开关管散热片。 整流二极管应采用恢复电荷小，且反向恢复时间短的，如肖特基管，最好是选用反向恢复呈软特性的。另外在肖特基管两端套磁珠和并联RC吸收网络均可减少干扰，电阻、电容的取值可为几Ω和数千pF，电容引线应尽可能短，以减少引线电感。实际使用中一般采用具有软恢复特性的整流二极管，并在二极管两端并接小电容来消除电路的寄生振荡。 负载电流越大，续流结束时流经整流二极管的电流也越大，二极管反向恢复的时间也越长，则尖峰电流的影响也越大。采用多个整流二极管并联来分担负载电流，可以降低短路尖峰电流的影响。 开关电源必须屏蔽，采用模块式全密封结构，建议用1mm以上厚度的 镀锌钢板，屏蔽层必须良好接地。在高频脉冲变压器初、次级之间加一屏蔽层 PWM调速程序 假设在硬件电路已经连接好后，要控制直流电机的转速可以通过在电机驱动电路的使能端输入一PWM波形。改变PWM波的脉宽（占空比）即可改变加在电机两端的有效电压，从而改变电机的转速。注意，此处的PWM波只是相当于电机供电电路开关的作用：高电平对应接通，低电平对应断开。 对于Atmega 16单片机，这里利用T/C1定时器中断来产生PWM波形。在ICC A VR 编译环境下，利用tool 菜单中的application builder生成一个简单的PWM波程序。这段程序以PA0作为PWM波的输出端口。利用T/C1定时器比较匹配和溢出产生两次中断来改变PA0的输出电平。具体过程为：计数器TCNT1从初始值开始不断计数，当发生比较匹配时，把PA0置为低电平，计数器继续计数，当发生溢出中断时，计数器回到初始设定值，并把PA0置为高电平。从而在PA0端口获得一稳定持续的PWM波形，在主程序中改变比较值，即可改变波形占空比，而频率不变。 //ICC-A VR application builder // Target : M16 // Crystal: 8.0000Mhz #include PWM调速原理 PWM的原理： PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 1.PWM控制的基本原理 (1)理论基础： 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。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 (2)面积等效原理： 分别将如图1所示 电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图a所示。其输出电流I(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图b所示。从波形可以看出，在I(t)的上升段，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)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应I(t)也是周期性的。用傅里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。 图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。 图3 用PWM波代替正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。 PWM波形可等效的各种波形： 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。 2. PWM相关概念 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 如，一个PWM的频率是1000Hz，那么它的时钟周期就是1ms，就是1000us，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200：1000，也就是说PWM的占空比就是1：5。 PWM 电机驱动系统传导干扰机理分析 摘要：针对实际系统将电机系统的交流电源、整流环节、逆变环节、电机作为整体进行分析，为了分析方便将传导干扰分为共模干扰和差模干扰进行研究，分析了PWM电机驱动系统中存在的主要共模和差模干扰通道，由于传导干扰的路径和上下桥臂 IGBT的开通和关断有很大关系，因此分析了 IGBT不同的开关状态下的共模干扰和差模干扰的传播路径，三种不同的仿真结果得出一致的结论说明本文机理分析的正确性。 1．引言 由于PWM技术应用于电机驱动系统中，功率变换器采用MOSFET、IGBT、可关断晶闸管等开关器件。为了得到更好的电机系统控制性能指标，开关器件的工作频率就越来越高，在开关和关断的瞬间产生很大的电压和电流变化率，这就是强电磁干扰（EMI）产生的原因，远远超出了现在电磁兼容标准规定的答应值。产生的电磁干扰主要是以传导的形式进行传播的，机理分析是数学模型建立的基础，因此机理分析对于PWM电机驱动系统传导干扰的研究具有重要意义。 国内外有很多文献在这方面做了一定的研究，文献[1]针对IGBT的高du/dt 给电力电子装置带来的严重共模电磁干扰题目,深进分析了Buck电路的共模干扰。文献[2]以电路理论为基础，建立了单端正激式变换器中，由功率MOSFET的漏极与接地散热器之间寄生电容所形成的输进端共模干扰分析模型。这里就不逐一先容了，本文的机理分析将电机驱动系统作为一个整体来研究，这在文献中很少发现。 2．传导干扰机理分析 下面分三个部分来分析，首先先容所研究的实际系统的主电路，然后分析共模传导干扰的机理，最后分析差模干扰的机理。 2.1 PWM 驱动电机系统主电路 要研究的系统主电路原理图如图1 所示，现简单说明其工作原理。 