基于單片機的PWM輸出控制

智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計說明書題目：基于單片機的PWM輸出控制學(xué)生姓名：學(xué)號：專業(yè)：班級：指導(dǎo)教師：智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計說明書摘要隨著電子技術(shù)及微控制器（MCU）的快速發(fā)展，自動控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。許多設(shè)備之間的連接或者控制都是由標(biāo)準的1~5V的電壓信號或者4~20mA的電流信號來完成的。一般設(shè)備的D/A轉(zhuǎn)換都是采用集成的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，這樣就增加了成本，所以為了降低成本，利用單片機內(nèi)部的定時器和軟件一起來實現(xiàn)PWM輸出，經(jīng)過簡單的變換電路就以實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計，就是基于單片機的PWM輸出控制，通過RC硬件電路，采用定時器配合軟件的方法實現(xiàn)占空比可調(diào)、周期固定的PWM輸出控制，大致過程：利用電位器實現(xiàn)占空比的改變，并通過AD轉(zhuǎn)換，將PWM方波的占空比送入LED進行顯示。然后，將給定占空比生成的PWM波形被輸入到一個低通濾波器，即將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，然后去控制LED燈的漸變。關(guān)鍵詞：單片機；脈寬調(diào)制；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計說明書26第一章脈沖寬度調(diào)制概述脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的HYPERLINK"/info/4485.html"占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM控制技術(shù)以其控制簡單,靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。1.1PWM控制的原理及過程1.1.1PWM控制的基本原理脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時間與該PWM的時鐘周期的時間之比。如，一個PWM的頻率是1000Hz，那么它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)的時間是200us，那么低電平的時間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說PWM的占空比就是1:5。分辨率也就是占空比最小能達到多少，如8位的PWM，理論的分辨率就是1：255(單斜率)，16位的的PWM理論就是1：65535(單斜率)。頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達到了1：65535，要達到這個分辨率，T/C就必須從0計數(shù)到65535才能達到，如果計數(shù)從0計到80之后又從0開始計到80，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是說PWM的輸出頻率高了。雙斜率/單斜率假設(shè)一個PWM從0計數(shù)到80，之后又從0計數(shù)到80

