第一篇：基于單片機(jī)的逆變電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第一章 逆變電源的數(shù)字化控制 2 1.1逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展 2 1.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù) 2 1.2.1傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的缺點(diǎn) 2 1.2.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的改進(jìn) 2 1.3逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的現(xiàn)狀 2 1.3.1逆變電源控制技術(shù)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化 2 1.3.2逆變電源數(shù)字化需要解決的一些難題 2 1.4逆變電源數(shù)字化的各種控制策略 2 1.4.1數(shù)字PI控制 2 1.4.2滑模變結(jié)構(gòu)控制 2 1.4.3無(wú)差拍控制 2 1.4.4重復(fù)控制 2 第二章 推挽型逆變器的基礎(chǔ)知識(shí) 2 2.1 開關(guān)型逆變器 2 2.2 推挽型電路 2 2.2.1 線路結(jié)構(gòu) 2 2.2.2 工作原理 2 2.2.2推挽型逆變器的變壓器設(shè)計(jì) 2 第三章 基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 3.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 2 3.1.1 AT89C52單片機(jī) 2 3.1.2顯示電路 2 3.1.3 A/D轉(zhuǎn)換電路 2 3.1.4 SPWM波形電路 2 3.1.5 SA828主要特點(diǎn) 2 3.1.6 SA828工作原理 2 3.1.7內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 2 3.1.8 SA828 初始化寄存器編程 2 3.1.9 SA828控制寄存器編程 2 3.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 2 3.2.1 初始化程序 2 3.2.2 主程序 2 3.2.3 SA838初始化及控制子程序 2 3.2.4 ADC0809的控制及數(shù)據(jù)處理子程序 2 3.2.5 數(shù)據(jù)處理及電壓顯示子程序 2 3.2.6 輸出頻率測(cè)試計(jì)算及顯示子程序部分 2 第四章 聯(lián)機(jī)調(diào)試及結(jié)果分析 2 4.1 聯(lián)機(jī)調(diào)試情況 2 4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析 2 4.3結(jié)論 2 參考文獻(xiàn) 2 第一章 逆變電源的數(shù)字化控制

1.1逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)逆變電源提出了更高的要求，高性能的逆變電源必須滿足：高輸入功率因數(shù)，低輸出阻抗；暫態(tài)響應(yīng)快速，穩(wěn)態(tài)精度高；穩(wěn)定性高，效率高，可靠性高；電磁干擾低等。要實(shí)現(xiàn)這些功能，離不開數(shù)字化控制技術(shù)。1.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)

1.2.1傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的缺點(diǎn) 傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制系統(tǒng)。雖然模擬控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但其存在很多固有的缺點(diǎn)：控制電路的元器件比較多，電路復(fù)雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路設(shè)計(jì)好了，控制策略就無(wú)法改變；調(diào)試不方便，由于所采用器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點(diǎn)的漂移，導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的漂移。模擬方式很難實(shí)現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)，所以逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢(shì)，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個(gè)熱點(diǎn)。1.2.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的改進(jìn)

為了改善系統(tǒng)的控制性能，通過(guò)模擬、數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，將微處理器與系統(tǒng)相連，在微處理器中實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過(guò)輸入、輸出口或脈寬調(diào)制口（pulse width modulation, PWM）發(fā)出開關(guān)控制信號(hào)。微處理器還能將采集的功率變換裝置工作數(shù)據(jù)，顯示或傳送至計(jì)算機(jī)保存。一些控制中所用到的參考值可以存儲(chǔ)在微處理器的存儲(chǔ)器中，并對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。微處理器的使用在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能，但由于微處理器運(yùn)算速度的限制，在許多情況下，這種微處理器輔助的電路控制系統(tǒng)仍舊要用到運(yùn)算放大器等模擬控制元件。近年來(lái)隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，一些專用心片的產(chǎn)生，使逆變電源的全數(shù)字控制成為現(xiàn)實(shí)。實(shí)時(shí)地讀取逆變電源的輸出，并實(shí)時(shí)地處理，使得一些先進(jìn)的控制策略應(yīng)用于逆變電源控制成為可能，從而可對(duì)非線性負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)產(chǎn)生的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，將輸出諧波達(dá)到可以接受的水平。