三相交流电压经三相不可控整流桥整流产生直流电压Ud，经电容C 滤波后仍有微小的脉动，一般可近似以为其值不变。实际上Ud 上具有高频成分，由此产生了二极管上压降的波动。而二极管与散热片之间具有高频寄生电容，形成了共模电流流通的回路。后续章节会对其机理具体分析。直流电压经逆变器逆变后形成等效正弦波驱动感应电动机，逆变器采用正弦波脉宽调制（SPWM）技术。逆变器期看输出的波形为正弦波，以期看的正弦波作为调制波，以频率比调制波高得多的等腰三角波作为载波，当载波和调制波相交时，它们的交点作为逆变器开关 PWM是什么？ 脉冲调制英文表示是Pulse Width Modulation，简称PWM。PWM是调节脉冲波占空比的一种方式。如图1所示，脉冲的占空比可以用脉冲周期、On-time、Off-time 表示，如下公式： 占空比＝On-time（脉冲的High时间）/ 脉冲的一个周期（On-time + Off-time） Tsw（一周期）可以是开关周期，也可以是Fsw=1/Tsw的开关频率。 图1 Pulse Width Modulation (PWM) 在运用PWM的驱动电路中，可以通过增减占空比，控制脉冲一个周期的平均值。运用该原理，如果能控制电路上的开关设计（半导体管、MOSFET、IGBT等）的打开时间（关闭时间），就能够调节LED电流的效率。这就是接下来要介绍的PWM控制。PWM信号的应用 PWM控制电路的一个特征是只要改变脉冲幅度就能控制各种输出。图2的降压电路帮助理解PWM的控制原理。在这个电路中，将24V的输入电压转换成12V，需要增加负载。负载就是单纯的阻抗。电压转换电路的方法有很多，运用PWM信号的效果如何呢？ 图2 降压电路 在图2的降压电路中取PWM控制电路，如图3所示。MOSFEL作为开关设计使用。当PWM信号的转换频率数为20kHz时，转换周期为50μs。PWM信号为High的时候，开关为On，电流从输入端流经负载。当PWM信号处于Low状态时，开关Off，没有输入和输出，电流也断掉。 这里尝试将PWM信号的占空比固定在50％，施加在开关中。 开关开着的时候电流和电压施加到负载上。开关关着的时候因为没有电流，所以负载的供给电压为零。如图4绿色的波形、V（OUT）可在负载中看到输出电压。 图3 运用PWM信号的降压电路 下面介绍一下单片机PWM控制C语言实例，单片机PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。PWM—脉冲宽度调制,是一种周期一定而高低电平可调的方波信号。广泛使用电机调速的项目中，用了S52单片机的T2定时器产生PWM波信号，用于控制直流电机的转速，虽然电机的平均速度与占空比不是严格的线性关系，但是在调节占空比可以明显的看出电机转速发生了改变，也算是满足了课题的要求。下面复习一下PWM的知识吧： PWM—脉冲宽度调制,当输出脉冲的频率一定时，输出脉冲的占空比越大，相对应的输出有效电压越大。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。T1为脉冲宽度（就是导通时间），周期为T，则输出电压的平均值为U=VCC*T1/T=a*VCC，a是占空比，变化范围为0≤a≤1。VCC 为电源电压。所以当电源电压不变的情况下，输出电压的平均值U取决于占空比a的大小，改变a的大小就可以改变输出电压的平均值，这就是PWM的工作原理。采用T2定时器产生PWM脉冲极其精确，误差只在几个us。 // 单片机PWM控制C语言实例文件名: T2PWM.c // 单片机PWM控制C语言实例功能: 用T2定时器产生PWM波，频率实调1khz // 单片机PWM控制C语言实例说明: 单片机AT89S52，晶振12MHZ; #include "reg52.h" #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit PWM = P1^1; uchar pluse; //占空比寄存器 void Timer2() interrupt 5 【最新整理，下载后即可编辑】 PWM控制技术 主要内容：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析，PWM整流电路。 重点：PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法。 难点：PWM波形的生成方法，PWM逆变电路的谐波分析。 基本要求：掌握PWM控制的基本原理、控制方式与PWM波形的生成方法，了解PWM逆变电路的谐波分析，了解跟踪型PWM逆变电路，了解PWM整流电路。 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。第3、4章已涉及这方面内容: 第3章：直流斩波电路采用，第4章有两处：4.1节斩控式交流调压电路，4.4节矩阵式变频电路。 本章内容 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。 本章主要以逆变电路为控制对象来介绍PWM控制技术，也介绍PWM 整流电路 1 PWM控制的基本原理 理论基础： 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。