1、基于單片機的太陽能電池控制器的設計俊（陜理工電氣工程系電氣工程與其自動化專業07級2班， 723001）指導教師：康金輝摘要目前在全世界圍，由于能源的不可再生和人類的過度開采，全球化的能源危機已經初現端倪，為此世界各國競相發展綠色能源，太陽能憑借其獨特的優點，受到了一致的青睞，在太陽能的各種應用中，光伏發電應用倍受關注。光伏發電系統主要有兩種：分布式發電系統和獨立式發電系統，然而現在光伏發電應用的主流為獨立式發電系統，在獨立式發電系統中主要由四部分：太陽能電池板，控制器，,和直流負載。其中控制器為整個發電系統的核心，由于獨立式發電系統中蓄電池的充電放電比較頻繁故所以控制器要對蓄電池的充電放電進

2、行管理，從而延長蓄電池壽命，減少系統的故障率，提高系統穩定性大大減少發電運營成本。本次畢業設計就將對獨立式光伏發電中所要使用到的基于單片機的太陽能蓄電池的控制器進行探討和研究。關鍵詞太陽能；單片機；控制器Abstract: At present,while most countries all over the world are developing green and renewable energy，solar energy is accepted commonly because of its unusual advantagesPhotovoltaic(PV)systems are

3、paid more attention to among its various applicationsPV systems are mainly two: stand-alone distributed power systems and power generation systems, but stand-alone systems has been a trend in nowdays. Stand-alone distributed power systems has four mainly parts: the Solar panels, the controller, the

4、battery and the DC load, while in the four parts, the controller is the most important one. The controller has to decide how and when to charge or discharge because of the high working frequency of the system，So the controller can extended the battery life，decrease the failure rate，make the system s

5、teady and reduce the costs of system. This gradual design aimed at the study of the controller used in the stand-alone systems based on microcontroller.Keywords: solar energy; microcontroller; controlle目錄1序言12總體設計32.1硬件總體設計42.2程序總體設計43硬件設計93.1電壓采集電路93.1.1電壓采樣電路93.1.2ADC0809模數轉換芯片93.1.3 74LS373鎖存器113

6、.2單片機與其外圍電路123.2.1單片機功能引腳介紹123.2.2單片機外圍電路133.3充放電電路143.3.1MOSFET143.3.2光耦合器件153.3.3PWM控制技術介紹163.4硬件設計軟件184軟件設計194.1中斷系統194.1.1中斷系統結構194.1.2中斷響應224.1.3中斷響應過程224.1.4中斷請求的撤銷234.2各設計模塊244.2.1程序初始化模塊244.2.2定時器中斷模塊244.2.3A/D轉換模塊254.2.4PWM脈沖寬度控制模塊254.2.5方案的選擇控制模塊264.2.6單片機停止工作的按鍵輸入模塊264.2.7 軟件總體設計265系統調試31

7、5.1硬件電路調試315.2程序調試326其它器件介紹336.1太陽能電池336.2蓄電池336.2.1蓄電池分類336.2.2蓄電池容量336.2.3蓄電池能量效率356.2.4蓄電池循環壽命35參考文獻.36致.3835 / 401序言隨著經濟的發展、社會的進步，人們對能源提出越來越高的要求，近年來能源供需矛盾突出，尋找新能源成為當前人類面臨的迫切課題。太沒有地域的限制無論陸地或海洋，無論高山或島嶼，都處處皆有，可直接開發和利用，且勿須開采和運輸。它同以往其他電源發電原理完全不同，具有以下特點：1.無枯竭危險；2.干凈無公害；3.不受資源分布地域的限制；4.可在用電處就近發電；5.能源質量

8、高；6.獲取能源花費的時間短。正是由于以上特點，美國在經歷上世紀80年代能源危機后，就一直致力于開發太陽能發電技術，到現在為止該項技術在美國，德國，瑞士和日本等國的技術發展和推動下，已變得極為成熟。光伏發電系統主要可分為兩種，一種是分布式發電系統，另一種是獨立式發電系統，分布式發電系統主要應用于與電力網絡并網發電的規模較大光伏發電系統中；獨立式發電系統則主要應用于一些小型的負荷，比如城市路燈照明系統中，或者在一些偏遠野外地區短期作業時使用。目前應用最為廣泛的是獨立式光伏發電系統，其應用方便，成本低廉，可操作性強，正在越來越多的被人們廣泛使用。獨立式光伏發電系統主要有4部分組:太陽能電池板，控制

