智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目：基于單片機(jī)的PWM輸出控制學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：班級(jí)：指導(dǎo)教師：智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說(shuō)明書摘要隨著電子技術(shù)及微控制器（MCU）的快速發(fā)展，自動(dòng)控制技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。許多設(shè)備之間的連接或者控制都是由標(biāo)準(zhǔn)的1~5V的電壓信號(hào)或者4~20mA的電流信號(hào)來(lái)完成的。一般設(shè)備的D/A轉(zhuǎn)換都是采用集成的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，這樣就增加了成本，所以為了降低成本，利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器和軟件一起來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM輸出，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的變換電路就以實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換。本次設(shè)計(jì)，就是基于單片機(jī)的PWM輸出控制，通過(guò)RC硬件電路，采用定時(shí)器配合軟件的方法實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)、周期固定的PWM輸出控制，大致過(guò)程：利用電位器實(shí)現(xiàn)占空比的改變，并通過(guò)AD轉(zhuǎn)換，將PWM方波的占空比送入LED進(jìn)行顯示。然后，將給定占空比生成的PWM波形被輸入到一個(gè)低通濾波器，即將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后去控制LED燈的漸變。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；脈寬調(diào)制；A/D轉(zhuǎn)換器；LED顯示智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說(shuō)明書26第一章脈沖寬度調(diào)制概述脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的HYPERLINK"/info/4485.html"占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單,靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式,也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限,結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。1.1PWM控制的原理及過(guò)程1.1.1PWM控制的基本原理脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調(diào)頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調(diào)壓，采用適當(dāng)控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比而達(dá)到控制充電電流的目的。占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時(shí)間與該P(yáng)WM的時(shí)鐘周期的時(shí)間之比。如，一個(gè)PWM的頻率是1000Hz，那么它的時(shí)鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)的時(shí)間是200us，那么低電平的時(shí)間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說(shuō)PWM的占空比就是1:5。分辨率也就是占空比最小能達(dá)到多少，如8位的PWM，理論的分辨率就是1：255(單斜率)，16位的的PWM理論就是1：65535(單斜率)。頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達(dá)到了1：65535，要達(dá)到這個(gè)分辨率，T/C就必須從0計(jì)數(shù)到65535才能達(dá)到，如果計(jì)數(shù)從0計(jì)到80之后又從0開始計(jì)到80，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是說(shuō)PWM的輸出頻率高了。雙斜率/單斜率假設(shè)一個(gè)PWM從0計(jì)數(shù)到80，之后又從0計(jì)數(shù)到80

這個(gè)就是單斜率。假設(shè)一個(gè)PWM從0計(jì)數(shù)到80，之后是從80計(jì)數(shù)到0

這個(gè)就是雙斜率?？梢姡p斜率的計(jì)數(shù)時(shí)間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：(80+80)＝1：160，就是提高了一倍。假設(shè)PWM是單斜率，設(shè)定最高計(jì)數(shù)是80，我們?cè)僭O(shè)定一個(gè)比較值是10，那么T/C從0計(jì)數(shù)到10時(shí)(這時(shí)計(jì)數(shù)器還是一直往上計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)到設(shè)定值80)，單片機(jī)就會(huì)根據(jù)你的設(shè)定，控制某個(gè)IO口在這個(gè)時(shí)候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。1.1.2PWM的控制過(guò)程脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過(guò)高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來(lái)對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(wú)(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。多數(shù)負(fù)載(無(wú)論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz，通常調(diào)制頻率為1kHz到200kHz之間。