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 图6-1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理： 分别将如图6-1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图6-2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图6-2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，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)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里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。 图6-2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。 //T0产生双路PWM信号，L298N为直流电机调速，接L298N时相应的管脚上最好接上10K的上拉电阻。 /* 晶振采用12M,产生的PWM的频率约为100Hz */ #include PＷM得工作原理 脉宽调制PWM就是开关型稳压电源中得术语。这就是按稳压得控制方式分类得，除了PWM型,还有PFM型与ＰＷM、ＰFＭ混合型。脉宽宽度调制式（ＰWM）开关型稳压电路就是在控制电路输出频率不变得情况下，通过电压反馈调整其占空比,从而达到稳定输出电压得目得。 随着电子技术得发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、ＳPWM法、线电压控制PWM等，而在镍氢电池智能充电器中采用得脉宽PＷM法，它就是把每一脉冲宽度均相等得脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列得周期可以调频,改变脉冲得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得周期、ＰＷM 得占空比而达到控制充电电流得目得。 pwm得定义 脉宽调制(PＷＭ）就是利用微处理器得数字输出来对模拟电路进行控制得一种非常有效得技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换得许多领域中. 模拟信号得值可以连续变化，其时间与幅度得分辨率都没有限制.9V电池就就是一种模拟器件，因为它得输出电压并不精确地等于９Ｖ,而就是随时间发生变化,并可取任何实数值。与此类似,从电池吸 收得电流也不限定在一组可能得取值范围之内。模拟信号与数字信号得区别在于后者得取值通常只能属于预先确定得可能取值集合之内，例如在｛０V,5V}这一集合中取值. 模拟电压与电流可直接用来进行控制,如对汽车收音机得音量进行控制。在简单得模拟收音机中，音量旋钮被连接到一个可变电阻。拧动旋钮时,电阻值变大或变小;流经这个电阻得电流也随之增加或减少，从而改变了驱动扬声器得电流值,使音量相应变大或变小。与收音机一样，模拟电路得输出与输入成线性比例. 尽管模拟控制瞧起来可能直观而简单,但它并不总就是非常经济或可行得。其中一点就就是,模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。能够解决这个问题得精密模拟电路可能非常庞大、笨重（如老式得家庭立体声设备）与昂贵。模拟电路还有可能严重发热，其功耗相对于工作元件两端电压与电流得乘积成正比。模拟电路还可能对噪声很敏感，任何扰动或噪声都肯定会改变电流值得大小。 通过以数字方式控制模拟电路,可以大幅度降低系统得成本与功耗.此外，许多微控制器与DＳＰ已经在芯片上包含了ＰＷＭ控制器，这使数字控制得实现变得更加容易了。 pwm得工作原理 脉冲宽度调制波通常由一列占空比不同得矩形脉冲构成，其占空比与信号得瞬时采样值成比例.图１所示为脉冲宽度调制系统得原理 用单片机控制直流电机的速度 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备，上端和交流电源连接，下端和直流电动机连接，直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源，一路输入给直流电机砺磁（定子），一路输入给直流电机电枢（转子），直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流，调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况，必要时修正电枢电压输出，以此来再次调节电机的转速。 直流电机的调速方案一般有下列3种方式： ?1、改变电枢电压； ?2、改变激磁绕组电压； ?3、改变电枢回路电阻。 使用单片机来控制直流电机的变速，一般采用调节电枢电压的方式，通过单片机控制PWM1，PWM2,产生可变的脉冲，这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。根据公式 U=aVCC 其中：U为电枢电压；a为脉冲的占空比（0 电动机的电枢电压受单片机输出脉冲控制，实现了利用脉冲宽度调制技术（PWM）进行直流电机的变速。 因为在H桥电路中，只有PWM1与PWM2电平互为相反时电机才能驱动，也就是PWM1与PWM2同为高电平或同为低电平时，都不能工作，所以上图中的实际脉冲宽度为B， 我们把PWM波的周期定为1ms，占空比分100级可调（每级级差为10%），这样定时器T0每0.01ms产生一次定时中断，每100次后进入下一个PWM波的周期。上图中，占空比是60%，即输出脉冲的为0.6ms，断开脉冲为0.4ms，这样电枢电压为5*60%=3V。 