1.3逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的現(xiàn)狀

1.3.1逆變電源控制技術(shù)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化

隨著電機(jī)控制專用芯片的出現(xiàn)和控制理論的普遍發(fā)展，逆變電源技術(shù)朝著全數(shù)化智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，逆變電源的數(shù)字控制技術(shù)發(fā)生了一次大飛躍。逆變電源數(shù)字化控制的優(yōu)點(diǎn)在于各種控制策略硬件電路基本是一致的，要實(shí)現(xiàn)各種控制策略，無(wú)需變動(dòng)硬件電路，只需修改軟件即可，大大縮短了開發(fā)周期，而且可以應(yīng)用一些新型的復(fù)雜控制策略，各電源之間的一致性很好，這樣為逆變電源的進(jìn)一步發(fā)展提供了基礎(chǔ)，而且易組成可靠性高的大規(guī)模逆變電源并聯(lián)運(yùn)行系統(tǒng)。

1.3.2逆變電源數(shù)字化需要解決的一些難題

數(shù)字化是逆變電源發(fā)展的主要方向，但還是需要解決以下一些難題：

a)逆變電源輸出要跟蹤的是一個(gè)按正弦規(guī)律變化的給定信號(hào)，它不同于一般開關(guān)電源的常值控制。在閉環(huán)控制下，給定信號(hào)與反饋信號(hào)的時(shí)間差就體現(xiàn)為明顯的相位差，這種相位差與負(fù)載是相關(guān)的，這就給控制器的設(shè)計(jì)帶來(lái)了困難。

b)逆變電源輸出濾波器對(duì)系統(tǒng)的模型影響很大，輸入電壓的波動(dòng)幅值和負(fù)載的性質(zhì)，大小的變化范圍往往比較大，這些都增加了控制對(duì)象的復(fù)雜性，使得控制對(duì)象模型的高階性、不確定性、非線性顯著增加。

c)對(duì)于數(shù)字式PWM，都存在一個(gè)開關(guān)周期的失控區(qū)間，一般是在每個(gè)開關(guān)周期的開始或上個(gè)周期之末來(lái)確定本次脈沖的寬度，即使這時(shí)系統(tǒng)發(fā)生了變化，也只能在下一個(gè)開關(guān)周期對(duì)脈沖寬度做出調(diào)整，所以現(xiàn)在逆變電源的數(shù)字化控制引起了廣泛的關(guān)注。1.4逆變電源數(shù)字化的各種控制策略

逆變電源數(shù)字控制方法成為當(dāng)今電源研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，與數(shù)字化相對(duì)應(yīng)，各種各樣的離散控制方法也紛紛涌現(xiàn)，包括數(shù)字比例-積分-微分（PI）調(diào)節(jié)器控制、無(wú)差拍控制、數(shù)字滑變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制以及各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，從而有力地推動(dòng)逆變電源控制技術(shù)的發(fā)展。

1.4.1數(shù)字PI控制

數(shù)字PI控制以參數(shù)簡(jiǎn)單、易整定等特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。逆變器采用模擬數(shù)字PI控制時(shí)，如果只是輸出電壓的瞬時(shí)值反饋，其動(dòng)態(tài)性能和非線性負(fù)載時(shí)的性能不會(huì)令人滿意；如果是輸出濾波電感或輸出濾波電容的電流瞬時(shí)值引入反饋，其性能將得到較大改進(jìn)，然而，龐大的模擬控制電路使控制系統(tǒng)的可靠性下降，調(diào)試復(fù)雜，不易于整定。數(shù)字信號(hào)處理芯片的出現(xiàn)使這個(gè)問(wèn)題得以迅速解決，如今各種補(bǔ)償措施及控制方式可以很方便地應(yīng)用于逆變電源的數(shù)字PI控制中，控制器參數(shù)修改方便，調(diào)試簡(jiǎn)單。

但是，數(shù)字PI控制算法應(yīng)用到逆變電源的控制中，不可避免地產(chǎn)生了一些局限性：一方面是系統(tǒng)的采樣量化誤差，降低了算法的分辨率，使得PI調(diào)節(jié)器的精度變差；另一方面，采樣和計(jì)算延時(shí)使被控系統(tǒng)成為一個(gè)具有純時(shí)間滯后的系統(tǒng)，造成PI控制器設(shè)計(jì)困難，穩(wěn)定性減小，隨著高速專用芯片及高速A/D的發(fā)展，數(shù)字PI控制技術(shù)在逆變電源的控制中會(huì)有進(jìn)一步的應(yīng)用。

