畢業(yè)論文pwm脈沖調(diào)寬程序設(shè)計(jì)(存儲(chǔ)版)

　　

【正文】 TLAB仿真得出的波形都可以證明，采用本設(shè)計(jì)方法可以獲得預(yù)期的精確PWM調(diào)制波形。 uchar n, i。 b[0]=ta。 a[i+1]=tb。 if(count=2*K) { count=0。 //調(diào)用初始化T0函數(shù) while (1)。 Pwm (F, M, K)。 w=2*f*PI。 printf(t=%f, ta=%f, tb=%f\n,t,ta,tb)。 a[i+1]=tb。 b[n]=ta。 a[1]=tb。 int n, i。 M = Ir/Ic。 //給PWM輸出賦初值 Pwm (F, M, K)。 //開定時(shí)器}/*****************************************************************//函 數(shù) 名：t0int//功能描述：取值產(chǎn)生PWM矩形脈沖//函數(shù)說明：定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序*****************************************************************/void t0int( ) interrupt 1{ pwm_out=!pwm_out。 b[n]=ta。 a[0]=ta。 //一個(gè)脈沖周期低電平時(shí)間段數(shù)值存儲(chǔ)單元uchar count = 0。與傳統(tǒng)方法比較，它不僅可以簡化測(cè)量和控制電路的硬件結(jié)構(gòu)，而且可以方便地建立人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)用軟件調(diào)整參數(shù)，使控制更精確、實(shí)時(shí)、可靠。然后由單片機(jī)控制器發(fā)出對(duì)應(yīng)的PWM信號(hào)。下面就如何減少誤差，提高調(diào)制精度這一問題進(jìn)行討論。圖51(a)和圖51(b)表示系統(tǒng)在調(diào)制度相同，頻率不同的條件下的一個(gè)周期內(nèi)的PWM脈寬調(diào)制波形。：(s)(rad/s)(s)(s)=(s)(s)(s)(s)a[0]==(s)a[1]==(s)a[2]=+=+=(s)a[3]==(s)由以上計(jì)算結(jié)果得出PWM規(guī)則采樣算法理論值和編程計(jì)算仿真結(jié)果對(duì)照表如表41所示。：其中：振蕩周期＝＝故得：T0初值＝從而得到程序中定時(shí)器定時(shí)初值計(jì)算公式：TH0 =()/28TL0 =()%28上式中定時(shí)時(shí)間t即為PWM規(guī)則采樣算法子程序中得到的矩形脈沖時(shí)間段的數(shù)值，故t＝a[count]。 IE=0x82。PWM算法子程序完成了PWM脈寬調(diào)制波形的脈沖寬度、間隔時(shí)間數(shù)值計(jì)算和存儲(chǔ)工作。為了提高PWM脈寬調(diào)制波形的精度，所有中間計(jì)算變量設(shè)置為浮點(diǎn)型。 nk。 w=2*PI*f。(5) 生成的代碼質(zhì)量高，在代碼效率方面可以和匯編語言相媲美。故本設(shè)計(jì)采用目前開發(fā)80C51系列單片機(jī)的流行開發(fā)軟件工具C51。IGBT是全控型電力電子器件，它的控制級(jí)為絕緣柵場效應(yīng)晶體管，輸出級(jí)為雙級(jí)功率晶體管，因而它具有兩者的優(yōu)點(diǎn)而克服了兩者的缺點(diǎn)。設(shè)最大值為M，計(jì)數(shù)值為N，初值為X，則X的計(jì)算方法如下：計(jì)數(shù)工作方式時(shí)初值：X＝MN定時(shí)工作方式時(shí)初值：X＝M－定時(shí)時(shí)間/TT=12/晶振頻率 硬件電路基于AT89C2051單片機(jī)定時(shí)器控制的PWM控制技術(shù)硬件電路原理框圖如圖34所示。AT89C2051TH1TL1TH0TL0TCONTMOD圖33 AT89C2051單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖(T1)(T0)T1 T07 0 7 0 7 0 7 0內(nèi)部總線當(dāng)加法計(jì)數(shù)器的初值被設(shè)置后，用指令改變TMOD和TCON的內(nèi)容，就會(huì)在下一條指令的第一機(jī)器周期的S1P1時(shí)刻按設(shè)定的方式自動(dòng)進(jìn)行工作。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器簡介定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)際上是加1計(jì)數(shù)器，當(dāng)它對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，由于頻率不固定，此時(shí)稱之為計(jì)數(shù)器；當(dāng)它對(duì)內(nèi)部固定頻率的機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)時(shí)，稱之為定時(shí)器。當(dāng)P1口引腳寫入“1”時(shí)可作輸入端，－，它們將因內(nèi)部的上拉電阻而輸出電流。7．