基于-单片机逆变电源系统设计24673.pdf

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1、-第一章 逆变电源的数字化控制 2 1.1 逆变电源数字化控制技术的开展 2 1.2 传统逆变电源控制技术 2 传统逆变电源控制技术的缺点 2 1.2.2 传统逆变电源控制技术的改良 2 1.3 逆变电源数字化控制技术的现状 2 1.3.1 逆变电源控制技术数字化、智能化、网络化 2 1.3.2 逆变电源数字化需要解决的一些难题 2 1.4 逆变电源数字化的各种控制策略 2 1.4.1 数字 PI 控制 2 1.4.2 滑模变构造控制 2 1.4.3 无差拍控制 2 1.4.4 重复控制 2 第二章 推挽型逆变器的根底知识 2 2.1 开关型逆变器 2 2.2 推挽型电路 2 2.2.1 线路

2、构造 2 2.2.2 工作原理 2 2.2.2 推挽型逆变器的变压器设计 2 第三章 基于单片机的控制系统设计 2 3.1 系统硬件电路的设计 2 3.1.1 AT89C52 单片机 2 3.1.2 显示电路 2 3.1.3 A/D 转换电路 2 3.1.4 SPWM 波形电路 2 3.1.5 SA828 主要特点 2 3.1.6 SA828 工作原理 2 3.1.7 部构造及工作原理 2 3.1.8 SA828 初始化存放器编程 2 3.1.9 SA828 控制存放器编程 2 3.2 系统软件的设计 2 3.2.1 初始化程序 2 3.2.2 主程序 2 3.2.3 SA838 初始化及控制

3、子程序 2 3.2.4 ADC0809 的控制及数据处理子程序 2 3.2.5 数据处理及电压显示子程序 2 3.2.6 输出频率测试计算及显示子程序局部 2 第四章 联机调试及结果分析 2 4.1 联机调试情况 2 4.2 实验验证及结果分析 2 4.3 结论 2 参考文献 2 第一章 逆变电源的数字化控制 1.1 逆变电源数字化控制技术的开展-随着网络技术的开展，对逆变电源提出了更高的要求，高性能的逆变电源必须满足：高输入功率因数，低输出阻抗；暂态响应快速，稳态精度高；稳定性高，效率高，可靠性高；电磁干扰低等。要实现这些功能，离不开数字化控制技术。1.2 传统逆变电源控制技术 1.2.1

4、传统逆变电源控制技术的缺点 传统的逆变电源多为模拟控制系统。虽然模拟控制技术已经非常成熟，但其存在很多固有的缺点：控制电路的元器件比拟多，电路复杂，所占的体积较大；灵活性不够，硬件电路设计好了，控制策略就无法改变；调试不方便，由于所采用器件特性的差异，致使电源一致性差，且模拟器件的工作点的漂移，导致系统参数的漂移。模拟方式很难实现逆变电源的并联，所以逆变电源数字化控制是开展的趋势，是现代逆变电源研究的一个热点。1.2.2 传统逆变电源控制技术的改良 为了改善系统的控制性能，通过模拟、数字(A/D)转换器，将微处理器与系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后通过输入、输出口或脉宽调制口 pu

5、lse width modulation,PWM发出开关控制信号。微处理器还能将采集的功率变换装置工作数据，显示或传送至计算机保存。一些控制中所用到的参考值可以存储在微处理器的存储器中，并对电路进展实时监控。微处理器的使用在很大程度上提高了电路系统的性能，但由于微处理器运算速度的限制，在许多情况下，这种微处理器辅助的电路控制系统仍旧要用到运算放大器等模拟控制元件。近年来随着大规模集成电路技术的开展，一些专用心片的产生，使逆变电源的全数字控制成为现实。实时地读取逆变电源的输出，并实时地处理，使得一些先进的控制策略应用于逆变电源控制成为可能，从而可对非线性负载动态变化时产生的谐波进展动态补偿，将输

6、出谐波到达可以承受的水平。1.3 逆变电源数字化控制技术的现状 1.3.1 逆变电源控制技术数字化、智能化、网络化 随着电机控制专用芯片的出现和控制理论的普遍开展，逆变电源技术朝着全数化智能化及网络化的方向开展，逆变电源的数字控制技术发生了一次大飞跃。逆变电源数字化控制的优点在于各种控制策略硬件电路根本是一致的，要实现各种控制策略，无需变动硬件电路，只需修改软件即可，大大缩短了开发周期，而且可以应用一些新型的复杂控制策略，各电源之间的一致性很好，这样为逆变电源的进一步开展提供了根底，而且易组成可靠性高的大规模逆变电源并联运行系统。1.3.2 逆变电源数字化需要解决的一些难题 数字化是逆变电源开