這個就是單斜率。假設(shè)一個PWM從0計數(shù)到80，之后是從80計數(shù)到0

這個就是雙斜率?？梢?，雙斜率的計數(shù)時間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：(80+80)＝1：160，就是提高了一倍。假設(shè)PWM是單斜率，設(shè)定最高計數(shù)是80，我們再設(shè)定一個比較值是10，那么T/C從0計數(shù)到10時(這時計數(shù)器還是一直往上計數(shù)，直到計數(shù)到設(shè)定值80)，單片機就會根據(jù)你的設(shè)定，控制某個IO口在這個時候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。1.1.2PWM的控制過程脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM信號仍然是數(shù)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(ON)，要么完全無(OFF)。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。多數(shù)負載(無論是電感性負載還是電容性負載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67內(nèi)含兩個PWM控制器，每一個都可以選擇接通時間和周期。占空比是接通時間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1、設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時器/計數(shù)器的周期2、在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時間3、設(shè)置PWM輸出的方向，這個輸出是一個通用I/O管腳4、啟動定時器5、使能PWM控制器1.2PWM控制的特點及應(yīng)用脈沖寬度調(diào)制的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。脈沖寬度調(diào)制的另外一個優(yōu)點是對噪聲抵抗能力的增強，這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式?？傊}沖寬度調(diào)制既經(jīng)濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。脈沖寬度調(diào)制廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中，由于其四象限變流的特點，可以反饋再生制動的能量，對于目前國家提出的節(jié)能減排具有積極意義。具體應(yīng)用：1、脈沖寬度調(diào)制軟件法控制充電電流其基本思想就是利用單片機具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過軟件的方法調(diào)整單片機的PWM控制寄存器來調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機必須具有HYPERLINK"/info/1733.html"ADC端口和PWM端口這兩個必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實際讀取到的充電電流進行比較，若實際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比；若實際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比。在軟件PWM的調(diào)整過程中要注意ADC的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。2、脈沖寬度調(diào)制在推力調(diào)制中的應(yīng)用1962年，Nicklas等提出了脈沖調(diào)制理論，指出利用噴氣脈沖對航天器控制是簡單有效的控制方案，同時能使時間或能量達到最優(yōu)控制。脈寬調(diào)制發(fā)動機控制方式是在每一個脈動周期內(nèi)，通過改變閥門在開或關(guān)位置上停留的時間來改變流經(jīng)閥門的氣體流量，從而改變總的推力效果，對于質(zhì)量流率不變的系統(tǒng)，可以通過脈寬調(diào)制技術(shù)來獲得變推力的效果。第二章總體方案設(shè)計2.1系統(tǒng)總體的設(shè)計思路51系列單片機無PWM的輸出功能，通過一定的硬件電路，采用定時器配合軟件的方法輸出PWM方波，具體的設(shè)計思路：1硬件部分過電位器改變PWM的占空比，利用電位器將0到5V的模擬信號輸入到ADC0832芯片，經(jīng)過A\D轉(zhuǎn)換為00H到FFH的數(shù)字量，再輸入到單片機，然后將PC機上的程序經(jīng)過RS232串口芯片下載到STC89C52單片機上，編程運行后，再輸出相應(yīng)的信號，輸出占空比實現(xiàn)四位LED數(shù)碼顯示，輸出報警信號實現(xiàn)蜂鳴器報警，輸出方波信號實現(xiàn)LED燈的漸變功能。然后，要熟練掌握protel99SE開發(fā)軟件，根據(jù)硬件電路的功能要求，畫出合理的電路原理圖，分配好相應(yīng)的管腳，并生成相應(yīng)的PCB圖。2軟件部分在STC89C52內(nèi)實現(xiàn)PWM的基本過程：首先選定脈沖的頻率T，然后根據(jù)控制信號的變化范圍，這里是1～5V，則可以求出t時刻通過控制信號V(t)的對應(yīng)脈沖的正、負脈沖持續(xù)時間。這兩個時間長度在單片機里是通過給定時器賦相應(yīng)的初值而得，即定時器獲得這樣的定時初值后就在機器周期的同步下，從這個初值加1計數(shù)，定時器滿時則產(chǎn)生相應(yīng)時間長度的溢出中斷，再利用這個中斷所響應(yīng)的服務(wù)程序去控制單片機某一引腳相應(yīng)的正、負電平極性的持續(xù)時間。如果上述過程連續(xù)進行，就可在這個引腳獲得寬度隨控制信號V(t)大小變化的PWM方波信號。其次，利用keiluVision2編程軟件，進行相應(yīng)程序的編輯，主要實現(xiàn)五個程序的設(shè)計，主程序，LED數(shù)碼顯示程序，蜂鳴器報警程序，PWM控制程序，A\D轉(zhuǎn)換程序。3、系統(tǒng)方框圖：由STC89C52單片機、復(fù)位電路、時鐘電路、RS232轉(zhuǎn)換電路、ADC0832轉(zhuǎn)換電路、PWM輸出電路、蜂鳴器和LED顯示電路構(gòu)成。圖2.1系統(tǒng)框圖第三章硬件設(shè)計在設(shè)計硬件電路時，有了清晰地設(shè)計思路和確定了總體的設(shè)計方案后，還必須對相應(yīng)的電路元器件的工作原理十分熟悉，例如電路中用到的一些主要的芯片，選擇了合適的硬件，這樣才能設(shè)計出一個合理的硬件系統(tǒng)，同時更好的實現(xiàn)相應(yīng)的功能。下面對主要的芯片及其輔助電路進行分析。3.1STC89C52單片機及控制電路3.1.1STC89C52單片機簡介單片機是智能化設(shè)計的核心部件，本次設(shè)計選用是STC89C52單片機，STC89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含8kbytes的反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)與標(biāo)準MCS—51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。主要性能參數(shù)如表一所示：表一STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫FlashROM32個雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3、STC89C52單片機芯片引腳介紹，STC89C52的引腳圖如圖3.1所示。STC89C52芯片共40引腳:①主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線②外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號PSEN(Pin29)：外部存儲器讀選通信號EA/VPP(Pin31)：程序存儲器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，果接高電平則從內(nèi)部程序存儲器讀指令。④可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個口有8位（8根引腳），共32根。PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位準雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位準雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位準雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7圖3.1STC89C52的引腳圖3.1.2單片機時鐘和復(fù)位電路的設(shè)計單片機的時鐘電路分析單片機各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。STC89C52的時鐘可以有兩種方式，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另外一種為外部方式。本設(shè)計根據(jù)實際需要和簡便，采用內(nèi)部振蕩方式。89C52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外的片外晶體與陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。STC89C52雖然有內(nèi)部震蕩電路，但要形成時鐘，必須外接元件所以實際構(gòu)成的震蕩時鐘電路。外界晶體以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中。對接電容的值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小會影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體頻率可在1.2MHZ～12MHZ之間任選，電容C1和C2的典型值在20PF~100PF之間選擇，考慮到本系統(tǒng)對于外接晶體的頻率穩(wěn)定性要求不高，采用頻率為11.0592MHz，微調(diào)電容C1和C2為30pF的內(nèi)部時鐘方式，電容為瓷片電容，判斷單片機芯片及時鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個簡單的方法，就是用萬用表測量單片機晶振引腳（18，19腳）的對地電壓，以正常工作的單片機用數(shù)字萬用表測量為例：18腳對地電壓約為2.24V,19腳對地電壓約為2.09V。設(shè)計電路圖如圖3.2所示。圖3.2時鐘電路圖二、單片機復(fù)位電路分析STC89C52的復(fù)位輸入引腳RST為單片機提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行,在STC89C52的時鐘電路工作后，只要RST引腳上出現(xiàn)超過兩個機器周期以上的高電平時，即可產(chǎn)生復(fù)位操作。只要RST保持高電平，則單片機循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST有高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機才把PC初始化0000H，使單片機從0000H單片開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路如圖3.3所示，其主要作用是除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運行出錯或操作失誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動。單片機的復(fù)位電路在剛接通電時，剛開始電容是沒有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過電阻給電解電容進行充電，電容兩端的電會由0V慢慢的升到4V左右，正因為這樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，，這是單片機的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位鍵時，電容兩端放電，電容又回到了0V，于是又進行了一次復(fù)位工作，這是手動復(fù)位原理。圖3.3復(fù)位電路圖3.2基于單片機PWM輸出控制系統(tǒng)的硬件電路的分析與設(shè)計3.2.1電源電路的分析與設(shè)計單片機工作時需要的+5V電壓，本設(shè)計采用普通的電源接口，通過5V的電源適配器供電，電源電路圖如圖3.4所示。電源部分還連接開關(guān)和發(fā)光二極管，用于判斷電源是否正常工作。需要注意的是，圖中的二極管是其保護作用的，防止電壓發(fā)生突變，進而損壞單片機及其他元器件。圖3.4電源電路3.2.2MAX232芯片與RS232接口電路一、MAX232芯片簡介MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。由于電腦串口rs232電平是-15、+15v，而且邏輯電平誒負邏輯；而一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是ttl電平0、+5v,邏輯電平為正邏輯。max232就是用來進行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動器、2接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。1、引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。MX232雙串口的引腳圖如圖3.5所示。圖3.5MX232雙串口的引腳圖該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準，每一個接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。2、主要特點

