脉宽调制控制技术中PWM波形程序设计方法

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３卷第４期　邵阳学院学报（自然科学版）　Ｖ０１．３．Ｎ（）．４　２００６年１２月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｏｙａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｄｅｃ．２００６　文章编号：１６７２—７０１０（２００６｝０４—００４５—０３　脉宽调制控制技术中ＰＷＭ波形程序设计方法　江世明　（邵阳学院信息与电气工程系。湖南邵阳４２２００４）　摘要：文章针对脉宽调制控制技术中ＰＷＭ波形产生问题，详细描述了采用单片机定时加计数实现ＰＷＭ波形　的程序设计方法．该方法与传统的硬件电路产生ＰＷＭ波形相比。具有更大的灵活性和实用性，能生成各种ＰＷＭ波　形，是实现脉宽调制控制技术的一种有效途径．　关键词－ＰＷＭ；单片机；程序；设计方法　中图分类号：ＴＰ１３　文献标识码：Ａ　Ｔｈｅ　ＰＷＭ——ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｐｒｏｇｒａｎｕｎｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｐｕｌｓｅ　—ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＪＩＡＮＧ　Ｓｈｉ——ｍｉｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｎｗｎｔ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｍｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｏｙａｎｇ　Ｕｎｉｖ．，Ｓｈａｏｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ　４２２００４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ．Ｄｉｒｅｃｔｉｎｇ　ｌｏｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｋｎｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＷＭ—ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｉｎ　ｐｕｌｓｅ—ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｗａｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ　ｔｈｅ　ＰＷＭ—ｗａｖｅ［ｏｒｒｎ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ’Ｓ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｃｏｕｎｔ．Ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｍｐａｒｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ＰＷＭ—ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ，ｈａｓ　ｍｏｒｅ　ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙ，　ｉｓ　ａｌｌ　ｄｆｅｃｔｉｖｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔ　ｔｈｅ　ｐｕｌｅｓ—ｄｕｒａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔ￣ｈｎｏｌｏｇｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＰＷＭ；ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　ｉｎｔｅｇｒａｔｄｅ　ｃｉｒｃｕｉｔ；ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ；ｄｅｓｉｇｎ　ｍｅｔｈｏｄ　０前肓　ＰｗＭ（Ｐｕｌｓｅ　ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）技术既是一种调压技　Ｄｌ　Ｄ２　Ｄ３　术也是一种变频技术．