pwm控制技术在恒温控制系统中的应用

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1、PWM控制在恒温控制系统中的应用16摘要随着人类社会不断迈向智能化，和新兴科技的不断发展，自动控制在人们的生产生活中发挥着越来越重要的作用，特别是恒量控制在科研、生产中的应用越来越广泛。本文针对恒温控制这一需求，对PWM以及单片机在自动化控制中的应用进行了广泛深入的研究，使用PWM控制技术并结合一定的软硬件设计进行试验，完成了PWM控制技术在恒温控制系统中的应用，主要研究内容如下：（1）介绍并研究了PWM控制技术的相关概念、应用领域、未来的应用前景与技术特点。（2）介绍并研究了MCS-51单片机在自动控制中的应用、应用领域、

2、应用前景与应用特点。（3）介绍了常见温度传感器及其应用。（4）介绍了常用的隔离技术及其应用。关键字：PWM控制技术，MCS-51单片机，温度传感器，恒温控制，隔离技术161．引言温度是工业生产、科学实验中主要的被控制参数之一，与之相关的各种温度控制系统广泛应用于冶金、化工、机械、食品、科研实验等领域。首先温度控制是工业生产过程中经常遇到的恒量控制,有些生产过程对其温度的控制效果直接影响着产品的质量；其次在科学实验中，尤其在生化实验中，温度控制在很大程度上决定了实验的结果和实验的成败，因而设计一种较为理想的温度控制系统对工业生

3、产以及科研实验有着非常实用的价值。2．关键技术的研究与分析2．1．PWM技术的研究与分析PWM是英文“PulseWidthModulation”的缩写，其含义为脉冲宽度调制，简称脉宽调制。它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，广泛应用于测量、通信、功率控制与变换领域。2．1．1．PWM控制的基本原理理论基础：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。冲量指窄脉冲的面积。效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。低频段非常接近，仅在高频段略有差异。图1形状不同而冲量相同

4、的各种窄脉冲面积等效原理：分别将如图1所示的电压窄脉冲加在一阶惯性环节（R-L电路）上，如图2a所示。其输出电流i(t)对不同窄脉冲时的响应波形如图2b所示。从波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形状也略有不同，但其下降段则几乎完全相同。脉冲越窄，各i(t)响应波形的差异也越小。如果周期性地施加上述脉冲，则相应i(t)也是周期性的。用傅里叶级数分解后将可看出，各i(t)在低频段的特性将非常接近，仅在高频段有所不同。如图216图2冲量相同的各种窄脉冲的响应波形2．1．2．PWM相关概念占空比：输出的PWM中，高电平保持

5、的时间与该PWM的时钟周期的时间之比分辨率：占空比最小能达到的量级。P=1/8n（n为位数）。2.1.3.常见PWM波形变换（1）等幅波变换其变换出的PWM波形的振幅相等，如图3所示：图3（2）不等幅波变换其变换出的PWM波形的振幅不相等,如图4所示：图42．2．AT89S51单片机的研究162．2．1．AT89S51单片机的基本概述AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗，高性能CMOS8位单片机，片内含4kbytes的可系统编程的Flash只读程序存储器，兼容标准8051指令系统及引脚。它集Flash程序存储器既可

6、在线编程（ISP）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中。2．2．2．主要性能参数及功能：·与MCS-51产品指令系统完全兼容·4k字节在系统编程（ISP）Flash闪速存储器·4.0－5.5V的工作电压范围·全静态工作模式：0Hz－33MHz·128×8字节内部RAM·32个可编程I／O口线·2个16位定时／计数器·6个中断源·全双工串行UART通道·低功耗空闲和掉电模式·中断可从空闲模唤醒系统·看门狗（WDT）及双数据指针·掉电标识和快速编程特性·灵活的在系统编程（ISP字节或页写模式）2．2．3．AT89

7、S51方框图与功能介绍方框图如图5所示：图516·中央处理器（CPU）CPU是单片机的主要核心部件，在CPU里面包含了运算器、控制器以及若干寄存器等部件组成。MCS-51的CPU能处理8位二进制数或代码。·内部数据存储器（RAM）MCS-51单片机芯片共有256个字节的RAM单元，其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。地址范围为00H~FFH（256B）。是一个多用多功能数据存储器，有数据存储、通用工作

8、寄存器、堆栈、位地址等空间。·内部程序存储器（ROM）MCS-51内部有4KB/8KB字节的ROM（51系列为4KB，52系列为8KB），用于存放程序、原始数据或表格。因此称之为程序存储器，简称内部ROM。地址范围为0000H~FFFFH（64KB）。·定时器/计数器51系列共有2个16位