單片機產(chǎn)生SPWM課程設計報告

1、課程設計基于89C52單片機SPWM波形發(fā)生器摘 要本系統(tǒng)由89C52單片機控制模塊、濾波和穩(wěn)壓模塊組成。利用Matlab計算SPWM脈沖序列占空比,采用查表方式，控制雙極性SPWM控制脈沖序列的輸出。關鍵字：單片機 Matlab 查表 SPWM1設計目的和要求1.1設計目的設計并制作一套單相SPWM觸發(fā)脈沖電路，掌握SPWM算法和硬件實現(xiàn)方法，理解驅(qū)動電路功能。1.2任務要求采用雙極調(diào)制算法，產(chǎn)生一個7脈沖SPWM觸發(fā)脈沖，并用單片機數(shù)字化近似實現(xiàn)；完成拓展硬件電路，軟件編程和調(diào)試；具有2ms死區(qū)設計；低次諧波較少；2設計方案本系統(tǒng)以89C52單片機為控制核心，由查表法通過定時器產(chǎn)生SPWM

2、波，系統(tǒng)設計框圖如下：電源模塊輸出+5V雙極性pwm轉換電路spwm波單片機主控電路模塊圖1 設計框圖3 理論分析和計算3.1查表產(chǎn)生SPWM波理論分析SPWM采用頻率數(shù)倍于正弦波的三角波調(diào)制正弦波，可得到近似于正弦波的輸出。三角波的頻率越高，即載波比越高，諧波的頻率就越高，輸出端濾波器就更容易去除諧波。查表就是通過計算得到脈沖序列中每一個矩形脈沖周期內(nèi)高低電平持續(xù)時間，c語言編程時用數(shù)組來表示，通過編寫對應程序來查表進而控制輸出端口高低電平時間及轉換，從而產(chǎn)生SPWM波。圖2 SPWM原理圖3.2利用Matlab計算SPWM脈沖序列占空比MATLAB是一個高級的數(shù)學分析與運算軟件，具有強大的

3、計算功能。SPWM控制通過MATLAB進行分析和設計，可取得事半功倍的效果。采用MATLAB可方便地得到正弦波與三角波的交點。在判斷交點時，可通過交點的數(shù)學定義來判斷。所謂交點，就是在交點附近時刻兩函數(shù)之差值的絕對值趨于0或許某一精度，而在交點附近的極小區(qū)域，離交點越遠，差值的絕對值逐漸增大。3.2.1Matlab計算程序以下子程序為計算交點的MATLAB程序。基波數(shù)據(jù)L2 =4*sin(2*pi*f*x)/5，載波數(shù)據(jù)L1=sawtooth(2*pi*9*f*(x+1/1800),0.5)，t(j)為交點時刻數(shù)據(jù)。 % 設置clc;prec = 0.00001; %精度f=50;step =

4、 0.00000001;start = 0;stop = 0.02;% plotx=start:step:stop;L1=sawtooth(2*pi*9*f*(x+1/1800),0.5);L2 =4*sin(2*pi*f*x)/5;plot(x,L1,'red',x,L2,'blue');legend('L1','L2','location','NorthWest');title('曲線交點圖', 'L1=sawtooth(2*pi*9*f*(x+1/1800),0.5)&

5、#39;,'L2=4*sin(2*pi*f*x)/5');xlabel('x');ylabel('y'); %找交點jCount = 0;t=0;j=0;for i=1:length(x) if(abs(L1(i)-L2(i) <prec) jCount = jCount + 1; j=j+1; t(j)=x(i); display(strcat('第',num2str(jCount),'交點是:'); if jCount=1 display(strcat('(',num2str(x(i),&

6、#39;,',num2str(L1(i),')') else X=216-(t(j)-t(j-1)*106;%計算定時器初值 HEX=dec2hex(round(X),4);%將初值化為十六進制 display(strcat('(',num2str(x(i),',',num2str(L1(i),')，第 ',num2str(jCount),'與',num2str(jCount-1),'交點電平持續(xù)時間：',num2str(t(j)-t(j-1),'ms,','定時器初

7、始值：',num2str(HEX); end lh = line(x(i) x(i),min(min(L1),min(L2) L1(i); %橫坐標 set(lh,'color','green'); set(lh,'LineStyle','-'); text(x(i),L1(i),strcat('P_',num2str(jCount),'(',num2str(x(i),',',num2str(L1(i),')'); end end3.2.2Matlab運行結果

8、>>第1交點是:(0,0)第2交點是:(0.00097685,0.24167)，第2與1點電平持續(xù)時間0.00097685ms,定時器初值：FC2F第3交點是:(0.0025405,0.57283)，第3與2點電平持續(xù)時間0.0015636ms,定時器初值：F9E4第4交點是:(0.0029758,0.64361)，第4與3點電平持續(xù)時間0.00043531ms,定時器初值：FE4D第5交點是:(0.0048886,0.79952)，第5與4點電平持續(xù)時間0.0019128ms,定時器初值：F887第6交點是:(0.0051114,0.79952)，第6與5點電平持續(xù)時間0.000