１９６４年Ａ．Ｓｃｈｏｎｕｎｇ和Ｈ．ｓｔｅｍｍｌｅｒ　首先提出并把该技术应用到交流传动中，从此为交流传动　的推广应用开辟了新的局面．在上世纪７０年代由于受电　力电子器件的制约，该技术未能得到实质性的应用．随着　全控型电力电子器件的出现和迅速发展。ＰＷＭ控制技术　才走向应用，数字化和智能化是ＰＷＭ技术发展方向．目　－】￥ＯＶ　Ｄ４　Ｄ５　Ｄ６　亡一三　一　前，采用全控型的开关功率元件进行脉宽调制控制方法已　成为电机控制的首选方案．文章在介绍ＰＷＭ技术的基础　上。以单片机为核心，介绍了采用定时加计数实现各种　ＰＷＭ波形的程序设计方法。该方法与硬件电路实现相比，　具有更大的灵活性、适用性和更低的成本，对宴现电机的　速度控制和频率控制提供了一种有效的途径．　ｌｌ　¨　¨　¨　ｌＩ　１脉宽调制（ＰＷＭ）控制技术　逆囊竹＿面晡耐　１．１　基于硎技术的电路原理　图ｌ三相逆变电路原理图　ＰＷＭ控制技术是基于“冲量相等而形状不同的窄脉　冲加在具有惯性的环节上，效果基本相同”的采样理论。对　双极晶体管（ＩＧ盯），Ｔ１一Ｔ６的导通按照一定的顺序（图中　半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一　阴影部分是对应管子可导通时间），加在栅极的ＰＷｌＶｉ信号　系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正　控制ＩＧＢＴ的导通与截止．如果按一定的规则对各脉冲的　弦波或其它波形．图１为三相逆变电路原理图：三相电源　宽度进行调制，则既可改变电路输出电压的大小。也可改　经整流滤波后，经Ｔ１一Ｔ６加到电机Ｍ．Ｔ１—１　是绝缘栅　变电源频率．　收稿日期：２００６—０７—２９　作者简介：江世Ｒ￣（１９６５一　），男，湖南邵阳人，高级工程师，邵阳学院电子与通信工程专业副教授　ｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com 邵阳学院学报（自然科学版）　第３卷　１．２　ＰⅣＭ波形　尽管脉宽调制控制技术中，针对不同的应用，ＰＷＭ波　形不一样，但概括起来ＰＷＭ波形分成两类：一类是通过改　变占空比来实现电压或频率的调整，如等脉宽　波形；　另一类是满足客观需要，模拟某种特别的波形，如模拟正　弦波的　波形．　－　Ｔ　ｂ　］　］ｒ－１　ｒ］　．　直躐电帆ＰＷＭ谓逮原理由　入　出电原波形　图２　ＰＷＭ调压与调频原理图　ｓＰ　睦嚣　开　０　ｒ＿　ｆ＿１ｒ＿１ｎ『－１『１　图３　ＳＰＷＭ波形度生成原理图　如图２所示：在Ｕｉ的作用下。加在电机两端的电压Ｕ。　为：　Ｕｏ＝亍ｔｌ　＝口　式中ａ为　波的占空比．　从上式看出，如果保持Ｔ不变，调整ｔｌ和ｔ２即可实现　Ｕ０的调整，这就是ＰＷＭ调压原理，用这种方法可实现直　流电机的　调速；如果保持脉冲宽度不变，通过改变脉　冲列的周期可调频，改变脉冲的宽度或占空比可调压，采　用适当控制方法可使电压与频率协调变化．　ｓｉＦＷＭ（Ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ　）波形是另一种比较成熟的、　目前广泛使用在调频系统中的ＰＷＭ波形．其特点是脉冲　宽度按正弦规律变化而电压的大小与正弦波等效。　啊Ｍ　波形拉制逆变电路中开关器件的通断。使其输出的脉冲电　压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相　等。通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出　电压的频率和幅值．图３是ＳＰＷＭ信号的生成原理及波　形．　Ｕ　图４　波形与定时器的关系　书程序流程　中断Ｈ旺务程序流程　Ｔ０ｏｅ￣ＡＤ　Ｔ０￣ＡＵ　研匝囹　●———————】Ｌ———　一　广　ｌ中断婆网ｌ　图５程序流程图　２　波形程序实现方法　目前脉宽调制技术的控制理论和功率器件比较成熟，　ＰＷＭ波形的生成是脉宽调制技术的关键问题．传统的　ＰＷＭ波形实现采用硬件电路实现，近年来随着电子技术的　发展，ＰＷＭ技术应用软件方法实现显得更加灵活和实用．　