基于单片机的SPWM控制技术
利用PIC单片机生成SPWM信号
基于PIC单片机的SPWM控制技术技术分类：嵌入式系统 | 2006-09-17来源：21IC中国电子网 | 作者：陈晓萍王念春马玉龙•Embedded FPGA Modules•Configurable processor modules featuring Nios II and uClinux •Google提供的广告引言在UPS等电力电子设备中，控制方法是核心技术。
早期的控制方法使得输出为矩形波，谐波含量较高，滤波困难。
SPWM技术较好地克服了这些缺点。
目前SPWM的产生方法很多，汇总如下。
1）利用分立元件，采用模拟、数字混和电路生成SPWM波。
此方法电路复杂，实现困难且不易改进；2）由SPWM专用芯片SA828系列与微处理器直接连接生成SPWM 波，SA828是由规则采样法产生SPWM波的，相对谐波较大且无法实现闭环控制；3）利用CPLD（复杂可编程逻辑器件）设计，实现数字式SPWM发生器；4）基于单片机实现SPWM，此方法控制电路简单可靠，利用软件产生SPWM波，减轻了对硬件的要求，且成本低，受外界干扰小。
而当今单片机的应用已经从单纯依赖于51系列单片机向其它多种单片机发展，尤其以嵌入式PIC单片机的发展应用更为广泛。
PIC单片机含具有PWM功能的外围功能模块（CCP），利用此模块更容易通过软件实现SPWM，且具有更快的执行速度。
本文采用软硬件结合设计的方法，利用面积等效法，并且基于PIC单片机实现对试验逆变系统的SPWM控制。
1 面积等效的SPWM控制算法目前生成SPWM波的控制算法主要有4种。
1）自然采样法；2）对称规则采样法；3）不对称规则采样法；4)面积等效法。
理论分析后知自然采样法和面积等效法相对于规则采样法谐波较小，对谐波的抑制能力较强。
又因为PIC单片机片内无较大空间实现在线运算，所以自然采样法不利于软件实现。
本文的试验系统采用面积等效法实现SPWM控制，其原理如图1所示。
基于STC单片机的SPWM步进电机细分控制研究与实现
步 驱动 控制 时 有 以下 缺 点 ：步 距 角较 大 ，转 速 不
够 平 稳 ，低 速 时 容 易 产 生 振 动 ，机 械 噪 声 较 大 ，
波控 制 信 号 ，绕 组 中 电流 的 闭环 控 制 ，从 而 实 现
１ Ｓ ＷＭ步进 电机细分驱 动原理 Ｐ
１１ 基于 Ｄ／Ａ 换 的细分 驱动 ． 转 目前细 分 驱 动都 是 采用 Ｄ ／Ａ 转 换 的方 式 进
行 细 分 。所 谓 细 分 驱 动就 是把 一 个 机 械 步 距 角 细 分 成 若 干 个 电 的步 距 角 ，当转 子 从 一 个 位 置 转 到
制 领域 用步 进 电机 来 控 制 变得 非 常 简单 ，由 此步 进 电机 已被 广泛 地应 用 ，应用范 围正 不断 扩大 。 但 是 由于 其 结 构 及 运 行 上 的 特 点 使 它存 在 整
驱 动 步 进 电机 ， 电机 每 运 行 一 步 ，其 绕 组 内的 电 流 将 从 ０突 变 为 ３ 或 从 ３ 突变 到 ０ Ａ Ａ ，ｏ ｇ
（ 湖南广播 电视大学 ，长沙 ４ ０ ０ ） １ ０ ４
摘
要 ： 步进电动机控制方 法多种多样 ，其驱 动方式与运行性 能关系极大。本文突破 目前通用的Ｄ Ａ ／ 转换细分 电路方 式，创新性提出了一种基于Ｓ ＷＭ的细分控制方法 ，该细分采用Ｓ Ｏ８０５ 单 Ｐ Ｔ ９ １ 片机 实现了对步进 电机 的控制。这种细分控 制采 用Ｓ ＷＭ脉 冲实现 ，使硬 件结构简单 ，调整 Ｐ 方便 ，控制精度高 ，运行平稳 ，可靠性和抗干扰能力强 ，应用效果良好。
基于AVR单片机的SPWM变频调速控制策略
基于AVR单片机的SPWM变频调速控制策略.Control strategy of SPWM variable frequency speed regulating based on AVR single-chip computer.张希林段吉安摘要：重点讨论了一种新型单片机—AVR高速嵌入式单片机在交流变频调速中的应用，并给出了软硬件设计方法，同时利用等效面积法生成SPWM脉冲序列，较好的解决了控制精度和实时控制的要求，理论分析和仿真实验证明该方法可行。
关键字：AVR单片机; SPWM波; 等效面积法; 变频调速引言近年来，随着自关断器件的不断发展，采用以正弦波作为参考电压的SPWM（正弦脉宽调制）控制的VVVF 变频调速,已成为交流异步电机调速的主流。
IGBT作为新一代全控型电力电子器件，综合了MOSFET和GTR 的优点，开关频率高、驱动功率小，构成的功率交换器输出电压纹波小，线路简单，是当今最具有应用前景的功率器件。
早期使用模拟电路元件生成SPWM波形，所需硬件较多，算法不够灵活，改变参数和调试比较麻烦。
随着电力电子技术、微电子技术和计算机技术的发展，研究重点转移到以MCU、DSP为主的数字方案。
本文介绍一种由AVR高速嵌入式单片机输出的SPWM脉冲序列控制变频调速的方法。
1 SPWM波形生成策略1.1 常用算法比较微机控制的SPWM算法有多种，常用的有自然取样法和规则取样法。
自然取样法（图1a）采用计算的方法寻找三角载波UΔ与参考正弦波UR的交点作为开关值以确定SPWM的脉冲宽度，这种方法误差小、精度高，但是计算量大，难以做到实时控制，用查表法将占用大量内存，调速范围有限，一般不采用。
规则取样法（图1b）采用近似求UΔ和UR交点的方法，通过两个三角波峰之间中线与UR的交点作水平线与两个三角波分别交于A和B点，由交点确定SPWM的脉宽，这种方法计算量相对自然取样法小的多，但存在一定误差。
基于单片机实现SPWM制作空调变频器
S P WM (正弦脉宽调制)在变频器设计中得到广泛应用,空调压缩机的异步电机如果适当变频则可以减少启动次数,达到室内温度精度高并且省电运行的目的,然而目前市场上无论变频空调还是变频器都价格较高,因此有必要探索使用成本低廉的单片机做控制器,实现空调变频运行的低成本装置,功能虽然不如市场上的变频空调那样全面,但只要能实现经济运行,达到实用目的即可。
在此采用单片机通过驱动电路控制单相逆变桥的方法实现变频,用单片机通过适当的运算可很容易产生单极性的正弦脉宽调制波。
1 硬件选择主电路如图1,四个整流二极管选择整流桥形式的整体封装,价格低廉。
逆变桥的I G B T 选用G T 8Q 101的分立管,I G B T 驱动选择E X B 840专用驱动I C 。
电容C 选为5000μF/450V即可。
除此之外还有经A/D 转换器与单片机相连的温度传感器。
GT8Q101的V CE S =1200V,I CP =16A,可以满足耐压要求和启动峰值电流要求。
最高速度为0.5μs,开关速度也可满足要求。
EXB840可驱动高达75A/1200V的IGBT,最高频率40kHz,带有过流保护功能,按照使用手册的应用电路接线,其中控制端脚经RG接IGBT的栅极,RG如选的过大,则IGBT 的导通损耗较大,选的过小则会在IGBT的集电极产生大的电压尖脉冲,且不利于负载短路保护,对于1200V/8A的管子来说,一般选取RG=150Ω,考虑到单片机上电时I/O 口为高电平,为防止短路应使低电平有效,故应使负极性驱动信号接单片机。
2 异步电机变压变频方案在变频的过程中，应尽量使主磁通Φm 保持不变，若Φm 变大，则磁路过饱和而使励磁电流增大，功率因数降低，损耗增大，若Φm 过小，则会使转矩下降，异步电动机的基本电磁式如下：U1≈E1=4.44N 1kn1f1Φm由此式可见,要使Φm不变,则U1应与f1同比例变化,考虑到在f1>50Hz时,提高U 1大于额定电压时对电机的绝缘安全不利,故在f1>50Hz采用定压升频方式,这样虽然Φm 会变小,转矩会减小,但对于压缩机的电机来说仍可正常工作,只在f1<50Hz 时采用恒压频比方式变频。
基于单片机的SPWM变频器
第22卷第1期2010年3月武汉工程职业技术学院学报Journal of W uhan E ngineering Institute Vol.22No.1M arch 2010基于单片机的SPWM 变频器曹庆生(武汉工程职业技术学院铁山校区 湖北 黄石:430000)摘 要 采用单片机控制M OSFET 驱动模块,实现正弦波变频。
使用MOSFET (IGBT )专用驱动芯片IR2302简化电路设计,采用了AT 2402存储芯片,以便保存用户设置。
关键词 SPWM,单片机,M OSFET,程序设计中图分类号:T N830.2 文献标识码:A 文章编号:1671-3524(2010)01-0025-06 交流异步电机在工农业生产、国防建设、居民生活中都有着重要的地位,异步电机的调速是比较普遍的问题,随着变频器的的普及,它优越的调速性能、宽阔的调速范围、平稳的调速能力,使之得到广泛采用。
市场上品牌变频器价格极其昂贵,在某些小功率家用电器中无法得到应用。
笔者设计的基于单片机的SPWM 变频器,可以用较低的成本,实现在家用电器等方面的应用。
1 变频器的组成和原理变频是将固定频率的交流电变换为频率连续可调交流电的过程。
变频器一般有两大部分组成:一是电力部分,它是使用各种电力半导体器件,实现电力形式变换的功能电路;二是控制驱动部分,电力部分是依靠控制部分开展工作的,这一部分决定了变频器的工作性能、操作性能等。
1.1 变频器组成变频器采用单片机控制,为了使用和操作方便,增加了红外线遥控电路。
电路方框图如图1所示。
图1 变频电路方框图由图1可见,变频先使用整流电路,将交流电变换为平滑的直流电,再使用逆变器将直流电变换为频率连续可调的交流电。
1.2 电路原理单相交流电由J1端子输入,经过D1桥式整流,电容器C1滤波,得到较为平滑的直流电,施加到由四个功率管T 1~T4组成的桥式逆变电路上。
在单片机控制下,采用专用驱动模块,让T 1/T 4、T2/T3轮流导通,在电动机M 上获得交变电压。
基于STM 单片机的SPWM波的实现
基于STM32的SPWM 调制实现方法SPWM 波的原理SPWM 全称正弦脉冲宽度调制技术，是用一系列等幅不等宽的脉冲等效正弦波。
