基于單片機產生PWM信號的分析與實現

陜西科技大學 陜西機電職業技術學院 景鵬斌陜西科技大學 李明輝

基于單片機產生PWM信號的分析與實現

陜西科技大學 陜西機電職業技術學院 景鵬斌陜西科技大學 李明輝

脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation,PWM)是現代控制技術常用的一種控制信息輸出方式,廣泛應用于檢測、通信、逆變及電力電子等諸多技術領域.本文主要研究用單片機產生PWM信號,對單片機產生PWM信號的方法進行了分析和研究,實現了PWM信號的產生.

PWM;單片機;占空比

0 引言

隨著電子技術的飛速發展,PWM控制技術漸趨成熟,主要應用于在電力電子技術行業.采用模擬控制方式生成的脈沖寬度調制(PWM)信號,是根據相應載荷的變化來調制晶體管基極或MOS管柵極的偏置,實現晶體管或MOS管導通時間的改變,最終實現開關穩壓電源輸出的改變產生PWM信號,這種方式較復雜,成本也高.而采用單片機產生PWM信號,既簡單又方便,成本低,因此,本文就單片機產生PWM信號進行分析.

1 PWM

脈沖寬度調制作為控制技術常采用的控制方式,以其控制簡單,靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式.隨著微機技術在控制領域的廣泛應用,單片機控制的PWM技術迅速發展,其突出特點是可以比較容易地選擇最佳的脈沖調制頻段.但在智能化產品開發中, 許多常用的單片機沒有提供脈寬調制(PWM ) 電壓信號輸出功能, 而在某些特定的場合需要得到PWM信號.因此,基于單片機產生PWM信號的分析就顯得非常必要.

脈沖寬度調制(PWM)是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法.通過高分辨率計數器的使用,方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼.可見,PWM信號仍然是數字的,因為在給定的任何時刻,滿幅值的直流供電要么完全有,要么完全無.電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的.通的時候即是直流供電被加到負載上的時候,斷的時候即是供電被斷開的時候.只要帶寬足夠,任何模擬值都可以使用PWM進行編碼.

2 PWM信號的產生

脈沖寬度調制信號本質上是由占空比不同的矩形脈沖周期變化來構成的,其占空比與信號的瞬時采樣值成一定的比例.根據這種方式可以采用單片機定時中斷的方法,使單片機的I/O口輸出一定頻率的高、低電平信號,通過調節高、低電平的持續時間,即占空比的改變,這樣就可以實現一定周期一定占空比的PWM信號,采用這種方式更加有效.比如采用AT89S52單片機來產生的PWM信號控制直流電動機的轉速,可以很方便的在電動自行車及相關諸多領域的調速系統中進行使用.

2.1 單片機定時器中斷

中斷是指當CPU執行主程序時,系統中若出現某些急需處理的異常情況和特殊請求時,CPU會暫時中止程序的運行,去執行中斷服務函數,處理完畢后,CPU將自動返回到原來主程序的端點處繼續執行.而單片機定時器中斷是在定時器工作方式下,根據設定的定時時間進行單片機內部時鐘脈沖進行計數,當計滿溢出時產生中斷請求,即定時器中斷.定時中斷是單片機技術中經常采用的中斷方式,應用非常廣泛.

2.2 AT89S52單片機產生PWM信號

采用單片機產生PWM信號是一種非?？煽俊⒂行У目刂品绞?本文以AT89S52單片機為例來產生PWM信號,通過定時中斷程序來確定脈沖周期以及高低電平各自占用時間,從而形成不同的占空比,產生PWM脈沖信號.

如圖所示,取AT89S52的I/O口的P3.0和P1.0兩個引腳,使用P1.0接一按鍵開關,作為PWM信號產生的開關使用,按鍵閉合表示開始產生PWM信號,按鍵斷開表示不產生PWM信號.使用P3.0用來輸出PWM信號,通過P3.0輸出一定的高電平信號作為脈寬,達到脈寬的設定值時,輸出低電平,到達周期的設定值時又重復輸出高電平,進行周期循環,從而實現PWM信號的產生.通過單片機產生的PWM信號,可以靈活的改變周期和脈沖寬度參數,從而產生不同周期和占空比的PWM信號.以產生周期為10ms、占空比為60%的PWM信號為例進行分析,采用Proteus對電路進行仿真來產生PWM信號.

圖1 AT89S52產生PWM信號Proteus仿真電路圖

本例中時鐘頻率為12MHz,采用定時器T0,工作方式設置為方式2,定時器T0的初值設定為0.1ms,即100us,因此,TH0=-100,TL0=-100.PWM的周期參數PWM_T(周期定義為10ms)參數設定為100,脈沖寬度參數PWM_mk設定為60.源程序如下:

采用keil軟件編譯程序,程序編譯成功,采用仿真軟件Proteus進行仿真產生需要的PWM信號,如圖2所示.

2.3 PWM信號的調節

通過單片機來產生PWM信號靈活方便,如果需要改變占空比,只需要改變程序中的脈沖寬度參數即可,程序中脈沖寬度參數為PWM_mk,如將PWM_mk設為30,則PWM信號的占空比為30%;若要改變PWM的周期,應該改變程序中PWM_T的值即可,此時應注意定時器工作方式2的最大計數,以免溢出無法計數,若超出計數最大值,可以選擇工作方式1進行程序編寫.

圖2 占空比為60.%的PWM信號波形

3 結語

綜合以上分析可以看出,采用單片機產生的PWM信號電路簡單,成本低,無需通過對模擬電路個元器件參數進行計算及電路設計.另外,通過單片機的定時器實現PWM信號頻率和占空比的靈活調節,信號準確,更加可靠、有效.利用該方法產生的信號可作為各種需要PWM控制的信號源發生器,根據需要還可進行顯示及按鍵控制等處理.

[1]李朝青.單片機原理及接口技術[M].北京:北京航空航天大學出版社(第三版).

[2]葛金印.單片機技術應用[M].北京:高等教育出版社,P86-118.

[3]張靖武.單片機系統的PROTEUS設計與仿真[M].北京:電子工業出版社,2007.