下面以调压系统中的ＰＷＭ波形和变频系统中ＳＰＷＭ波形　程序设计为例详细介绍ＰＷＭ波形的单片机汇编程序设计　方法．　２．１　直流电机调速系统　波形程序设计　ｔ‘　由式：　Ｕｏ　Ｕｓ＝　１　可知只要改变占空比，　就随着改变，下面以固定Ｔ　改变ｔｌ、ｔ２的方法来实现占空比的调整．以８ＯＣ５ｌ单片机为　控制核心，定时计数器Ｔ０、丑作定时器使用，工作在方式２．　图４是ＰＷＭ波形与定时器１Ｄ和１１的关系图．设晶振频率　维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　江世明：脉宽调制控制技术中ＰＷＭ波形程序设计方法　４７　为１２ＭＩ￣。Ｒ１，Ｒ０取１００，定时器１Ｄ和Ｔｌ的定时值取０．　１ｍｓ，则得ＰＷＭ的波形的频率为５０ＨＺ（Ｔ＝ＴＯ＊１００＋ＴＩ＊　０ＲＧ０００ＢＨ　ＬＪＭＰＺＤＣＸ　（）ＲＧ０１００Ｈ　１００），占空比为１：１．在设计中改变　和Ｒｌ就可改变占空　比，从而实现电压的调整．图５是实现上述过程的程序流程　ＳＴＡＥＴ：Ｍ０ＶＳＰ，＃３０Ｈ；系统初始化，定时器ＴＯ工作　图，程序如下：　ＯＲＣＯＯ０ｏＨ　ＬＪＭＰ　Ｓ　ＲＴ　（聚Ｃ０００ＥｊＨ　ＬＪＭＰ　０ＲＧ　００１ＢＨ　ＬＪＭＰ刁）Ｃ＝ｘ１　０Ｉ　０１００Ｈ　ｓＤ　ＲＴ：Ｍ０Ｖ　Ｒ０，＃１００Ｈ　Ｍ０ｖＲ１。＃１００Ｈ　Ｍ０ｖ１１　，＃９Ｃ７ｃｉ　ＭＯＶ　１１∞．＃９ＣＨ　Ｍ０ｖＴＬ１。＃９ＣＨ　Ｍ０ｖＴＨ１，＃９ＣＨ　Ｍ０ｖ１１　］Ｄ。＃２２Ｈ　Ｍ０ｖ　ＩＥ。＃８ＡＨ　ＳｍＴＲ０　Ｓｍ　ＴＲ１　ＬＰ：ＪＢ　２０Ｈ．Ｕ）１　２ｌＨ，Ｕ　ＬＪＭＰ　ＬＰ　ＬＰ１：ＣＩＬＲ２０Ｈ　ＤＪＮＺ　Ｒ０，ＬＰ　Ｍ０ＶＲ０。＃１００Ｈ　ＬＪＭＰ　ＬＰ　Ｕ　：ＣＬＲ　２１Ｈ　ＤＪＮＺＲ１．ＬＪ）　ＭＯＶ　Ｒ１。＃１００　ＬＪ　ＬＪ）　刁）０（０：Ｓｍ　２０Ｈ　ＲＥＴＩ　刁）０【１：Ｓｍ　２ｌＨ　ＲＥＴＩ　ＥＮＤ　２，２变频调速系统中ＳＰＷＭ波形设计方法　对图３所示的　，ＷＭ波形。先对脉冲的宽度进行测量。　然后将测量数据除以０．１ｒｍ，最后对结果进行整定。得到如　下表所示的数据．在汇编程中将表中数据建一个表，通过　ＭＯＶＣＡ。＠Ａ＋ＤＰＴＲ查表指令将所查数据传送给Ｒ０，用　于控制脉冲的宽度．　电平　低高低高低高低高低高低高低　设单片机１　工作在方式２作定时器使用。定时器的基　本定时单位为０．１　ｎ１ｓ，定时控制值由鼬通过查表得到，　ＰＷＭ波形从Ｐ１．０输出．实现ＳＰＷＭ波的程序如下：　０ＲＣＯＯ００Ｈ　ＬＪＭＰＳ　ｒ　在方式２，定时值为０，１　ＩＴＩＳ　Ｍ０ＶＤ眦　．＃　Ｂ　Ｍ０Ｖ１１　。＃９ＣＨ　Ｍ。ｖⅡ∞。＃９ＣＨ　Ｍ。ｖ，Ｉ１Ⅵ０Ｄ，＃０２Ｈ　Ｍ。ｖ　ＩＥ．＃８２Ｈ　Ｓ　ｒＢＴＲ０　ＩＣＡＩ．ＬＱＵＺＨＩ；取第一个Ｒ０的值　Ｍ０ＶＲ０．＃Ａ　ＣＬＲＰ１．０　ＬＪ）：Ｊ№２０Ｈ。ＬＪ）；输出ＰＷＭ波形　ＣＩＬＲ２ｏＨ　ＤＪＮＺ　Ｒ０，ＬＰ　ＬＰ１．０　Ｉ（　Ｉ上Ｑ唧；取下个Ｒ０的值　Ｃ　Ａ。＃５５Ｈ，ＬＰ１；当所取的数是结束标志５５时，程　序重新开始　ＬＪＭＰＳ　ＲＴ　ＬＰ１：Ｍ０ｖＲ０．Ａ　ＬＪ　ＬＰ　ＱＩ】Ｚ｝｛Ｉ：Ｍ０Ｖ　Ａ。＃００Ｈ；取值子程序　Ⅳ１０ＶＣ　Ａ。＠Ａ＋Ｄｆ　Ｃ　Ｄｍ　Ｒ盯　刁）Ｃ　：ｇ　Ｂ　２０Ｈ　ＲＥＴＩ　卫也：［Ⅺ３　７，６，１５，１２，２４。６，３０，６，２４，１２，１５，６，７，５５；５５　为结束标志．　Ｅ　３结束语　脉宽调制控制技术中的ＰＷＭ波形，既可用硬件电路实　现，也可通过程序实现．以单片机为核心采用定时加计数法　的方法实现，相对于其它用硬件或者硬软结合的方法实现　具有更大的灵活性，它充分发挥单片机的效能，是实现脉宽　调制控制技术的有效途径．　参考文献：　［１］王晓明．电动机的单片机控制［Ｍ］．北京：北京航空航天　大学出版社。２０ｏ２．　［２］李广弟．单片机基础［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版　杜。２００６．　［３］何立民．单片机高级应用［Ｍ］．北京：北京航空航天大学　出版社，２０Ｏ０．　［４］李维军．基于单片机用软件实现直流电机ＰＷＭ调速系　统［Ｊ］．机电一体化，２００４，（５）：４９—５１．　［５］缪晓中．一种基于Ｉｎｔｅ１８２５３与Ｌ２９８Ｎ的电机ＰＷＭ调速　方法［Ｊ］．国外电子元器件，２００５，（１２），２６—２８．　［６］王兆安黄俊．电力电子技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　２００４．