基于单片机的多路pwm输出系统的设计

基于单片机的多路pwm输出系统的设计内容摘要：

12346578RST(VPD)9(RXD)10(TXD)11(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(WR)16(RD)17XTAL218XTAL119GND20VCC403938373635343332EA/VDD31ALE/PROG30PSEN292827262524232221U1STC89C52GND1VCC2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD15V5V10KR1Res Tap5VRSRWENRSRWBuzzer5V12Y112MC222pC322pR1110kC110uF5VS1SWPBDB0DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB1123456781615141312111091KR2Res Pack35VDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DwonSETUpYESENPWM1PWM2PWM3PWM4PWM5PWM6 第三章 系统硬件设计 7 10K。 本设计中每个按键一端接地，另一端通过一个上拉电阻接到 VCC 上。 图 按键设定电路 按键设定电路使得系统更加的人性化，通过分析本设计的需求，通过 4个按键即能完成本设计的设置需求。 首先把按键输入单片机端口设置为输入模式，只需要读取单片机 I/O 口，就可以获得按键输入到单片机的电平。 由于系统供电 VCC 为 5V，当按键未按下时，单片机的输入端通过上拉电阻接到 VCC，单片机输入端口的内阻极大，所以，单片机输入信号接近VCC 电源电压，恒为高电平。 当有按键按下时单片机的输入端迅速和地短接 ，输入电平迅速拉低为低电平。 单片机通过实时扫描键盘的电平即能判断出是否有按键按下。 通过读出按键的电平信号而执行相应的程序完成人机交互的目的。 LCD1602 显示电路 图 LCD1602 液晶 如图 所示为 LCD1602 液晶，此液晶属于工业字符型液晶，能够同时显示 32 个字符。 （ 16 列 2 行） 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的 点阵 型液晶 模块。 它由若干个 5 7 或者 5 11 等 点阵 字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能5VR310kGNDS3SWPBR410kS2SWPBR510kS5SWPBR610kS4SWPBSETUpDwonYES安康学院本科生毕业论文（设计） 8 很好地显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好） [3]。 1602 是指显示的内容为 16 2,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字）。 目前市面上字符液晶绝大多数是基于 HD44780 液晶芯片的，控制 原理是完全相同的，因此基于 HD44780 写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 第 1 脚： VSS 为 电源地 第 2 脚： VCC 接 5V电源正极 第 3 脚： V0 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（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度）。 第 4 脚： RS 为 寄存器 选择，高电平 1 时选择 数据寄存器 、低电平 0 时选择 指令寄存器。 第 5 脚： RW 为读写信号线，高电平 (1)时进行读操作，低电平 (0)时进行写操作。 第 6 脚： E(或 EN)端为使能 (enable)端。 第 7～ 14 脚： D0～ D7 为 8 位双向数据端。 第 15～ 16 脚： 空脚 或背灯电源。 15 脚背光正极， 16 脚背光负极。 如图 所示为 LCD1602 液晶显示电路，因控制器单元 STC89C52 的P0端口带载比较差，需要外接上拉电阻。 其中，电位器 R1用来调节 LCD1602的背光亮度，输入到 LCD1602 的 V0 端电压越大， LCD1602 的背光越亮。 图 LCD1602 液晶显示电路 本设计中液晶主要用于显示系统设置信息和各路 PWM占空比等信号。 GND1VCC2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD1GNDVCC10KR1Res TapGNDVCCGNDRSRWEN 第三章 系统硬件设计 9 由于 液晶显示以及程序设计灵活，可以省去数码管显示的繁琐操作 [4]。 同时液晶显示更加人性化，且现在液晶成本低廉，在本设计中是一个很好的选择。 图中单片机的 P0 口作为液晶显示的数据端口。 由于 51 单片机设计者为了满足多电平的兼容性。 在设计时 P0 口作输出时，设计为集电极开路输出，因此本设计作为液晶的数据端口， P0 口输出增加上拉电 R2 将 P0 口输出上拉至 VCC。 以保证单片机输出 1 时，液晶数据口接收到的信号为高电平。 电源电路设计 本设计中电源部分采用线性电源，所接电源为 220V交流市电。 通过工频变压器将电压降压到 9V后 ，整流滤波为直流电，然后再经过 5V的三端稳压器将电压稳定为 5V的直流电压输出整个系统供电。 电源电路如图 所示。 图 系统电源电路 LED 驱动电路设计 由于 LED 是特性敏感的半导体 元件 ， 同时 有负温度特性， 所以 在应用的 过程对其需要进行工作状态稳定和保护。 对于 LED 来说，其 对驱动 电路的要求 十分的 苛刻， LED 不像普通的白炽灯泡，可以直接连接交流市电220V。 