7、展的主要方向，但还是需要解决以下一些难题：a)逆变电源输出要跟踪的是一个按正弦规律变化的给定信号，它不同于一般开关电源的常值控制。在闭环控制下，给定信号与反响信号的时间差就表达为明显的相位差，这种相位差与负载是相关的，这就给控制器的设计带来了困难。b)逆变电源输出滤波器对系统的模型影响很大，输入电压的波动幅值和负载的性质，大小的变化围往往比拟大，这些都增加了控制对象的复杂性，使得控制对象模型的高阶性、不确定性、非线性显著增加。c)对于数字式 PWM，都存在一个开关周期的失控区间，一般是在每个开关周期的开场或上个周期之末来确定本次脉冲的宽度，即使这时系统发生了变化，也只能在下一个开关周期对脉冲宽

8、度做出调整，所以现在逆变电源的数字化控制引起了广泛的关注。1.4 逆变电源数字化的各种控制策略 逆变电源数字控制方法成为当今电源研究领域的一个热点，与数字化相对应，各种各样的离散控制方法也纷纷涌现，包括数字比例-积分-微分PI调节器控制、无差拍控制、数字滑变构造控制、模糊控制以及各种神经网络控制等，从而有力地推动逆变电源控制技术的开-展。1.4.1 数字 PI 控制 数字 PI 控制以参数简单、易整定等特点得到了广泛应用。逆变器采用模拟数字 PI 控制时，如果只是输出电压的瞬时值反响，其动态性能和非线性负载时的性能不会令人满意；如果是输出滤波电感或输出滤波电容的电流瞬时值引入反响，其性能将得到

9、较大改良，然而，庞大的模拟控制电路使控制系统的可靠性下降，调试复杂，不易于整定。数字信号处理芯片的出现使这个问题得以迅速解决，如今各种补偿措施及控制方式可以很方便地应用于逆变电源的数字 PI 控制中，控制器参数修改方便，调试简单。但是，数字 PI 控制算法应用到逆变电源的控制中，不可防止地产生了一些局限性：一方面是系统的采样量化误差，降低了算法的分辨率，使得 PI 调节器的精度变差；另一方面，采样和计算延时使被控系统成为一个具有纯时间滞后的系统，造成 PI 控制器设计困难，稳定性减小，随着高速专用芯片及高速 A/D 的开展，数字 PI 控制技术在逆变电源的控制中会有进一步的应用。1.4.2 滑

10、模变构造控制 滑模变构造控制sliding mode variable structure control，SVSC最显著的特点是对参数变化和外部扰动不敏感，即鲁棒性强，加上其固有的开关特性，因此非常适用于闭环反响控制的电能变换器。基于微处理器的离散滑模控制使逆变器输出波形有较好的暂态响应，但系统的稳态性能不是很理想。具有前馈控制的离散滑模控制系统1，暂态性能和稳态精度得到提高，但如果系统过载时，滑模控制器的负担将变得非常重。自矫正离散滑模控制可以解决这个问题。逆变器的控制器由参数自适应的线性前馈控制器和非线性滑模控制器组成，滑模控制器仅在负载导致输出电压变化时产生控制力，稳态的控制力主要由前

11、馈控制器提供，滑模控制器的切换面超平面是根据优化准则进展设计的。1.4.3 无差拍控制 无差拍控制deadbeat control是一种基于电路方程的控制方式，其控制的根本思想是将输出正弦参考波等间隔地划分为假设干个取样周期，根据电路在每一取样周期的起始值，用电路理论算出关于取样周期中心对称的方波脉冲作用时，负载输出在取样周期末尾时的值。这个输出值的大小，与方波脉冲的极性与宽度有关，适当控制方波脉冲的极性与宽度，就能使负载上的输出在取样周期的末后与输出参考波形相重合2。不断调整每一取样周期方波脉冲的极性与宽度，就能在负载上获得谐波失真小的输出。因此，即使在很低的开关频率下，无差拍控制也能够保证

