PWM技术的基本原理
随着电子技术的发展,出现了多种PWM技术,其中包括:相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等,而本文介绍的是在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作戚缓睁为PWM波形,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。
PWM技术的具体应用
PWM软件法控制充电电流
本方法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口,在不改变PWM方波周期的前提下,通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比,从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件,另外ADC的位数尽量高,单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前,单片机先快速读取充电电流的大小,然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较,若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比;若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰,合理采用算术平均法等数字滤波技术。软件PWM法具有以下优缺点。
优点:
简化了PWM的硬件电路,降低了硬件的成本。利用软件PWM不用外部的硬件PWM和电压比较器,只需要功率MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件,大大简化了外围电路。
可控制涓流大小。在PWM控制充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电电流的大小,并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较,以决定PWM占空比的调整方向。
电池唤醒充电。单片机利用ADC端口与PWM的寄存器可以任意设定充电电流的大小,所以,对于电池电压比较低的电池,在上电后,可以采取小电流充一段时间的方式进行充电唤醒,并且在小电流的情况下可以近似认为恒流,对电池的冲击破坏也较小。
缺点:
电流控制精度低。充电电流的大小的感知是通过电流采样电阻来实现的,采样电阻上的压降传到单片机的ADC输入端口,哪颂单片机读取本端口的电压就可以知道充电电流的大小。若设定采样电阻为Rsample(单位为Ω),采样电阻的压降为Vsample(单位为mV), 10位ADC的参考电压为5.0V。则ADC的1 LSB对应的电压值为 5000mV/1024≈5mV。一个5mV的数值转换成电流值就是50mA,所以软件PWM电流控制精度最大为50mA。若想增加软件PWM的电流控制精度,可以设法降低ADC的参考电压或采用10位以上ADC的单片机。
PWM采用软启动的方式。在进行大电流快速充电的过程中,充电从停止到重新启动的过程中,由于磁芯上的反电动势的存在,所以在重新充电时必须降低PWM的有效占空比,以克服由于软件调整PWM的速度比较慢而带来的无法控制充电电流的问题。
充电效率不是很高。在快速充电时,因为采用了充电软启动,再加上单片机的PWM调整速度比较慢,所以实际上停止充电或小电流慢速上升充电的时间是比较大高岁的。
为了克服2和3缺点带来的充电效率低的问题,我们可以采用充电时间比较长,而停止充电时间比较短的充电方式,例如充2s停50ms,再加上软启动时的电流慢速启动折合成的停止充电时间,设定为50ms,则实际充电效率为(2000ms-100ms)/2000ms=95%,这样也可以保证充电效率在90%以上。
纯硬件PWM法控制充电电流
由于单片机的工作频率一般都在4MHz左右,由单片机产生的PWM的工作频率是很低的,再加上单片机用ADC方式读取充电电流需要的时间,因此用软件PWM的方式调整充电电流的频率是比较低的,为了克服以上的缺陷,可以采用外部高速PWM的方法来控制充电电流。现在智能充电器中采用的PWM控制芯片主要有TL494等,本PWM控制芯片的工作频率可以达到300kHz以上,外加阻容元件就可以实现对电池充电过程中的恒流限压作用,单片机只须用一个普通的I/O端口控制TL494使能即可。另外也可以采用电压比较器替代TL494,如LM393和LM358等。采用纯硬件PWM具有以下优缺点。
优点:
电流精度高。充电电流的控制精度只与电流采样电阻的精度有关,与单片机没有关系。不受软件PWM的调整速度和ADC的精度限制。
充电效率高。不存在软件PWM的慢启动问题,所以在相同的恒流充电和相同的充电时间内,充到电池中的能量高。
对电池损害小。由于充电时的电流比较稳定,波动幅度很小,所以对电池的冲击很小,另外TL494还具有限压作用,可以很好地保护电池。
缺点:
硬件的价格比较贵。TL494的使用在带来以上优点的同时,增加了产品的成本,可以采用LM358或LM393的方式进行克服。
涓流控制简单,并且是脉动的。电池充电结束后,一般采用涓流充电的方式对电池维护充电,以克服电池的自放电效应带来的容量损耗。单片机的普通I/O控制端口无法实现PWM端口的功能,即使可以用软件模拟的方法实现简单的PWM功能,但由于单片机工作的实时性要求,其软件模拟的PWM频率也比较低,所以最终采用的还是脉冲充电的方式,例如在10%的时间是充电的,在另外90%时间内不进行充电。这样对充满电的电池的冲击较小。
单片机 PWM控制端口与硬件PWM融合
对于单纯硬件PWM的涓流充电的脉动问题,可以采用具有PWM端口的单片机,再结合外部PWM芯片即可解决涓流的脉动性。
在充电过程中可以这样控制充电电流:采用恒流大电流快速充电时,可以把单片机的PWM输出全部为高电平(PWM控制芯片高电平使能)或低电平(PWM控制芯片低电平使能);当进行涓流充电时,可以把单片机的PWM控制端口输出PWM信号,然后通过测试电流采样电阻上的压降来调整PWM的占空比,直到符合要求为止。
你那个地方毕森不明白?能具体说说吗?我看程序已经有不少注释了啊?
下面的比较多,复杂些,先简单的说下吧:
一、加速减速,就是增加或减少脉冲宽度,改变电机速度!脉冲的宽度由
1、CLK=0的状态持续,由T1的定时决定;
2、CLK=1的状态持续,由(T0-T1)的时间决定;
二、定时器中断TH0=0x00 TL0=0x00
1、T0定时器工作1方式,T0定时器启动后,从TH0、TL0赋值的计数值开始增加,增加到0XFFFF后,T0中断!