9、器，蓄電池和直流負載。太陽能電池板和蓄電池的技術發展相對來說比較成熟，而對于控制器由于所適用的場合有所不同，其對性能的要求也就各不一樣，就一般太陽能電池板蓄電池對于控制器的要求主要側重于對蓄電池充放電的管理，以與對夜間和白晝的充放電選擇，這樣才能更加合理的利用太陽能，使光伏發電系統的效率最大化，另一方面通過單片機對蓄電池的過充電和過放電的管理，可以延長蓄電池的壽命，從而進一步提升系統的性價比，因此對于設計出這樣一種智能控制器就顯得很必要了。本次設計中將以ATMEL系列中的AT89S51單片機為控制中心，軟硬件的結合，利用分壓電路對蓄電池，太陽能電池的電壓、電流進行采樣。再經過A/D轉換采樣數據

10、輸入到單片機中進行處理。單片機輸出經光耦驅動MOSFET管來控制外接電路開啟關閉。該系統可以實現控制蓄電池的最優充放電，當蓄電池電壓在14.4V+0.5時，太陽能電池停止對蓄電池充電，當蓄電池電壓在10.9V+0.5時，蓄電池停止對負載放電；負載電流檢測電路可進行過流保護與負載功率檢測.。對于本次設計的關鍵核心在于，如何對硬件電路進行設計，和單片機程序如何設計。現行的硬件電路設計和單片機匯編語言設計的主要工具為proteus和keil uVision2，proteus對數字電路的設計有著優越的性能，它有著龐大的元件庫，而且元件庫中擁有大量的微處理器芯片，另一方面，keil對匯編語言進行編譯成功

11、后可產生能與proteus進行聯機調試的“HEX”文件。故在本次設計中采用proteus和keil這兩款軟件分別對軟硬件進行設計和仿真。在接下來的各個章節中，我們就將對獨立式光伏發電系統中的控制器部分，通過proteus和keil對其進行軟硬件的設計，并對其進行仿真。太陽能電池板直流負載控制裝置蓄電池圖1.1 太陽能電池板給直流系統供電的系統結構框圖太陽能電池蓄電池充電控制光耦電路A/D轉換分壓電路采集電壓分壓電路采集電壓A/D轉換光耦電路放電控制51單片機圖1.2 本次設計中所采用的系統結構框圖2總體設計系統設計的流程圖如下開 始初始化變量電壓采集Vbat14.5V停止充電YVbat12VN

12、浮充YVbat10.8VN快充Y停止放電N是否按鍵輸入NY結束圖2.1 系統設計的流程圖由流程圖可知，對于 整個充放電過程主要分為以下4個階段： Vbat10.8V時，電池停止放電，而且當有結束按鍵輸入時要結束整個程序，當無啊、結束按鍵輸入時，程序轉而對蓄電池進行快充10.8V Vbat12V時，對電池進行快速充電 12VVbat14.5時，對電池進行浮充 Vbat=14.5V時，對電池停止充電執行以上各階段程序后，程序要繼續進入電壓檢測階段，進而根據充電情況對充放電方案重新進行選擇。由流程圖可以看出沒有對充放電進行專門的設置，而是通過單片機比較經過A/D轉換過的采樣電壓的大小來對沖電或放電進

13、行管理的，當電壓值大于14.5V時單片機發出信號，使得充放電電路停止充電，當然此時可以放電回路，可以放電，也可以出斷開狀態； 當電壓值小于10.8V時，首先要斷開放電回路，然后再通過一個外置于單片機的手動開關，若此時用戶想要控制器停止工作，則按下按鈕，此時單片機就會進入停止工作狀態，若想讓單片機繼續進行充放電工作狀態，則無需按下按鈕，系統會自動進入快充狀態，之后后繼續進入下一個電壓采集轉換，以與方案選擇的循環中，直至用戶需要停止系統工作按下按鈕。2.1硬件總體設計圖2.1 硬件總體設計圖2.2程序總體設計 ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP EXTERN_INT