SPWM 技术是基于“面积相等，效用等效”原理，即形状不同的窄脉冲信号对于时间的积分相等(面积相等)，其效果相同。
将半周期的正弦波在时间轴上等分成若干份，这些部分的面积依次呈先增大，再减小的趋势变化，面积两边对称；若每一部分用对应面积相等，等宽不等幅的矩形脉冲代替，则这些脉冲的高度就会呈现依次先增高，再降低的的趋势，脉冲高度两边对称；进一步说，如果被等分的正弦波与横轴围成的区域用对应面积相等，等幅不等宽的矩形脉冲代替，则这一系列脉冲的宽度就会依次呈现出先变宽，后变窄，宽度两边对称的有规律的变化。
SPWM 波正是用一系列等幅不等宽的矩形脉冲来等效正弦波的。
如图所示：iδ2dU nπiθ图(1)如图（1）正弦曲线sin m y U t =，将曲线半周期均分成N 份，每一份用与之面积相等的矩形脉冲代替，脉冲中点与每一份的中点重合，各个脉冲高度相同，等于2d U ，中心间距都是nπ。
为一般起见，不妨设正弦角频率为s ω，假设第i 个脉冲的宽度为i δ，中心点所对应的相位角为i θ，则根据面积相等的等效原则得到22U sin(t)dt2i s i s n di m s n U πθωπθωδω+-⨯=⎰进一步化简得22cos(t)2(2sin()sin()22sin()sin()22sin()sin()2i s i s nd m i s s nm s i ss s m s i s s s ms i sU UU n U n U nπθωπθωδωωπωθωωωπωθωωωπωθω+-⨯=-⎡⎤=--⨯⎢⎥⎣⎦=⨯=⨯两边同乘2dU ，得到1sin()22=sin()121sin()2sin()12m i s i s ds m s idU n n U n T U n nU nπδωθωωθ=当n 的数值较大时，11s in ()22n n≈最终得=sin()s mi s i dT U nU δωθ。
基于单片机的SPWM逆变电源设计
06 结论与展望
研究成果总结
成功实现了基于单片机的SPWM逆变电源设计， 具有高效率、高稳定性、低成本等优点。
采用了先进的控制算法，实现了对输出电压和电 流的精确控制，提高了电源的性能。
实验结果表明，该设计在各种负载条件下均能保 持稳定的输出，满足实际应用需求。
未来研究方向与展望
进一步优化控制算法，提高电源的动态响应和稳定性。
选择一款具有高速处理能力和丰富外 设接口的单片机，如STM32F103系 列。
硬件配置
根据设计需求，配置单片机所需的件设计
电源电路
设计电源电路，为单片机和其他电路提供稳定的 电源。
驱动电路
设计驱动电路，用于驱动逆变器开关管。
采样电路
设计采样电路，用于采集逆变器输出电压和电流 等信号。
单片机技术的普及
单片机作为一种集控制、运算、存储 等功能于一体的微处理器，被广泛应 用于各种电子设备中。
SPWM逆变电源概述
SPWM逆变电源的基本原理
01
通过控制开关的占空比，使得输出电压或电流的脉冲宽度按正
弦规律分布，从而得到类似正弦波的输出波形。
SPWM逆变电源的特点
02
输出波形质量高、谐波含量低、动态响应快、易于数字化实现
等。
SPWM逆变电源的应用
03
在电机控制、不间断电源、有源滤波器等领域具有广泛的应用。
02 SPWM逆变电源原理
SPWM技术原理
SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）技术是一种模拟正弦波的脉冲宽 度调制技术，通过改变脉冲宽度来模拟正弦波 的幅值。
SPWM技术广泛应用于逆变电源、电 机控制等领域，具有高精度、高效率、 低谐波等优点。
基于单片机的SPWM变频器设计探究
基于单片机的ＳＰＷＭ变频器设计探究张丁雷摘㊀要：随着电子技术的发展，传统的电气传动将面临着重大的变革，直流调速已经逐步被交流调速所取代㊂交流电机相对于直流电机而言具有结构简单㊁故障率低㊁易维护等众多优点，因而在调速领域具有独特的优势㊂全自动型功率器件的出现以及控制理论的不断发展，交流调速系统在控制性能以及经济性方面都能够与直流电机相媲美，且更适合应用于高速㊁高压㊁恶劣的环境中㊂文章采用ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ单片机控制三相交流异步电机，通过ＳＰＷＭ技术对交流电机进行恒压频比控制，设计出一款通用变频调速系统㊂关键词：ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ单片机；变频调速；ＳＰＷＭ一㊁引言变频器是一种交流调速设备，主要功能是解决交流电调速困难以及交流设备效率低㊁可靠性差等问题，其能够在很大程度上提升电机的调速性能㊂但是，由于市场上变频器的价格不菲，且所集成的功能众多，无法在低功率的家电中使用㊂因此，笔者企图以较低的成本来设计一款实用的变频器，以便能够在家电上使用㊂二㊁总体设计方案变频是将固定频率的交流电转换为频率连续可调交流电的过程㊂文章设计的变频其总体由两部分构成：一是电力部分，其采用各种电力半导体器件，以此来实现电力形式变换的电路；二是驱动控制部分，电力部分依赖于控制部分展开工作，该部分决定了变频器的工作性能与操作性能等㊂三㊁系统硬件设计本设计采用ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ单片机为控制部件，所设计出的硬件结构主要包括主电路㊁控制电路㊁检测电路以及供电电源电路组成㊂本系统采用ＳＰＷＭ变频技术，为了将开发周期尽可能地缩短，由组态软件中的上位机编程软件来调整系统参数㊂通过上位机ＲＳ２３２接口负责将参数发送给下位机，在ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ接收到信号后将电路采集的数据进行矢量计算，由ＣＰＵ输出ＳＰＷＭ波形并送入到驱动电路的输入端口；ＳＰＷＭ波经过驱动电路输出放大的ＳＰＷＭ波形；经过滤波电路输出三相正弦波㊂ＣＰＵ对系统的运行状态进行实时监控，在系统出现短路㊁过流等故障时，则可通过检测电路检测出故障信号，并经过处理再转换为电压信号，然后将信号输出并封锁，以此来保障电机的运行㊂（一）电路设计１．主电路设计主电路采用交流－直流－交流的电路结构，由整流㊁中间滤波以及逆变器组成㊂具体采用ＩＲ２３０集成电路，该种电路适用于功率ＭＯＳＥＦＥＴ所驱动的照明镇流器㊁电源和电机等㊂通过改变输入逆变器的ＳＰＷＭ波的宽度来调节输出波形的频率，以此来实现变频的目的㊂２．控制电路设计芯片作为控制电路的核心部件具有重要的意义，文章采用ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ单片机，其主要功能是将检测数据转换为ＳＰＷＭ波，处理输入和输出端数据，以起到系统控制的作用㊂ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ集成了控制ＰＷＭ输出定时器，每个定时器都能够输出三相ＰＷＭ波形，各定时器之间通过联合电机的反馈环控制㊂３．检测电路设计系统在理想的情况下能够稳定地运行，但是在实际应用过程中，各种因素都有可能导致系统出现故障㊂处于增强系统运行稳定性的目的以及在系统出现故障时的保护，需要对电路进行实时的检测，检测电路由过流㊁过压检测及保护电路以及转速度检测及保护电路组成㊂过流检测电路是通过电流传感器来实现对三相异步机的三相电流㊂当三相异步机出现过路电流时自动切断继电器电源㊂电压检测和保护电路主要是检测通过整流输出的高压直流的母线电压，由于母线电压对逆变系统具有较大的影响，因此需要设计保护电路㊂过压保护电路采用串联保险丝与并联压敏电阻的方法㊂通过保险管来限制了过大的电流，压敏电阻是在电压过大的情况下降低电路的电压以起到保护的作用㊂转速检测电路采用电增量编码器作为速度传感器㊂增量编码器是通过数字的形式来确定被检测目标相对于基点的瞬时位置，通过接口转速检测电路测量电机的角速度㊂（二）频率显示模块由于单片机ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ的驱动能力不够，这就需要采用三极管驱动数码对变频器的频率进行直观地显示，从而实现精确控制的目的㊂四㊁系统软件设计本系统采用的是基于ＳＰＷＭ的电流控制方法，通过处理采样信号来产生ＳＰＷＭ驱动信号对逆变器进行控制㊂在系统上电后，初始化模块仅设置一次，然后就循环执行控制程序，并在这个执行的过程中定时发生中断，系统执行程序在中断与主程序中进行，所产生的ＳＰＷＭ信号加入数据处理模块中运算，将运算结果储存到ＭＣＰ寄存器中，通过对逆变器的控制来调节电动机的速度来完成控制信号的产生㊂五㊁调试在对系统调试的总体思路是先进行部分调试，然后再进行整体调试㊂当系统上电时，首先对其电源工作是否正常进行检测，在系统正常工作后采用示波器来观察ＰＷＭ波形㊂最后，将１８Ｖ电压加到系统输入端，并在系统负载端串上滤波电路㊂六㊁结论文章在对大量资料进行收集㊁分析和整理学习的基础上，以三相交流异步电动机作为被控制对象，采用ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ单片机作为处理器，通过ＳＰＷＭ控制技术对交流电机实现恒压频比控制，设计出了基于ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ交流电机变频器，在考虑实际生产中硬件结构的基础上，编写了相应的软件程序，所设计的变频器电路结构简单，可靠性高且实用性好，基于三相交流异步电动机的变频调速将具备广阔的应用前景㊂参考文献：［１］向楠，黄道业．基于ＭＳＰ４３０Ｆ５４３８Ａ单片机的交流变频器的设计［Ｊ］．西安文理学院学报（自然科学版），２０１５（２）：１１－１３．［２］吴守帧，藏英杰．电气传动的脉宽调制和控制技术［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９９５．作者简介：张丁雷，杭州浙泰电气有限公司㊂８８１。
基于单片机实现SPWM制作空调变频器