9、22276ms,定時器初值：FF21第7交點是:(0.0070242,0.64361)，第7與6點電平持續(xù)時間0.0019128ms,定時器初值：F887第8交點是:(0.0074595,0.57283)，第8與7點電平持續(xù)時間0.00043531ms,定時器初值：FE4D第9交點是:(0.0090232,0.24167)，第9與8點電平持續(xù)時間0.0015636ms,定時器初值：F9E4第10交點是:(0.01,0)，第10與9點電平持續(xù)時間0.00097685ms,定時器初值：FC2F第11交點是:(0.010977,-0.24167)，第11與10點電平持續(xù)時間0.00097685ms,

10、定時器初值：FC2F第12交點是:(0.01254,-0.57283)，第12與11點電平持續(xù)時間0.0015636ms,定時器初值：F9E4第13交點是:(0.012976,-0.64361)，第13與12點電平持續(xù)時間0.00043531ms,定時器初值：FE4D第14交點是:(0.014889,-0.79952)，第14與13點電平持續(xù)時間0.0019128ms,定時器初值：F887第15交點是:(0.015111,-0.79952)，第15與14點電平持續(xù)時間0.00022276ms,定時器初值：FF21第16交點是:(0.017024,-0.64361)，第16與15點電平持續(xù)時間0

11、.0019129ms,定時器初值：F887第17交點是:(0.01746,-0.57283)，第17與16點電平持續(xù)時間0.00043531ms,定時器初值：FE4D第18交點是:(0.019023,-0.24167)，第18與17點電平持續(xù)時間0.0015636ms,定時器初值：F9E4第19交點是:(0.02,0)，第19與18點電平持續(xù)時間0.00097685ms,定時器初值：FC2F圖3 Matlab運行結果圖3.3單片機電平時間間隔表由MATLAB計算結果可以得出下表：十進制電平時間間隔表：976 1563 435 1912 222 1912 435 1563 976976 1563

12、 435 1912 222 1912 435 1563 976十六進制定時器初值表：FC2F F9E4 FE4D F887 FF21 F887 FE4D F9E4 FC2F FC2F F9E4 FE4D F887 FF21 F887 FE4D F9E4 FC2F4單片機程序設計4.1程序設計流程圖查表切換計數(shù)值，翻轉I/O口開始I/O端口初始化定時器A初始化定時器A賦初始值，開總中斷啟動定時器定時器計數(shù)，I/O端口保持電平圖4 程序流程圖4.2C語言實現(xiàn)程序4.2.1主程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uint

13、unsigned intint i=0;char flag=0;sbit P10=P10;sbit P17=P17;sbit P20=P20;/近似int a=1000,1000,1900,200,1900,500,1500,1000,1000,1500,500,1900,200,1900,500,1500,2000;/精確int a1=976 1563 435 1912 222 1912 435 1563 976 976 1563 435 1912 222 1912 435 1563 976;void main()P10=0;P17=0;IE=0x82;TMOD=0x01;TH0=(6553

14、6-ai)/256;TL0=(65536-ai)%256;TR0=1;while(1)if(flag=1)flag=0;P17=P17;P20=P20; 4.2.2中斷程序void timer0() interrupt 1i+;if(i=18)i=0;TH0=(65536-ai)/256;TL0=(65536-ai)%256;flag=1;5電路設計圖5 單片機主控電路圖6 電源模塊圖7 雙極性pwm轉換電路6測試和結果6.1測試過程6.1.1使用直流穩(wěn)壓電源，示波器，萬用表以及低通濾波器進行測試圖8 測試環(huán)境6.1.2使用低通濾波器對輸出電壓進行處理圖9 濾波過程6.1.3正負12V直流電源

15、供電圖10 供電電源6.2測試波形6.2.1低通濾波的截止頻率較低時的輸出波形圖11 實驗波形6.2.2含有少量雜波的輸出波形圖12 實驗波形6.2.3截止頻率較大時的輸出波形圖13 實驗波形6.2.4含有少量雜波的輸出波形圖14 實驗波形6.2.5黃色為使用較低截止頻率的濾波器后的輸出波形圖15 實驗波形6.2.6使用較高截止頻率的濾波器測試結果藍色為SPWM波形，黃色為使用較高截止頻率的濾波器后的輸出波形圖16 實驗波形6.2.7使用非常高的截止頻率的濾波器測試結果藍色為SPWM波形，黃色為使用非常高的截止頻率的濾波器后的輸出波形圖17 實驗波形圖18 實驗波形7測試結果分析偏差原因：在定時器中斷服務程序中查表賦定時的初值，占用時間較多，導致定時不準確；另外，測試儀器本身存在測量誤差。8體會和收獲經(jīng)過兩周的課程設計，我們對SPWM波形產(chǎn)生的原理有