串行接口串行接口提供對(duì)數(shù)據(jù)各位按序一位一位地傳送。4．并行I/O口P1和P3是8位并行I/O口，每個(gè)口即可作為輸入，也可作為輸出。從功能上看，CPU可分為運(yùn)算器和控制器兩大部分。綜合以上89C2051單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)采用美國ATMEL公司的AT89C2051單片機(jī)作為設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。 硬件平臺(tái) 就本設(shè)計(jì)要求來看，生成PWM矩形脈沖只需單片機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)定時(shí)器、一個(gè)I/O口和一定的存儲(chǔ)空間就可以，故基本型51系列單片機(jī)完全可以滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)在同一三角波周期內(nèi)三相的脈沖寬度分別為δu、δv和δw，脈沖兩邊的間隙寬度分別為u、v和w，由于在同一時(shí)刻三相正弦調(diào)制波電壓之和為零，故由式可得： (210)同樣，由式可得：u+v+w = (211)利用式(210)、式(211)可以簡化生成三相SPWM波形時(shí)的計(jì)算。取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期TC。按相似三角形的幾何關(guān)系，可知： (23) (24)于是有： (25)這是一個(gè)超越方程，其中tA、tB不但與載波比N有關(guān)，而且是調(diào)制度M的函數(shù)。b．自然采樣法。這種方法雖然不必使用大量的ROM，但沒有實(shí)時(shí)處理功能，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間也較慢。根據(jù)其軟件制作方法的不同，有如下幾種：1. 表格法（又稱ROM法） 這種方法是預(yù)先將SPWM波的數(shù)據(jù)計(jì)算出來，存入ROM中，然后根據(jù)調(diào)頻或調(diào)幅指令再將這些數(shù)據(jù)順序取出，由輸出口輸出，控制逆變器的開關(guān)動(dòng)作。對(duì)于后者，可輸出三相對(duì)稱SPWM波控制信號(hào)，調(diào)頻范圍為0200Hz。(1) 正弦調(diào)制波和三角載波由硬件電路生成，硬件開銷大，系統(tǒng)可靠性降低。例如，電流型逆變電路的直流源，如對(duì)其進(jìn)行PWM控制，所得到的PWM波就是PWM電流波。uuωt00ωta)b)圖13 用PWM波代替正弦半波要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按照同一比例系數(shù)改變上述各脈沖的寬度即可。把圖13a的正弦半波分成N等份，就可以把正弦半波看成是由N個(gè)彼此相連的脈沖序列所組成的波形。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的R－L電路上，設(shè)其電流i(t)為電路的輸出。 PWM控制的基本原理在采樣控制理論中有一個(gè)重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)其效果基本相同。PWM控制技術(shù)用于整流電路即構(gòu)成PWM整流電路。 PWM技術(shù)的應(yīng)用范疇目前，PWM控制技術(shù)已經(jīng)廣泛的運(yùn)用到了交－直、直－直、交－交、直－交四大類變流電路中。本文提出了一種利用51系列單片機(jī)定時(shí)器，通過規(guī)則采樣算法來實(shí)現(xiàn)PWM波形的程序設(shè)計(jì)方法，該方法與傳統(tǒng)硬件電路實(shí)現(xiàn)方法相比，具有更大的靈活性、適用性和更低的成本。該方法與傳統(tǒng)的硬件電路產(chǎn)生PWM波形相比，具有更大的靈活性和實(shí)用性。仿真結(jié)果表明用該方法所產(chǎn)生的PWM波形精度高，并且輸出波形的頻率和幅值可變，是實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制控制技術(shù)的一種有效途徑。PWM控制技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)不斷創(chuàng)新和不斷完善的發(fā)展過程，電力電子技術(shù)的發(fā)展，一些全控型快速半導(dǎo)體器件，如BJT、IGBT、GTO等的出現(xiàn)，推動(dòng)了PWM控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。交流－交流變流電路中的斬控式交流調(diào)壓電路和矩陣式變頻電路是PWM控制技術(shù)在這類電路中應(yīng)用的代表。 PWM脈沖調(diào)寬程序設(shè)計(jì)的意義PWM脈沖調(diào)寬技術(shù)的用途十分廣泛，尤其是在逆變器、變頻器以及動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)中，不可或缺。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段有差異。脈沖越窄，各i(t)波形的差異也越小。這就是PWM波形。