電信班王錦鵬畢業(yè)答辯發(fā)言稿幻燈片

多功能PWM信號發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計

SystematicDesignofMulti-purposePWMSignalGenerator

吉林化工學(xué)院信控學(xué)院電信0502班王錦鵬指導(dǎo)教師:劉剛吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文摘要

本文論述了由MSP430F169單片機系統(tǒng)和PWM信號發(fā)生電路構(gòu)成的多功能PWM信號發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計。壓控振蕩電路產(chǎn)生的鋸齒波頻率可調(diào)；單片機發(fā)出的直流電平和基波頻率及基波波形可變。因此，可生成多種功能PWM信號，而且還可以擴展產(chǎn)生三相SPWM信號。該信號發(fā)生器可作為全控型電力電子器件的控制信號發(fā)生器應(yīng)用于電力變流技術(shù)中。對于DC-DC開關(guān)電源、AC-AC電子調(diào)壓器，發(fā)生器產(chǎn)生的PWM信號隨控制信號改變占空比；對于DC-AC逆變電源產(chǎn)生的PWM信號占空比按正弦基波變化規(guī)律改變，即SPWM。

關(guān)鍵詞：PWM；MSP430F169；信號發(fā)生器；三相SPWM

1、產(chǎn)生PWM信號的方案選擇

經(jīng)過對題目的分析，完成設(shè)計主要在于PWM信號產(chǎn)生方案的選擇?？紤]選用以下方案來實現(xiàn)：方案一：調(diào)制法，利用模擬電子器件產(chǎn)生高頻三角波或鋸齒波與DC或AC比較產(chǎn)生PWM信號；方案二：利用單片機產(chǎn)生PWM信號；方案三：利用CPLD或FPGA產(chǎn)生高頻PWM信號。方案論證：綜合以上三種方法的優(yōu)缺點和制作成本考慮，本次設(shè)計采用方案一調(diào)制法，利用模擬電子器件產(chǎn)生高頻三角波或鋸齒波與DC或AC比較產(chǎn)生PWM信號。

2、PWM信號發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖

本系統(tǒng)設(shè)計以MSP430F169單片機為核心，在軟件編程中采用C430語言，采用硬件電路和軟件程序相結(jié)合的方法，產(chǎn)生PWM信號。本設(shè)計采用單片機片內(nèi)的D/A轉(zhuǎn)換模塊與定時器結(jié)合產(chǎn)生基波，應(yīng)用定時器技術(shù)通過控制時鐘中斷來更改DAC輸出數(shù)據(jù)，單片機數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出端DAC1輸出直流電壓可控制PWM占空比，發(fā)送直流給開關(guān)電源實現(xiàn)DC-DC轉(zhuǎn)換，

DAC0輸出交變電壓可產(chǎn)生SPWM信號，給逆變電源，實現(xiàn)DC-AC轉(zhuǎn)換，且基波頻率和波形受單片機控制。本設(shè)計主要由MSP430F169單片機電路和PWM信號發(fā)生器電路兩個部分構(gòu)成，其中單片機是控制核心與時鐘電路、復(fù)位電路、LCM顯示電路和頻率波形設(shè)定鍵輸入電路構(gòu)成單片機系統(tǒng)。以硬件電子元件構(gòu)成PWM信號發(fā)生電路通過兩者有機結(jié)合構(gòu)成多功能PWM信號發(fā)生器系統(tǒng)。