1.4.2滑模變結(jié)構(gòu)控制

滑模變結(jié)構(gòu)控制（sliding mode variable structure control，SVSC）最顯著的特點(diǎn)是對(duì)參數(shù)變化和外部擾動(dòng)不敏感，即魯棒性強(qiáng)，加上其固有的開關(guān)特性，因此非常適用于閉環(huán)反饋控制的電能變換器。

基于微處理器的離散滑?？刂剖鼓孀兤鬏敵霾ㄐ斡休^好的暫態(tài)響應(yīng)，但系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能不是很理想。具有前饋控制的離散滑?？刂葡到y(tǒng)[1]，暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度得到提高，但如果系統(tǒng)過(guò)載時(shí)，滑?？刂破鞯呢?fù)擔(dān)將變得非常重。自矯正離散滑模控制可以解決這個(gè)問(wèn)題。

逆變器的控制器由參數(shù)自適應(yīng)的線性前饋控制器和非線性滑模控制器組成，滑?？刂破鲀H在負(fù)載導(dǎo)致輸出電壓變化時(shí)產(chǎn)生控制力，穩(wěn)態(tài)的控制力主要由前饋控制器提供，滑?？刂破鞯那袚Q面（超平面）是根據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。1.4.3無(wú)差拍控制

無(wú)差拍控制（deadbeat control）是一種基于電路方程的控制方式，其控制的基本思想是將輸出正弦參考波等間隔地劃分為若干個(gè)取樣周期，根據(jù)電路在每一取樣周期的起始值，用電路理論算出關(guān)于取樣周期中心對(duì)稱的方波脈沖作用時(shí)，負(fù)載輸出在取樣周期末尾時(shí)的值。這個(gè)輸出值的大小，與方波脈沖的極性與寬度有關(guān)，適當(dāng)控制方波脈沖的極性與寬度，就能使負(fù)載上的輸出在取樣周期的末后與輸出參考波形相重合[2]。不斷調(diào)整每一取樣周期內(nèi)方波脈沖的極性與寬度，就能在負(fù)載上獲得諧波失真小的輸出。因此，即使在很低的開關(guān)頻率下，無(wú)差拍控制也能夠保證輸出波形的質(zhì)量，這是其它控制方法所不能做到的,但是，其也有局限性：由于采樣和計(jì)算時(shí)間的延遲，輸出脈沖的占空比受到很大限制；對(duì)于系統(tǒng)參數(shù)的變化反應(yīng)靈敏，如電源電壓波動(dòng)、負(fù)載變動(dòng)，系統(tǒng)的魯棒性差。

對(duì)于采樣和計(jì)算延時(shí)的影響，一種方法是通過(guò)修改輸出脈沖方式的方法來(lái)減小計(jì)算延時(shí)造成的占空比局限；另一種方法是通過(guò)狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，用觀測(cè)值替代實(shí)際值進(jìn)行控制，從而避免采樣和計(jì)算延時(shí)對(duì)系統(tǒng)的影響。為了提高系統(tǒng)的魯棒性，一種方法是采用負(fù)載電流預(yù)測(cè)方法來(lái)減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)電源輸出的影響，但實(shí)際改善的程度有限；另一種可行的方法是對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)，從而實(shí)時(shí)確定控制器參數(shù)，以達(dá)到良好的控制效果。但是，在線系統(tǒng)辨識(shí)的計(jì)算復(fù)雜度和存儲(chǔ)量都非常大，一般的微處理器很難在很短的時(shí)間內(nèi)完成，因此實(shí)現(xiàn)的可能性不大，所以還沒(méi)有一種比較好的方法來(lái)解決無(wú)差拍控制魯棒性差的問(wèn)題。正是由于無(wú)差拍控制在電源控制中的不足及局限性到目前還難以解決，使得無(wú)差拍控制在工業(yè)界的應(yīng)用還有待不斷的深入研究。1.4.4重復(fù)控制

