單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)的原因是什么？

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，PWM控制技術(shù)漸趨成熟，主要應(yīng)用于在電力電子技術(shù)行業(yè)。采用模擬控制方式生成的脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)，是根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或MOS管柵極的偏置，實(shí)現(xiàn)晶體管或MOS管導(dǎo)通時(shí)間的改變，最終實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變產(chǎn)生PWM信號(hào)，這種方式較復(fù)雜，成本也高。而采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)，既簡單又方便，成本低，因此，本文就單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)進(jìn)行分析。

1 PWM

脈沖寬度調(diào)制作為控制技術(shù)常采用的控制方式，以其控制簡單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式。隨著微機(jī)技術(shù)在控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)控制的PWM技術(shù)迅速發(fā)展，其突出特點(diǎn)是可以比較容易地選擇最佳的脈沖調(diào)制頻段。但在智能化產(chǎn)品開發(fā)中, 許多常用的單片機(jī)沒有提供脈寬調(diào)制(PWM ) 電壓信號(hào)輸出功能, 而在某些特定的場合需要得到PWM信號(hào)。因此，基于單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)的分析就顯得非常必要。

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼?？梢?，PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)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(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。

2 PWM****信號(hào)的產(chǎn)生

脈沖寬度調(diào)制信號(hào)本質(zhì)上是由占空比不同的矩形脈沖周期變化來構(gòu)成的，其占空比與信號(hào)的瞬時(shí)采樣值成一定的比例。根據(jù)這種方式可以采用單片機(jī)定時(shí)中斷的方法，使單片機(jī)的I/O口輸出一定頻率的高、低電平信號(hào)，通過調(diào)節(jié)高、低電平的持續(xù)時(shí)間，即占空比的改變，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一定周期一定占空比的PWM信號(hào)，采用這種方式更加有效。比如采用AT89S52單片機(jī)來產(chǎn)生的PWM信號(hào)控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以很方便的在電動(dòng)自行車及相關(guān)諸多領(lǐng)域的調(diào)速系統(tǒng)中進(jìn)行使用。

2.1 單片機(jī)定時(shí)器中斷

中斷是指當(dāng)CPU執(zhí)行主程序時(shí)，系統(tǒng)中若出現(xiàn)某些急需處理的異常情況和特殊請求時(shí)，CPU會(huì)暫時(shí)中止程序的運(yùn)行，去執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)，處理完畢后，CPU將自動(dòng)返回到原來主程序的端點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。而單片機(jī)定時(shí)器中斷是在定時(shí)器工作方式下，根據(jù)設(shè)定的定時(shí)時(shí)間進(jìn)行單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿溢出時(shí)產(chǎn)生中斷請求，即定時(shí)器中斷。定時(shí)中斷是單片機(jī)技術(shù)中經(jīng)常采用的中斷方式，應(yīng)用非常廣泛。

2.2 AT89S52單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)

采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM信號(hào)是一種非?？煽?、有效的控制方式，本文以AT89S52單片機(jī)為例來產(chǎn)生PWM信號(hào)，通過定時(shí)中斷程序來確定脈沖周期以及高低電平各自占用時(shí)間，從而形成不同的占空比，產(chǎn)生PWM脈沖信號(hào)。

如圖所示，取AT89S52的I/O口的P3.0和P1.0兩個(gè)引腳，使用P1.0接一按鍵開關(guān)，作為PWM信號(hào)產(chǎn)生的開關(guān)使用，按鍵閉合表示開始產(chǎn)生PWM信號(hào)，按鍵斷開表示不產(chǎn)生PWM信號(hào)。使用P3.0用來輸出PWM信號(hào)，通過P3.0輸出一定的高電平信號(hào)作為脈寬，達(dá)到脈寬的設(shè)定值時(shí)，輸出低電平，到達(dá)周期的設(shè)定值時(shí)又重復(fù)輸出高電平，進(jìn)行周期循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)的產(chǎn)生。通過單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)，可以靈活的改變周期和脈沖寬度參數(shù)，從而產(chǎn)生不同周期和占空比的PWM信號(hào)。以產(chǎn)生周期為10ms、占空比為60%的PWM信號(hào)為例進(jìn)行分析，采用Proteus對電路進(jìn)行仿真來產(chǎn)生PWM信號(hào)。

圖1 AT89S52產(chǎn)生PWM信號(hào)Proteus仿真電路圖

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

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define PWM_T 100

sbit K1=P1^0;

ucharPWM_mk;

ucharPWM_count;

uchartime_i;

sbitPWM=P3^0;

voiddelay(uint ms)

{ uchar i;

uint j;

for(j=0;j< ms;j++)

for(i=0;i< 125;i++)；

}

voidmain()

{ PWM_mk=0;

PWM=0;

TMOD=0x02;

TH0=-100;

TL0=-100;

EA=1;

ET0=0;

TR0=0;

while(1)

{   if(K1==0)

    delay(10);

    if(K1==0)

    {   PWM_mk=60;

        ET0=1;

        TR0=1;  }

}

}

voidtime0(void) interrupt 1 using 0

{ time_i++;

if(time_i >= PWM_T) time_i=0;

if(time_i< PWM_mk) PWM=1;

else PWM=0;

}

采用keil軟件編譯程序，程序編譯成功，采用仿真軟件Proteus進(jìn)行仿真產(chǎn)生需要的PWM信號(hào)，如圖2所示。

圖2占空比為60.%的PWM信號(hào)波形

2.3 PWM信號(hào)的調(diào)節(jié)

通過單片機(jī)來產(chǎn)生PWM信號(hào)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(shù)即可，程序中脈沖寬度參數(shù)為PWM_mk，如將PWM_mk設(shè)為30，則PWM信號(hào)的占空比為30%；若要改變PWM的周期，應(yīng)該改變程序中PWM_T的值即可，此時(shí)應(yīng)注意定時(shí)器工作方式2的最大計(jì)數(shù)，以免溢出無法計(jì)數(shù)，若超出計(jì)數(shù)最大值，可以選擇工作方式1進(jìn)行程序編寫。

**3 **結(jié)語

綜合以上分析可以看出，采用單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)電路簡單，成本低，無需通過對模擬電路個(gè)元器件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及電路設(shè)計(jì)。另外，通過單片機(jī)的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)頻率和占空比的靈活調(diào)節(jié)，信號(hào)準(zhǔn)確，更加可靠、有效。利用該方法產(chǎn)生的信號(hào)可作為各種需要PWM控制的信號(hào)源發(fā)生器，根據(jù)需要還可進(jìn)行顯示及按鍵控制等處理。