3、PWM信號發(fā)生器電路多功能PWM信號發(fā)生器電路是由五個運算放大器構(gòu)成，其中U1和U2兩個運算放大器構(gòu)成電壓跟隨器，由單片機的5腳輸出的正弦信號(Vo_sin)和由6腳輸出的直流信號(Vo_DC)輸出至PWM信號發(fā)生器電路，撥動開關(guān)S_1接于1端，輸出PWM信號占空比由滑動變阻器Rp_1手動控制；接于2端，占空比由單片機輸出電壓Vo_DC控制；接于3端，占空比由單片機輸出電壓Vo_sin控制，產(chǎn)生SPWM信號。以上各信號可在Vo1點觀測。當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S1打到2時，輸出的直流信號(Vo_DC)經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S1輸入到放大器U1的3腳正向輸入端;當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S1打到3時，輸出的交流電壓Vo_sin經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)S1輸入到放大器U1的3腳正向輸入端。其電路設(shè)計的優(yōu)點是輸入的阻抗大于100MΩ，不從信號源取電流，不影響可調(diào)電阻的分壓比。其中U3和U4兩個運算放大器構(gòu)成壓控振蕩器，改變Rp_2分壓值可控制Vo2輸出鋸齒波頻率，改變Rp_3分壓值可控制Vo2輸出鋸齒波直流偏移量。壓控振蕩器輸出波形可在Vo2點觀測。其中的R1，C和U4構(gòu)成了反相積分電路，輸出的電壓隨時間反相增加，當(dāng)超過R3，R2和U3構(gòu)成的同相滯回比較器反相閾值電壓時，其U3的6腳Vo輸出負最大值，D1導(dǎo)通C放電，同時U4輸出的為正向階躍，當(dāng)超過R3，R2和U3構(gòu)成的同相滯回比較器的正向閾值電壓時，U3輸出為正，D1截止，U4再次進入積分過程。因此U3和U4兩個運算放大器構(gòu)成壓控振蕩器的振蕩頻率受輸入直流正電壓的控制，我們在設(shè)計調(diào)節(jié)Rp_2，來使輸出鋸齒波為20KHz。U5為高速比較器產(chǎn)生PWM信號。

當(dāng)多路開關(guān)S_2接于1端時，PWM信號直接輸出。當(dāng)多路開關(guān)S_2接于2端時，Vo_4輸出的是PWM信號經(jīng)濾波后的信號。在進行DC_AC逆變時，由于SPWM波占空比始終處于變化狀態(tài)觀測困難，用示波器觀測Vo_4波形不但可觀測到DC-AC逆變波形效果而且可觀測到鋸齒波頻率、偏移量對逆變輸出波形的影響。

4、MSP430F169單片機簡介

MSP430F169是TI公司MSP430F系列單片機中功能較強的芯片。具有60K程序存儲區(qū)、2K的數(shù)據(jù)存儲區(qū)和多種外圍模塊。MSP430F169單片機為64引腳封裝，48個數(shù)字I/O，其中大部分引腳有復(fù)用功能。MSP430F169單片機具有片內(nèi)DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）模塊，可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。

MSP430F169單片機結(jié)構(gòu)特點是具有16位精簡指令結(jié)構(gòu)125ns的指令周期存儲器為60KB+256Bflash，2KB的RAM，芯片的時鐘系統(tǒng)支持基本時鐘模塊，包括支持32768Hz的鐘表晶振一個內(nèi)部數(shù)字控制的振蕩器和一個高頻晶體振蕩器，內(nèi)部乘法器操作由專用外圍模塊支持，這個模塊進行16×16，16×8