12、输出波形的质量，这是其它控制方法所不能做到的,但是，其也有局限性：由于采样和计算时间的延迟，输出脉冲的占空比受到很大限制；对于系统参数的变化反响灵敏，如电源电压波动、负载变动，系统的鲁棒性差。对于采样和计算延时的影响，一种方法是通过修改输出脉冲方式的方法来减小计算延时造成的占空比局限；另一种方法是通过状态观测器对系统状态提前进展预测，用观测值替代实际值进展控制，从而防止采样和计算延时对系统的影响。为了提高系统的鲁棒性，一种方法是采用负载电流预测方法来减小负载变动对电源输出的影响，但实际改善的程度有限；另一种可行的方法是对系统参数进展在线辨识，从而实时确定控制器参数，以到达良好的控制效果。但是，

13、在线系统辨识的计算复杂度和存储量都非常大，一般的微处理器很难在很短的时间完成，因此实现的可能性不大，所以还没有一种比拟好的方法来解决无差拍控制鲁棒性差的问题。正是由于无差拍控制在电源控制中的缺乏及局限性到目前还难以解决，使得无差拍控制在工业界的应用还有待不断的深入研究。1.4.4 重复控制 逆变器采用重复控制repetitive control是为了克制整流型非线性负载引起的输出波-形周期性的畸变，它通常与其他 PWM 控制方式相结合。重复控制的思想是假定前一周期出现的基波波形将在下一基波周期的同一时间重复出现，控制器根据给定信号和反响信号的误差来确定所需的校正信号，然后在下一个基波周期的同一

14、时间将此信号叠加到原控制信号上，以消除后面各周期中将出现的重复畸变3。虽然重复控制使系统获得了很好的静态性能，且易于实现，但该技术却不能够获得好的动态性能。自适应重复控制方案成功地应用于逆变器的控制中。模糊控制fuzzy control能够在准确性和简洁性之间取得平衡，有效地对复杂的电力电子系统做出判断和处理。将模糊控制应用于逆变器，具有如下优点:模糊控制器的设计不需被控对象的准确数学模型,并且有较强的鲁棒性和自适应性；查找模糊控制表只需占有处理器很少的时间，可采用较高采样率来补偿模糊规则和实际经历的偏差。将输出电压和滤波电感电流反响，即电压误差和电感电流作为输入模糊变量，可以实现逆变器的模糊

15、控制，整流性负载时，其输出电压总谐波失真 total harmonic distortion,TH小于 5，将模糊控制与无差拍控制相结合，可用来补偿由于非线性负载导致的电压降落，5-6。模糊控制从模仿人的思维外特性入手，模仿人的模糊信息处理能力。它对系统的控制是以人的经历为依据的，而人的经历正是反映人在思维过程中的判断、推理、归纳。理论上已经证明，模糊控制可以任意精度逼近任何线性函数，但受到当前技术水平的限制，模糊变量的分档和模糊规则都受到一定的限制，隶属函数确实定还没有统一的理论指导，带有一定的人为因素，因此，模糊控制的精度有待于进一步提高。此外神经网络控制是一种使用人工神经网络的控制方法。

16、因为人工神经网络是建立在强有力的数学根底上，所以它有很大的潜力，这个数学根底包括各种各样的已被充分理解的数学工具。在无模型自适应控制器中，人工神经网络也是一个重要组成局部。但由于神经网络的实现技术没有突破，还没有成功地应用于逆变电源的控制中。第二章 推挽型逆变器的根底知识 2.1 开关型逆变器 广义地说，凡用半导体功率器件作为开关，将一种电源形态转变为另一种形态的主电路都叫做开关变换电路，这种变换可以是交流电和直流电之间的变换，也可以是电压或电流幅值的变换，或者是交流电的频率、相数等的变换。按电力电子的习惯称谓，根本的电力电子电路可以分为四大类型，即 ACDC 电路、DCAC 电路、ACAC

17、电路、DCDC电路。本文中的逆变电路就属 DCAC 电路。开关逆变器中的开关都是在*一固定频率下工作，这种保持开关频率恒定，但改变接通时间长短即脉冲宽度，使负载变化时，负载上电压变化不大的方法，称脉宽调制法Pluse Width Modulation,简称为 PWM4。由于电子开关按外加控制脉冲而通断，控制与本身流过的电流、二端所加的电压无关，因此电子开关称为硬开关。凡用脉宽调制方式控制电子开关的开关逆变器，称为 PWM 开关型逆变器。本文是用 SPWM 专用产生芯片控制电子开关的通断，属硬开关技术。相对应有另一类控制技术软开关，它是一种使电子开关在其两端电压为零时导通电流，或使流过电子开关电