1、單5V電源工作2、LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3、兩個驅(qū)動器及兩個接收器4、±30V輸入電平5、低電源電流：典型值是8mA6、符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準V.287、ESD保護大于MIL-STD-883（方法3015）標(biāo)準的2000V二、RS232接口電路設(shè)計本設(shè)計需要單片機與PC機進行通訊，將程序下載到單片機上，所以我們用到RS232異步串口通行接口，RS232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS-232電平的轉(zhuǎn)換，它的的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來連接單片機的，實現(xiàn)單片機的異步通信。本設(shè)計我們采用了4個0.1uF的電容，用到MAX232芯片的13、14引腳，通過9針的接口，與PC機連接；芯片的11、12引腳與單片機的TXD，RXD相連。RS232接口電路圖如圖3.6所示。\t"_blank"

圖3.6RS232與單片機連接的電路圖3.2.3ADC0832與A/D轉(zhuǎn)換電路一、ADC832的資料簡介ADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。ADC0832具有以下特點如表二所示：表二ADC0832具有以下特點8位分辨率雙通道A/D轉(zhuǎn)換輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容5V電源供電時輸入電壓在0~5V之間工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為32μS一般功耗僅為15mW8P、14P—DIP（雙列直插)、PICC多種封裝商用級芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級芯片溫寬為?40°Cto+85°C2、ADC0832芯片引腳介紹：ADC0832芯片引腳名稱及功能如表三所示，引腳圖如圖3.7所示。表三ADC0832芯片引腳及功能引腳名稱引腳功能CS_（pin1）片選使能，低電平芯片使能CH0(pin2)模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用CH1(pin3)模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用GND(pin4)芯片參考0電位（地）DI(pin5)數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制DO(pin6)數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出CLK(pin7)芯片時鐘輸入Vcc/REF（pin8）電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）圖3.7ADC0832引腳圖二、A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計1、單片機對ADC0832的控制原理：正常情況下ADC0832與單片機的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進行輸入。到第3個脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下沉輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。作為單通道模擬信號輸入時ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時，可是將電壓值設(shè)定在某一個較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進行IN+與IN-的輸入時，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。ADC0832與單片機連接電路的設(shè)計連接電路圖如圖3.8所示，本設(shè)計利用電位器控制PWM方波的占空比，電位器的輸出端與ADC0832的CH0連接，輸入模擬信號；ADC0832的CS_與單片機的P20相連，啟動信號；CLK與單片機的P36相連，輸出脈沖信號；DO與P37相連，單片機將數(shù)據(jù)讀入。圖3.8ADC0832與單片機連接電路3.2.4LED顯示電路一、74LS164芯片簡介8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出)，當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時，輸出端（Q0－Q7）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A、B任意一個為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當(dāng)A、B有一個為高電平，則另一個就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)，如圖真值表。引出端符號：74LS164封裝圖如圖3.9所示。CLOCK——時鐘輸入端CLEAR——同步清除輸入端（低電平有效）A，B——串行數(shù)據(jù)輸入端Q0－Q7——輸出端圖3.974LS164封裝圖在真值表中，H－高電平,L－低電平,X－任意電平,↑－低到高電平跳變,Q0n+1、Q1n+1、Q7n+1－規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平,Q0n、Q6n－時鐘最近的↑前的電平。真值表inputsoutputsclearclockABQ0n+1Q1n+1...Q7n+1LHHHHXL XXXX