基于单片机实现SPWM制作空调变频器SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制）是一种通过改变脉冲宽度来调制正弦波形的技术。
在空调变频器中，SPWM被用来控制空调压缩机的转速，从而实现空调运行的频率调节。
1.信号采集：空调变频器需要采集环境温度和设定温度信号。
可以通过温度传感器采集环境温度，并通过按钮或旋钮等输入设备采集设定温度信号。
2.控制算法：控制算法主要包括温度控制算法和SPWM生成算法。
温度控制算法根据环境温度和设定温度计算出控制信号。
SPWM生成算法根据控制信号生成相应的SPWM波形。
3.SPWM输出：根据SPWM生成算法生成的波形，控制输出信号，控制空调压缩机的转速。
通过改变脉冲的占空比，改变压缩机的电流和电压，从而控制压缩机的运行频率。
4.过温保护：在空调变频器中，还应该添加过温保护功能，以避免设备超过安全温度。
可以使用温度传感器检测设备温度，并在温度超过安全限制时触发过温保护措施，例如关闭空调压缩机。
在实际实现过程中，可以使用一块适配单片机的PWM模块来生成SPWM波形。
通过调整PWM的占空比和频率，可以改变SPWM的周期和幅值，从而实现空调压缩机的转速调节。
此外，为了保证空调变频器的稳定运行，还可以加入软起动、过压保护、电流保护等功能。
软起动可以避免空调压缩机在启动时产生过大的冲击电流；过压保护可以保证电压在合适范围内，避免对设备损坏；电流保护可以监测压缩机输出电流，避免过大的电流对设备造成损害。
总结起来，基于单片机实现SPWM的空调变频器需要进行信号采集、控制算法设计、SPWM输出和各种保护措施设计。
通过合理的控制算法和SPWM生成，可以实现空调压缩机的转速调节，从而实现空调的变频控制，提高能效和舒适度。
本科毕业设计---基于单片机的spwm控制系统设计
本科毕业设计题目：基于单片机的SPWM控制系统设计学院: 信息科学与工程学院专业:学号:学生姓名:指导教师:日期:摘要论文主要目的建立基于单片的SPWM调控系统，即用单片机产生SPWM波，其中，脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形称为SPWM波。
本论文中主要是根据SPWM法的原理，即通过控制电路中开关器件的通断，使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等，并且在惯性环节上的效果基本相同，从而达到等效的效果。
根据这个原理，先利用MATLAB计算出基波与载波的交点，计算出交点之间的持续时间，根据持续时间的值在单片机程序中建立一个数组，数组中的元素就是赋予定时器的初值，当定时器溢出时，输出电平自动翻转，继而查表，赋予下一个电平的持续时间，这样一直反复下去，就可以得到一个SPWM波形。
最后在protues中仿真，在示波器中可以看到SPWM波的波形。
关键词：单片机；Matlab；查表；SPWM；仿真AbstractThe main purpose of the paper to establish a SPWM regulatory system based on single chip microcomputer , namely, Using a single chip microcomputer to generates SPWM wave,Among them, the pulse width changed by the law of sine is equal to the sine wave,this PWM wave calls SPWM wave.This paper is mainly based on the principle of SPWM law, namely, the switch-off device in the control circuit is on or off , So that the area of pulse voltage output and the area of the desired output sine wave in the corresponding sections are equal,And the effect on the inertia is substantially same, So as to achieve the equivalent effect, According to this principle, First using MATLAB to calculate the intersection of fundamental and carrier wave, Then calculating the duration between intersections, Based on the value of the duration ,Create an array in the microcontroller program, Elements in the array is initial value assigned to the timer, When the timer overflows, the output level will automatic reverse. Then look up table, Given the next duration of electrical level, Finally we simulate in protues ,then you can see the SPWM wave on the oscilloscope..Key words：Single chip microcomputer; MATLAB; Look-up table; SPWM; The simulation目录1 绪论 (1)1.1 研究的背景及意义 (1)1.2 研究目的及内容 (2)2 主电路工作原理 (4)2.1 PWM控制的基本原理 (4)2.2 SPWM法的基本原理 (5)2.3 PWM控制方法 (5)2.3.1 计算法 (5)2.3.2 调制法 (6)2.4 同步调制和异步调制 (6)2.4.1 异步调制 (6)2.4.2 同步调制 (6)2.5 规则采样法 (7)3 单极性和双极性PWM控制逆变电路分析 (9)3.1 单相桥式PWM逆变电路 (9)3.1.1 原理图 (9)3.1.2 单极性PWM控制方式 (9)3.2 双极性PWM控制方式 (10)4 基于MATLAB的分析以及交点计算 (12)4.1 MATLAB简介 (12)4.2 查表产生SPWM波理论分析 (12)4.3 Matlab计算程序及仿真图形结果 (13)5 单片机程序设计 (19)5.1 AT89C52介绍 (19)5.2 程序设计流程图 (22)5.3 C语言实现程序 (23)5.3.1 程序运行软件Keil uVision2简介 (23)5.3.2 主程序 (24)5.3.3 中断程序 (25)5.4 仿真工具protues介绍 (25)5.5 仿真电路图 (26)5.6 仿真显示 (26)6 结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)1 绪论1.1 研究的背景及意义随着科技的飞速发展，逆变器的使用越来越广泛，逆变器能够将直流电源转换为具有所需输出电压和频率的交流电源。
基于单片机的SPWM逆变电源设计
输入过压欠压保护是指当系 统输入电压太高或太低而引起电 源输出电压失控的情况。
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系统保护电路
输出短路保护是指电源输 随着温度的升高，电子元件的性能
出短路时，使电源不受损 都会下降甚至损坏，因此我们必须在系
坏的技术措施。
统内加装散热风扇，另外还应当对电源 关键部位的温度进行监测，防止因温度
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谢谢
系统中输出采样电路的采样电压通过ADC0809转换成数字信 号，送给单片机。单片机根据这个电压采样值进行中位值滤波、 PI控制算出电压值，单片机再通过P0口把数据送到SA4848中， 来控制SPWM波发生器输出的SPWM波形参数，从而控制逆变桥两 个桥臂的控制信号RPHT、RPHB，改变输出电压的幅值。SPWM发 生器产生的SPWM波经四个驱动隔离电路去驱动逆变电路，从而 把整流滤波后得到的直流电逆变成稳定交流电。
基于单片机的SPWM 逆变电源设计
逆变电源的国内外研究现状
目前，逆变电源大多采用正弦波脉宽调制，即SPWM技术。逆变电 源以数字化控制为发展趋势，是现代逆变电源发展功率电子器件的大 功率研究的一个热点。
逆变电源的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，电力电 子器件的发展带动着逆变电源的发展。 逆变电源出现于电力电子技 术飞速发展的20世纪60年代，到日前为止，它已经历了三个发展阶段。
2 系统硬件设计
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系统主电路及单片机时钟、复位电 路
系统主电路 复 位 电 路
时钟电路
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采样电路及A/D转换电路
采 样 电 路
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A/D 转换 电路
SPWM波产生电路
SA4828的SETTRIP引脚接反相器的输出脚，使单片机 能够在异常情况下封锁SA4828的输出，SA4828的/TRIP 引脚接一只发光二极管，当SA4828的输出被封锁时，发 光二极管亮，用来显示封锁状态。
解析基于PIC单片机的SPWM控制技术!