如直流斬波電路及PWM逆變電路，其PWM波都是由直流電源產(chǎn)生，由于直流電源電壓幅值基本恒定，因此PWM波是等幅的。除此之外，PWM波形還可以等效成其他所需要的波形，如等效成所需要的非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也是基于等效面積原理。(4) 系統(tǒng)受溫漂和時(shí)漂的影響大，造成用戶使用時(shí)系統(tǒng)性能和出廠時(shí)的性能不一樣。因此，后來又發(fā)展了一種新的SLE4520三相PWM集成電路。一旦計(jì)算結(jié)束，就把RAM1的數(shù)據(jù)輸出。而規(guī)則采樣法中又有對(duì)稱規(guī)則采樣法與不對(duì)稱規(guī)則采樣法。交點(diǎn)A是發(fā)出脈沖的時(shí)刻，B點(diǎn)是結(jié)束脈沖的時(shí)刻。ttu0u00ADBurtAtBtD圖23 規(guī)則采樣法δ/2δ/2TCc．規(guī)則采樣法 （Regular Sampling）。如圖23所示，在三角波的負(fù)峰時(shí)刻tD對(duì)正弦信號(hào)波采樣而得到D點(diǎn)，過D點(diǎn)作一水平直線和三角波分別交于A點(diǎn)和B點(diǎn)，在A點(diǎn)時(shí)刻tA和B點(diǎn)時(shí)刻tB控制功率開關(guān)器件的通斷。而用專用集成芯片產(chǎn)生法的優(yōu)點(diǎn)是電路集成度高、可靠性高，缺點(diǎn)是無法全面實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的反饋控制、監(jiān)視管理和保護(hù)工作。89C2051適合于家用電器控制，分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)和I/O量需求不大的應(yīng)用系統(tǒng)。故本設(shè)計(jì)的試驗(yàn)系統(tǒng)采用軟硬件結(jié)合設(shè)計(jì)的方法，利用規(guī)則采樣算法，并且基于AT89C2051單片機(jī)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM控制、產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制波形。運(yùn)算器可以對(duì)單字節(jié)（8位）、半字節(jié)（4位）二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、取反、移位等邏輯運(yùn)算。它們作為輸出時(shí)，數(shù)據(jù)可以鎖存，輸入時(shí)具有緩沖功能。 引腳功能說明圖32 AT89C2051引腳圖AT89C2051單片機(jī)采用20引腳雙列直插式封裝，其引腳排列及邏輯符號(hào)如圖32所示。當(dāng)P3口寫入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。TH1和TLTH0和TL0分別構(gòu)成兩個(gè)16位加法計(jì)數(shù)器，它們的工作狀態(tài)及工作方式由兩個(gè)特殊功能寄存器TMOD和TCON的各位來決定。當(dāng)T0（或T1）用作對(duì)外部事件計(jì)數(shù)時(shí)，（T0）（T1）。該硬件電路包括：RSTVcc P口VssAT89C2051XATL1 XATL2Vcc10K10uF20MHz33pF33pF隔離驅(qū)動(dòng) IGBT 逆變器 負(fù)載圖34 硬件電路框圖外擴(kuò)存儲(chǔ)器(1) AT89C2051單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊，其功能是實(shí)現(xiàn)復(fù)位、產(chǎn)生機(jī)器時(shí)鐘、產(chǎn)生PWM矩形脈沖。若實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)要求PWM控制精度高，即一個(gè)調(diào)制波周期內(nèi)產(chǎn)生的PWM矩形波串多，而此時(shí)AT89C2051單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)空間不夠時(shí)，就要加上該模塊。C51的特點(diǎn)如下：(1) C51吸收了匯編語言的精華，使C51高級(jí)語言來講是“低級(jí)”語言。已知正弦調(diào)制波頻率為f，正弦量電流幅值為Ir，三角載波幅值為Ic，一個(gè)正弦調(diào)制波周期內(nèi)產(chǎn)生的PWM矩形脈沖數(shù)量為k。 ta=(Tctb)/2。 ta=(Tctb)/2。這樣就可以將一個(gè)PWM脈寬調(diào)制波周期內(nèi)的2k個(gè)時(shí)間段數(shù)值存放在數(shù)組a[]中，便于單片機(jī)定時(shí)中斷服務(wù)程序調(diào)用。它們的程序流程圖如圖43和圖44所示。 //定時(shí)時(shí)間到輸出取反 count++。在WINTC中編寫的規(guī)則采樣算法C源程序代碼詳見附錄B。精度越大誤差就越小。如圖52(a)所示，表示頻率f＝10Hz，調(diào)制度m＝，一個(gè)正弦調(diào)制波周期內(nèi)產(chǎn)生的PWM矩形脈沖數(shù)量k＝12時(shí)的PWM規(guī)則采樣算法計(jì)算數(shù)據(jù)（具體變量的定義