逆變器采用重復(fù)控制（repetitive control）是為了克服整流型非線性負(fù)載引起的輸出波形周期性的畸變，它通常與其他PWM控制方式相結(jié)合。重復(fù)控制的思想是假定前一周期出現(xiàn)的基波波形將在下一基波周期的同一時(shí)間重復(fù)出現(xiàn)，控制器根據(jù)給定信號(hào)和反饋信號(hào)的誤差來(lái)確定所需的校正信號(hào)，然后在下一個(gè)基波周期的同一時(shí)間將此信號(hào)疊加到原控制信號(hào)上，以消除后面各周期中將出現(xiàn)的重復(fù)畸變[3]。

雖然重復(fù)控制使系統(tǒng)獲得了很好的靜態(tài)性能，且易于實(shí)現(xiàn)，但該技術(shù)卻不能夠獲得好的動(dòng)態(tài)性能。自適應(yīng)重復(fù)控制方案成功地應(yīng)用于逆變器的控制中。

模糊控制（fuzzy control）能夠在準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)潔性之間取得平衡，有效地對(duì)復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)做出判斷和處理。將模糊控制應(yīng)用于逆變器，具有如下優(yōu)點(diǎn):模糊控制器的設(shè)計(jì)不需被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型,并且有較強(qiáng)的魯棒性和自適應(yīng)性；查找模糊控制表只需占有處理器很少的時(shí)間，可采用較高采樣率來(lái)補(bǔ)償模糊規(guī)則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的偏差。

將輸出電壓和濾波電感電流反饋，即電壓誤差和電感電流作為輸入模糊變量，可以實(shí)現(xiàn)逆變器的模糊控制，整流性負(fù)載時(shí)，其輸出電壓總諧波失真（total harmonic distortion,TH）小于5％，將模糊控制與無(wú)差拍控制相結(jié)合，可用來(lái)補(bǔ)償由于非線性負(fù)載導(dǎo)致的電壓降落，[5-6]。模糊控制從模仿人的思維外特性入手，模仿人的模糊信息處理能力。它對(duì)系統(tǒng)的控制是以人的經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的，而人的經(jīng)驗(yàn)正是反映人在思維過(guò)程中的判斷、推理、歸納。理論上已經(jīng)證明，模糊控制可以任意精度逼近任何線性函數(shù)，但受到當(dāng)前技術(shù)水平的限制，模糊變量的分檔和模糊規(guī)則都受到一定的限制，隸屬函數(shù)的確定還沒(méi)有統(tǒng)一的理論指導(dǎo)，帶有一定的人為因素，因此，模糊控制的精度有待于進(jìn)一步提高。

此外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方法。因?yàn)槿斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)是建立在強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，所以它有很大的潛力，這個(gè)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)包括各種各樣的已被充分理解的數(shù)學(xué)工具。在無(wú)模型自適應(yīng)控制器中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)重要組成部分。但由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)沒(méi)有突破，還沒(méi)有成功地應(yīng)用于逆變電源的控制中。

第二章 推挽型逆變器的基礎(chǔ)知識(shí) 2.1 開關(guān)型逆變器 廣義地說(shuō)，凡用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換電路，這種變換可以是交流電和直流電之間的變換，也可以是電壓或電流幅值的變換，或者是交流電的頻率、相數(shù)等的變換。按電力電子的習(xí)慣稱謂，基本的電力電子電路可以分為四大類型，即AC——DC電路、DC——AC電路、AC——AC電路、DC——DC電路。本文中的逆變電路就屬DC——AC電路。開關(guān)逆變器中的開關(guān)都是在某一固定頻率下工作，這種保持開關(guān)頻率恒定，但改變接通時(shí)間長(zhǎng)短（即脈沖寬度），使負(fù)載變化時(shí)，負(fù)載上電壓變化不大的方法，稱脈寬調(diào)制法（Pluse Width Modulation,簡(jiǎn)稱為PWM）[4]。由于電子開關(guān)按外加控制脈沖而通斷，控制與本身流過(guò)的電流、二端所加的電壓無(wú)關(guān)，因此電子開關(guān)稱為“硬開關(guān)”。凡用脈寬調(diào)制方式控制電子開關(guān)的開關(guān)逆變器，稱為PWM開關(guān)型逆變器。本文是用SPWM專用產(chǎn)生芯片控制電子開關(guān)的通斷，屬硬開關(guān)技術(shù)。相對(duì)應(yīng)有另一類控制技術(shù)“軟開關(guān)”，它是一種使電子開關(guān)在其兩端電壓為零時(shí)導(dǎo)通電流，或使流過(guò)電子開關(guān)電流為零時(shí)關(guān)斷的控制技術(shù)。軟開關(guān)的開通、關(guān)斷損耗理想值為零，損耗很小，開關(guān)頻率可以做到很高。2.2 推挽型電路