18、流为零时关断的控制技术。软开关的开通、关断损耗理想值为零，损耗很小，开关频率可以做到很高。-2.2 推挽型电路 各种变换电路按其是否具备电能回馈能力分为非回馈型和回馈型，非回馈型电路按其输出端与输入端是否电气个力分为非隔离型和隔离型。隔离型电路又分为正激型、反激型、半桥型、全桥型和推挽型。带中心抽头变压器原边两组线圈轮流工作的线路一般称为推挽线路，它不太适合离线变换器的应用。推挽型电路的一个突出优点是变压器双边励磁，在输入回路中仅有 1 个开关的通态压降，而半桥型电路和全桥型电路都有 2 个，因此在同样的条件下，产生的通态损耗较小，而且不需驱动隔离，驱动电路简单，这对很多输入电压较低的电源十分

19、有利，因此低电压输入类电源应用推挽型电路比拟适宜。但是功率开关所承受的电压应大于2 。2.2.1 线路构造 图 1-1 推挽型电路原理图 推挽型电路的原理图如图 1-1 所示。主变压器 原边绕组 接成推挽形式，副变绕组 接成全波整流形式。2.2.2 工作原理 由于驱动电路作用，两个功率开关管、交替导通。当 导通时，加到 上，所有带 端为正。功率开关管 通过变压器耦合作用承受 的电压。副边绕组 为正，电流流经、L到负载上。原边电流是负载折算至原边的电流及原边电感所定的磁化电流之和。导通期间，原边电流随时间而增加，导通时间由驱动电路决定。关断时，由于原边能量的储存和漏电感的原因，的漏极电压将升高.

20、2.2.2 推挽型逆变器的变压器设计 推挽型逆变器设计在整个电源的设计过程中具有最为重要的地位，一旦完成设计，不宜轻易改变，因此设计时对各方面问题考虑周全，防止返工，造成时间和经费的浪费。下面介绍具体设计。变压器是开关电源中的核心元件，许多其他主电路元器件的参数设计都依赖于变压器的参数，因此应该首先进展变压器的设计。高频变压器工作时的电压、电流都不是正弦波，因此其工作状况同工频变压器是很不一样的，设计公式也有所不同。需要设计的参数是电压比、铁心的形式和尺寸、各绕组匝数、导体截面积和绕组构造等，所依据的参数是工作电压、工作电流和工作频率等5。另外，变压器兼有储能,限流,隔离的作用.在磁心大小,原

21、边电感,气隙大小,原,副边线圈匝数的选择,以及在磁心直流成分和交流成分之间的相互影响都应在设计中细致考虑.-第三章 基于单片机的控制系统设计 按照设计的要求，基于单片机 AT89C52 的设计主要实现以下功能：SA828 的初始化及控制、ADC0809 采样的数据的处理和输出显示电压频率。选用单片机作为主控器件，控制局部的原理框图如下：图 3-1 控制系统原理框图 3.1 系统硬件电路的设计 图 3-2 为控制局部的电路原理图。电路主要由 AT89C52 单片机、四位显示及驱动电路、AD 采样电路、复位电路等组成。图 3-2 3.1.1 AT89C52 单片机 AT89C52是美国ATMEL公

22、司生产的低电压，高性能CMOS 8为单片机，片含8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器RAM，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS-51 指令系统及 8052善拼引脚兼容，片置通用 8 位中央处理器CPU和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。6 主要性能参数：与 MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 8k 字节可充擦写 Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz24MHz 三级加密程序存储器 2568 字节部 RAM 32

23、 个可变成 I/O 口线 3 个 16 位定时计数器 8 个中断源 可编程串行 UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述：AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节 Flash 闪速存储器，256 字节部 RAM，32 个 I/O口线，3 个 16 位定时/计数器，一个 6 向量两极中断构造，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。同时，AT89C52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停顿 CPU 的工作，但允许 RAM，定时器/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的容，但振荡器停顿工作并制止其他所有部件工作直到

24、下一个硬件复位。引脚功能：Vcc：电源电压 GND：地 P0 口：P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写1时，可作为高阻抗输入端用。在外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址低 8 位和数据总线复用，在期间激活部上拉电阻。-在 Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。P1 口：P1 是一个带有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P1 的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P

25、1 写1，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，*个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。与 AT89C51 不同之处是，P1.0 和 P1.1 还可分别作为定时/计数器 2 的外部技术输入P1.0/T2和输入P1.1/T2E*。Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低 8 位地址。P2 口：P2 是一个带有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4 个 TTL 逻辑门电路。对端口 P2 写1，通过部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为部存在上拉电阻，*个引脚被外部信号拉低时会输出