LED 必须是 2～ 3V的低电压驱动， 同时 要设计 出 复杂变换电路，用途不同的 LED 灯， 需 配备不同 电压等级 的电源适配器。 当前 市场上国外客户对 LED 驱 动电源的电源寿命、效率转换、恒流精度、有效功率、电磁兼容 等 要求都非常高，设计一款好的 驱动电路 必须要考虑这些综合因数。 本设计中 LED 驱动电路如图 所示。 为了观察方便，本设计中选用的 LED为普通白光 LED。 该 LED 的额定驱动电流为 20mA，当电流大于 20mA 后LED 就会迅速发热从而损坏。 为了保护 LED 的正常工作，本设计在 LED驱动电路中增加了一个 330 的电阻限流。 由于单片机端口输出驱动能力Q4PNPVCCR16330D6LED1GNDQ3PNPVCCR21330D5LED1GNDQ2PNPVCCR20330D4LED1GNDPWM1PWM2PWM3R251kR261kR271kQ5PNPVCCR15330D7LED1GNDQ7PNPVCCR17330D9LED1GNDQ6PNPVCCR18330D8LED1GNDPWM4PWM5PWM6R281kR291kR301k安康学院本科生毕业论文（设计） 10 有限，所以 LED 不能直接加载到控制器输出端口，必须在 LED 和控制器之间增加 一级缓冲。 在此采用 PNP 三极管作为驱动缓冲放大器，三级管的基极通过限流 1k 限流电阻与控制器 I/O 相连接。 当控制器输出低电平时，PNP 三级管导通， LED 通过限流电阻从 VCC 获取电流点亮。 本设计中 VCC采用 5VDC 电压。 图 LED 驱动电路 单片机介绍 单片机俗称片上控制系统，属于微型计算机，是计算机一个重要的分支，同时，它也是当前最具生命力的一类机。 片上微型计算机简称单片机又名微处理器，它适用于控制领域，故又被称作为微控制器。 通常，单片机是由单块集成电路芯片构成，内部除了集成有计算机的基本功能 单元：中央处理器、存储器和 I/O 接口电路等以外。 它还集成有定时器，外部比较器，数模，模数转换器等外设单元 [5]。 因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机的片上控制系统。 STC89C52 是 51 系列单片机的典型产品，在单片机内部包含了程序存储器 (ROM)， CPU，数据随机存储器 (RAM)、定时器 /计数器，并行、串行接口和中断服务系统等几大单元及地址总线、数据总线、和控制总线三大总线系统。 整个单片机的核心部件是中央处理器 (CPU)单元，该处理器属于8 位数据宽度的处理器，能并行处理 8 位二 进制数据或代码，控制器中，CPU 负责控制和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。 片内包含两个 16 位的可编程定时 /计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 片上共有 4 组 8 位 I/O 口 (P0、 P P2 或P3)，用于对外部数据的传输。 具备较完善的中断功能，有两个外中断、两12P8220V 交流市电Vin VoutGNDVR1Volt RegC6470uFC410uFC5GND5VAC2V+1AC4V3D4Bridge2T1Trans CuplS6SWDPSTC7 第三章 系统硬件设计 11 个定时 /计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有 2 级的优先级别选择。 STC89C52 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS8位微处理器，俗称单片机。 此芯片采用 STC 公司高密度非易失存储器技术制造，属于工业标准的 MCS51 精简指令指令系统同时其端口互相兼容。 STC 的 STC89C52 属于业界的一种高效率的微控制器，它为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活和高性价比的设计方案。 如图 所示是常用的一种单片机，型号为 STC89C52，它将计算机的功能都集成到这个芯片内部去了，就这么一个小小的芯片就能构成一台小型的电脑，因此叫做单片机。 它有 40 个管脚，分成两排，每一排各 有 20 个脚，其中左下角标有箭头的为第 1 脚，然后按逆时针方向依次为第 2 脚、第 3 脚„„第 40 脚。 在 40个管脚中，其中有 32 个脚可用于各种控制，比如控制小灯的亮与灭、控制电机的正转与反转、控制电梯的升与降等，这 32 个脚叫做单片机的“端口”，在单片机技术中，每个端口都有一个特定的名字，比如第一脚的那个端口叫做“ ”。 图 STC89C52 管脚分布 ① VCC：供电电压 ② GND：接地。 ③ P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O口，每 pin可吸收来至 8TTL门的灌电流。 P0 口的管脚在写 1 时，由于漏极 的开路结构使其被定义为高阻输入。 P0 可被用于外部程序数据存储器端口，它可以被定义为地址 /数据安康学院本科生毕业论文（设计） 12 的第 8bit。 对 FIASH 编程时， P0 作为原码输入口，对 FIASH 采取校验时，P0 输出原码，此时 P0 必须在外部通过外加上拉电阻被拉高。 ④ P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 ⑤ P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口 缓冲器可接收，输出 4 个 TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的 管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2 口当用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址。