許多微控制器內(nèi)部都包含有PWM控制器。例如，Microchip公司的PIC16C67內(nèi)含兩個(gè)PWM控制器，每一個(gè)都可以選擇接通時(shí)間和周期。占空比是接通時(shí)間與周期之比；調(diào)制頻率為周期的倒數(shù)。執(zhí)行PWM操作之前，這種微處理器要求在軟件中完成以下工作：1、設(shè)置提供調(diào)制方波的片上定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的周期2、在PWM控制寄存器中設(shè)置接通時(shí)間3、設(shè)置PWM輸出的方向，這個(gè)輸出是一個(gè)通用I/O管腳4、啟動(dòng)定時(shí)器5、使能PWM控制器1.2PWM控制的特點(diǎn)及應(yīng)用脈沖寬度調(diào)制的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，無(wú)需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響。脈沖寬度調(diào)制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)噪聲抵抗能力的增強(qiáng)，這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長(zhǎng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號(hào)還原為模擬形式?？傊}沖寬度調(diào)制既經(jīng)濟(jì)、節(jié)約空間、抗噪性能強(qiáng)，是一種值得廣大工程師在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中使用的有效技術(shù)。脈沖寬度調(diào)制廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中，由于其四象限變流的特點(diǎn)，可以反饋再生制動(dòng)的能量，對(duì)于目前國(guó)家提出的節(jié)能減排具有積極意義。具體應(yīng)用：1、脈沖寬度調(diào)制軟件法控制充電電流其基本思想就是利用單片機(jī)具有的PWM端口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過(guò)軟件的方法調(diào)整單片機(jī)的PWM控制寄存器來(lái)調(diào)整PWM的占空比，從而控制充電電流。本方法所要求的單片機(jī)必須具有HYPERLINK"/info/1733.html"ADC端口和PWM端口這兩個(gè)必須條件，另外ADC的位數(shù)盡量高，單片機(jī)的工作速度盡量快。在調(diào)整充電電流前，單片機(jī)先快速讀取充電電流的大小，然后把設(shè)定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)行比較，若實(shí)際電流偏小則向增加充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比；若實(shí)際電流偏大則向減小充電電流的方向調(diào)整PWM的占空比。在軟件PWM的調(diào)整過(guò)程中要注意ADC的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數(shù)字濾波技術(shù)。2、脈沖寬度調(diào)制在推力調(diào)制中的應(yīng)用1962年，Nicklas等提出了脈沖調(diào)制理論，指出利用噴氣脈沖對(duì)航天器控制是簡(jiǎn)單有效的控制方案，同時(shí)能使時(shí)間或能量達(dá)到最優(yōu)控制。脈寬調(diào)制發(fā)動(dòng)機(jī)控制方式是在每一個(gè)脈動(dòng)周期內(nèi)，通過(guò)改變閥門在開或關(guān)位置上停留的時(shí)間來(lái)改變流經(jīng)閥門的氣體流量，從而改變總的推力效果，對(duì)于質(zhì)量流率不變的系統(tǒng)，可以通過(guò)脈寬調(diào)制技術(shù)來(lái)獲得變推力的效果。第二章總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)思路51系列單片機(jī)無(wú)PWM的輸出功能，通過(guò)一定的硬件電路，采用定時(shí)器配合軟件的方法輸出PWM方波，具體的設(shè)計(jì)思路：1硬件部分過(guò)電位器改變PWM的占空比，利用電位器將0到5V的模擬信號(hào)輸入到ADC0832芯片，經(jīng)過(guò)A\D轉(zhuǎn)換為00H到FFH的數(shù)字量，再輸入到單片機(jī)，然后將PC機(jī)上的程序經(jīng)過(guò)RS232串口芯片下載到STC89C52單片機(jī)上，編程運(yùn)行后，再輸出相應(yīng)的信號(hào)，輸出占空比實(shí)現(xiàn)四位LED數(shù)碼顯示，輸出報(bào)警信號(hào)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器報(bào)警，輸出方波信號(hào)實(shí)現(xiàn)LED燈的漸變功能。然后，要熟練掌握protel99SE開發(fā)軟件，根據(jù)硬件電路的功能要求，畫出合理的電路原理圖，分配好相應(yīng)的管腳，并生成相應(yīng)的PCB圖。2軟件部分在STC89C52內(nèi)實(shí)現(xiàn)PWM的基本過(guò)程：首先選定脈沖的頻率T，然后根據(jù)控制信號(hào)的變化范圍，這里是1～5V，則可以求出t時(shí)刻通過(guò)控制信號(hào)V(t)的對(duì)應(yīng)脈沖的正、負(fù)脈沖持續(xù)時(shí)間。這兩個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度在單片機(jī)里是通過(guò)給定時(shí)器賦相應(yīng)的初值而得，即定時(shí)器獲得這樣的定時(shí)初值后就在機(jī)器周期的同步下，從這個(gè)初值加1計(jì)數(shù)，定時(shí)器滿時(shí)則產(chǎn)生相應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)度的溢出中斷，再利用這個(gè)中斷所響應(yīng)的服務(wù)程序去控制單片機(jī)某一引腳相應(yīng)的正、負(fù)電平極性的持續(xù)時(shí)間。如果上述過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，就可在這個(gè)引腳獲得寬度隨控制信號(hào)V(t)大小變化的PWM方波信號(hào)。其次，利用keiluVision2編程軟件，進(jìn)行相應(yīng)程序的編輯，主要實(shí)現(xiàn)五個(gè)程序的設(shè)計(jì)，主程序，LED數(shù)碼顯示程序，蜂鳴器報(bào)警程序，PWM控制程序，A\D轉(zhuǎn)換程序。