26、一个电流。在外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器例如执行 MOV*DPTR 指令时，P2口送出高 8 位地址数据。在 8 位地址的外部数据存储器如执行 MOV*RI 指令时，P2口输出 P2 锁存器的容。Flash 编程或校验时，P2 亦接收高位地址和一些控制信号。P3 口：P3 口是一组带有部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写入1时，他们被部上拉电阻拉高可作为输入端口。此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流。P3 口出了作为一般的 I/O 线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表：端口引脚

27、第二功能 P3.0 R*D串行输入口 P3.1 T*D串行输出口 P3.2 外中断 0 P3.3 外中断 1 P3.4 T0定时/计数器 0 P3.5 T1定时/计数器 1 P3.6 外部数据存储器写选通 P3.7 外部数据存储器读选通 此外，P3 口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RST：复位输入。当振荡器工作时，RST 引脚出现两个周期以上高电平将使单片机复位。*TAL1：振荡器反相放大器的及部时钟发生器的输入端。*TAL2：振荡器反相放大器的输出端。对于本次设计的引脚使用情况如下：P1 口：控制 LED 数码管 8 位段码;P3.0，P3.1，P3.4，P

28、3.5：数码管位选通口;*TAL：接晶振;RST：接复位电路;P0：ADC0809 的结果输入；SA828 的控制字口;P2.0：SA828 的片选;P2.7：ADC0809 的片选;P3.2：外部中断 0.AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片含 8KB 的可反复擦写的 Flash-只读程序存储器和 2568 位的随机存取数据存储器RAM，3 个 16 位定时/计数器、6个中断源、低功耗空闲和掉电方式等特点。器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，可以满足系统要求

29、。系统采用 5V 电源电压，外接 12M 晶振。3.1.2 显示电路 显示的方法分为动态显示和静态显示。所谓静态显示就是在同一时刻只显示一种字符，其显示方法简单，只需将显示段码送至段码口，并把位控字送至位控口即可。动态显示是利用人眼对视觉的残留效应，采用动态扫描显示的方法。7本设计采用动态显示，显示电路采用四位一体共阳极 LED 数码管，从 P1 口输出段码，位选控制端接于 P3.0,P3.1,P3.4,P3.5。段驱动采用 74LS245，位选驱动采用 74LS244。硬件连接图如下：图 3-3 显示局部硬件连接图 3.1.3 A/D 转换电路 A/D 转换器采用集成电路 0809 完成，0

30、809 是 8 位 MOS 型 A/D 转换器。1).主要特性 8 路 8 位 AD 转换器，即分辨率 8 位;具有转换起停控制端;转换时间为 100s;单个5V 电源供电;模拟输入电压围 05V，不需零点和满刻度校准;工作温度围为-4085 摄氏度；低功耗，约 15mW。2).部构造 ADC0809 是 CMOS 单片型逐次逼近式 AD 转换器，部构造如下图，它由 8 路模拟开关、地址锁存与译码器、比拟器、8 位开关树型 DA 转换器、逐次逼近存放器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入

31、输出与 TTL 兼容。图 3-4ADC0809 部构造框图 3).外部特性引脚功能 ADC0809 芯片有 28 条引脚，采用双列直插式封装，如图 3-5 所示。下面说明各引脚功能。IN0IN7：8 路模拟量输入端。2-12-8：8 位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通 8 路模拟输入中的一路。如表所示。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。图 3-5 ADC0809 引脚图 START：AD 转换启动信号，输入，高电平有效。EOC：AD 转换完毕信号，输出，当 AD 转换完毕时，此端输出一个高电平 转换期间一直为低电平。OE：数据输出允许信号，输入，

32、高电平有效。当 AD 转换完毕时，此端输入一个高电平，才能翻开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHZ。REF+、REF-：基准电压。Vcc：电源，单一5V。-GND：地。表 3-6 ADDA、ADDB、ADDC 真值表 ADC0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通 8 路模拟输入之一到比拟器。START 上升沿将逐次逼近存放器复位。下降沿启动 AD 转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进展。直到 AD 转换完成，EOC 变为高电平，指示 AD 转换完毕，结果数据已存入锁存器，这

