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PWM控制加热

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PWM控制加热目录1 引言 (1)2 理论分析 (1)2.1 PWM (1)2.2 PWM控制技术 (2)3 系统设计 (2)3.1 设计方案比较和论证 (3)3.1.1 单片机系统 (3)3.1.2 温度传感器 (3)3.1.3 显示电路 (3)3.1.4 PWM信号 (4)4 系统硬件设计 (4)4.1 复位电路 (4)4.2 时钟电路 (5)4.3 P0口上拉电阻电路 (5)4.4 按键电路 (6)4.5 LCD1602显示电路 (6)4.6 DS18B20测温电路 (7)4.7 电源电路 (7)4.8 温度控制电路 (8)5 系统软件设计 (8)5.1 PWM控制加热软件的主程序及流程图 (9)5.2 LCD1602显示子程序 (12)5.3 LCD延时子程序 (17)5.4 数字式温度传感器DS18B20子程序 (18)5.5 PWM控制加热子程序 (20)5.6 温度控制流程 (21)6 系统调试 (23)6.1 Keil软件 (23)6.2 Proteus软件 (23)6.3 仿真结果 (24)6.4 调试结果 (24)7 小结 (27)参考文献 (27)致谢 (28)ABSTRACT (29)附录 (30)附I 整体电路图 (30)PWM控制加热摘要：介绍了以STC89C52单片机为核心，使用PWM技术和闭环系统实现对温度的自动或手动控制的系统。

系统通过温度芯片DS18B20采集温度信号，并将温度信号传送给单片机。

并由单片机进行相应处理，根据目标温度与实测温度关系决定是加热占空比高还是停止加热占空比高，从而实现对温度的闭环控制的目的。

系统还加入LCD液晶显示电路，使得整个设计更加完整，更加灵活。

系统可通过键盘设定温度，LCD显示设定温度值及当前温度值。

关键词：STC89C52单片机；温度控制；PWM；DS18B20 ；LCD液晶显示1 引言温度是众多行业生产中的基础参数之一，随着社会的进步、工业的发展，温度控制技术也不断革新，但其还处于初级发展阶段，很多领域对温度控制有着更高的要求。

因此，温度控制是生产工艺流程中极为重要的一个环节，尤其在电力、航天、交通、造纸、装备制造、食品加工等行业有广泛的应用。

利用单片机来对温度进行控制，不仅能够有效地提升控制能力与生产的自动化，而且还有可能尽早实现智能化的目标。

和传统的温度控制相比，基于单片机实现PWM的温度控制可以降低能源消耗。

因为传统的温度控制都是通过电阻限流的方式到达的温度控制，这样虽然加热器的热量小了，但是整体的功率并没有根本性的改变，造成了能源的浪费。

而PWM是通过占空比实现的并没有限流的损失，这样就会大大节约能源。

本文主要研究的就是利用单片机的PWM技术而设计的温度控制系统。

2 理论分析2.1 PWMPWM是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，即脉冲宽度调制，简称脉宽调制。

它是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

PWM是开关型稳压电源中的术语。

这是按稳压的控制方式分类的，除了PWM型，还有PFM型和PWM、PFM混合型。

脉宽宽度调制式（PWM）开关型稳压电路是在控制电路输出频率不变的情况下，通过电压反馈调整其占空比，从而达到稳定输出电压的目的。

其中方波高电平时间跟周期的比例叫占空比，例如1秒高电平1秒低电平的PWM波占空比是50% 。

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换，PWM相对于模拟控制的另一个优点是增强对噪声抵抗的能力]1[。

2.2 PWM控制技术PWM（Pulse Width Modulation）控制技术就是对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）；（冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同.PWM控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。

按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。

）而控制方法有：为了克服PAM法方波电压而不能调压这个缺点发展而来的等脉宽PWM法；为了减少电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动而发展而来的随机PWM方法；以采样控制理论中的一个重要结论为理论基础而产生的SPWM法；把SPWM法原理直接阐释成为等面积法；为计算繁琐的缺点而提出的硬件调制法；由于用软件生成SPWM波形变得比较容易而提出的软件生成法；使所得SPWM波形最接近正弦波而提出的自然采样法；对自然采样法的改进而成为规则采样法；以消去PWM波形中某些主要的低次谐波为目的的方法而成为低次谐波消去法；为了提高直流电压利用率提出了梯形波与三角波比较法；对于像三相异步电动机这样的三相无中线对称负载提出了线电压控制PWM，其中包括马鞍形波与三角波比较法和单元脉宽调制法；以把希望输出的电流波形作为指令信号的基本思想而提出了电流控制PWM，其中包括滞环比较法、三角波比较法以及预测电流控制法；以三相波形整体生成效果为前提,以逼近电机气隙的理想圆形旋转磁场轨迹为目的而提出了空间电压矢量控制PWM(SVPWM)等等。

PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。

PWM控制技术主要应用在电力电子技术行业,包括风力发电、电机调速、直流供电等领域。

总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术]1[。

3 系统设计硬件电路主要分为电源电路、复位电路、时钟电路、按键电路、LCD显示电路和温度采集电路六部分。

采用集成的单片机作为主控，通过温度传感器采集数据信息，将结果传送到单片机控制的主控器，数据通过显示器显示。

通过按键改变设定温度，从而改变运行操作程序。

系统整体结构如图1所示。

图1 系统整体结构3.1 设计方案比较和论证3.1.1 单片机系统单片机种类很多，刚开始想到ATMEL公司的51系列单片机，但翻阅资料后发现STC89C52单片机：处理速度快；价格低；加密性强；超强抗干扰；超低功耗；在系统可编程，无需编程器，无需仿真器。

3.1.2 温度传感器温度传感器种类繁多，按照测量方式可以分为接触式和非接触式两大类；按照传感器材料以及电子的元件特性可分为热电阻和热电偶两类。

传统的温度检测多数情况下以热敏电阻为传感器，但热敏电阻可靠性差、测量温度准确率低，且必须经过专门的接口电路转换成数字信号才能由单片机进行处理。

而DS18B20能够直接读出被测温度并且可以根据实际要求通过简单的编程实现9～12位的数字值读数；以其独特的一线接口方式，实现多点能力；无需连接外部元件，就可用数据总线供电，电压范围为3.0 V至5.5 V ；测量温度范围为-55°C至+125℃，其中-10°C至+85°C范围内精度为±0.5°C，最大分辨率可达0.0625℃，可实现高精度测量。

所以，在本设计中选择DS18B20温度传感器]2[。

3.1.3 显示电路通常显示电路主要有两类：数码管（LED）显示和液晶（LCD）显示。

液晶显示屏（LCD）：低压微功耗、平板型结构、显示的信息量大、无电磁辐射、使用寿命长等优点，但本设计要求显示的数据量小，不能发挥其显示内容丰富的优点，同时占用I/O口线较多。

数码管显示（LED）：采用LED数码管显示，该方案具有实现容易、发光亮度大、驱动电路简单等优点，但是显示内容单一。

所以，通过比较之后，我选择液晶显示屏来显示温度。

本设计选择LCD1602，用来满足一定的视觉要求。

3.1.4 PWM信号脉冲宽度调制信号的形成电路有4种：（1）可用电压-脉宽变换器产生，即硬件产生脉宽调制信号；（2）由软件定时产生，由定时器定时，定时时间受软件控制，并从脉宽信号的输出口P1.0或其他口输出脉宽可调信号；（3）由单片机控制外接定时/计数器（如8253）硬件电路产生脉宽调制信号，只需用两个计数器分别工作于方式1和方式2，通过硬件连接便可以产生脉宽调制信号；（4）软件延时模拟。

其中，第一种是硬件电路实现，电路复杂。

第二种使用定时器T0，但由于系统计数器不足，必须扩展。

第三种是利用8253需要额外开销，所以我们选用软件延时非常方便，于是本系统选用了第四种方式进行PWM调制]3[。

4 系统硬件设计硬件电路主要由八大块构成，分别是：复位电路、时钟电路、P0口上拉电阻电路、按键电路、LCD1602显示电路、DS18B20测温电路、电源电路、温度控制电路。

4.1 复位电路复位电路是单片机系统最基本的组成部分，可靠的复位设计是保证系统可靠运行的前提。

单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

复位电路可以用很多方法来实现，但是从功能上一般分为两种：一种是电源复位，即外部的复位电路在系统通上电源之后直接使单片机工作，是用电源来控制单片机的开始与停止；另外一种是按键复位，就是在复位电路中设计按键开关，通过按键开关触发复位电平，控制单片机的复位]4[。

经过比较，本设计采用电源复位，设计电路如图2所示。

图2 单片机复位电路时钟是单片机内部电路工作的基础，也是CPU工作时序的时间基准。

时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号。

单片机内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。

其输入端接至单片机的内部，即XTAL1引脚，其输出端接至单片机的外部，即XTAL2引脚。

在XTAL1和XTAL2两端跨接一个晶振，两个电容，构成一个稳定的自激式振荡电路。

电容C1、C2起稳定振荡频率、快速起振作用，容量的选择范围为5～30PF,通常选择30pF。

振荡频率的选择范围为1.2～12MHz，本设计选择12MHZ，时钟周期为(1/12)μs。

如图3所示是单片机内部时钟方式的振荡电路。

时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号]5[。

图3 片机内部时钟电路4.3 P0口上拉电阻电路STC89C52单片机P0口内无上拉电阻，单片机对端口的输出是通过控制内部的场效应管导通或截止实现的，如果没有上拉电阻，虽然单片机输出1通过锁存器反相使场效应管截止，但单片机的端口还是无法得到高电平（输出0不影响），因此P0口处需加上拉电阻。