3、系統(tǒng)方框圖：由STC89C52單片機(jī)、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、RS232轉(zhuǎn)換電路、ADC0832轉(zhuǎn)換電路、PWM輸出電路、蜂鳴器和LED顯示電路構(gòu)成。圖2.1系統(tǒng)框圖第三章硬件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)，有了清晰地設(shè)計(jì)思路和確定了總體的設(shè)計(jì)方案后，還必須對(duì)相應(yīng)的電路元器件的工作原理十分熟悉，例如電路中用到的一些主要的芯片，選擇了合適的硬件，這樣才能設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的硬件系統(tǒng)，同時(shí)更好的實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。下面對(duì)主要的芯片及其輔助電路進(jìn)行分析。3.1STC89C52單片機(jī)及控制電路3.1.1STC89C52單片機(jī)簡(jiǎn)介單片機(jī)是智能化設(shè)計(jì)的核心部件，本次設(shè)計(jì)選用是STC89C52單片機(jī)，STC89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes的反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)與標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。主要性能參數(shù)如表一所示：表一STC89C52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系統(tǒng)8K可反復(fù)擦寫FlashROM32個(gè)雙向I/O口256x8bit內(nèi)部RAM3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷時(shí)鐘頻率0-24MHz2個(gè)串行中斷可編程UART串行通道2個(gè)外部中斷源共6個(gè)中斷源2個(gè)讀寫中斷口線3級(jí)加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能3、STC89C52單片機(jī)芯片引腳介紹，STC89C52的引腳圖如圖3.1所示。STC89C52芯片共40引腳:①主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接＋5V電源GND(Pin20)：接地線②外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端③控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。④可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。PO口（Pin39～Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0～P0.7P1口（Pin1～Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0～P1.7P2口（Pin21～Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0～P2.7P3口（Pin10～Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0～P3.7圖3.1STC89C52的引腳圖3.1.2單片機(jī)時(shí)鐘和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的時(shí)鐘電路分析單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。STC89C52的時(shí)鐘可以有兩種方式，一種是內(nèi)部方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路；另外一種為外部方式。本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際需要和簡(jiǎn)便，采用內(nèi)部振蕩方式。89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外的片外晶體與陶瓷諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。STC89C52雖然有內(nèi)部震蕩電路，但要形成時(shí)鐘，必須外接元件所以實(shí)際構(gòu)成的震蕩時(shí)鐘電路。外界晶體以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路接在放大器的反饋回路中。對(duì)接電容的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的高低，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。晶體頻率可在1.2MHZ～12MHZ之間任選，電容C1和C2的典型值在20PF~100PF之間選擇，考慮到本系統(tǒng)對(duì)于外接晶體的頻率穩(wěn)定性要求不高，采用頻率為11.0592MHz，微調(diào)電容C1和C2為30pF的內(nèi)部時(shí)鐘方式，電容為瓷片電容，判斷單片機(jī)芯片及時(shí)鐘系統(tǒng)是否正常工作有一個(gè)簡(jiǎn)單的方法，就是用萬(wàn)用表測(cè)量單片機(jī)晶振引腳（18，19腳）的對(duì)地電壓，以正常工作的單片機(jī)用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量為例：18腳對(duì)地電壓約為2.24V,19腳對(duì)地電壓約為2.09V。設(shè)計(jì)電路圖如圖3.2所示。圖3.2時(shí)鐘電路圖二、單片機(jī)復(fù)位電路分析STC89C52的復(fù)位輸入引腳RST為單片機(jī)提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行,在STC89C52的時(shí)鐘電路工作后，只要RST引腳上出現(xiàn)超過(guò)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位操作。只要RST保持高電平，則單片機(jī)循環(huán)復(fù)位。只有當(dāng)RST有高電平變?yōu)榈碗娖揭院?