解析基于PIC单片机的SPWM控制技术！
在UPS等电力电子设备中，控制方法是核心技术。
早期的控制方法使得
输出为矩形波，谐波含量较高，滤波困难。
SPWM技术较好地克服了这些缺点。
目前SPWM的产生方法很多，汇总如下。
1）利用分立元件，采用模拟、数字混和电路生成SPWM波。
此方法电路
复杂，实现困难且不易改进；
2）由SPWM专用芯片SA828系列与微处理器直接连接生成SPWM波，
SA828是由规则采样法产生SPWM波的，相对谐波较大且无法实现闭环控制；
3）利用CPLD（复杂可编程逻辑器件）设计，实现数字式SPWM发生器；
4）基于单片机实现SPWM，此方法控制电路简单可靠，利用软件产生SPWM波，减轻了对硬件的要求，且成本低，受外界干扰小。
而当今单片机的应用已经从单纯依赖于51系列单片机向其它多种单片机发展，尤其以嵌入式PIC单片机的发展应用更为广泛。
PIC单片机含具有PWM 功能的外围功能模块（CCP），利用此模块更容易通过软件实现SPWM，且具有更快的执行速度。
本文采用软硬件结合设计的方法，利用面积等效法，并
且基于PIC单片机实现对试验逆变系统的SPWM控制。
1、面积等效的SPWM控制算法
目前生成SPWM波的控制算法主要有4种。
1）自然采样法；
2）对称规则采样法；
3）不对称规则采样法；。
基于单片机与SPWM控制应急电源逆变电路设计
基于单片机与SPWM控制应急电源逆变电路设计
摘要：
逆变器是应急电源的重要组成部分。
为了实现应急电源中逆变器输出交流电压的适时调节，减小输出电压谐波达到逆变电路数字化控制目的，三相逆变电路采用了正弦脉宽调制(SPWM)控制方法，以C8051F020单片机和
SA4828为核心，完成对SPWM波的产生及系统的控制。
利用单片机特有的端口连接完成外围控制功能，这样就减少了应急电源对波形产生的处理时间，保证波形具有较高精度，而且电路硬件连接简单。
引言
随着社会发展，越是信息化、现代化，就越依赖于电力，突然断电会给人们正常的生活秩序和学习带来影响，尤其对于生产、生活中特别重要的负荷，一旦中断供电，将会造成重大的经济损失。
应急电源产品已成为很多重要场所必不可少的重要设备，也是能够最有效地解决停电事故和电力质量不稳定等问题的有效途径，而逆变电路是应急电源的重要组成部分。
逆变电路在应急电源中的作用是当市电断电或发生异常时，将蓄电池提供的直流电压逆变为三相交流电输出，以保证重要负荷或设备的正常运行。
目前，逆变电源大多采用正弦波脉宽调制(SPWM)技术，其控制电路大多采用模拟方法实现。
模拟控制技术虽然已经非常成熟，但存在很多缺点如：控制电路的元器件多，电路复杂，体积较大，灵活性不够等。
本文设计了一种全数字化的三相PWM逆变电源，利用专用SPWM波形发生器与单片机连接产生逆变驱动信号SPWM波，设计中选用了单片机C8051F020控制和MITEL公司的
SA4828芯片作为波形发生器。
逆变电路的结构与工作原理。
基于PIC单片机的SPWM控制技术
基于 ＰＣ单片机 的Ｓ Ｗ Ｉ Ｐ Ｍ控制技术
文 ０ 刘彤 军 （ 黑龙 江省 科 学 院 自动 化研 究所 黑 龙 江 哈 尔滨 ）
利 用正 弦 波 小块 面 积 Ｓ Ｉ与 脉 冲 面积 交 换 器输 出 电压 纹 波小 ，线 路 简 单 ，是 当 ｓ２，相等 原 则 ，将正 弦波 的正 半 周分 为 ／ 今 最具 有 应 用 前 景 的 功 率 器 件 。 Ｖ 等分 ，则每一 等分 的宽度 为 ｎ／ Ｎ 弧 度 ， （ ） 软 件 设 计 二 利 用 面积 等效 法 计算 出半 个周 期 内 Ｎ 个不 ｌ Ｃ单 片机 的设置 、Ｐｌ 法 ，结 合 试验 结果 波 形 进 行谐 波 分析 。 此 同的 脉 宽值 ，将 产 生 的 脉 宽数 列以 列 表 形 试验 中设置 ＳＰＷ Ｍ 的频率 为 ２ ｋＨｚ， ０ 方法 在 ＵＰＳ的设 计 中有较 强 的实 用价 值 。 式存于 ＰＩ Ｃ单 片机的 ＲＯＭ 中，以供程序调 并 外接 ２ ＭＨｚ晶振信号 ，计算得 指令周 ０ 关键词 ： ｌ Ｐ ｃ单 片机 ；Ｓ ＷＭ；面积等效 用 。 Ｐ 期即计时步阶 为 Ｏ．２ Ｓ Ｉ 。Ｐ Ｃ单片机 Ｃ Ｐ Ｃ 法 ； 谐 波 分 析 脉 宽 产 生 的 基 本 公 式 为 、 外 围功 能 模块 的 Ｐ Ｗ 功 能 实现 主要依 靠 Ｍ 引 言 相 关 寄 存 器 值 的 设 定 ，且 以 定 时 器 ２ 在 ＵＰ Ｓ等 电 力电子设 备 中，控 制方 法 （ ＴＭ Ｒ２ 作为 ＰＷ Ｍ 的时基。相关寄 存器的 ） 是 核 心技 术 。早 期 的 控 制方 法 使 得输 出 为 设 置如 下 。 矩形波 ，谐 波含量较高 ，滤波 困难 。ＳＰＷ Ｍ （ １）ＳＰＷ Ｍ 周期 的设定 由寄 存器 ＰＲ２ Ｓ ＷＭ开 荚点时 刻公式 为 Ｐ 技术 较好地 克服 了这些 缺点 。 目前 ＳＰＷ Ｍ 设 定 蘸 ‘ 的产生方法很多，汇总如下 。 试验 中 ＴＯＳＣ为 ２ ＭＨｚ，为提高分辨 ０ ‰ ＝ ＋ 一 （ ２） （ ）利用 分立 元 件 ，采用 模拟 、数字 一 率 ，ＴＭ Ｒ２预分 频设为 ｌ ，由此计算得 ：ｌ ＰＲ２＝０ Ｆ９： Ｘ 混 和 电路生 成 ＳＰ Ｗ 波 。此方 法 电路 复 Ｍ 杂 ，实 现 困难 且 不 易改 进 ； （ ）定 时 器 Ｔ Ｍ ２ 的控 制 寄 存 器 ２ Ｒ （ ） 由Ｓ Ｗ Ｍ 专用芯 片 ｓ ２ 二 Ｐ Ａ８ ８系列 Ｔ２ ＣＯＮ 设定 因为 ＳＰＷ Ｍ 频率高 ，周期短 ， 与 微 处 理 器 直 接连 接 生 成 Ｓ Ｐ Ｗ 波 ， Ｍ 式 中 ：Ｍ 为调制 度 ； 在 每 个 周 期 内 完 成 脉 宽 的 调 整 比较 困难 ， ＳＡ８ 由规 则采 样法产生 ＳＰＷ Ｍ 波的 ， ２８是 Ｎ 为 载 波 比 ，即 半 个周 期 内的 脉 冲个 故在 此寄 存 器 中设 置 后分频 为 ｌ：３，这样 相对谐波较大且无法实现闭环控制 ； 数 ，实验 中 Ｎ 取 ６４； 每输 出 ３个相 同脉 宽的 Ｓ Ｍ 波 后改变一 ＰＷ （ ）利 用 ＣＰＬＤ（复杂可编 程逻辑 器 三 ｋ 取 值 为 Ｏ ～６３ 。 次 脉宽值 ； 件） 设计 ，实现数字 式 ＳＰＷ Ｍ 发生 器； 由式 （ ） １ 计算 出的实 际脉宽 转换 成计时 （ ）２ 个 Ｃ Ｃ Ｐ 模块 的 控 制寄 存 器 ３ （ ）基于单 片机实现 Ｓ Ｗ Ｍ ，此方法 步 阶后 生成 ６４个 值的 正弦 表存 人 ＰＩＣ 的 ＣＣＰｌ 四 Ｐ ＣＯＮ 及 ＣＣＰ２ ＣＯＮ 的设定 两个 ＣＣＰ 控制 电路简单 可靠 ，利用 软件 产生 ＳＰＷ ＲＯＭ 中以供 调用 。产生 的 ＳＰＷ Ｍ 脉宽表 Ｍ ｆ Ｍ） 鞲＝（ ｌ Ｐ， 器 Ｐ｛ ２＋１ × ×（ Ｍ ２ 摊 赣 ） ４× Ｔ Ｒ ｊ舟 波 ，减 轻 了 对硬 件 的 要 求 ，且 成本 低 ，受 是 一个 由窄 到宽 ，再 由宽 到窄 的 ６ 个值 的 ４ （ ４） 外界 干扰 小 。 表。 而 当今 单 片 机 的应 用 已经 从单 纯依 赖 三 ，软 硬 件 结 合 试 验 系 统 模块 控制 寄存 器的设 置类似 ，选择 ＣＣＰ 模 于 ５ ｌ系列 单 片机 向其 它 多种 单 片机 发展 ， 以 Ｐ Ｉ 单 片机 内部 的两 个外 围功能 模 块 作 用 于 Ｐ Ｗ 功 能 模式 ，即 ｂ ｉｔ３ ： Ｃ Ｍ 尤 其以嵌 入式 Ｐ Ｉ 单 片机 的发 展应 用更 为 块（ Ｃ ＣＣＰ） 为基 础 ，利用 该模块具有 的 ＰＷ Ｍ Ｏ— Ｉ１ 。 ＸＸ 广泛 。ＰＩ 单片机含具有 ＰＷ Ｍ 功能 的外 围 功 能 ，软 件控制 两路 ＳＰＷ Ｍ 波形 的输 出。 Ｃ （ ４）Ｃ ＣＰＲｌ 脉宽写入寄 存器写 人的 Ｌ 功 能模块 （ Ｃ ＣＰ） ，利用 此模块 更容 易通过 再 将这两 路 ＳＰ — Ｗ Ｍ 波利 用互 补导通 原 脉 宽 值 在 下 个 Ｔ Ｍ 周期 开 始 时 转 至 Ｒ２ 软 件 实现 Ｓ Ｐ Ｗ ，且具 有 更快 的 执行 速 则变换 成 ４路 ，经隔 离放 大后驱动 Ｉ Ｍ ＧＢＴ 逆 ＣＣＰ Ｈ，通过 读 ＣＣＰＲｌ 的脉宽值 来改 Ｒｌ Ｈ 度 。 