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pwm芯片工作原理

pwm芯片工作原理

pwm芯片工作原理PWM芯片工作原理什么是PWM芯片PWM（脉冲宽度调制）芯片是一种能够产生脉冲信号的集成电路。

脉冲信号的高电平时间与周期时间的比值决定了电平平均值，从而模拟出不同的电压或电流。

PWM芯片常被应用于各种电子设备中，如电源管理、电机驱动器、灯光控制等。

PWM芯片的原理PWM芯片通过控制输出信号的高电平时间和周期时间的比例，来模拟出不同的电平平均值。

具体原理如下：1.设置周期时间：PWM芯片需要设置一个固定的周期时间，该时间内完成一次完整的输出信号周期。

2.设置占空比：在周期时间内，设置输出信号高电平的时间占据整个周期时间的百分比，即占空比。

3.输出模拟信号：根据设置的占空比，芯片会自动产生具有相应高电平时间和周期时间的脉冲信号。

4.滤波作用：由于脉冲信号的高低电平切换频繁，为了使得输出信号更加稳定，一般会采取滤波器对脉冲信号进行滤波，得到一个模拟的输出信号。

5.控制电压或电流：产生的模拟信号经过滤波器后，可以通过放大电路、驱动电路等进行进一步处理，用于控制电压或电流输出。

PWM芯片的应用PWM芯片广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：•电源管理：PWM芯片的输出信号可以被用于控制直流-直流（DC-DC）转换器，使其输出稳定的电压。

•电机驱动：PWM芯片能够通过调节高电平时间和周期时间的比例，控制电机的转速和运行方向。

•灯光控制：PWM芯片可用于调光控制，通过调节占空比实现灯光的亮度调节。

•音频处理：PWM芯片可以对模拟音频信号进行数字化处理，在音频播放等应用中起到重要作用。

总结PWM芯片通过控制输出信号的高电平时间和周期时间的比例，实现对模拟信号的模拟调节。

它在电源管理、电机驱动、灯光控制和音频处理等领域有着广泛的应用。

了解PWM芯片的工作原理，可以帮助我们更好地理解和应用相关的电子设备。

除了上述提到的应用领域，PWM芯片还有一些其他的特点和应用场景。

特点•精确控制：PWM芯片可以通过调节占空比来精确控制输出信号的平均电平值，从而实现对电压或电流的精确调节。

pwm波的原理及应用

pwm波的原理及应用

PWM波的原理及应用1. 什么是PWM波PWM（脉冲宽度调制）是一种常用的模拟调制技术，利用可调节脉冲宽度的方波信号来表示模拟信号的一种方法。

PWM波的特点是具有固定的频率和可调节的占空比。

2. PWM波的原理PWM波的原理是通过调整脉冲信号的宽度来控制信号的平均值。

具体步骤如下：1.确定基准信号的周期：PWM波需要一个固定的周期，用来参考脉冲信号的频率。

2.设置脉冲信号的宽度：根据需要控制的设备或电路，确定脉冲的宽度。

3.生成PWM波信号：根据设定的周期和脉冲宽度，生成相应的PWM波信号。

3. PWM波的应用PWM波广泛应用于各个领域，以下是几个典型的应用场景：3.1 调速控制PWM波可以用于控制直流电机的转速。

通过调整PWM波的占空比，可以控制电机的平均功率输出，从而实现对电机转速的精确控制。

3.2 照明控制PWM波可以用于LED调光控制。

通过调整PWM波的占空比，可以控制LED 的亮度，实现灯光的调光效果。

3.3 功率控制PWM波可以用于电力系统的功率控制。

通过调整PWM波的占空比，可以控制功率的输出，实现对电力系统的精确控制。

3.4 音频处理PWM波可以用于音频系统的数字模拟转换。

将音频信号转换为PWM波，再经过滤波处理，可以得到高质量的模拟音频信号。

3.5 温度控制PWM波可以用于温度控制系统。

通过调整PWM波的占空比，可以控制加热元件的加热功率，从而实现对温度的精确控制。

4. PWM波的优点• 4.1 高效能：PWM波可以通过调整占空比来控制能量的传输，从而提高系统的能效。

• 4.2 精确控制：PWM波可以精确地控制设备的输出功率，实现高精度的调节。

• 4.3 简化电路：PWM波可以将模拟信号数字化处理，减少了电路的复杂性。

5. 总结PWM波是一种常用的模拟调制技术，通过调整脉冲信号的宽度来控制信号的平均值。

它广泛应用于各个领域，如调速控制、照明控制、功率控制、音频处理和温度控制等。

S7-1200 PWM功能简介

S7-1200 PWM功能简介

S7-1200 PWM功能简介1 PWM功能简介PWM(脉冲宽度可调)是一种周期固定，脉宽可调节的脉冲输出，如图1示，PWM功能虽然使用的是数字量输出，但其在很多方面类似于模拟量，比如它可以控制电机的转速，阀门的位置等。