我们讨论的是可以正转反转的，如果只按一个方向转，我们就只要把PWM1置为高电平或低电平，只改变另一个PWM2电平的脉冲变化即可，，如下图（Q4导通，Q3闭合，电机只能顺时针调整转动速度） #include "reg52.h" sbit control_signal=P0^0; sbit turn_left=P3^0; sbit turn_right=P3^1; unsigned char PWM_ON=15 ;//定义高电平时间 /******************************************************************/ /* 延时函数 */ /******************************************************************/ void delay(unsigned int cnt) { while(--cnt); } void display() { if(PWM_ON>=5&&PWM_ON<=7) P1=0xFD; //1灯亮，舵机接近或到达右转极限位置if(PWM_ON>7&&PWM_ON<=10) P1=0xFB; //2灯亮 if(PWM_ON>10&&PWM_ON<=13) P1=0xF7; //3灯亮 if(PWM_ON>13&&PWM_ON<=16) P1=0xEF; //4灯亮，舵机到达中间位置 if(PWM_ON>16&&PWM_ON<=19) P1=0xDF; //5灯亮 if(PWM_ON>19&&PWM_ON<=22) P1=0xBF; //6灯亮 if(PWM_ON>22&&PWM_ON<=25) P1=0x7F; //7灯亮，舵机接近或到达左转极限位置} /******************************************************************/ /* 主函数 */ /******************************************************************/ void main() { //bit Flag; TMOD |=0x01; //定时器设置 0.1ms in 11.0592M crystal TH0=(65536-78)/256; TL0=(65536-78)%256; //定时0.1mS ET0=1;//定时器中断打开 EA=1;//总中断 //IE= 0x82; //打开中断 TR0=1; // PWM_ON=15 //的取值范围是6-25 while(1) { if(turn_left==0) { delay(1000); if(turn_left==0) { while(!turn_left){} 说明PWM调速系统的工作原理 说明PWM调速系统的工作原理 脉冲宽度调制脉冲宽度调制（PWM）是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。它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，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。一种模拟控制方式，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。 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。PWM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： * 设置提供调制方波的片上定时器/计数器的周期 * 在PWM控制寄存器中设置接通时间 * 设置PWM输出的方向，这个输出是一个通用I/O管脚 * 启动定时器 * 使能PWM控制器 PWM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。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将 PWM控制的基本原理 PWM（Pulse Width Modulation）控制——脉冲宽度调制技术，通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。 PWM控制技术在逆变电路中应用最广，应用的逆变电路绝大部分是PWM型，PWM 控制技术正是有赖于在逆变电路中的应用，才确定了它在电力电子技术中的重要地位。理论基础： 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。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。 图1形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 面积等效原理： 分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，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)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则响应i(t)也是周期性的。用傅里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。 图2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N等分，看成N个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。 SPWM波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形。 