本 文采 用软 硬 件 结 合设 计 的 方 法 ， 利 变 器 ，实 现 对 输 出 的 控 制 。 变 ＰＷ Ｍ 脉 宽 。 用 面积等 效法 ，并 且基 于 ＰＩ 单片 机实 现 ｃ （ ） 硬 件 设 计 一 （ ５）寄 存器 ＴＲＩ ＳＣ对应 于 ＣＣＰｌ和 对试 验逆变 系统的 ＳＰＷ Ｍ 控 制。 试 验硬 件 系统 如 图 ２所示 。选 择 ＰＩＣ Ｃ Ｃ Ｐ２的输 入输 出设置 ，应设 置为输 出形 ＳＣ ｉ２ —ＯＯ。 二 、面积 等效 的 Ｓ Ｗ Ｍ 控 制算法 Ｐ 单 片 机 的 中档 系 列 ：该 系 列单 片机 的 主 要 式 ，即 ＴＲＩ 的 ｂ ｔ ：ｌ 目前生成 Ｓ Ｗ Ｍ 波 的控制算 法主要有 特 点 有 ： Ｐ ２，ＳＰＷ Ｍ 波形产生 的实现过 程 ４种 。 软 件控制 ＰＩ Ｃ单片 机使之产生 ＳＰＷ Ｍ １ 、具 有高性 能的 ＲＩ ＣＰＵ： ＳＣ ｌ， 自然 采样 法 ； ２、除程 序 分支 指令 为两个 周期 外， 其 波 形 。 首先 将 之 前 设 置 的寄 存 器 值 写 入相 ２、对 称 规则 采 样法 ； 余 均 为单 周 期 指 令 ，且 仅 有 ３ ５ 条单 字 指 关寄 存 器 ， 当 Ｐ ＩＣ 的 Ｐ Ｗ 功能 开启后 Ｍ ３、不 对 称规 则采 样 法 ； 令； ＴＭ Ｒ２从 Ｏ 开始计数 ，同时 ＣＣＰ模块 引脚 ４、面积 等效 法 。 ３ Ｋ ×１ Ｆ Ａ Ｈ程序存储器，３ ８ 输 出 高 电平 。 、８ ４个 Ｌ Ｓ ６ 理 论分 析后 知 自然 采 样法 和 面 积 等 效 ×８个数据存 储器（ ＲＡＭ ） 字节 ； 当 ＴＭＲ２≥ ＣＣ ＰＲｌ Ｌ时 ，Ｐ Ｍ 功 Ｗ 法相 对 于 规 则采 样 法 谐 波 较小 ，对 谐 波 的 ４、 中断能 力 强 ，达到 １４ 个中 断源 ； 能 引 脚 开 始 输 出低 电平 。 抑制能 力较 强 。又 因为 Ｐ Ｉ 单 片 机片 内无 Ｃ 当ＴＭＲ２≥Ｐ Ｒ２时 ，则 ＴＭＲ２ Ｏ， 一 ５、外 围功 能模块 丰富 ，含 ２个 ｌ ６位 重新 开 始 另一 个周 期计 数 ，Ｐ Ｗ 功 能 引 Ｍ 较 大 空 间 实 现在 线 运 算 ，所 以 自然 采 样 法 寄 存器的 Ｃ ＣＰ 模块 ，具 有 ＰＷ Ｍ 功 能 ： 不 利 于 软 件 实现 。本 文 的 试 验 系统 采 用 面 ６、含 ３个定时 器 ，其 中与 ＰＷ Ｍ 功能 脚开 始输 出高电 平。 同时 ＴＭ Ｒ 中断标 ２的 积等效法 实现 Ｓ ＰＷ Ｍ 控 制 ，其原理 如 图 ｌ 相关的定时 器 即 ＴＭ Ｒ２ 带 有 ８位周期 寄 志位被 系统置高 ，即 ＴＭＲ２ Ｆ＝ｌ ） Ｉ ＋转去执 所示 。 存 器 ，且 带 有 ８ 位预 分 频 器 和后 分 频 器 。 行 中断 服 务 程 序 。 因实验中设 置ＴＭＲ２ 分频为 ｌ ：３，故 ？ 叫 厂］ ｆ ｝ Ｊ ｝ ｃ 在 ３个 ＰＲ ２周期 后程序 才转去 执行 中断服 务 程 序 。在 中 断 服 务 程 序 中查 找 脉 宽 表 ， 将下 一个脉 宽值 写入 寄存 器 Ｃ Ｃ ＰＲｌ 中。 Ｌ 下个 周期 输 出的 Ｐ Ｗ 的脉 宽 即为 刚写入 Ｍ Ｃ ＣＰＲｌ 中的脉宽 值 ，也 就是说脉 宽的变 Ｌ 化在 中断 程 序 中 实 现 ， 中断 程 序 流程 如 图
基于单片机的SPWM逆变器的控制技术的研究
基于单片机的SPWM逆变器的控制技术的研究作者：巩瑞春仝晓梅来源：《科技视界》 2012年第29期巩瑞春仝晓梅(包头师范学院信息科学与技术学院内蒙古包头014030)【摘要】采用应用对89C52单片机进行编程，与SA4828芯片的对应引脚连接电路，若要实现各种控制策略，只需修改软件即可，通过规则采样SPWM算法来输出高精度的SPWM波形，从而实现了逆变器的SPWM控制。
最后通过系统运行结果，输出SPWM波形。
【关键词】89C52单片机；正弦脉冲宽度调制；逆变器；SA4828芯片1 逆变器和SPWM的概念1.1 逆变器介绍直流电变成交流电称为逆变。
当我们把交流侧接在电网上，就是交流侧接在电网上时，称为有源逆变；而当直流侧直接和负载连接时，称为无源逆变。
我们这里主要研究的是无源逆变电路。
逆变常常会和变频联系在一起，变频电路有交-交变频和交-直-交变频两种方式。
由于交-直-交变频电路的整流电路部分常常采用最简单的二极管整流电路，因此交-直-交变频电路的核心就是逆变电路，我们称交-直-交变频器为逆变器。
1.2 SPWM的概念PWM(Pulse Width Modulation)控制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，来等效地获得所需要的波形。
在调制信号波为正弦波时，所得到的就是SPWM波形。
脉冲的宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM波形，也称SPWM（Sinusoidal PWM）波形。
PWM波形可分为等幅PWM波和不等幅PWM波两种，由直流电源产生的PWM波通常是等幅PWM 波。
基于等效面积原理，PWM波形还可以等效成其他所需要的波形，如等效所需要的非正弦交流波形等。
2 SPWM逆变器的电路实现2.1 SPWM逆变器的电路实现概述目前，在正弦波逆变器中应用很广的是SPWM技术，它的输出等效于正弦波，大大降低了谐波分量，大为改善逆变器的性能。
本文采用基于SPWM逆变器技术与单片机和集成芯片SA4828来控制开关器件通断的脉冲序列的周期，脉宽，来调节输出波形的频率，幅值。
基于AVR单片机的SPWM控制技术
PSC工 作在中心对齐模 式的原理, 如图 6所 示。
PSC Coun ter从由 OCRnRB 寄存器定义的最大值开始
计数, 先减到零再加到最大值。在这个过程中, 当 PSC
Counter的值和寄存器 OCRnSB、OCRnSA 的值相等时,
将分别改变 PSCn 输出引脚 PSCOUT n0、PSCOUTn1的
第 24卷
PB7, PSC2的输出为引脚 PB0和 PB1。
3. 3 PSC 波形发生器工作原理
AT 90PWM 2包含 2 个 12 位的波 形发生 器 PSC0 和 PSC2, 共 有 4 种 工 作模 式 ( Four Ram p m ode、Tw o Ramp m ode、One Ramp m ode and Center A ligned m ode)。 2个波形发生器可以工作在同步状态或是异 步状态。这里选择中心对齐模式, 并且 PSC0和 PSC2 工作在同步状态。
图 1 单相桥式 SPWM 逆变器的电路拓朴图
收稿日期: 2007- 03- 29 作者简介: 傅胜阳 ( 1981- ) , 男, 浙江平湖人, 主要从事电力电子数字控制方面的研究。
第 9期
傅胜阳, 等: 基于 AVR 单片机的 SPWM 控制技术
# 27#
输出电压脉动了 2次而开关器件只开 /关了 1次, 所以
V o.l 24 N o. 9 Sep. 2007
基于 AVR单片机的 SPWM 控制技术
傅胜阳, 陈辉明, 王正仕
(浙江大学 电气工程学院, 浙江 杭州 310027)
摘 要: 叙述了单相全桥电压型逆变器 SPWM 调制的原理, 分析了单极性倍频调制的优点和采用的理
由。在介绍了 AVR单片机 AT 90PWM 2的基础上, 描述了用 AT90PWM 2实现单极性倍频 SPWM 调制的
基于8098单片机的SPWM变频系统