8×16，8×8位的操作。MS魯P4則30逮F1處69的管嘉腳共轉(zhuǎn)有64個，鵲在此概不一尾一介培紹，纏只介膜紹本腔次設(shè)繭計所況用到氏的幾彈個管伸腳功湯能如宇表所挎示：5、單揚片機遵小系赤統(tǒng)簡嗽介一,時鐘繡電路尸設(shè)計MS呆P4怎30廚F1璃69單片他機中僚含有探低頻猜晶體鄉(xiāng)豐振蕩胞器和幣高頻徹晶體震振蕩冬器低峰頻晶旁體振盟蕩器灑滿足持了低擴功耗咐及使錘用32嫂76快8H飽z晶振算的要害求。輪低頻撈晶振卸只需鏟要通丸過8腳的XI涌N和9腳的XO者UT兩個林引腳政連接弊，高繪頻晶懂體振序蕩器答滿足沿了使內(nèi)用8M渴Hz晶振鎖的要漠求。窩高頻回晶振沾只需仗要通出過53腳的XT執(zhí)2I紡N和52腳的XT摘2O嫁UT兩個忌引腳咳連接勾，另肌加兩壘個振元蕩電欠容。努所有播保證符時鐘芝工作徐穩(wěn)定看的元慰件都遷集成甚在芯些片中幫。二,復(fù)位虛電路從設(shè)計MS蒼P4愛30的復(fù)祝位信廣號有賢兩種倡：上糕電復(fù)騾位和筋上電家清除男信號規(guī)。上督電復(fù)游位信趴號只矩在兩芹種情般況下團產(chǎn)生辣：微蒸處理很器上俯電；沃管炊腳被攝設(shè)置盆為復(fù)嬸位功事能，逐在此著管腳免上產(chǎn)與生低寇電平肯時使牌系統(tǒng)攝復(fù)位育。在飾所使害用的天單片譯機系玩統(tǒng)中作所用堅的復(fù)鞠位電賭路如吵下圖惕所示軌，所授用的法電容泛為22諒pF，它扯的作炕用是表延長樣充電鞭的時澤間，鴨以使掌單片弓機復(fù)父位端手以緩棗慢的漂速度發(fā)從低睡電平半到達專高電棋平。單片販機小裂系統(tǒng)駛電路甚圖6、MS灣P4足30蘇F1莖69片內(nèi)宏定時速器簡狹介定時智器A具有宋多種竊功能嫁，但麗基本壤結(jié)構(gòu)堡是一寨個十公六位需計數(shù)察器，達由時慢鐘信標(biāo)號驅(qū)隔動。鬧定時晚器A功能兇模塊碎主要培包括親：1．計努數(shù)器挺部分農(nóng)：Ti偉me夾r_繡A可以筒通過場選擇4種工若作模倡式靈終活的捧完成葬定時/計數(shù)拿功能扔。2．捕屆獲/比較停器：精用于弱捕獲岡事件值發(fā)生伴的時徒間或悅產(chǎn)生示時間令間隔欣。3．輸攝出單史元：潮具有符可選舅的8種輸牲出模霸式。定時搜器有逐四種考工作口模式卷：1．停纏止模弊式填。2．增懼計數(shù)援模式證。3．連巴續(xù)計阻數(shù)模敗式緞。4．增/減計串?dāng)?shù)模潑式格。定時錘器B的使賴用方原法和注工作忌原理主均與梅定時鉆器A相同亞，差悅別主微要有各兩點冤：首躁先是仔定時瘋器B中斷愚優(yōu)先獎級別朗高，甚因此攤優(yōu)先稍處理騎的事攻件應(yīng)沖選此政中斷鑄；其春次是沫定時亮器B有6個捕唯獲/P舊WM輸出比通道理，應(yīng)代用更罰靈活映。定時印器A結(jié)構(gòu)舅原理圖7、DA陰C1纏2位模鉛塊簡擴介MS們P4望30嫌F1構(gòu)69單片夕機具敘有片識內(nèi)DA賄C（數(shù)諸模轉(zhuǎn)企換）市模塊儲，可說以將憂數(shù)字上量轉(zhuǎn)蠅換為摧模擬累量。MS祖P4良30獵F1剪69的DA薯C模塊縱是12位電羊壓輸外出的冷數(shù)模襯轉(zhuǎn)換木模塊醉（DA線C1敞2）。桑若選賊用內(nèi)露部2.競5V參考皇電壓栽源，傭當(dāng)輸貸入DA蠟C1勻2的數(shù)頁字量潛從0x愛0到0x她FF噴F變化除時，牢對應(yīng)嗓的輸罪出電幫壓量窮也就功從0到2.域5V變化洲，中嘴心偏凱移量1.顫25蘋V（對期應(yīng)數(shù)算字量80湯0H）；催最大祝值1.劉25次V（數(shù)妙字量80慌0H）。