13.1 項(xiàng)目分析

脈寬調(diào)制（PWM）基本原理 ：控制方式就是對(duì)逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。 也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。 按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。

例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。 這些脈沖寬度相等，都等于∏/n，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。 如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM波形。 可以看出，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。 根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。 對(duì)于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。

在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交－直－交變頻器中，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。 根據(jù)上述原理，在給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。 按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。

采樣控制理論中有一個(gè)重要結(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)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形. 按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。

PWM技術(shù)在生活中的應(yīng)用非常廣，最常用的就是開關(guān)電源，通過改變脈寬來改變輸出的電壓，擴(kuò)展的還有LED調(diào)光，直流電機(jī)調(diào)速，以及顯示器中的顏色合成等。

13.2 原理圖

**13.3 **源代碼

正規(guī)的PWM調(diào)速的過程應(yīng)該是用戶輸入指定的轉(zhuǎn)速，由電機(jī)上面的轉(zhuǎn)速傳感器采集當(dāng)前轉(zhuǎn)速輸入單片機(jī)進(jìn)行比較，根據(jù)轉(zhuǎn)速的差值計(jì)算出PWM的占空比，這個(gè)占空比是需要提前進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速與PWM占空比的數(shù)學(xué)關(guān)系推導(dǎo)出來，采用查表法或者數(shù)據(jù)查詢的方式將占空比增大，這里就不進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，直接采用默認(rèn)的數(shù)據(jù)，占空比1%~100% 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速平均分布。 PWM的頻率和占空比由定時(shí)器0確定，設(shè)置頻率1000Hz，采用按鍵設(shè)置占空比，源代碼如下圖所示。

/*********************************************************************************************************
                頭    文    件    引    用
*********************************************************************************************************/
#include <reg51.h>                                            //導(dǎo)入51單片機(jī)頭文件
#include <intrins.h>
/*********************************************************************************************************
              數(shù)    據(jù)    類    型    定    義
*********************************************************************************************************/
#define u8 unsigned char                                        //定義無符號(hào)字符型數(shù)據(jù)(0~255)
#define u16 unsigned int                                        //定義無符號(hào)整型數(shù)據(jù)(0~65535)
/*********************************************************************************************************
                  變    量    定    義
*********************************************************************************************************/
u8 Duty;                                                //占空比
u8 TIM0_Count ;
u8 LED_Data[] = { 0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07, 0x7F, 0x6F } ;
/*********************************************************************************************************
                  端    口    定    義
*********************************************************************************************************/
sbit OUT = P2^7 ;                                            //電機(jī)接口
/********************************************************
Name    :delay_ms
Function  :毫秒級(jí)別延時(shí)函數(shù)
Paramater  :
      ms:延時(shí)的ms數(shù)
Return    :None
********************************************************/
void delay_ms( u16 ms )
{
  u8 i ;
  while( --ms )
    for( i=0; i<110; i++ ) ;
}
/********************************************************
Name    :EXIT0_IRQHandler
Function  :外部中斷0中斷服務(wù)函數(shù)
Paramater  :None
Return    :None
********************************************************/
void EXIT0_IRQHandler() interrupt 0
{
  do
  {
    Duty ++ ;
    if( Duty==100 )
    {
      TR0 = 0 ;
      Duty = 0 ;
    }
    else
      TR0 = 1 ;

    P2 = 0xFE ;
    P0 = LED_Data[ Duty/10 ] ;
    delay_ms( 2 ) ;

    P2 = 0xFD ;
    P0 = LED_Data[ Duty%10 ] ;
    delay_ms( 2 ) ;

    delay_ms( 500 ) ;
  }while( ( P3&0x04 )!=0x04 ) ;
}
/********************************************************
Name    :TIM0_IRQHandler
Function  :定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù)
Paramater  :None
Return    :None
********************************************************/
void TIM0_IRQHandler() interrupt 1
{
  TH0 = ( 65535-10 )/256 ;                                      //計(jì)數(shù)器設(shè)置頻率1000Hz
  TL0 = ( 65535-10 )/256 ;
  TIM0_Count ++ ;
  if( TIM0_Count<=Duty )
    OUT = 0 ;
  else if( ( TIM0_Count<100 )&&( TIM0_Count>Duty ) )
    OUT = 1 ;
  else
  {
    OUT = 0 ;
    TIM0_Count = 0 ;
  }
}
/********************************************************
Name    :KEY_Scan
Function  :鍵盤掃描
Paramater  :None
Return    :None
********************************************************/
void PWM_Init()
{
  Duty = 0 ;
  TIM0_Count = 0 ;
  IE = 0x83 ;                                              //開啟EA+EX0+ET0
  TMOD = 0x01 ;                                            //定時(shí)器設(shè)置16位模式
  TH0 = ( 65535-10 )/256 ;                                      //計(jì)數(shù)器設(shè)置頻率1000Hz
  TL0 = ( 65535-10 )/256 ;
  IT0 = 1 ;                                              //下降沿觸發(fā)
}
/*********************************************************************************************************
                    主    函    數(shù)
*********************************************************************************************************/
void main()
{
  PWM_Init() ;
  while( 1 )
  {
    P2 = 0xFE ;
    P0 = LED_Data[ Duty/10 ] ;
    delay_ms( 2 ) ;

    P2 = 0xFD ;
    P0 = LED_Data[ Duty%10 ] ;
    delay_ms( 2 ) ;
  }
}

13.4 仿真截圖