第21卷 第2期1999年6月武汉水利电力大学(宜昌)学报J.of Univ.of Hydr.&E lec.Eng./Y ichang V ol.21N o.2Jun.1999基于8098单片机的SPW M 变频系统Ξ王归新 王苏建(电气工程系)摘 要 介绍一种由8098单片机为核心控制的SPW M 变频系统,系统采用对称规则取样法,具有电路结构简单、算法易实现、谐波干扰小、功能灵活等特点1关键词 单片机控制; SPW M ; 变频分类号 T M464现代电机拖动控制领域,三相交流异步机的变频调速具有调速范围宽、系统维护简单、机械特性好等优点,正在被越来越广泛地开发应用18098系列单片微机提供较多且灵活应用的接口,内部备有PW M 生成单元,高速输入、输出通道,非常适合作为SPW M 变频控制,与专用控制芯片相比,控制方法更灵活,控制算法更容易实现,可配备方便的人机接口电路1本文介绍一种以IG BT 为主开关器件,以8098系列单片机为控制核心的三相电机变频调速系统11 系统主电路图1 系统主电路拓扑结构主电路拓扑结构如图1所示1AC/DC 变换采用三相不可逆整流电路,这要求在电机制动过程中主电路必须有直流过压泄放电路1电抗器L 1和电容器C 1为滤波电路,从滤波电路的连接方式可以看出,三相逆变器为电压型1三相逆变主开关用开关频率较高的IG BT 功率模块,以适应SPW M的开关速度要求1主电路的工作原理是:由单片机产生的三相SPW M 控制脉冲,经驱动放大电路放大后,控制主开关T 1～T 6的开通与关断,将整流滤波后的单相直流电压逆变为三相交流电压拖动异步电动机,改变调制信号的周期与幅值,也就改变了主开关的输出脉冲周期与占空比,从而实现电机的VVVF (Variable Voltage Variable Frequency )控制12 控制电路及算法本系统以8098系列单片微机为核心控制,采用平均对称规则采样法1平均对称规则采样法的原理如图2所示1一个对称的三角高频波作为三相公共载波,分别被三相正弦信号进行调制(图2中只给出一相),从载波的谷点所对应的调制波上引一水平线,分别交载波于t 1和t 2两点,该两点决定该相主开Ξ收稿日期:1998-07-10 王归新,硕士,主要从事电力电子方向研究1武汉水利电力大学(宜昌)电气工程系(443002)图2 平均对称规则取样关管的开通与关断,由此产生的PW M 脉冲对称于三角载波的谷点1对于任意时间t ,必须计算t off1、t off2、t pw ,设M =V p /V T 为调制比,T △是载波周期,t pwU 、t pwV 、t pwW 、分别是三相PW M 脉宽,t off1U 、t off2U 、t off1V 、t off2V 、t off1W 、t off2W 分别是三相PW M 脉冲在载波周期内的前后沿关断时间,则对于U 相有t pwU =12T △(1+M ・sin ωt )=12T △+M 2T △sin ωt t off1U =t off2U =12(T △-t pw )在同一时标下,对于V 相和W 相分别有 t pwV =12T △[1+M ・sin (ωt -120°)]=12T △+M 2T △sin (ωt -120°)t off1V =t off2V =12(T △-t pwV )t pwW =12T △[1+M ・sin (ωt -240°)]=12T △+T △sin (ωt -240°)t off1W =t off2W =12(T △-t pwW ) 用8098单片机为核心的控制电路如图3所示1很明显,单片机主要完成以上脉宽的计算,输出三相SPW M 控制脉冲的任务1这里,充分利用8098单片机较强的运算能力和它的高速输入/输出通道,其中,高速输出通道HS O 10、HS O 11、HS O 12分别输出U 、V 、W 三相SPW M 脉冲,经分相与开通延时电路分为六路输出,再经光藕合到脉冲放大驱动电路分别驱动主开关器件T 1～T 6,驱动电路采用六块EX B840,其内部具有过热过流快速软保护电路,解决了单片机对主电路的保护速度不够快的问题1频率给定由图3 单片机控制部分A/D 转换通道ACH 14输入1用单片机进行控制的优点是载波与调制波可以通过编程实现,避免了用硬件电路构成信号发生器所带来的参数的不稳定性,并且可以优化调制1编程时,在EPROM 中建立正弦函数表,VVVF控制方式中,任意频率下都有其对应的调制比M =V P /V T =KF ,(F 为给定频率,K 为比例系数,在系统调试时确定),载波周期是固定的,故主程序主要完成频率给定的扫描及M 的计算,并计算出T △/2和M ×T △/2,确定正弦时标;脉冲宽度的计算则放在中断服务程序中进行,即计算t pwU 、t pwV 、t P wW 、t off1U 、t off2U 、t off1V 、t off2V 、t off1W 、t off2W 等,在t pwU 、t pwV 、t pwW 时间内触发HS O 通道发出高电平,反之输出低电平,中断服务程序只需简单的运算和正弦查表就可以完成PW M 输出1参考文献1 苏开才,毛宗源1现代功率电子技术1北京:国防工业出版社,19952 李杏春1单片机原理及实用接口技术1北京:北京航空航天大学出版社,19963 陈国呈1PW M 变频调速技术1北京:机械工业出版社,1998(下转第157页)351第21卷 第2期 王归新等 基于8098单片机的SPW M 变频系统 难获得精确的变化方程,事实上也不可能1但本方法同样可对其他机器及其他品种的润滑油变化趋势进行类似的分析与评价1(4)内燃机中在用润滑油的变质趋势分析证明,新油质量的好坏可用铁谱技术来评价1参考文献1 杨景章1内燃机1北京:水力电力出版社,19842 萧汉梁1铁谱技术及其在机械监测诊断中的应用1北京:人民交通出版社,19933 陈久宇,林见1观测数据的处理方法1上海:上海交通大学出版社,19874 克拉曼D 1润滑剂及其有关产品1张溥译1北京:烃加工出版社,19905 欧风1合理润滑技术手册1北京:石油工业出版社,19936 中国石油化工总公司销售公司编1新编石油商品知识手册1北京:中国石化出版社,1990T endency Analysis of Lubricant Degradation in I nternalCombustion E ngine for Fork LiftsZhao X inze Wu Zhengjia(Dept 1o f Mechanical Engineering )Abstract Through systematically m onitoring s ome internal combustion engines used in fork lifts ,the author has giv 2en tendency graph of lubricant degradation and a mathematical m odel 1M oreover ,a theoretical analysis of this change tendency has been penetrated 1All of these have directive significance on judging degree of lubricant degradation and controlling the time of the oil changes strictly 1K eyw ords ferrography ; oil degradation ; tendency analysis ; internal combustion engine(上接第153页)A V ariable Frequency SystemB ased on Microcomputer MCS -8098Wang G uixin Wang Sujian(Dept 1o f Electrical Engineering )Abstract A mew microcom puter -controlled SPW M system is introduced 1The system ,in which the average regular sam pling alg orithm is used ,has advantages of sim ple circuit ,high reliability ,easily -realized alg orithm and flexible functions 1K eyw ords microcom puter -controlled ; SPW M ; variable frequency 751第21卷 第2期 赵新泽等 叉车内燃机润滑油变质趋势分析 。