各種變換電路按其是否具備電能回饋能力分為非回饋型和回饋型，非回饋型電路按其輸出端與輸入端是否電氣個(gè)力分為非隔離型和隔離型。隔離型電路又分為正激型、反激型、半橋型、全橋型和推挽型。帶中心抽頭變壓器原邊兩組線圈輪流工作的線路一般稱為推挽線路，它不太適合離線變換器的應(yīng)用。推挽型電路的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是變壓器雙邊勵(lì)磁，在輸入回路中僅有1個(gè)開關(guān)的通態(tài)壓降，而半橋型電路和全橋型電路都有2個(gè)，因此在同樣的條件下，產(chǎn)生的通態(tài)損耗較小，而且不需驅(qū)動(dòng)隔離，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，這對(duì)很多輸入電壓較低的電源十分有利，因此低電壓輸入類電源應(yīng)用推挽型電路比較合適。但是功率開關(guān)所承受的電壓應(yīng)大于2。

2.2.1 線路結(jié)構(gòu)

圖1-1 推挽型電路原理圖

推挽型電路的原理圖如圖1-1所示。主變壓器 原邊繞組 接成推挽形式，副變繞組 接成全波整流形式。

2.2.2 工作原理

由于驅(qū)動(dòng)電路作用，兩個(gè)功率開關(guān)管、交替導(dǎo)通。當(dāng) 導(dǎo)通時(shí)，加到 上，所有帶“．” 端為正。功率開關(guān)管 通過(guò)變壓器耦合作用承受 的電壓。副邊繞組 “．” 為正，電流流經(jīng)、L到負(fù)載上。原邊電流是負(fù)載折算至原邊的電流及原邊電感所定的磁化電流之和。導(dǎo)通期間，原邊電流隨時(shí)間而增加，導(dǎo)通時(shí)間由驅(qū)動(dòng)電路決定。關(guān)斷時(shí)，由于原邊能量的儲(chǔ)存和漏電感的原因，的漏極電壓將升高.2.2.2推挽型逆變器的變壓器設(shè)計(jì)

推挽型逆變器設(shè)計(jì)在整個(gè)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中具有最為重要的地位，一旦完成設(shè)計(jì)，不宜輕易改變，因此設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)各方面問(wèn)題考慮周全，避免返工，造成時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的浪費(fèi)。下面介紹具體設(shè)計(jì)。變壓器是開關(guān)電源中的核心元件，許多其他主電路元器件的參數(shù)設(shè)計(jì)都依賴于變壓器的參數(shù)，因此應(yīng)該首先進(jìn)行變壓器的設(shè)計(jì)。高頻變壓器工作時(shí)的電壓、電流都不是正弦波，因此其工作狀況同工頻變壓器是很不一樣的，設(shè)計(jì)公式也有所不同。需要設(shè)計(jì)的參數(shù)是電壓比、鐵心的形式和尺寸、各繞組匝數(shù)、導(dǎo)體截面積和繞組結(jié)構(gòu)等，所依據(jù)的參數(shù)是工作電壓、工作電流和工作頻率等[5]。另外，變壓器兼有儲(chǔ)能,限流,隔離的作用.在磁心大小,原邊電感,氣隙大小,原,副邊線圈匝數(shù)的選擇,以及在磁心內(nèi)直流成分和交流成分之間的相互影響都應(yīng)在設(shè)計(jì)中細(xì)致考慮.第三章 基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照設(shè)計(jì)的要求，基于單片機(jī)AT89C52的設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：SA828的初始化及控制、ADC0809采樣的數(shù)據(jù)的處理和輸出顯示電壓頻率。選用單片機(jī)作為主控器件，控制部分的原理框圖如下：