，單片機(jī)才把PC初始化0000H，使單片機(jī)從0000H單片開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路如圖3.3所示，其主要作用是除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作失誤是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。單片機(jī)的復(fù)位電路在剛接通電時(shí)，剛開始電容是沒(méi)有電的，電容內(nèi)的電阻很低，通電后，5V的電通過(guò)電阻給電解電容進(jìn)行充電，電容兩端的電會(huì)由0V慢慢的升到4V左右，正因?yàn)檫@樣，復(fù)位腳的電由低電位升到高電位，引起了內(nèi)部電路的復(fù)位工作，，這是單片機(jī)的上電復(fù)位，也叫初始化復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，電容兩端放電，電容又回到了0V，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作，這是手動(dòng)復(fù)位原理。圖3.3復(fù)位電路圖3.2基于單片機(jī)PWM輸出控制系統(tǒng)的硬件電路的分析與設(shè)計(jì)3.2.1電源電路的分析與設(shè)計(jì)單片機(jī)工作時(shí)需要的+5V電壓，本設(shè)計(jì)采用普通的電源接口，通過(guò)5V的電源適配器供電，電源電路圖如圖3.4所示。電源部分還連接開關(guān)和發(fā)光二極管，用于判斷電源是否正常工作。需要注意的是，圖中的二極管是其保護(hù)作用的，防止電壓發(fā)生突變，進(jìn)而損壞單片機(jī)及其他元器件。圖3.4電源電路3.2.2MAX232芯片與RS232接口電路一、MAX232芯片簡(jiǎn)介MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。由于電腦串口rs232電平是-15、+15v，而且邏輯電平誒負(fù)邏輯；而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是ttl電平0、+5v,邏輯電平為正邏輯。max232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的,該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。1、引腳介紹：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。MX232雙串口的引腳圖如圖3.5所示。圖3.5MX232雙串口的引腳圖該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-VTTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。2、主要特點(diǎn)

1、單5V電源工作2、LinBiCMOSTM工藝技術(shù)3、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器4、±30V輸入電平5、低電源電流：典型值是8mA6、符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.287、ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V二、RS232接口電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要單片機(jī)與PC機(jī)進(jìn)行通訊，將程序下載到單片機(jī)上，所以我們用到RS232異步串口通行接口，RS232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS-232電平的轉(zhuǎn)換，它的的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來(lái)連接單片機(jī)的，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的異步通信。本設(shè)計(jì)我們采用了4個(gè)0.1uF的電容，用到MAX232芯片的13、14引腳，通過(guò)9針的接口，與PC機(jī)連接；芯片的11、12引腳與單片機(jī)的TXD，RXD相連。RS232接口電路圖如圖3.6所示。\t"_blank"

圖3.6RS232與單片機(jī)連接的電路圖3.2.3ADC0832與A/D轉(zhuǎn)換電路一、ADC832的資料簡(jiǎn)介ADC0832是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832可是使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。ADC0832具有以下特點(diǎn)如表二所示：表二ADC0832具有以下特點(diǎn)8位分辨率雙通道A/D轉(zhuǎn)換輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容5V電源供電時(shí)輸入電壓在0~5V之間工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS一般功耗僅為15mW8P、14P—DIP（雙列直插)、PICC多種封裝商用級(jí)芯片溫寬為0°Cto+70°C，工業(yè)級(jí)芯片溫寬為?40°Cto+85°C2、ADC0832芯片引腳介紹：ADC0832芯片引腳名稱及功能如表三所示，引腳圖如圖3.7所示。表三ADC0832芯片引腳及功能引腳名稱引腳功能CS_（pin1）片選使能，低電平芯片使能CH0(pin2)模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用CH1(pin3)模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用GND(pin4)芯片參考0電位（地）DI(pin5)數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制DO(pin6)數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出CLK(pin7)芯片時(shí)鐘輸入Vcc/REF（pin8）電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）圖3.7ADC0832引腳圖二、A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)1、單片機(jī)對(duì)ADC0832的控制原理：正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下沉之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)脈沖的下沉之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下沉開始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下沉輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。