2、T0溢出后(中断),T0计数器不会自动停止,所以需要重新给T0定时器赋值!赋值后,进入下一个计数周期!
3、例子中,T0定时器从0x0000开始计数,也就是增加0xFFFF后进行中断!定时时间为 (0xFFFF / ( 晶振周期/12 ))) 秒,若晶振为12M,则定时为,65.536ms!
分析程序槐数备,从main开始分析,先将起始开始的时序图画出铅毁:
如下图!
从时序图可以看出,CLK为PWM输出,
1、CLK=0的状态持续,由T1的定时决定;
2、CLK=1的状态持续,由T0-T1的时间决定;
而 main 函数中的 while(1) 部分,进行的就是PWM调整程序。
1、 if (K3==0) //高电平逆时钟转,低电平顺时钟转
{
ZF=0
}
else
{
ZF=1
}
根据程序推测,程序若为电机控制,K3开关为0时,ZF=0,顺时针转,K3开关为1时,ZF=1,逆时针转。
2、
if(K1==0) //按下加速键
{
delay(1)
PWML++ //调宽值低四位加1
if(PWML==0x00)
{
PWMH++
} //调宽值高四位加1
if (PWMH==0xFF) //最大值时
{
PWMH=0xFE
}
}
K1按键,加速按键,增加T1定时器计数起始时间,也就是减少T1计数时间,减少CLK=0的时间。
3、
if(K2==0) //按下减速键
{
delay(1)
PWML-- //调宽值低四位减1
if (PWML==0x00)
{
PWMH--
} //调宽值高四位减1
if (PWMH==0x00)
{
PWMH=0x01
} //最小值时
}
K2按键,减速按键,降低T1定时器计数起始时间,也就是增加T1计数时间,增加CLK=0的时间。
4、不论加速、减速,T0的时间都不变,CLK=0和CLK=1总持续时间不变{ (Tclk0+Tclk1)=T0 }。
程序不难,图不好画啊!
#include <reg52.h>//头文件#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit KEY1= P3^4 //定义按钮
sbit KEY2= P3^5 //定义按钮
sbit PWM= P1^7//PWM输出的管脚定义
#define PERIOD 1000 //pwm周期
#define MIN_POSITIVE 100 //最小占空比100/1000
#define MAX_POSITIVE 900 //最大占空比900/1000
#define STEP 10 //步长
uint POSITIVE=MIN_POSITIVE
void delay(uint i)//延时函数
{
while(--i)
}
void init_timer0()//设置定时器
{
TMOD=0X01
TL0=(POSITIVE-PERIOD)%256//具体此袜数怎么实现的你看一下51单片机定时器的东西,TLO,THO。
TH0=(POSITIVE-PERIOD)/256
ET0=1
}
void init_timer1() // 初始化定时器
{
TMOD|=0X10
TL1=(0-POSITIVE)%256
TH1=(0-POSITIVE)/256
ET1=1
EA=1
}
void TIMER0_ISR(void)interrupt 1 //中断响应函数
{
TL0=(POSITIVE-PERIOD)%256
TH0=(POSITIVE-PERIOD)/256
TR0=0
TR1=1
PWM=0
}
void TIMER1_ISR(void)interrupt 3 //中断响应函数
{
TL1=(0-POSITIVE)%256
TH1=(0-POSITIVE)/256
TR1=0
TR0=1
PWM=1
}
void key_scan()按钮扫描函数
{
uint step=0
step=(PERIOD-MIN_POSITIVE-100)/STEP
KEY1=1
KEY2=1
if(KEY1==0||KEY2==0)
{
delay(100)
if(KEY1==0)
{
POSITIVE+=step
if(POSITIVE>MAX_POSITIVE)
POSITIVE=MAX_POSITIVE
}
if(KEY2==0)
{
POSITIVE-=step
if(POSITIVE<MIN_POSITIVE)
POSITIVE=MIN_POSITIVE
}
while(KEY1==0||KEY2==0)
}
}
void main() //主函数
{
init_timer0()
init_timer1()
TR0=1
while(1)key_scan()
}
//这里的意思就是高电森首平使用一个定时器,低电平使用一个定时器,其实可以使用一个定时器就可以完成这个任务。他的左右只是1ms响应一个中断,然后计数。
/****************************************/
#include <REGX51.H>
#define TIMER0_COUNT 0xFC18 //每秒中端1000次
unsigned long int m,a
static void timer0_isr(void) interrupt 1 using 1
{
TR0=0
TL0=(TIMER0_COUNT &0x00FF)
TH0=(TIMER0_COUNT >>8)
TR0=1
m++
}
static void timer0_initialize(void)
{
EA=0/* 设定系统不接好陆受所有的中断 */
m=0
TR0=0 /* 关闭Timer0 */
TMOD =0x01 /* 设定计时器0为16位的工作模式 */
TL0=(TIMER0_COUNT &0x00FF) /* 设定TL0的数值 */
TH0=(TIMER0_COUNT >>8) /* 设定TH0的数值 */
PT0=0 /* 设定计时器0有比较高的优先级 */
ET0=1 /* 设定接受Timer0的中断 */
TR0=1 /* 启动Timer0 */
EA=1/* 设定系统接受中断 */
}
void main (void)
{
timer0_initialize()
P2_0=0
P2_1=1
P3_0=0
P3_1=1
a=25
while(1)
{
if(m==a)
{
P2_2=0
P3_2=0
}
if(m==50)
{
P2_2=1
P3_2=1
m=0
}
}
}
/****************************************/
这是我之前写的程序,你看看吧。希望对你有帮助,这个好理解点
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