圖3-1 控制系統(tǒng)原理框圖 3.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

圖3-2為控制部分的電路原理圖。電路主要由AT89C52單片機(jī)、四位顯示及驅(qū)動(dòng)電路、AD采樣電路、復(fù)位電路等組成。

圖3-2 3.1.1 AT89C52單片機(jī)

AT89C52是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8為單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052善拼引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。[6] 主要性能參數(shù)：

與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8k字節(jié)可充擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器 1000次擦寫周期

全靜態(tài)操作：0Hz—24MHz 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 256×8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個(gè)可變成I/O口線 3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器 8個(gè)中斷源

可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述：

AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量?jī)蓸O中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。引腳功能： Vcc：電源電壓 GND：地

P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口P0寫“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。

在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。

P1口：P1是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P1寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。

與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。

Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。

P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口P2寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。

在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX @RI指令）時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。

Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。

P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“1”時(shí)，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。

P3口出了作為一般的I/O線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表： 端口引腳 第二功能

P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）

P3.4 T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0）P3.5 T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1）

P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。對(duì)于本次設(shè)計(jì)的引腳使用情況如下： P1口：控制LED數(shù)碼管8位段碼;P3.0，P3.1，P3.4，P3.5：數(shù)碼管位選通口;XTAL：接晶振;RST：接復(fù)位電路;P0： ADC0809的結(jié)果輸入；SA828的控制字口;P2.0：SA828的片選;P2.7：ADC0809的片選;P3.2：外部中斷0.AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256×8位的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器、6個(gè)中斷源、低功耗空閑和掉電方式等特點(diǎn)。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，可以滿足系統(tǒng)要求。系統(tǒng)采用5V電源電壓，外接12M晶振。3.1.2顯示電路

顯示的方法分為動(dòng)態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示就是在同一時(shí)刻只顯示一種字符，其顯示方法簡(jiǎn)單，只需將顯示段碼送至段碼口，并把位控字送至位控口即可。動(dòng)態(tài)顯示是利用人眼對(duì)視覺(jué)的殘留效應(yīng)，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示的方法。[7]本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示，顯示電路采用四位一體共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，從P1口輸出段碼，位選控制端接于P3.0,P3.1,P3.4,P3.5。段驅(qū)動(dòng)采用74LS245，位選驅(qū)動(dòng)采用74LS244。硬件連接圖如下： 圖3-3 顯示部分硬件連接圖 3.1.3 A/D轉(zhuǎn)換電路

A/D轉(zhuǎn)換器采用集成電路0809完成，0809是8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器。[] 1).主要特性

① 8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位;② 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?

③ 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs;

④ 單個(gè)＋5V電源供電;

⑤ 模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn);

⑥ 工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度；

⑦ 低功耗，約15mW。

2).內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。

圖3-4ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 3).外部特性（引腳功能）

ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-5 所示。下面說(shuō)明各引腳功能。

IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。

2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。如表所示。

ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。圖 3-5 ADC0809引腳圖

START： A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效。

EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。

OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。

CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一＋5V。GND：地。

表3-6 ADDA、ADDB、ADDC真值表

ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。4).AD0809與控制電路的連接如下圖:

圖 3-7 AD0809的連接電路 3.1.4 SPWM波形電路

由于逆變開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間要由載波與調(diào)制波的交點(diǎn)來(lái)決定。在調(diào)制波的頻率、幅值和載波的頻率這3項(xiàng)參數(shù)中．不論哪一項(xiàng)發(fā)生變化時(shí)，都使得載波與調(diào)制波的交點(diǎn)發(fā)生變化。因此，在每一次調(diào)整時(shí)，都要重新計(jì)算交點(diǎn)的坐標(biāo)。顯然，單片機(jī)的計(jì)算能力和速度不足以勝任這項(xiàng)任務(wù)。過(guò)去通常的作法是：對(duì)計(jì)算作一些簡(jiǎn)化，并事先計(jì)算出交點(diǎn)坐標(biāo)．將其制成表格，使用時(shí)進(jìn)行查表調(diào)用。但即使這樣，單片機(jī)的負(fù)擔(dān)也很重。

