單片機(jī)控制pwm

1、單片機(jī)的單片機(jī)的PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù)EftichiosKoutroulis，科斯塔斯卡Kalaitzakis，會員，IEEE和尼古拉斯長Voulgaris摘要在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)PWM控制技術(shù)的方法及其原理，分析單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM功能幾種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，分別介紹用單片機(jī)的PWM模塊實(shí)現(xiàn)PWM功能、用程序模擬實(shí)現(xiàn)多路PWM功能、用定時(shí)器資源實(shí)現(xiàn)高分辯率PWM功能和用機(jī)外硬件實(shí)現(xiàn)PWM功能的方法，并分析這些的方法的優(yōu)缺點(diǎn)關(guān)鍵詞：單片機(jī)，關(guān)鍵詞

2、：單片機(jī)，PWMPWM技術(shù)，分辯率，頻率技術(shù)，分辯率，頻率單片機(jī)應(yīng)用于工業(yè)控制等方面時(shí)，經(jīng)常要對電流、電壓、溫度、位移、轉(zhuǎn)速等模擬量進(jìn)行調(diào)整控制，如恒流、恒壓、恒溫、恒速等，單片機(jī)一般將采集的模擬量數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理，根據(jù)設(shè)計(jì)要求對輸出控制進(jìn)行脈寬調(diào)制，達(dá)到恒流、恒壓、恒溫、恒速的目的。隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，很多單片機(jī)都有內(nèi)置PWM模塊，因此，單片機(jī)的PWM控制技術(shù)可以用內(nèi)置PWM模塊實(shí)現(xiàn)，也可以用單片機(jī)的其它資源由軟件模擬來實(shí)

3、現(xiàn)，還可以通過控制外置硬件電路來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)談?wù)剢纹瑱C(jī)的PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法及其原理，并分析各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，著重介紹用定時(shí)器資源實(shí)現(xiàn)高分辯率PWM功能的方法和機(jī)外硬件實(shí)現(xiàn)PWM功能的方法1PWMPWM控制技術(shù)控制技術(shù)PWM方式即脈沖寬度調(diào)制方式，如圖1。主要有分辨率、周期兩個(gè)參數(shù)，分辨率是指在一個(gè)周期內(nèi)可控的最小時(shí)間，分辨率越高，控制精度也越高，一般用n位二進(jìn)制數(shù)表示，如8位、10位、12位、16位等分辨率，可控的最小工作時(shí)間：T1mi

4、n＝T2n，T1T也稱作占空比。單片機(jī)應(yīng)用于工業(yè)控制等方面時(shí)，一般采用PWM方式對模擬量進(jìn)行控制，在周期T一定的情況下，通過調(diào)整工作時(shí)間T1來達(dá)到對模擬量控制的目的。單片機(jī)的PWM方式是指單片機(jī)通過軟、硬件在指定的I／O口輸出工作時(shí)間T1可調(diào)的一定頻率的方波信號。2幾種實(shí)現(xiàn)幾種實(shí)現(xiàn)PWMPWM功能的方法及其工作原理功能的方法及其工作原理單片機(jī)要實(shí)現(xiàn)PWM功能，可以通過單片機(jī)的PWM模塊、程序模擬、定時(shí)器模擬、外置硬件電路等方法實(shí)現(xiàn)，以下

5、介紹這幾種方法的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。21用單片機(jī)的用單片機(jī)的PWMPWM模塊實(shí)現(xiàn)模塊實(shí)現(xiàn)PWMPWM功能功能隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展，尋找?guī)в袃?nèi)置PWM模塊的單片機(jī)已經(jīng)不是困難的事情，內(nèi)置PWM模塊的單片機(jī)，其PWM最大分辨率一般是10位，只要設(shè)置好PWM工作的頻率、分辨率等參數(shù)并啟動(dòng)，將占空比數(shù)據(jù)寫入指定寄存器即可，程序流程如圖2。單片機(jī)初始化時(shí)設(shè)置好PWM模塊參數(shù)并啟動(dòng)PWM功能，根據(jù)需要采集模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算分析調(diào)整占空比，再

6、將占空比數(shù)據(jù)寫到PWM指定的寄存器中，周而復(fù)始，達(dá)到調(diào)整PWM的目的。這種實(shí)現(xiàn)PWM功能方法的優(yōu)點(diǎn)是控制簡單、控制程序短、程序用于處理PWM功能所需占用的時(shí)間短，不足之處是輸出的I／O口必須是單片機(jī)內(nèi)PWM模塊指定的I／O口，不能任意改變，要同時(shí)實(shí)現(xiàn)多路PWM功能時(shí)受到單片機(jī)內(nèi)PWM硬件資源的限制。圖5為機(jī)外用移位寄存器和數(shù)字比較器模擬實(shí)現(xiàn)4路1kHz12位PWM的硬件原理圖，圖中U1～U6帶鎖存的8位移位寄存器（74HC595）與單片