采在基喚波發(fā)榮生器候設(shè)計拼中使禾用DA黃C通道南產(chǎn)生承波形侮。DA徑C1枯2模塊丟是一剛個12位的會，R梯度倍的兩倆通道付的電棟壓輸炸出數(shù)蹄模轉(zhuǎn)吃換器道。DA匹C1和2模塊糾輸出伐兩路12脊bi約t的DA攜C0和DA禾C1的信師號。遼單片喚機數(shù)伴模轉(zhuǎn)胃換DA際C1市2模塊糖輸出標(biāo)端DA且C1輸出匙直流泳電壓竭可控稼制PW疊M占空道比；DA嶄C0輸出鏈交變冊電壓搖可產(chǎn)蓋生SP幟WM信號廈，且翅基波杏頻率舅和波計形受秧到單融片機監(jiān)控制死。其中強，F(xiàn)：高袋頻時猴鐘頻墾率；N1一個棍周期DA給C數(shù)據(jù)簽分組挺數(shù)；N2產(chǎn)生誰正弦餓波頻腥率數(shù)茫。DA溫C1騰2轉(zhuǎn)換腿器產(chǎn)歸生正鉛弦波多數(shù)據(jù)佛計算鐵公式潤：DA輝C輸出騾電壓嘉范圍0—園2.緩5V（峰—峰值絲式），笨對應(yīng)享輸入寶數(shù)字湊量范舍圍0—映0F值FF點H；中散心軸脖（偏滋移量翠）對諷應(yīng)1.嘆25雞V（數(shù)活字量80失0H）最求大值1.睛25嚼V（數(shù)質(zhì)字量80計0H）。覺若將巴一個臣正弦小周期鋼分為36個點蝕，個田點對青應(yīng)的DA襖C輸入傻數(shù)值倍計算搞公式腦如下耽：計算件定時孕器TB蹈CC羨R0中斷鑼時間待常數(shù)DN（PW望M周期霧）公跪式：其中透，F(xiàn)：高賞頻時垂鐘頻蟲率；N1一個從周期DA邁C數(shù)據(jù)魚分組喂數(shù)；N2產(chǎn)生陣正弦過波頻裝率數(shù)盟。8、LC拍M1弱28色64液晶債顯示鞠模塊LC殊M1束28趙64液晶攤顯示扛模塊示是由12縫8列64行液王晶顯季示點寧陣和抵其控賓制電律路組煉成，刺整個擁電路土板外廁形、綁尺寸照如圖巾所示秘。該抽顯示鐵模塊拌不僅某可以料顯示卡數(shù)字叢，還即可以琴顯示廉漢字哨和圖奸形。姿模塊亮電路鏟板下災(zāi)端有20個接歸線引踩腳，告其中VD求D與VS肺S引腳棄是LC煉M1茅28癥64液晶荷模塊巧電源培與地腳接入激端，VO優(yōu)UT是LC槐M1稠28變64液晶思模塊謎自生白成負蹄電壓吧輸出殲端。VO需要避一個裕外部與的0V球~-攤10嶺V負壓柜輸入著，可溫接入靈電位燒器調(diào)殖整液蠟晶灰外度。宣在背伸光電創(chuàng)路中畢需要煮串接5歐姆神電阻廢，直辦接將家背光絨接入錢電源延可能霞會造狹成損袋壞。唇其余灣引腳憲由單困片機捧控制雨。LC庭M1坦28奶64結(jié)構(gòu)輛圖如凝圖所匠示：LC灣M1顆28染64液晶夫顯示酬模塊混外觀年圖結(jié)劇論本文嗚介紹南了多穿功能PW蹲M信號規(guī)發(fā)生些器系建統(tǒng)設(shè)維計。花經(jīng)過宋方案服論證吧本次暗設(shè)計飲選擇絕了調(diào)落制法餡，利腥用模慕擬電錘子器平件產(chǎn)文生高協(xié)頻三斯角波符或鋸殘齒波趨與DC或AC比較雨產(chǎn)生PW路M信號冶。經(jīng)兇框圖促設(shè)計修，將閃電路鑰劃分辨為MS別P4貫30追F1襖69單片隊機系教統(tǒng)電形路和PW包M信號箏發(fā)生源器電廊路兩友個組孝成部董分?；时驹O(shè)興計應(yīng)誘用定顫時器淹技術(shù)然通過翠控制田時鐘身中斷揚來更撈改DA姓C輸出里數(shù)據(jù)賄，再灣結(jié)合PW示M信號攔發(fā)生兄器電鼻路，暮通過銅兩者標(biāo)有機視結(jié)合津，構(gòu)嚷成多必功能PW陵M信號乏發(fā)生橡器。窄單片殿機數(shù)筋模轉(zhuǎn)撥換模解塊輸斧出端