33、个信号可用作中断申请。当 OE 输入高电平 时，输出三态门翻开，转换结果的数字量输出到数据总线上。4).AD0809 与控制电路的连接如下列图:图 3-7 AD0809 的连接电路 3.1.4 SPWM 波形电路 由于逆变开关管的开关时间要由载波与调制波的交点来决定。在调制波的频率、幅值和载波的频率这 3 项参数中不管哪一项发生变化时，都使得载波与调制波的交点发生变化。因此，在每一次调整时，都要重新计算交点的坐标。显然，单片机的计算能力和速度缺乏以胜任这项任务。过去通常的作法是：对计算作一些简化，并事先计算出交点坐标将其制成表格，使用时进展查表调用。但即使这样，单片机的负担也很重。为了减轻单片

34、机的负担，一些厂商推出了专用于生成三相或单相 SPWM 波控制信号的大规模集成电路芯片，如 HEF4752、SLE4520、SA828、SA838 等等。采用这样的集成电路芯片，可以大减轻单片机的负担，使单片机可以空出大量的机时用于检测和监控。这里详细介绍 SA828 三相 SPWM 波控制芯片的主要特点、原理和编程。3.1.5 SA828 主要特点.适用于英特尔和摩托罗拉两种总线格式,接口通用性好,编程，操作简单,方便,快捷。.应用常用的对称的双边采样法产生 PWM 波形,波形产生数字化,无时漂,无温漂稳定性好。.在外接时钟频率为 12.5MHZ 时载波频率可高达 24KHZ,可实现静音运行

35、。最小脉宽和死区时间通过软件设置完成,既节约了硬件本钱,又使修改灵活方便。调制频率围宽,精度高(12 位),输出正弦波频率可达 4KHZ,可实现高频率高精度控制及光滑的变频.。.在电路不变的情况下,通过修改控制暂存器参数,就可改变逆变器性能指标,驱动不同负载或工作于不同工况。.可通过改变输出 SPWM 脉冲的相序实现电机的正反转。.独立封锁端可瞬时封锁输出 PWM 脉冲亦使微处理器防止突然事件的发生。3.1.6 SA828 工作原理 SA828 是 MITEL 公司推出的一种专用于三相 SPWM 信号发生和控制的集成芯片。它既可以单独使用，也可以与大多数型号的单片机接口。该芯片的主要特点为：全

36、数字控制；兼容 Intel 系列和 MOTOROLA 系列单片机；输出调制波频率围 04kHz;12 位调速分辨率；载波频率最高可达 24kHz；部 ROM 固化波形：可选最小脉宽和延迟时间(死区)；可单独调整各相输出以适应不平衡负载。8 SA828 采用 28 脚的 DIP 和 SOIC 封装。其引脚如图 3-8 所示。各引脚的功能如下：(1)输入类引脚说明 AD0AD7：地址或数据输入通道。SET TRIP：通过该引脚，可以快速关断全部 SPWM 信号输出,高电平有效。：硬件复位引脚，低电平有效。复位后,存放器的、WTE 和 RST 各位为 0。-CLK：时钟输入端，SA828 既可以单独

37、外接时钟，也可以与单片机共用时钟。：片选引脚。、ALE：用于 模式，分别接收写、读、地址锁存指令。INTEL 模式下 ALE 的下降沿传送地址，的上升沿给 SA828 写数据。在此模式下不用。R、AS、DS：用于R 模式，分别接收读写、地址、数据指令。MOTOROLA模式下，AS 的下降沿传送地址，当 R 为低电平时，DS 的下降沿给 SA828 写数据 接底电平 (2)输出类引脚说明 图 3-8 RPHB、YPHB、BPHB：这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的 R、Y、B 相的下臂开关管。RPHT、YPHT、BPHT：这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的 R、Y、B 相的上臂开关管。它们都是标准

38、TTL 输出每个输出都有 12mA 的驱动能力，可直接驱动光偶。：该引脚输出个封锁状态。当 SETTRIP 有效时，为低电平、表示输出已被封锁。它也有 12mA 的驱动能力，可直接驱动一个 LED 指示灯。ZPPR、ZPPY、ZPPB：这些引脚输出调制波频率。WSS：该引脚输出采样波形。3.1.7 部构造及工作原理 SA828 部构造如图 3-9 所示。来自单片机的数据通过总线控制和译码进入初始化存放器或控制存放器，它们对相控逻辑电路进展控制。外部时钟输入经分频器分成设定的频率，并生成三角形载波，三角载被与片 ROM 中的调制波形进展比拟，自动生成 SPWM 输出脉冲。通过脉冲删除电路，删去比