作為單通道模擬信號(hào)輸入時(shí)ADC0832的輸入電壓是0~5V且8位分辨率時(shí)的電壓精度為19.53mV。如果作為由IN+與IN-輸入的輸入時(shí)，可是將電壓值設(shè)定在某一個(gè)較大范圍之內(nèi)，從而提高轉(zhuǎn)換的寬度。但值得注意的是，在進(jìn)行IN+與IN-的輸入時(shí)，如果IN-的電壓大于IN+的電壓則轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)結(jié)果始終為00H。ADC0832與單片機(jī)連接電路的設(shè)計(jì)連接電路圖如圖3.8所示，本設(shè)計(jì)利用電位器控制PWM方波的占空比，電位器的輸出端與ADC0832的CH0連接，輸入模擬信號(hào)；ADC0832的CS_與單片機(jī)的P20相連，啟動(dòng)信號(hào)；CLK與單片機(jī)的P36相連，輸出脈沖信號(hào)；DO與P37相連，單片機(jī)將數(shù)據(jù)讀入。圖3.8ADC0832與單片機(jī)連接電路3.2.4LED顯示電路一、74LS164芯片簡(jiǎn)介8位移位寄存器（串行輸入，并行輸出)，當(dāng)清除端（CLEAR）為低電平時(shí)，輸出端（Q0－Q7）均為低電平。串行數(shù)據(jù)輸入端（A，B）可控制數(shù)據(jù)。當(dāng)A、B任意一個(gè)為低電平，則禁止新數(shù)據(jù)輸入，在時(shí)鐘端（CLOCK）脈沖上升沿作用下Q0為低電平。當(dāng)A、B有一個(gè)為高電平，則另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)，并在CLOCK上升沿作用下決定Q0的狀態(tài)，如圖真值表。引出端符號(hào)：74LS164封裝圖如圖3.9所示。CLOCK——時(shí)鐘輸入端CLEAR——同步清除輸入端（低電平有效）A，B——串行數(shù)據(jù)輸入端Q0－Q7——輸出端圖3.974LS164封裝圖在真值表中，H－高電平,L－低電平,X－任意電平,↑－低到高電平跳變,Q0n+1、Q1n+1、Q7n+1－規(guī)定的穩(wěn)態(tài)條件建立前的電平,Q0n、Q6n－時(shí)鐘最近的↑前的電平。真值表inputsoutputsclearclockABQ0n+1Q1n+1...Q7n+1LHHHHXL XXXX

HHLXXLLL...LQ0nQ1n...Q7n1Q0n...Q6n0Q0n...Q6n0Q0n...Q6n三、顯示電路的設(shè)計(jì)

單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED顯示有很多方法,按顯示方式可以分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控LED，直到下一次顯示時(shí)再傳送一次新的數(shù)據(jù)。只要當(dāng)前顯示的數(shù)據(jù)沒(méi)有變化，就無(wú)須理睬數(shù)碼顯示管。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時(shí)間少。靜態(tài)顯示中，每一個(gè)顯示器都要占用單獨(dú)具有瑣存功能的I/O口，該接口用于筆畫段字型代碼。這樣單片機(jī)只要把顯示的字型數(shù)據(jù)代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示要發(fā)送的字型。要顯示新的數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)再發(fā)送新的字型碼。另一種方法是動(dòng)態(tài)掃描顯示。動(dòng)態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示器的8個(gè)筆畫字段（a~g和dp）同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極COM各自獨(dú)立接受I/O線控制。CPU向字段輸出端口輸出字型碼時(shí)，所有顯示器接受相同的字型碼，但究竟使那一位則由I/O線決定。動(dòng)態(tài)掃描用分時(shí)的方法輪流控制每個(gè)顯示器的COM端，使每個(gè)顯示器輪流電亮。在輪流點(diǎn)亮過(guò)程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間極為短暫，但由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。本次設(shè)計(jì)用的是八段式LED的共陰極進(jìn)行靜態(tài)顯示，并利用74LS164將單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)串入并出，顯示到LED數(shù)碼管上，顯示電路如圖3.11所示。圖3.11顯示電路另外，該系統(tǒng)用8個(gè)發(fā)光二極管作信號(hào)燈，來(lái)接受PWM方波信號(hào)，分別與單片機(jī)的P0~P7相連，所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極都通過(guò)一個(gè)1K電阻接到5V電源，電路連接圖如圖3.11所示。圖3.12發(fā)光二極管電路連接圖第四章軟件設(shè)計(jì)4.1程序流程圖及程序設(shè)計(jì)4.1.1主程序設(shè)計(jì)主程序流程圖設(shè)計(jì)：如圖4.1所示圖4.1主程序流程圖4.1.2A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖：如圖4.2所示圖4.2A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.1.3PWM控制程序設(shè)計(jì)PWM控制程序流程圖：如圖4.3所示圖4.3PWM控制程序流程圖第五章總結(jié)五周的智能儀器課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，這次的設(shè)計(jì)內(nèi)容是基于單片機(jī)的PWM輸出控制，通過(guò)一定的硬件電路，采用定時(shí)器配合軟件的方法輸出PWM方波，然后去控制LED燈的漸變，同時(shí)將PWM方波的占空比利用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)。從起初的設(shè)計(jì)思路到后來(lái)設(shè)計(jì)的完成，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程讓我學(xué)會(huì)了很多東西。