14、ORG 000BH LJMP TIMER0_INT START: MOV SP,#050H ;設置堆棧MOV R0,#030H ;設置A/D存儲單元初始地址MOV IE,#0FFH ;打開所有中斷MOV DPTR,#0FEF8H ;采集通道首地址，只使用一路A/D就可以MOV R0,#40H MOV R0,#00H ;清除方案選擇MOV R0,#40HMOV R0,#00H ;清楚方案選擇觸發位MOV R1,#042HMOV R0,#00H ;清除定時計數器LCALL TIMER1_INTLOOP: MOV R0,#30H ;30H是A/D轉換的地址，將數據和幾個值進行比較，確定方案 MOV

15、A,R0 SUBB A,#99H ;當電壓很小的時候，采用第1種方案，想引腳PWM發送占空比為10%的信號 JC PROCESS_01 MOV A,R0 SUBB A,#0AAH JC PROCESS_02 ;很小的時候，采用第2種方案，想引腳PWM發送占空比為20%的信號 MOV A,R0 SUBB A,#0CDH JC PROCESS_03;電壓很小的時候，采用第3種方案，想引腳PWM發送占空比為50%的信號 MOV A,#04H ;當電壓超出的時候，采用第4種方案，向引腳PWM發送占空比為0%的信號 LJMP PROCESS_04 CLEAR_FLAG: MOV R0,#40H ;清除方

16、案選擇位 MOV R0,#00H MOV R0,#41H ;清除觸發位 MOV R0,#00H LJMP LOOPPROCESS_01: MOV R1,#040H; MOV R1,#01H; ;選擇方案1PROCESS_01_NEXT: CLR P2.4 ; ;將和PWM連接的管腳置低，此時停止充電 MOV R1,#01H; MOV R0,#01HPROCESS_01_01: DJNZ R1,PROCESS_01_01 DJNZ R0,PROCESS_01_01 ;空跑16*256*2個周期 CLR P2.4 ;將和PWM連接的管腳置低 MOV R1,#01H MOV R0,#01H PROC

17、ESS_01_02: DJNZ R1,PROCESS_01_02 DJNZ R0,PROCESS_01_02 ;空跑16*256*2*9個周期 MOV R1,#041H ;當方案改變標志位到來的時候，清楚標志并且重新進行判斷 CJNE R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_01_NEXT PROCESS_02: MOV R1,#040H MOV R1,#02H ;選擇方案2 PROCESS_02_NEXT: SETB P2.4 ;將和PWM連接的管腳置高，選擇浮充 MOV R1,#01H MOV R0,#01H PROCESS_02_01: DJNZ R1,PROCE

18、SS_02_01 DJNZ R0,PROCESS_02_01 ;空跑16*256*2個周期 CLR P2.4 ; 將和PWM連接的管腳置低 MOV R1,#01H MOV R0,#01H PROCESS_02_02: DJNZ R1,PROCESS_02_02 DJNZ R0,PROCESS_02_02 ;空跑16*256*2*8個周期 MOV R1,#041H ;當方案改變標志位到來的時候，清除標志并且重新進行判斷 CJNE R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_02_NEXT PROCESS_03: MOV R1,#040H MOV R1,#03H ;選擇方案3

19、PROCESS_03_NEXT: SETB P2.4 ;將和PWM連接的管腳置高，選擇快充 MOV R1,#01H MOV R0,#01H PROCESS_03_01: DJNZ R1,PROCESS_03_01 DJNZ R0,PROCESS_03_01 ;空跑16*256*2*2個周期 CLR P2.4 ;將和PWM連接的管腳置低 MOV R1,#01H MOV R0,#01H PROCESS_03_02: DJNZ R1,PROCESS_03_02 DJNZ R0,PROCESS_03_02 ;空跑16*256*2*7個周期 MOV R1,#041H ;當方案改變標志位到來的時候，清除標

20、志并且重新進行判斷 CJNE R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_03_NEXT PROCESS_04: CLR P2.4 ; 停止放電 CLR P2.1 MOV R1,#040H MOV R1,#04H ;選擇方案4 MOV R1,#041H CJNE R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_04 TIMER1_INT: ANL TMOD,#0FH ;設置定時器T1為方式2 ORL TMOD,#10H MOV TMOD,#21H ;定時器T0工作在方式1 MOV PCON,#080H CLR TR1 ;禁止定時器T1 SETB EA SET