S7-1200 CPU提供了两个输出通道用于高速脉冲输出，分别可组态为PTO或PWM，PTO的功能只能由运动控制指令来实现，PWM功能使用CTRL_PWM指令块实现，当一个通道被组态为PWM时，将不能使用PTO功能，反之亦然。

图1所示为PWM原理脉冲宽度可表示为脉冲周期的百分之几（量1 脉冲周期2 脉冲宽度图1 PWM原理2 PWM功能组态CPU的两路脉冲发生器，使用特定的输出点，如图2所示，用户可使用CPU集成输出点或信号板的输出点，表中所示为默认情况下的地址分配，用户也可自己更改输出地址，无论点的地址如何变化，PTO1/PWM1总是使用第一组输出，PTO2/PWM2使用紧接着的一组输出，对于CPU集成点和信号板上的点都是如此。

PTO在使用脉冲输出时一般占用2个输出点，而PWM只使用一个点，另个没有使用的点可用作其它功能。

脉冲功能输出点占用如图2图2 脉冲功能输出点占用组态步骤1. 进入Device Configuration（设备组态）界面，选中CPU,点击属性，选中Pulse Generator(PTO/PWM)。

如图3图3进入设备组态2. 组态脉冲发生器参数，如图4。

图4 脉冲发生器组态1 Pulse generator used as（脉冲输出类型）：用于选择PTO或PWM输出。

2 Output source（输出源）：选择是CPU集成点输出或信号板输出。

3 Time Based（时基）：Milliseconds（毫秒），Microseconds（微秒）4 Pulse width format（脉宽形式）:Hundredths(百分比),Thousandths（千分比）,ten thousandths（万分比）,S7 analog format（S7模拟量）。

感应加热电源的控制与驱动电路

感应加热电源的控制与驱动电路

感应加热电源的控制与驱动电路感应加热电源中电力电子控制电路的构成, 显现出多样化组成方式, 其控制方案主要是根据感应电源调功方式、 加热负载特性要求等不同, 控制电路的结构会有所不同 。

感应加热电源的功率控制调节方式总体上可分为直流侧调功和逆变侧调功两种 。

直流侧调功又分为三相全控整流器调功和直流斩波器调压调功 。

逆变侧调功的控制电路方案根据加热工艺特性要求, 可以采用的控制方式更灵活, 常用的有调频功（PFM ）、移相调功（PSM)、脉宽调制恒频调功（PWM ）、脉冲密度调制调功（PDM ）、调宽调制加调频调功（PWM+PFM ）、脉宽调制加脉冲密度调制调功（PWM+PDM ）等各种调功方式。

下面就感应加热电源控制电路的基本组成和原则作简单叙述，其具体内容将在相关章节中介绍。

(1)控制方式根据感应加热电源负载特性不同,调功方法不同,通常可采用电压反馈控制、电流反馈控制。

1)采用电压控制,其目的是保证输出直流母线电压恒定，也就是说加在感应加热绕组的端电压恒定。

控制采样可以取自直流母线电压或逆变器电感绕组或谐振补偿电容上的电压。

取样一般采用隔离式电压传感器(TV)，经道算、比较处理,控制品闸管的导通角或逆变器开关管PWM 驱动脉冲的相移或脉宽, 达到改变直流输出到逆变器直流母线上的电压或改变逆变器输出电压的平均值(或有效值),最终因闭环负反馈的作用维持输出电压恒定。

输人电压的波动,对加热电源的输出功率也就是对工件的加热温度产生较大影响,将直接影响到加热工件的产品工艺质量要求。

加热电源的输出功率为P =u 2/Z,在负载不变的条件下,功率P 与电压组或谐振补偿电容上的电压。

u 的平方成正比。

也就是说,加热温度与电压的平方成正比。

如果电压不稳定,加热温度就不均匀,对于毛坯工件加热、淬火要求温度稳定性较高的场合,必须要有自动稳压功能,否则产品质單得不到保证。

2)采用电流控制,其目的是保证输出直流或高频输出电流恒定。