39、拟窄的脉冲(如图 3-10 所示)，因为这样的脉冲不起任何作用，只会增加开关管的损耗。通过脉冲延迟电路生成死区，保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。图 3-9 SA828 的部构造 片 ROM 存有正弦波形。存放器列阵包含 3 个 8 位存放器和 2 个虚拟存放器。他的虚拟存放器 R3 的写操作结果是 R0,R1,R2 中的数据写入控制存放器。虚拟存放器 R4 的写操作结果是 R0,R1,R2 中的数据写入初始化存放器。各存放器地址如表 3-11 所列。图 3-10 脉冲序列中的窄脉冲 AD2 AD1 AD0 存放器 功能 0 0 0 R0 暂存数据 0 0 1 R1 暂存数据

40、0 1 0 R2 暂存数据 0 1 1 R3 传控制数据 1 0 0 R4 传初始化数据 表 3-11 其工作过程可简析如下：由于调制波形关于 90 度，180 度，270 度对称，故波形 ROM 中仅有 090 度的波形瞬时幅值，采样间隔 0.23 度,90 度共 384 组 8 位采样值存入 ROM中，每个采样值线性的表达正弦波的瞬时值,通过相位控制逻辑，将它组成 0360 度的完整波形.该调制波与载波比拟产生三相六路双极性 PWM 调制波形.其经脉冲宽度取消电路，-将脉冲宽度小于取消时间的脉冲去掉,再经脉冲延时电路引入死区时间，从而保证了在转换瞬间高，低端功率开关不会出现共同导通现象。图

41、 3-9 中 24 位初始化暂存存放器,可用来设置输出波形参数，例如载波频率，最小脉宽，脉冲取消时间计数器置0 图 3-12 Intel 总线时序 等。一经设置好，运行中不允许改变。24 位控制存放器，用来调整改变调制波频率，幅值，输出关闭，过调制选择，开机关机等.上述设置和调整均通过微处理器或微控制器发出指令，数据先存入三个 8 位暂存存放器 R0，R1，R2 中，然后通过 R3 和 R4 分别传送给 24 位初始化存放器和 24 位控制存放器。初始化或调整时，端要置 0。SA828 由外配的微处理器通过复用 MOTEL 总线控制，并与外配的微处理器接口，该接口总线有自动适应英特尔和摩托罗拉

42、两种总线格式及工作时序的能力两种总线的工作时序如图 3-12 和 3-13，在电路启动运行后,当 AS/ALE 端从低电平变为高电时，部检测电路锁存 DS/的状态，假设检测结果为高电平则自动进入英特尔模式，假设检测结果为低电平，则选择摩托罗拉模式工作，总线连接和定时信息相对所用微处理器而言，这个过程在每次 AS/ALE 变为高电平时要进展，实际中模式选择由系统自动设定。图 3-13 Motorola 总线时序 3.1.8 SA828 初始化存放器编程 初始化是用来设定与电机和逆变器有关的根本参数。它包括载波频率设定、调制波频率围设定、脉冲延迟时间设定、最小删除脉宽设定、幅值控制。初始化编程时，

43、即设定各存放器容。下面分别介绍这些容的设定。9(1)载波频率设定 载波频率(即三角波频率)越高越好，但频率越高损耗会越大，另外，还受开关管最高频率限制，因此要合理设定。设定字由 CFS0-CFS2 这 3 位组成。载波频率 通过下式 (31)求出。式中 K 为时钟频率,n 值的二进制数即为载波频率设定字，可以取 1，2，4，8，16或 32。由于 K=12MHz，当 n=1 时，反算得=23.4375KHz,考虑到(ma*)=24KHz,=128 ,=10.67 s 最小脉宽为 5.67 s。(5)幅值控制 AC 是幅值控制位。当 AC0 时，控制存放器中的 R 相的幅值就是其他两相的幅值。当

44、 AC=l时，控制存放器中的 R、Y、B 相分别可以调整各自的幅值，以适应不平衡负载。初始化存放器通常在程序初始化时定义。这些参数专用于逆变电路中因此，在操作期间不应该改变它们。如果一定要修改，可先用控制存放器中的 来关断 SPWM 输出，然后再进展修改。3.1.9 SA828 控制存放器编程 控制存放器的作用包括调制波频率选择(调速)、调制波幅值选择(调压)、正反转选择、输出制止位控制、计数器复位控制、软复位控制。控制数据仍然是通过 RoR2 存放器输入并暂存，当向 R3 虚拟存放器写操作时将这些数据送入控制存放器。(1)调制波频率选择 调制波频率选择字由 PFS0PFS7 这 8 位组成。