HHLXXLLL...LQ0nQ1n...Q7n1Q0n...Q6n0Q0n...Q6n0Q0n...Q6n三、顯示電路的設(shè)計

單片機驅(qū)動LED顯示有很多方法,按顯示方式可以分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能，單片機將要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的數(shù)據(jù)。只要當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)沒有變化，就無須理睬數(shù)碼顯示管。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨具有瑣存功能的I/O口，該接口用于筆畫段字型代碼。這樣單片機只要把顯示的字型數(shù)據(jù)代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示要發(fā)送的字型。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機再發(fā)送新的字型碼。另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個筆畫字段（a~g和dp）同名端連在一起，而每一個顯示器的公共極COM各自獨立接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時，所有顯示器接受相同的字型碼，但究竟使那一位則由I/O線決定。動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制每個顯示器的COM端，使每個顯示器輪流電亮。在輪流點亮過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。本次設(shè)計用的是八段式LED的共陰極進行靜態(tài)顯示，并利用74LS164將單片機送來的數(shù)據(jù)串入并出，顯示到LED數(shù)碼管上，顯示電路如圖3.11所示。圖3.11顯示電路另外，該系統(tǒng)用8個發(fā)光二極管作信號燈，來接受PWM方波信號，分別與單片機的P0~P7相連，所有發(fā)光二極管的陽極都通過一個1K電阻接到5V電源，電路連接圖如圖3.11所示。圖3.12發(fā)光二極管電路連接圖第四章軟件設(shè)計4.1程序流程圖及程序設(shè)計4.1.1主程序設(shè)計主程序流程圖設(shè)計：如圖4.1所示圖4.1主程序流程圖4.1.2A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖：如圖4.2所示圖4.2A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.1.3PWM控制程序設(shè)計PWM控制程序流程圖：如圖4.3所示圖4.3PWM控制程序流程圖第五章總結(jié)五周的智能儀器課程設(shè)計結(jié)束了，這次的設(shè)計內(nèi)容是基于單片機的PWM輸出控制，通過一定的硬件電路，采用定時器配合軟件的方法輸出PWM方波，然后去控制LED燈的漸變，同時將PWM方波的占空比利用LED數(shù)碼管顯示出來。從起初的設(shè)計思路到后來設(shè)計的完成，整個設(shè)計過程讓我學(xué)會了很多東西。在硬件電路的設(shè)計過程中，查閱了很多資料，讓我進一步了解各芯片的工作原理和用途；掌握了各硬件之間的通訊方法，例如：RS232芯片的工作原理及與STC89C52單片機的連接；AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的轉(zhuǎn)換原理；單片機如何驅(qū)動LED數(shù)碼管等；繪制硬件原理圖，讓我對protel99se軟件的有了一定的認識，并力求熟練地掌握和應(yīng)用；通過編輯軟件程序，不僅熟練運用和操作keiluvision編程軟件，而且使我對編程語言的運用有了更深的認識。在調(diào)試過程，提高了我們的動手能力，同時讓我對程序設(shè)計產(chǎn)生了濃厚的興趣。在設(shè)計過程中，遇到很多的問題，對硬件不夠熟悉，對較長程序的編譯和分析不是很清楚，總是出現(xiàn)很多錯誤。這要我更加認識到自己的不足，通過這次設(shè)計，也補充了這方面的知識。最后，感謝老師的辛勤指導(dǎo)，幫助我們順利地完成了這次的課程設(shè)計，我的實際動手能力也得到了大大的鍛煉，讓我解決實際問題的能力得到了大大的提高,并對本專業(yè)的課程充滿了濃厚的興趣，及對以后的學(xué)習(xí)充滿了信心。參考文獻[1]鄭毛祥.利用單片機實現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換的原理和方法[J].武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2005,(05).