电气工程及其自动化毕业设计 基于单片机的spwm变频调速器设计
本科毕业设计说明书基于单片机的SPWM变频调速器设计DESIGN OF SPWM FREQUENCY CONVERTER BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER学院（部）：电气与信息工程学院专业班级：电气工程及其自动化学生姓名：指导教师：2013年5 月30 日基于单片机的SPWM变频调速器设计摘要变频器具有调速精度高、响应快、保护功能完善、过载能力强、节能显著、维护方便、智能化程度高、易于实现复杂控制等优点。
从变频器技术发展来看，电动机交流变频技术将成为今后工业自动化的主要对象之一，是当今节能、节电、改善工艺流程，以及提高产品质量和改善环境、推进技术进步的一种主要手段。
变频器的发展趋势是小型化、智能化、多功能、大容量、低价格的方向。
本文重点介绍了C8051F040单片机硬件和软件设计，硬件电路方面详细阐述了单片机的最小系统及外围电路；软件设计方面，首先，通过单片机的可编程计数器阵列PCA来实现输出频率可变的正弦脉宽调制控制波形，具体包括PCA的设置和16位SPWM实现的软件编程；其次，给出单片机内部的频率捕捉程序和软件设计；最后，分析了单片机最小脉冲的解决方法。
该SPWM波形控制方法简单，精度较高，效率高，实时性好。
目前市场相继推出的数字式SPWM变频器中，大多数都采用了专用的SPWM 芯片（如HEF4752，SLE480）.这样可以使编程简单，但增加了投入，鉴于此，本设计主要是通过单片机的控制，产生SPWM波形的变频器，从而降低变频器的成本，可以使变频器得以推广。
关键词：单片机,SPWM ,变频器DESIGN OF SPWM FREQUENCY CONVERTER BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTERABSTRACTFrequency converter speed control precision, fast response, good protecting function, strong overload capacity, energy saving significantly, convenient maintenance, high intelligent degree, easy to realize complex control, etc. From the inverter technology, ac. frequency conversion electric motor technology will become one of the main object in industrial automation, is the energy saving, power saving, improve process flow, and improve product quality and improve the environment, one of the main means to promote technological progress. Inverter is the development trend of miniaturization, intelligent, multi-functional, large capacity, low price direction.This article focuses on the C8051F040 microcontroller hardware and software design, hardware circuit aspects in detail elaborated the SCM smallest system and the peripheral circuit; Software design aspects, first of all, through the single-chip microcomputer programmable counter array PCA to realize the output variable frequency sinusoidal PWM control waveform, including the setting of PCA and 16-bit SPWM realization of software programming; Second, given the frequency of thesingle chip microcomputer internal capture program and software design; Finally, the paper analyzes the single chip microcomputer minimum pulse solutions. The SPWM waveform control method is simple, high precision, high efficiency and good real-time.Launched digital SPWM inverter in the market at present, most of them adopt the SPWM dedicated chip (such as HEF4752, SLE480). This allows the programming is simple, but increase the investment, in view of this, this design is mainly controlled by MCU, produces SPWM waveform of the inverter, and reduces the cost of the inverter, can make the inverter to promotion.KEY WARDS:single chip microcomputer, SPWM, the inverter目录摘要 (I)1 绪论 (1)1.1 国内外的发展现状 (1)1.1.1 国内的发展现状 (1)1.1.2 国外的发展现状 (1)1.2 研究背景 (2)1.3 本论文的组织和结构 (3)2 变频器的控制及其原理 (4)2.1 变频器简介 (4)2.1.1 变频器的分类 (4)2.1.2 变频器的应用领域 (4)2.2 变频器的原理 (4)2.2.1 交——交变频 (4)2.2.2 交——直——交变频 (5)2.2.3 变频器的电路图 (6)2.3 SPWM变频器IGBT输出的调制方式 (7)2.3.1 SPWM原理 (7)2.3.2 SPWM的调制方式 (8)2.4 U/f的控制方式 (11)3 硬件设计 (13)3.1 硬件系统原理框图及其总体方案 (13)3.1.1 系统结构框图 (13)3.1.2 专用芯片SLE4520结构及简介 (13)3.2 C8051单片机简介 (15)3.2.1 单片机的发展 (15)3.2.2 单片机的最小系统 (15)3.2.3 单片机的键盘及显示电路 (16)3.3 IGBT驱动及其电路 (20)3.3.1 IGBT简介 (20)3.3.2 IGBT驱动 (20)3.3.3 IGBT的保护电路 (22)3.4 控制电路设计 (23)4 软件设计 (25)4.1 SPWM波的生成 (25)4.1.1 计数器阵列PCA (25)4.1.2 SPWM波形的生成 (27)4.2 16位的SPWM软件编程 (28)4.3 频率的捕捉程序 (29)4.4 最小脉冲问题分析 (30)5 结论与展望 (31)5.1 变频器的结论 (31)5.2 设计的展望 (31)参考文献 (33)致谢 (36)1 绪论随着电力电子技术和微机控制技术的进步，为交流电力拖动的开发创造提供了更有利的发展条件。