45、通过下式 (3-5)求得 值，它的二进制数即是调制波频率选择字。取=400Hz,=488.28Hz,得=3355.45179 (2)调制波幅值选择 通过改变调制波幅值来改变输出电压有效值，到达变频同时变压的目的。输出电压的改变要根据 U/f 曲线，随频率变化进展相应的变化。调制波幅值是借助于 8 位幅值选择字(RAMP、YAMP、BAMP)来实现的。每一相都可以通过计算下式%(3-6)求出 A 值，它的二进制数即为幅值选择字(即 RAMP 或 YAMP 或 BAMP)。式中的 就是调压比，注意，初始化存放器的 AC 位决定了 R 相幅值是否代表另二相幅值。=91.8=92 (3)输出制止位控制

46、 输出制止位。当 0 时，关断所有 SPWM 信号输出。(4)计数器复位控制 计数器复位位，当 0，使部的相计数器置为 0(R 相)。(5)软复位控制 RST 是软复位位。它与硬复位 有一样的功能。高电平有效。SPWM 波形的产生，选择专用的芯片 SA828，如前面所讲，这里不再论述。它和单片机的接口如下列图所示：-3.2 系统软件的设计 3.2.1 初始化程序 系统上电时,初始化程序将数据存储区清零。3.2.2 主程序 完成定时器的初始化，开各种中断，循环调用各个子程序。包括电压显示子程序、AD 转换子程序、828 初始化子程序。主程序流程图见图 程序清单如下:START:SETB IT1

47、;选择 INT1 为边沿触发方式 SETB E*1 ;开外中断 1 SETB EA ;开总控制中断 CLR P*1 ;外中断 1 为低优先级 SETB IT0 ;脉冲下降沿触发外中断 0 SETB E*0 ;开外中断 0 MOV TMOD,*01H ;T0 工作在定时，方式 1 SETB P*0 ;外中断 0 为高优先级 MOV TH0,*00H MOV TL0,*00H ACALL KAISHI ACALL INCADC AJMP START 3.2.3 SA838 初始化及控制子程序 按照单片机与 SA828 的接线图，P2.0 作为 SA828 的片选控制口，因此 SA828 的起始地址

48、为 FE00H。系统上电复位之后首先对 SA828 写初始化字和控制字。具体计算如前面所述。流程图如下：程序清单如下：CLR P2.1 ;制止 PWM 输出 MOV A,*80H ;SA828 初始化存放器 MOV DPTR,*0FE00H ;SA828 地址 MOV*DPTR,A ;给 R0 写数据 INC DPTR MOV A,*60H MOV*DPTR,A ;给 R1 写数据 INC DPTR MOV A,*04H MOV*DPTR,A ;给 R2 写数据 INC DPTR INC DPTR MOV*DPTR,A ;给初始化存放器 R4 写数据 MOV A,*1BH ;SA828 控制存

49、放器 MOV DPTR,*0FE00H ;SA828 地址 MOV*DPTR,A ;给 R0 写数据 INC DPTR MOV A,*2DH-MOV*DPTR,A ;给 R1 写数据 INC DPTR MOV A,*05CH MOV*DPTR,A ;给 R2 写数据 INC DPTR MOV*DPTR,A ;给控制存放器 R3 写数据 SETB P2.1 ;允许 PWM 输 单片机对采样到的输出如做 PI 调节计算转换为电压幅值控制字后，需要重新写入控制字，其方法是一样的。3.2.4 ADC0809 的控制及数据处理子程序 单片机与 ADC0809 的接线图所示，P2.7 作为 ADC0809

50、 的片选控制口，因此 ADC0809的起始地址为 7F00H。如下图，ADC0809 的地址选择线接地，固定 8 路模拟数据输入端重 IN-0 为电压采样输入端。ADC0809 的 CLK 信号是从 AT89C52 的 ALE 端经四分频器74LS74 分频后得到的，工作频率为 500HZ，转换时间为 128us 左右，据此设计一个延时时间，延时时间一到，采用查询方式进展数据传送。即用软件测试 EOCP3.1的状态，假设测试结果为 1，则转换完毕接着进展数据传送，否则等待，直到测试结果为 1。因为ADC0809 的最大输入电压为 5V，其转换结果 FFH 对应 5V。所以 FFH 对应的输入应