[2]董小萌.脈沖寬度調(diào)制(PWM)器件的測試[J].世界產(chǎn)品與技術(shù),2002,(03).[3]姜灝,金偉.Cygnal80C51F系列單片系統(tǒng)在脈沖寬度調(diào)制中的應(yīng)用[J].大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2005,(01).[4]王桂枝.PWM控制原理在自動控制中的應(yīng)用[J].煙臺大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程版),1999,(02).

[5]李華.MCS251系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版,1993.[4]王洪福.AT89C51單片機與74LS164動態(tài)顯示接口[J].呼和浩特：內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，第1期2006年.[5]杜洋.A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的應(yīng)用[J].電子制作,2006,(01).[6]鄭國君.8位串行A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832[J].電子世界,2002,(09).

[7]梁明亮,王新強.單片機與ADC0832的接口技術(shù)[J].河南科技,2006,(08).[8]胡瑋,魏偉.RS232與RS485串行接口轉(zhuǎn)換電路及其編程實現(xiàn)[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2010,(01).[9]楊阿弟.基于單片機RS232串行通訊的設(shè)計[J].科技經(jīng)濟市場,2007,(07).

[10]魏麗娜,管力銳.單片機LED動態(tài)顯示屏教學(xué)演示系統(tǒng)的設(shè)計[J].大眾科技,2010,(07).

[11]王洪福.AT89C51單片機與74LS164動態(tài)顯示接口[J].內(nèi)蒙古電大學(xué)刊,2006,(01).

[12]李正浩,姜寶鈞,鄧興成.51單片機在LED數(shù)碼管顯示中的應(yīng)用[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2006,(S1).

[13]何敏.74LS164在8031單片機中的兩種用法[J].電子技術(shù)應(yīng)用,1991,(09).

附錄A：基于單片機的PWM輸出控制的硬件原理圖附錄B：基于單片機的PWM輸出控制的源程序#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuinttime=0;uintData;//用來調(diào)節(jié)PWM的占空比，通過調(diào)節(jié)電位器來實現(xiàn)的sbitPWMOUT0=P0^0;//控制LED燈sbitPWMOUT1=P0^1;sbitPWMOUT2=P0^2;sbitPWMOUT3=P0^3;sbitDAT=P1^0;//LED數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)：DATAsbitCLK=P1^1;//CKucharcodetab[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};//存儲地址sbitBEEL=P1^7;//控制蜂鳴器sbitP0_4=P0^4;//報警指示燈sbitclk_adc0832=P3^6;//ADC0832時鐘sbitcs_adc0832=P2^0;//ADC0832片選sbitdi_adc0832=P3^7;//ADC0832輸入sbitdo_adc0832=P3^7;//ADC0832輸出//**************************************************************///**功能：AD轉(zhuǎn)換程序//**************************************************************/uchargetvalue0832(bitchannel){uchari,dat1=0,dat2=0;clk_adc0832=0;//ADC0832沒轉(zhuǎn)換之前：cs=0,di\do電平任意di_adc0832=1;//第一個脈沖下沉之前di=1，啟始信號cs_adc0832=0;clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;//第一個脈沖下沉后：di輸出兩位數(shù)據(jù)進行通道選擇，如00、01、10、11di_adc0832=1;//第二個脈沖下沉之前：di=1，確定通道極性clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;//第二個脈沖下沉后di_adc0832=channel;//第三個脈沖下沉之前：di=channel，確定通道clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;//第三個脈沖下沉后di_adc0832=1;//釋放總線，此時讀取do狀態(tài)，又do與di相連。for(i=0;i<8;i++)//第四個脈沖下沉到第11個脈沖下沉：do輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，data7到data0{clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;if(do_adc0832)dat1|=0x80>>i;}for(i=0;i<8;i++)//第12個脈沖下沉到第19個脈沖下沉：do輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，data0到data7{if(do_adc0832)dat2|=0x01<<i;clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;}cs_adc0832=1;//cs=1禁止芯片di_adc0832=1;//釋放總線，禁止數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，進入起始位子clk_adc0832=1;if(dat1==dat2)//驗證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否正確returndat1;}//**************************************************************///**功能：50MS延時程序//**************************************************************/voiddelay_50m