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用 ＭＣ － Ｓ５ １实现 Ｕ Ｓ电源 Ｓ ＷＭ 控 制 的一 种 方 法 Ｐ Ｐ
东 栋 ， 向涛， 何 刘建政
（ 清华大学电机工程与应用电子技术系 ， 北京 １０ ８ ） ０ ０ ４
摘要 ： 文章 采用改进 的直接 Ｐ ＷＭ 法编 写 Ｓ ｗＭ 控 制软 件 ， Ｃ １ 片机上 实现 Ｕ Ｓ电源 的 Ｓ ＷＭ 控制 ， 用或 Ｐ 在 ５单 Ｐ Ｐ 并 逻辑 门电路 实现单 片机 的复位 。通过 Ｉ １ ｌ ０驱动芯片在 ＭＯＳ Ｅ １ Ｆ Ｔ组 成的逆 变桥 上 实际调试与 应用 ， 结果表 明， 互补 的 两路 Ｐ ｗＭ 控 制信 号其间 隔完全能保证 所需 的死 区时间 ， 出波形谐 波分量 小， 榆 而且 电路 简单 ， 易于 实现 闭环反 馈 与控
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所以每个 区间里 的脉冲宽度为
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按照公式（ ） 在 Ｃ １ ４， ５ 单片机的实现方法有在线 计算或者是利用数组 ， 实际调试发现 １ 位单片机的数 ６ 学计算能力十分有限， 而且对于浮点数 的处理也 比较 麻烦 ， 占用很大的存储空间（ 存储一个浮点数 占用 ２ 个 字节 ）使得延长 了指令的执行周期 ， ， 增加 了误差。于 是采用预先计算好并换算为 １ 进制数做成数组供单 ６ 片机直接调用 。实际上这种 方法对 实现高频 Ｓ ＷＭ Ｐ 计算景很大 ， 也不宜电脑统一处理 ， 以采用改进的直 所 接Ｐ ＷＭ 法， 如图 ３ 所示 ， 将每个小窄脉冲移至每个 丁 长度的边沿 ， 这样计算量减小一半 ， 不过最终正弦波形 会有略微畸变 。
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２０ ０７年 １ ２ 月 ５日第 ２ ４卷第 １ 期
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文章 编号 ：０９３ ６ （０ ７ ０—０） ０ １０—６ ４２ ０ ） １０（—４ １
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２０ ０ ７年 １ ２ 月 ５日第 ２ ４卷第 １ 期
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的Ｐ ＷＭ 信号只有正和负两种电平 。由于双极性法是 在 完整 的正 弦波 周 期 内 ， 载波 调 制 而 生 成 Ｐ 用 ＷＭ 驱 动信号 来控 制桥臂 上下 对 角位 置 的两个 ＭＯ Ｆ Ｔ ＳＥ 管， 而另两个 ＭＯ Ｆ Ｔ管 的驱动信号实际上是此信 ＳＥ 号取反而得到。这种方案需 考虑死 区问题 ， 也就是上 下桥臂的驱动信号不能简单 取反 ， 而需要错开一延迟 时间 （ 时间 的 大 小 应 对 照 所 用 Ｍ０Ｓ Ｅ Ｆ Ｔ器 件 手册 数 据而确定） 。这样就需要考虑硬件问题 ， 对于用软件实 现两路 Ｓ ＷＭ 控制信号来说 ， Ｐ 设计就 比较复杂且难以 调试 。而单极性法 是在正弦控制信 号的半个周期 内 Ｐ ｗＭ 驱动信号只有一种极性变化， 每两个管 子导通 时只产生半个正弦周期的 Ｓ ＷＭ 控制 ， Ｐ 只要两路驱动 信号相互错开 １０ ， ８ 。即一个 ＭＯ Ｆ Ｔ管开通的同时 ， ＳＥ 同一桥臂的另一个 ＭＯ Ｆ Ｔ管 的驱 动已移 相 １０， ＳＥ ８。 始终处于关断状态。这样从理论上就不存在死区的控 制问题［ ， ６ 但是这种方法将 会存在 同一时刻 四个管 子 ］ 同时关断的情况 ， 对于感性负载来说会产生尖刺脉冲， 不过在实际高频载波情况下该影响可以忽略。所 以相 对于双极性法来说单极性方案的软件实 现容易 ， 且能 保证波形的准确性 ， 使逆变 电路 的输出波形能最大限 度的等效于所需正弦波。
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收稿 日期 ： ０ ６０ —７ ２ ０—８１ 作者简介 ：东 栋 （９４一） 男， １８ ， 陕西 西安人 ， 清华大 学电机工
程 与 应 用 电子技 术 系研 究 生 ， 究方 向 ： 力 电 子 。 研 电
（） ２ ＶＴ２ ＶＴ４ 于 Ｏ ＶＴ１ ＶＴ ｆ） ＵＡ 、 处 ｎ（ 、 ３ ｏ ， Ｎ＝０ ，
０ 引 言
ＵＰ （ ｉｔｒｕ ｔ ｌ Ｐ ｗｅ ｕ ｐｙ 为不 间断 电 Ｓ Ｕｎｎｅｒｐｉ ｅ ｏ ｒＳ ｐ ｌ） ｂ
１ Ｓ Ｗ１ Ｐ Ｍ控制方案选择及程序算法设计
Ｕ Ｓ电源中常用 的单相 直一交逆 变电路 原理如 Ｐ 图１ 所示 ， 四只 ＭＯＳ Ｅ 管 Ｖ 】 Ｆ Ｔ Ｔ ～ＶＴ 分 别 组 成 两 ４ 个桥臂 ， 形成主开关桥路， Ｒ为负载 ， 与主开关桥路并 联的四个二极管 Ｖ １ Ｄ 为感性电流提供继续流动 Ｄ ～Ｖ ４ 的通路 。在 Ｐ ＷＭ 驱 动信 号 的控制 下， Ｔ 、 Ｔ 与 ｖ ｖ Ｖ ：Ｖ Ｔ 、 Ｔ 交替通断 ， 其通断流程如下 ：
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ ：Ｅｍｐｏ ｉｇ ｔ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ｆｏ ｒｉ ｐ ｏ ｅ ｉｅ ｔｐ ｌｅｗｉｔ ｄ ｌｔｏ （ Ｗ Ｍ ），ｗｅ ｃ ｒｙ ｏ ｔｔｅ ｓｎ － ｌｙｎ ｈ ｌｏ ｉｈ ｏ ｕ ｍ ｒ ｖ ｄ ｄ ｒｃ ｕｓ ｄ ｈ ｍｏ ｕａｉｎ Ｐ ａｒ ｕ ｈ ｉｅ
（） １ ＶＴ１ ＶＴ 处 于 ｏ （ ２ ＶＴ ｏｆ ， Ｎ 、 ３ ｎ ＶＴ 、 ４ ｆ） ＵＡ ＝ＵＤ ，
ＵＢ ＝０ Ｕ） Ｎ ； ＝ＵＤ ；
源， 对现代计算机技术、 信息技术以及相关系统不问断 安全运 行起 着至关 重要 的作 用［ ］ １ 。正弦 脉宽 调制 。 （Ｐ Ｓ ｗＭ） 控制方式是 Ｕ Ｓ的核心， Ｐ 其性 能的优劣 ， 直 接影响到 Ｕ Ｓ的稳定性 。Ｓ ＷＭ 的控制有多种实现 Ｐ Ｐ 方法 ， 其一是硬件电路 ， 优点是波形稳定准确 ， 但体积 庞大， 效率低下， 不能 自动调节等 。其二是专用集成电 路或微型计算 机 （ 如单 片机， Ｓ Ｄ Ｐ等） 可方便的输 出 ， Ｐ ＷＭ 波形 ， 但每个单 片机都有各 自特定 的实现方法 及特殊的功能模块 ， 没有通用性 ， 且调试方法复杂 ， ］ 而且不 同程度 的要 考虑 死 区问题 。而 Ｉｔｌ 司 的 ｎｅ 公 ＭＣ １ 孓５ 系列单片机是 目前市场上使用最为广泛的 １ ６ 位单片机 ， 功能强大 ， 通用性强 ， 调节 方便 ， 价格低廉。 本文采用单极性控制法 ， Ｃ １ 用 ５ 单片机最简单的功能 模块 ， 过编 程实 现 ＵＰ 通 Ｓ电源的 Ｓ Ｗ Ｍ 控制 ， 到 两 Ｐ 得 个桥臂分别控制 、 同一桥臂互补 、 相位相差 １０的两 ８。 路Ｐ ＷＭ 控制信号 ， 其优点是输出波形谐波分量小 ， 系 统 简单 ， 动态 响应 好 。
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