脉冲的面积。这里所说的效果基本相同。是指该 环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅里叶变换分析，则它们的低频段特性 非常接近，仅在高频段略有差异。 根据上面理论我们就可以用不同宽度的矩形波来代替正弦波，通过对矩形波的控制来 模拟输出不同频率的正弦波。 在波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按 同比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交直交变频器中，整流电路采用不可控 的二极管电路即可，逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。 根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，波形各 脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就 可以得到所需要的波形。 在四年的学习生涯中，通过对通信的学习和掌握，慢慢的开始由喜欢单片机到研究单 片机。加之现在工业控制领域中，对于电动机的使用已经占据着很大的领地，而通过单片 机这种既经济又方便的微型处理器的应用，电机的控制更加灵活。而通过单片机控制电机 的关键，运用最多的就是控制技术，通过控制技术，可以很方便的控制电机 电机速度的运行和调节。又加之学校实验条件的限制，想应用简单的程序设计和现有的设 备对控制技术有个很好的了解和掌握，所以，在毕业设计来临时候，为了对自己 负责，我选择了用单片机掌握关于步进式信号输出的知识。 本次系统设计分四大块，首先介绍了的算法原理，然后根据所用单片机介绍了 的些知识，接着介绍系统设计中所用到的几个软件，接着介绍各个部分的硬 件特点和选型问题，最后是程序设计和系统调试环节。本文的主要工作是设计个 信号输出系统，实现的单极性信号输出。在直流斩波中,要求的频率, 占空比,和输出时间均可调，输出频率为在模式中,频率,调幅比及输出 时间可调，输出频率为。 基于单片机步进式信号输出 算法 的全称是脉冲宽度调制，它是通过改变输出方波的 占空比来改变等效的输出电压。，就是在的基础上改变了调制脉冲方式，脉 冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。 该方法的实现主要有等面积法硬件调制法和软件生成法。 软件生成法 由于微机技术的发展使得用软件生成波形变得比较容易，因此，软件生成法 也就应运而生。软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法，其有两种基本算法即自 然采样法和规则采样法。 自然采样法 以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较,在两个波形的自然交点时刻控制开关 器件的通断,这就是自然采样法其优点是所得波形最接近正弦波,但由于三角波与 正弦波交点有任意性，脉冲中心在个周期内不等距，从而脉宽表达式是个超越方程， 计算繁琐，难以实时控制。 规则采样法 规则采样法是种应用较广的工程实用方法，般采用三角波作为载波。其原理就是 用三角波对正弦波进行采样得到阶梯波，再以阶梯波与三角波的交点时刻控制开关器件的 通断，从而实现法当三角波只在其顶点或底点位置对正弦波进行采样时，由阶 梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在个载波周期即采样周期内的位置是对称的，这 种方法称为对称规则采样。当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时，由阶 梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在个载波周期此时为采样周期的两倍内的位置 般并不对称，这种方法称为非对称规则采样。规则采样法是对自然采样法的改进,其主要 优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦 其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小。 我们这里选择软件生产法中计算简便的对称规则采样法来计算开关动作时间。 具体实施时有单极性法和双极性法，在此设计中，我们采用同步调制单极 性法。其控制图形如图所示。 图单极性 这里我们采用同步调制单极性法,载波比,调幅比取值,。工业上变 频器的调幅比是跟随输出频率而改变的，如在恒控制中，需要考虑的因素很多，为 简化问题，我们选择手动调节。必须做的工作是实时地计算调制波正弦波和 载波三角波的所有交点的时间坐标，根据计算结果，有序地向逆变桥中各逆变器件发出 通和断的动作指令调制波的振幅要随调制比而变，而载波的振幅则不变，所以， 每次调节后，交点的时间坐标都必须重新计算。 