在硬件電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，查閱了很多資料，讓我進(jìn)一步了解各芯片的工作原理和用途；掌握了各硬件之間的通訊方法，例如：RS232芯片的工作原理及與STC89C52單片機(jī)的連接；AD轉(zhuǎn)換芯片ADC0832的轉(zhuǎn)換原理；單片機(jī)如何驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管等；繪制硬件原理圖，讓我對(duì)protel99se軟件的有了一定的認(rèn)識(shí)，并力求熟練地掌握和應(yīng)用；通過(guò)編輯軟件程序，不僅熟練運(yùn)用和操作keiluvision編程軟件，而且使我對(duì)編程語(yǔ)言的運(yùn)用有了更深的認(rèn)識(shí)。在調(diào)試過(guò)程，提高了我們的動(dòng)手能力，同時(shí)讓我對(duì)程序設(shè)計(jì)產(chǎn)生了濃厚的興趣。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到很多的問(wèn)題，對(duì)硬件不夠熟悉，對(duì)較長(zhǎng)程序的編譯和分析不是很清楚，總是出現(xiàn)很多錯(cuò)誤。這要我更加認(rèn)識(shí)到自己的不足，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，也補(bǔ)充了這方面的知識(shí)。最后，感謝老師的辛勤指導(dǎo)，幫助我們順利地完成了這次的課程設(shè)計(jì)，我的實(shí)際動(dòng)手能力也得到了大大的鍛煉，讓我解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到了大大的提高,并對(duì)本專業(yè)的課程充滿了濃厚的興趣，及對(duì)以后的學(xué)習(xí)充滿了信心。參考文獻(xiàn)[1]鄭毛祥.利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換的原理和方法[J].武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2005,(05).

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附錄A：基于單片機(jī)的PWM輸出控制的硬件原理圖附錄B：基于單片機(jī)的PWM輸出控制的源程序#include<reg52.h>#include<stdio.h>#include<math.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuinttime=0;uintData;//用來(lái)調(diào)節(jié)PWM的占空比，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)的sbitPWMOUT0=P0^0;//控制LED燈sbitPWMOUT1=P0^1;sbitPWMOUT2=P0^2;sbitPWMOUT3=P0^3;sbitDAT=P1^0;//LED數(shù)碼管的顯示數(shù)據(jù)：DATAsbitCLK=P1^1;//CKucharcodetab[]={0xfc,0x60,0xda,0xf2,0x66,0xb6,0xbe,0xe0,0xfe,0xf6};//存儲(chǔ)地址sbitBEEL=P1^7;//控制蜂鳴器sbitP0_4=P0^4;//報(bào)警指示燈sbitclk_adc0832=P3^6;//ADC0832時(shí)鐘sbitcs_adc0832=P2^0;//ADC0832片選sbitdi_adc0832=P3^7;//ADC0832輸入sbitdo_adc0832=P3^7;//ADC0832輸出//**************************************************************///**功能：AD轉(zhuǎn)換程序//**************************************************************/uchargetvalue0832(bitchannel){uchari,dat1=0,dat2=0;clk_adc0832=0;//ADC0832沒(méi)轉(zhuǎn)換之前：cs=0,di\do電平任意di_adc0832=1;//第一個(gè)脈沖下沉之前di=1，啟始信號(hào)cs_adc0832=0;clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;//第一個(gè)脈沖下沉后：di輸出兩位數(shù)據(jù)進(jìn)行通道選擇，如00、01、10、11di_adc0832=1;//第二個(gè)脈沖下沉之前：di=1，確定通道極性clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;//第二個(gè)脈沖下沉后di_adc0832=channel;//第三個(gè)脈沖下沉之前：di=channel，確定通道clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;//第三個(gè)脈沖下沉后di_adc0832=1;//釋放總線，此時(shí)讀取do狀態(tài)，又do與di相連。for(i=0;i<8;i++)//第四個(gè)脈沖下沉到第11個(gè)脈沖下沉：do輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，data7到data0{clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;if(do_adc0832)dat1|=0x80>>i;}for(i=0;i<8;i++)//第12個(gè)脈沖下沉到第19個(gè)脈沖下沉：do輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，data0到data7{if(do_adc0832)dat2|=0x01<<i;clk_adc0832=1;_nop_();clk_adc0832=0;}cs_adc0832=1;//cs=1禁止芯片di_adc0832=1;//釋放總線，禁止數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)入起始位子clk_adc0832=1;if(dat1==dat2)//驗(yàn)證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否正確returndat1;}//**************************************************************///**功能：50MS延時(shí)程序//**************************************************************/voiddelay_50m