21、B ET1 SETB ET0 SETB PT0 ;定時器T0中斷優于串口中斷 CLR TF1 MOV TL0,#00H MOV TH0,#01FH ;定時器T0中斷發生時間為62.5ms SETB TR0 ;使能定時器T0 CLR TF0 RET; ;- ; 進入定時器中斷，每500ms設置1次標志位 ;- TIMER0_INT: PUSH ACC ;累加器入棧 PUSH PSW ;程序狀態字入棧 MOV PSW,#18H ;切換寄存器區域 CLR TF0 ;清除定時器TF0 CLR TR0 ;禁止定時器T0 MOV TL0,#00H MOV TH0,#01FH ;定時器T0中斷發生時間為6

22、CLR TF0 ;清除溢出中斷位 MOV R1,#042H INC R1 ;增加計數器的值，到8為止，這樣達到500ms CJNE R1,#08H,TIMER0_READY MOV R1,#00H ;清除計數器的值 MOV R1,#041H ;設置標志位，每500ms重新選擇方案 MOV R1,#01H TIMER0_READY: SETB TR0 ;使能定時器T0 POP PSW ;程序狀態字出棧 POP ACC ;累加器出棧 RETI;-; 進入外部中斷，每進入一次讀取ADC的值;- EXTERN_INT: PUSH ACC ;累加器壓棧 PUSH PSW ;程序狀態字壓棧 MOV PSW

23、,#010H ;切換寄存器區域 MOV DPTR,#0FEF8H ;A/D轉換器首地址 MOVX A,DPTR ;讀入A/D的值 MOV R1,#030H ;存儲A/D轉換器的數據的地址 MOV R1,A ;將A/D的值讀入該地址 POP PSW ;程序狀態字出棧 POP ACC ;累加器出棧 RETI END3硬件設計3.1電壓采集電路3.1.1電壓采樣電路如圖2.5所示，電壓采集電路使用兩個串聯的電阻，大小比例為4:1，然后并聯在需要檢測的電壓兩端，從兩個電阻中間采集電壓。由分壓公式得出采集的電壓為VR1R21/5電池充滿電時電壓大概為14.5V，計算出采集到的電壓為2.9VA/D轉換芯片

24、的ADC0809的值為94H圖3.1 電壓采集電路假設蓄電池電壓為U，則根據歐姆定律 R=和串聯電路的分壓特性，可得= .U=U=U通過采樣對蓄電池電壓進行采樣后，模數轉換的芯片輸入端所處理的電壓 圍縮小至03V，大大增強了數模轉換的可行性3.1.2ADC0809模數轉換芯片AT89S51單片機沒有置的A/D轉換模塊，因此采集的電壓需要經A/D轉換才可接入單片機。在本次設計中，我們采用ADC0809對采樣電壓進行數模轉換，ADC0809為八位逐次比較式A/D轉換芯片，具有8路模擬輸入通道和8位數字輸出通道，其工作頻率為640kHz(理論上1kHz)。該芯片采用脈沖啟動方式：只要給其控制端加一個

25、符合要求的脈沖信號即可啟動該芯片進行模數轉換（通常用和地址譯碼的輸出經過一定的邏輯電路進行控制，對于本次設計，只需把符合要求的電平加到啟動控制端即可可是轉換）。ADC0809芯片部邏輯與引腳圖8路模擬開關三態鎖存緩沖器A/D轉換 IN7 . . . . DB7 IN0 .地址鎖存與譯碼. ADDA . ADDB. ADDCDB6 ALE (a) （b）圖3.2 ADC0809芯片的部邏輯結構與引腳圖（a）部邏輯圖 （b）引腳圖ADC0809輸入通道地址選擇表表3.1 ADC0809輸入通道地址選通表ADDC ADDB ADDA選通的通道0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0

26、11 1 01 1 1IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADC0809工作轉換時序 START ALE A.B.C INOE EOCDate D0D7 圖3.3 ADC0809工作時序圖3.1.3 74LS373鎖存器74LS373是一種帶輸出三態門的8D鎖存器，其結構如下圖所示 8D鎖存器 三態門IN1IN8OUT1OUT81D 1Q. . . .8D 8QG圖3.4 74LS373結構示意圖1D8D為8個輸入端1Q8Q為8個輸出端G為數據鎖存控制端：當G為“1”時，鎖存器輸出端同輸入端；當G由“1”變0時，數據輸入鎖存器中。為輸出允許端：當為“0”時，三態門打開；當為“1”時