基本原理及其实现方法 是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达 到控制要求的种电压调整方法。可以应用在许多方面，如电机调速温度控制 压力控制等。 脉冲宽度调制波通常由列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信 图时钟复位电路 按键中断 共有个外部中断，和为两天外部中断请求输入线，都允许外部 中断源以低电平或下降沿触发。为了能在线修改参数而不影响输出，我们选用优先 级低的。本电路中设计有个按键，因此需要进行中断扩充。按键中断的电路如图。 工作原理上电后对及置高位，持续扫描， 如果有按键按下，如对应的按键按下，则接地，检测到低电压，则通 过正向二极管接地，也可认为是低电平。其余由于与有反向二极 管隔离，仍悬空，认为还是高电平，因而能判断哪个按键按下。 图中断扩展 显示电路 的引脚输入时的电流很小，当时，高低电平标准和单片机的口 兼容，所以这里不需要为提供额外驱动电路，可与单片机直接相连。 采用标准的脚接口，其中 脚电源 脚电源正极 脚为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对 比度最高。 脚为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器低电平时选择指令寄 存器。 脚为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。 脚或端为使能端。 脚为位双向数据端。 脚空脚或背灯电源。脚背光正极，脚背光负极。 液晶与系统的连接如图所示。 图液晶与系统连接 输出电路 这里以单片机和作为的输出口。这两个口能驱动个门电 路，作为信号输出可以满足要求故不再添加额外驱动电路。 测试电路 在模式下，作为正向输出端口，为负向输出端口。为了把两路信号 叠加到块，我们设计了个加法电路。由于单片机无法输出负电压，所以需要把 的信号经过个反向比例放大电路处理后，再和叠加。后面再添加个阶滤波电 路，这样就可以分析逆变的正弦波基本分量。 为了减少运放对滤波电路的负载效应,同时便于调整,现选用。这是种具有 作输入级的低失调高输入阻抗运放。同时为了使放大电路不产生饱和失真，需把单片机 输出的信号进行缩放。 ,未找到引用源。 ,未找到引用源。,未找到引用源。 这里逆变的正弦信号频率为，所以阶滤波电路里截止频率设为。 令,未找到引用源。可以求得,未找到引用源 电路图如下 图仿真电路 软件设计 直流斩波软件计算法 单片机每个机器周期由个状态组成，每个状态又有两个时钟周期，这样 个机器周期就等于个时钟周期，即机器频率为时钟频率的分频。因此个定时脉 冲周期为。 我们用来产生波。由于需要改变定时初值，所以这里我们采用方式。在 本方式下，定时器按位加计数器工作的，该计数器由高位和低位组成。 设输出频率为，占空比为，的周期 由于无法处理浮点数，在单片机内占空比取值为，则在个 周期内,高电平的时间 定时器初值 低电平的时间 定时器初值 软件计算法 这里以对称三角波为载波。为了减少计算时间，我们把正弦值和三角波以 数组形式保存在程序空间里。正弦波和三角波均采样点，数值均为。因为单片 机主频低，我们采用载波比为。在个三角波周期内，可以认为正弦值不变。 设输出频率为，三角波频率则为。个三角波周期分为段。个定时周期 直流斩波和程序流程图如下 中断服务程序 输出时间控制 这里我们用定时器，同样工作在方式。最大定时时间 而我们希望输出时间以秒记，因此需要进行定时扩充。为方便计算，定时时间设为 。这样 输出时间到时关闭输出。 输出时间控制程序如下 中断服务程序 定时扩充 定时秒 关闭输出，停止计时。 按键中断 为满足系统设计，这里使用个按键。实际应用中存在电压抖动现象，影响单片机 判断。故需要消抖，常见有硬件和软件两种方式。 硬件消抖可以采用电路或触发器。但是在按键多时增加硬件开销，所以我们 采用软件消抖的方式。按键抖动时间般为，所以可以延时后判断按键是 否真的动作包括按下和松开。 编译器支持在语言源程序中直接编写单片机的中断服务函数程序。 编译器对函数的定义进行了扩展，增加了个扩展关键字。关键字是 函数定义时的个选项，加上这个选项就可以将个函数定义成中断服务函数。定义中断 服务函数的般形式为中断表 函数类型函数名形式参数表 关键字后面的是中断号,的取值范围为。系列单片机可以 在内部中使用个不同的工作寄存器组，每个寄存器组中包含个工作寄存器 。编译器扩展了个关键宇，专门用来选择单片机中不同的工作寄 存器组。后面的是个的常整数，分别选中个不同的工作寄存器组。为了 能够在线修改参数而不中断输出，外部中断需要不打断定时器的中断，因而我 们选择优先级较低的外部中断。为了方便修改参数，我们采用低电平触发。 按键中断程序如下 河南财经政法大学成功学院本科生毕业论文设计 基于单片机步进式信号输出