图3 用PWM波代替正弦半波 要改变等效输出正弦波幅值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。 PWM电流波：电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。 PWM波形可等效的各种波形： 直流斩波电路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，还可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面积原理。 随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM 法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽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。 PWM技术的具体应用 摘要：提出一个基于PWM控制的直流电机控制系统，从硬件电路和软件设计两方面进行系统设计，介绍了调速系统的整体设计思路、硬件电路和控制算法。下位机采用MPC82G516实现硬件PWM的输出，从而控制电机的电枢电压，并显示电机调速结果。上位机采用LABVIEW软件，实现实时跟踪与显示。最后对控制系统进行实验，并对数据进行分析，结果表明该系统调速时间短，稳定性能好，具有较好的控制效果。 随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。电机采用微处理器控制的电压、电流、转矩、转速、转角等，实现全数字直流调速，控制精度、可靠性、稳定性、电机的性能得到提高。目前，PWM 调速成为电机调速的新方式，并凭借开关频率高、低速运行稳定、动态 [1-6][5-6]性能优良、效率高等优点，在电机调速中被普遍运用。但很多文献提到的 PWM 信号，多采用软件 PWM调速，即通过单片机的中断实现，缺点是占系统资源，易受系统中断影响和干扰，造成系统不稳定。本文将针对这一点，设计一种基于硬件 PWM 控制，调速时间更短的电机调速系统，并具有较好的稳定性能。 一、电机控制系统的整体设计 1.1 系统整体设计原理图 系统整体设计如图1所示，主要原理框图包括：LCD显示、按盘输入、测速模块、PWM调速模块四部分。电路原理图如图2所示： 图 1 图2 1.2 PWM信号 PWM信号的产生采用硬件PWM信号，即不采用中断实现PWM信号，而是利用单片机MPC82G516的PCA模式，PCA设置成PWM模式直接产生PWM信号。频率取决于PCA定时器的时钟源，占空比取决于模块捕获寄存器CCAPNL与扩展的第9位ECAPNL的值。由于使用9位比较，输出占空比可以真正实现0%到100%可调，占空比计算公式为: 占空比=1-{ ECAPnH，[CCAPnH]}/256 在电源电压 Ud 不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比η的大小。通过改变η的值可以改变电枢端电压的平均值，从而达到调速的目的。 1.3 测速模块 测速模块采用自带霍尔传感器并具有整形功能的直流电机调速板 J1，该模块能实现电机正反转、测速、调速功能，并自带整形芯片，调试效果较好。通过霍尔传感器把测速脉冲信号送单片机 P3.2，由单片机 P1.0送到测速模块第 5 脚，控制电机正反转。PWM 信号由 P1.2 送到测速模块第 3 脚，实现电机的调速。 1.4 I/O接口电路 电动摩托车控制器中的电机PWM调速 电动摩托车控制器中的电机PWM调速 摘要：随着“低碳”社会理念的深入，新型的电动摩托车发展迅速，逐渐成为人们主要的代步工具之一，由于直流无刷电机的种种优点，在电动摩托车中也得到了广泛应用，因此，本文控制部分主要介绍一种基于STM32F103芯片的新型直流无刷电机调速控制系统，这里主要通过PWM技术来进行电机的调速控制，且运行稳定，安全可靠，成本低，具有深远的意义。 1.总体设计概述 1.1 直流无刷电机及工作原理 直流无刷电机（简称BLDCM），由于利用电子换向取代了传统的机械电刷和换向器，使得其电磁性能可靠，结构简单，易于维护，既保持了直流电机的优点又避免了直流电机因电刷而引起的缺陷，因此，被广泛应用。另外，由于直流无刷电机专用控制芯片价格昂贵，本文介绍了一种基于STM32的新型直流无刷电机控制系统，既可降低直流无刷电机的应用成本，又弥补了专用处理器功能单一的缺点，具有重要的现实意义和发展前景。 工作原理：直流无刷电机是同步电机的一种，其转子为永磁体，而定子则为三个按照星形连接方式连接起来的线圈，根据同步电机的原理，如果电子线圈产生一个旋转的磁场，则永磁体的转子也会随着这个磁场转动因此，驱动直流无刷电机的根本是产生旋转的磁场，而这个旋转的磁场可以通过调整A、B、C三相的电流来实现，其需要的电流如图1所示 随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 1.2 总体设计方案 总体设计方案的硬件部分详细框图如图1所示。 1PWM控制电路的基本构成及工作原理
PWM调速的C语言程序编写(非常简单)
PWM控制原理要点
PWM电机调速原理及51单片机PWM程序经典
PWM控制电路设计
PWM控制原理教学教材
PWM控制电路的基本构成及工作原理
PWM调速程序
PWM控制直流电机(重要资料)
电机PWM控制原理
PWM驱动电路
单片机PWM控制C程序语言
PWM控制原理(精编文档).doc
PWM调速+循迹--智能小车程序
PWM的工作原理
单片机PWM控制直流电机的速度
PWM控制舵机 C程序
说明PWM调速系统的工作原理
PWM控制的基本原理
PWM控制电机调速系统
基于STM32的直流电机PWM调速控制