27、，三態門關閉，輸出呈高阻狀態。在51單片機系統中，常采用74LS373做為地址鎖存器使用，其連接方法如下圖所示。1D 1Q . . . .8D . 8Q74LS373G A7A0P0.7P0.0 ALE 圖3.5 74LS373用作地址鎖存器3.2單片機與其外圍電路3.2.1單片機功能引腳介紹本設計使用51些列單片機，51系列單片機是8051系列的簡稱，是指MCS-51系列單片機和其他公司的8051派生品。MCS-51系列單片機最早是由intel公司推出的通用型單片機，MCS-51系列單片機產品可分為兩大系列：51子系列和52子系列。51子系列的基本產品是8031，,8051和87c51三種機

28、型，分別與這三種機型兼容的低功耗CMOS器件產品是80C31,80C51和87C51。它們的指令系統和芯片引腳完全兼容，它們之間的差別僅在于片有無ROM或EPROM 圖3.6 51單片機引腳圖51單片機引腳功能： MCS-51是標準的40引腳雙列直插式集成電路芯片,引腳分布請參照-單片機引腳圖： l P0.0P0.7 P0口8位雙向口線（在引腳的3932號端子）。 l P1.0P1.7 P1口8位雙向口線（在引腳的18號端子）。 l P2.0P2.7 P2口8位雙向口線（在引腳的2128號端子）。 l P3.0P3.7 P2口8位雙向口線（在引腳的1017號端子）。 P0口有三個功能： 1、外

29、部擴展存儲器時,當做數據總線（如圖1中的D0D7為數據總線接口） 2、外部擴展存儲器時,當作地址總線（如圖1中的A0A7為地址總線接口） 3、不擴展時,可做一般的I/O使用,但部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。P0口有三個功能： 1、外部擴展存儲器時,當做數據總線（如圖1中的D0D7為數據總線接口） 2、外部擴展存儲器時,當作地址總線（如圖1中的A0A7為地址總線接口） 3、不擴展時,可做一般的I/O使用,但部無上拉電阻,作為輸入或輸出時應在外部接上拉電阻。RST 復位信號：當輸入的信號連續2個機器周期以上高電平時即為有效,用以完成單片機的復位初始化操作。 XTAL1和XTAL

30、2 外接晶振引腳。當使用芯片部時鐘時,此二引腳用于外接石英晶體和微調電容;當使用外部時鐘時,用于接外部時鐘脈沖信號。VCC：電源+5V輸入 VSS：GND接地。 3.2.2單片機外圍電路8051單片機單片機與其外圍電路包括上電復位電路，晶振如圖11所示， 圖3.7 單片機外圍電路圖3.3充放電電路3.3.1MOSFETMOSFET為金屬氧化層體-場效晶體管，簡稱金氧半場效晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一種可以廣泛使用在模擬電路與數字電路的場效晶體管（field-effect transistor）。

31、MOSFET依照其“通道”的極性不同，可分為n-type與p-type的MOSFET，通常又稱為NMOSFET與PMOSFET，其他簡稱尚包括NMOS FET、PMOS FET、nMOSFET、pMOSFET等。對于這一部分的設計由充二極管D1、濾波電容C1、續流二極管D2、MOSFET管Q1、濾波電容C2、MOSFET管Q1等構成。二極管D1是為了防反充，當陰天或晚上蓄電池的電壓高于太陽能電池的電壓時，D1就生效。通過控制開關閉合跟斷開的時間（即PWM脈沖寬度調制），就可以控制輸出電壓。所使用的MOSFET是電壓控制單極性金屬氧化物半導體場效應晶體管，所需驅動功率較小。而且MOSFET只有多