7、機(jī)通訊，保存各路占空比數(shù)據(jù)，U17～U14由74AS885和74HC85組成4路12位數(shù)據(jù)比較器，U15提供1kHzPWM時(shí)基信號，其原理為：單片機(jī)將4路PWM的占空比數(shù)據(jù)依次傳輸?shù)経1～U6，其中U1保存第1路PWM占空比的高8位，U2保存第1路PWM占空比的低4位和第2路PWM占空比的高4位，U3保存第2路PWM占空比的高8位，U4保存第3路PWM占空比的高8位，U5保存第3路PWM占空比的低4位和第4路PWM占空比的高4位，U6保

8、存第2路PWM占空比的高8位。當(dāng)各路PWM占空比數(shù)據(jù)大于PWM時(shí)基時(shí)輸出高電平，否則輸出低電平，達(dá)到模擬實(shí)現(xiàn)PWM的目的。PWM的頻率和精度由外部硬件電路控制實(shí)現(xiàn)，要改變PWM的精度，就要改變移位寄存器的數(shù)量，PWM的頻率(fPWM)由U15第⑩腳輸入的時(shí)鐘信號的頻率(fT)和PWM的精度(2n)決定，fPWM＝fT2n因此，圖中的PWM頻率fPWM＝4MHz212≈1kHz。用圖5的方法模擬PWM功能的優(yōu)點(diǎn)是單片機(jī)沒有特定要求，不管模

9、擬幾路PWM，硬件電路與單片機(jī)的接口僅占3個(gè)I／O口，單片機(jī)只要負(fù)責(zé)將PWM得占空比數(shù)據(jù)傳輸出去即可，PWM輸出不占用單片機(jī)的I／O口，提高精度和改變頻率容易實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)也很明顯，線路復(fù)雜，占用大面積的線路板空間，成本高。242用IntelIntel82548254定時(shí)器電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)器電路實(shí)現(xiàn)PWMPWM功能功能圖6為用Intel8254定時(shí)器電路實(shí)現(xiàn)2路16位PWM原理圖，Intel8254定時(shí)器有3個(gè)通道，每個(gè)通道有6種工作模式，In

10、tel8254定時(shí)器的工作原理很容易查到，在此不加以分析。圖6的8254計(jì)數(shù)器0工作在模式0，計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2工作在模式1。在這種模式下，其OUT0的輸出信號在其中一個(gè)周期內(nèi)處于低電平，而在其它周期則處于高電平，OUT0的反向信號在其中一個(gè)周期內(nèi)處于高電平，而在其它周期中處于低電平。另外，由于計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2工作在模式1，當(dāng)其門控信號GATE1和GATE2有一個(gè)上升沿的觸發(fā)脈沖時(shí)，其輸出信號的反向信號輸出為一個(gè)高電平的單穩(wěn)脈沖，此時(shí)

11、若GATE1和GATE2信號為連續(xù)不斷的觸發(fā)脈沖，則計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2將不斷反復(fù)重新計(jì)數(shù)，從而使其輸出信號的反向信號為連續(xù)不斷的脈沖信號。保持計(jì)數(shù)器0的計(jì)數(shù)初值不變，則計(jì)數(shù)器0的輸出信號OUT0的頻率就不會改變，即計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2的門控信號觸發(fā)頻率為恒值，這時(shí)如果改變計(jì)數(shù)器1或計(jì)數(shù)器2中的計(jì)數(shù)初值，則其輸出信號OUT1或OUT2的反向信號的輸出信號的脈沖寬度將會隨計(jì)數(shù)器中計(jì)數(shù)初的改變而改變，這樣就形成了脈沖寬度可調(diào)節(jié)的PWM信號。用I

12、ntel8254定時(shí)器電路實(shí)現(xiàn)PWM電路簡單，PWM的精度高（最高達(dá)16位），頻率受8254輸入的計(jì)數(shù)速率限制（8254最高輸入速率為10MHz），PWM的頻率＝晶振頻率／2n（n為PWM的精度）單片機(jī)對Intel8254定時(shí)器初始化后，將PWM得占空比數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)計(jì)數(shù)器即可，操作簡單，如果要增加PWM的路數(shù)，可以增加一片8254實(shí)現(xiàn)（2片8254共可以實(shí)現(xiàn)5路PWM）。不足之處是與單片機(jī)的接口占用I／O口較多。3結(jié)束語結(jié)束語實(shí)現(xiàn)PWM

13、功能的方法有很多，實(shí)際應(yīng)用中也可以由幾種方法組合實(shí)現(xiàn)，筆者在設(shè)計(jì)一個(gè)多路恒流充電方案時(shí)，用戶要求3路恒流充電，查閱相關(guān)單片機(jī)資料，選用有內(nèi)置3路10位PWM的PIC16F737單片機(jī)，方案完成后，用戶覺得很滿意，提出要求實(shí)現(xiàn)4路恒流充電，考慮PIC16F737僅有3路PWM，但3路恒流充電并沒有使用TMR1，因而用TMR1定時(shí)器模擬了1路10位的PWM，這樣在PIC16F737中就實(shí)現(xiàn)了4路10位PWM。另外，1575GHz的1dB功率