32、數載流子參與導電，不存在少數載流子的復合時間，因而開關頻率可以很高，非常適合作控制充放電開關。設計中采用IRF9540N P溝道MOSFET管，P溝道MOSFET的導通電壓Vth0，由下圖可以實現MOSFET的驅動。當光耦U5導通時，由于Q1的G極電壓很小，G極近似接地，Vgs0，當S極電壓達到一定值時，Q1導通。Q2的原理類似。電路如圖3圖3.8 充放電電路3.3.2光耦合器件光耦合器件是由發光二極管（發光源）與受光源（如光敏二極管，光敏晶閘管或光敏集成電路等）封裝在一起，構成的電光電轉化器件。根據受光源結構的不同，可以將光耦合器件分為晶體管輸出的光電耦合器件和晶閘管輸出的光電耦合器件兩大類

33、1432圖3.9 為本次設計中所使用的晶體管光耦合器件1腳：正極 2腳：負極 3腳：發射極 4腳：集電極TLP521是可控制的光電藕合器件，光電耦合器廣泛作用在電腦終端機，可控硅系統設備，測量儀器，影印機，自動售票，家用電器，如風扇，加熱器等在1、2極之間加正向電壓，部的發光二極管（LED）將會發出一定波長的光，被光探測器接收而產生光電流，3、4極之間導通。反之，光耦部的發光二極管的電流近似為零，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當于開關斷開。由于單片機輸出只有5V不足于驅動MOSFET管，因此驅動MOSFET管的電壓從U3出接出。電路之間的信號傳輸，使之前端與負載完全隔離，目的在于增加安全性，減小

34、電路干擾，減化電路設計。在本次設計中由圖2.7可知：入信號C1為低電平時，光耦部的發光二極管的電流近似為零，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當于開關“斷開”；當C1為高電平時，光耦部的發光二極管發光，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當于開關“接通”，此時從U5輸入的電壓經光耦流向接地端，K1處的電壓接近為零，MOSEFT的Vgs0，當S極電壓達到一定值時，Q1導通。圖3.10 光耦開關電路3.3.3PWM控制技術介紹PWM（Pulse Width Modulation）控制脈沖寬度調制技術，通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。 PWM控制技術在逆變電路中應用最廣，應

35、用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術正是有賴于在逆變電路中的應用，才確定了它在電力電子技術中的重要地位。 理論基礎： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本一樣。沖量指窄脈沖的面積。效果基本一樣，是指環節的輸出響應波形基本一樣。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。(t) (t) (t) (t)(t) 0 t t t t(a) (b) (c) (d)圖3.11形狀不同而沖量一樣的各種窄脈沖面積等效原理：分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環節（R-L電路）上，如圖2a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時的響應波形如圖2b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升

36、段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全一樣。脈沖越窄，各i(t)響應波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應i(t)也是周期性的。用傅里葉級數分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。 i(t) i(t)cabde(t)(a) (b)圖3.12 沖量一樣的各種窄脈沖的響應波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波N等分，看成N個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規律變化。 SPWM波形脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM波形。 0 tt圖3.13 用

37、PWM原理圖PWM波代替正弦半波要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。 PWM電流波： 電流型逆變電路進行PWM控制，得到的就是PWM電流波。 PWM波形可等效的各種波形： 直流斬波電路：等效直流波形 SPWM波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制一樣，也基于等效面積原理。PWM相關概念占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時間 與 該PWM的時鐘周期的時間 之比如，一個PWM的頻率是1000Hz，那么它的時鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現的時間是200us，那么低電平的時間肯定是800us，那么占

38、空比就是200：1000，也就是說PWM的占空比就是1：5。分辨率也就是占空比最小能達到多少，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，它的分辨率達到了1：65535，要達到這個分辨率，T/C就必須從0計數到65535才能達到，如果計數從0計到80之后又從0開始計到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PWM的輸出頻率高了。雙斜率 / 單斜率假設一個PWM從0計數到80，之后又從0計數到80. 這個就是單斜率。假設一個PWM從0計數到80，之后是從80計數到0. 這個就

39、是雙斜率。可見，雙斜率的計數時間多了一倍，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PWM是單斜率，設定最高計數是80，我們再設定一個比較值是10，那么T/C從0計數到10時(這時計數器還是一直往上計數，直到計數到設定值80)，單片機就會根據你的設定，控制某個IO口在這個時候是輸出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。3.4硬件設計軟件本次設計中我們用PROTEUS對設計中的硬件電路進行設計。Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為風標電子技術）。

40、它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機與外圍器件。它是目前最好的仿真單片機與外圍器件的工具。雖然目前國推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即

41、將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器4軟件設計4.1中斷系統4.1.1中斷系統結構在CPU 與外設交換信息時，存在著一個快速的 CPU 與慢速的外設之間的矛盾。為解決這個問題，發展了中斷的概念。 單片機在某一時刻只能處理一個任務，當多個任務同時要求單片機處理時，這一要求應該怎么實現呢？通過中斷可以實現多個任務的資源共享。 中斷現象在現實生活中也會經常遇到，例如，你在看書手機響了你在書上作個記號你接通和對方聊天談話結束從書上的記號處繼續看書。這就是一個中斷過程。通過中斷，你一個人在特定的時刻，同時完成了看

42、書和打兩件事情。用計算機語言來描述，所謂的中斷就是，當 CPU 正在處理某項事務的時候，如果外界或者部發生了緊急事件，要求 CPU 暫停正在處理工作而去處理這個緊急事件，待處理完后，再回到原來中斷的地方，繼續執行原來被中斷的程序，這個過程稱作中斷。 從中斷的定義我們可以看到中斷應具備中斷源、中斷響應、中斷返回這樣三個要素。中斷源發出中斷請求，單片機對中斷請求進行響應，當中斷響應完成后應進行中斷返回，返回被中斷的地方繼續執行原來被中斷的程序。 主 程 主 中斷 中斷 序 程中 序 中斷源 斷 中斷源響 主 應 主 程 程 序 序 （a） （b） 圖4.1 中斷系統結構圖 （a）一級中斷系統機構圖

43、 （b）二級嵌套中斷系統結構圖 MCS-51單片機的中斷源 MCS-51單片機的中斷源共有兩類，它們分別是：外部中斷和部中斷。 外部中斷源： 外部中斷0（）：來自P3.2 引腳，采集到低電平或者下降沿時，產生中斷請求；外部中斷1（）：來自P3.3引腳，采集到低電平或者下降沿時，產生中斷請求。. 部中斷源 ：定時器計數器0：定時功能時，計數脈沖來自片；計數功能時，計數脈沖來自片外P3.2引腳。發生溢出時，產生中斷請求；定時器計數器1：定時功能時，計數脈沖來自片；計數功能時，計數脈沖來自片外引腳。發生溢出時，產生中斷請求。串行口：為完成串行數據傳送而設置。單片機完成接受或發送一組數據時，產生中斷請

44、求。MCS-51單片機有多個中斷源，以8051為例，有5個中斷源，兩個外中斷、兩個定時中斷和一個串行中斷，這一節我們討論外中斷軟件編程。外中斷是由外部原因引起的中斷，有兩個中斷源。即外中斷0（INT0）和外中斷1（INT1），中斷請求信號由引腳P3.2(INT0)和P3.3(INT1）輸入。外中斷請求信號有兩種方式，一是電平方式，二是脈沖方式。可通過有關控制位的定義進行規定。電平方式為低電平有效，只需在單片機的(INT0)和(INT1)中斷請求輸入端采樣到有效的低電平時，就會激活外部中斷。脈沖方式則在脈沖的后負跳沿有效，即在相鄰兩個機器周期對中斷請求引入端進行采樣中，如前一次為高，后一次為低即

45、為有效中斷請求。這就要求在這種中斷方式，中斷請求信號的脈沖寬度必須大于一個機器周期，以保證電平變化能被單片機采樣到。定時器控制寄存器 (TCON)外中斷請求方式的控制位在定時控制寄存器TCON（地址為88H）中的位88(IT0)和位8A(IT1)兩個位，當IT0(IT1)=0為電平方式，IT0(IT1)=1為脈沖方式。同時在此寄存器中的位89(IE0)和位8B(IE1)為外中斷請求標志位，當CPU采樣到INT0(INT1)端出現有效中斷請求時，此位由硬件置1。在中斷響應完成后轉向中斷服務時，再由硬件自動清0。表4.1 定時控制寄存器定時器控制寄存器（TCON）位地址8F8E8D8C8B8A8988位符號TF1TR1TF0TR0TE1IT1IE0IT0中斷允許控制寄存器 (IE)表4.2 中斷允許控制寄存器中斷允許控制寄存器（IE）位地址AFAEADACABAAA9A8位符號EA/ESET1EX1ET0EX0下面我們對有關控制位作說明：EA中