為了減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，一些廠商推出了專用于生成三相或單相SPWM波控制信號(hào)的大規(guī)模集成電路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA828、SA838等等。采用這樣的集成電路芯片，可以大大地減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，使單片機(jī)可以空出大量的機(jī)時(shí)用于檢測(cè)和監(jiān)控。這里詳細(xì)介紹SA828三相SPWM波控制芯片的主要特點(diǎn)、原理和編程。3.1.5 SA828主要特點(diǎn)

⑴.適用于英特爾和摩托羅拉兩種總線格式,接口通用性好, 編程，操作簡(jiǎn)單,方便,快捷。⑵.應(yīng)用常用的對(duì)稱的雙邊采樣法產(chǎn)生PWM波形, 波形產(chǎn)生數(shù)字化,無(wú)時(shí)漂,無(wú)溫漂穩(wěn)定性好。

⑶.在外接時(shí)鐘頻率為12.5MHZ時(shí)載波頻率可高達(dá)24KHZ,可實(shí)現(xiàn)靜音運(yùn)行。最小脈寬和死區(qū)時(shí)間通過(guò)軟件設(shè)置完成,既節(jié)約了硬件成本,又使修改靈活方便。

調(diào)制頻率范圍寬,精度高(12位),輸出正弦波頻率可達(dá)4KHZ,可實(shí)現(xiàn)高頻率高精度控制及光滑的變頻.。

⑷.在電路不變的情況下, 通過(guò)修改控制暫存器參數(shù),就可改變逆變器性能指標(biāo),驅(qū)動(dòng)不同負(fù)載或工作于不同工況。

⑸.可通過(guò)改變輸出SPWM脈沖的相序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

⑹.獨(dú)立封鎖端可瞬時(shí)封鎖輸出PWM脈沖亦使微處理器防止突然事件的發(fā)生。3.1.6 SA828工作原理

SA828是MITEL公司推出的一種專用于三相SPWM信號(hào)發(fā)生和控制的集成芯片。它既可以單獨(dú)使用，也可以與大多數(shù)型號(hào)的單片機(jī)接口。該芯片的主要特點(diǎn)為：全數(shù)字控制；兼容Intel系列和MOTOROLA系列單片機(jī)；輸出調(diào)制波頻率范圍0—4kHz;12位調(diào)速分辨率；載波頻率最高可達(dá)24kHz；內(nèi)部ROM固化波形：可選最小脈寬和延遲時(shí)間(死區(qū))；可單獨(dú)調(diào)整各相輸出以適應(yīng)不平衡負(fù)載。[8] SA828采用28腳的DIP和SOIC封裝。其引腳如圖3-8所示。各引腳的功能如下：(1)輸入類引腳說(shuō)明

AD0——AD7：地址或數(shù)據(jù)輸入通道。

SET TRIP：通過(guò)該引腳，可以快速關(guān)斷全部SPWM信號(hào)輸出,高電平有效。

：硬件復(fù)位引腳，低電平有效。復(fù)位后,寄存器的、、WTE和RST各位為0。CLK：時(shí)鐘輸入端，SA828既可以單獨(dú)外接時(shí)鐘，也可以與單片機(jī)共用時(shí)鐘。：片選引腳。

、、ALE：用于“ ／ ”模式，分別接收寫、讀、地址鎖存指令。INTEL模式下ALE的下降沿傳送地址，的上升沿給SA828寫數(shù)據(jù)。在此模式下不用。

R／、AS、DS：用于“R／ ”模式，分別接收讀／寫、地址、數(shù)據(jù)指令。MOTOROLA模式下，AS的下降沿傳送地址，當(dāng)R／ 為低電平時(shí)，DS的下降沿給SA828寫數(shù)據(jù)（接底電平）

(2)輸出類引腳說(shuō)明 圖3-8 RPHB、YPHB、BPHB：這些引腳通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的R、Y、B相的下臂開關(guān)管。RPHT、YPHT、BPHT：這些引腳通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的R、Y、B相的上臂開關(guān)管。

它們都是標(biāo)準(zhǔn)TTL輸出．每個(gè)輸出都有12mA的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)光偶。

：該引腳輸出—個(gè)封鎖狀態(tài)。當(dāng)SETTRIP有效時(shí)，為低電平、表示輸出已被封鎖。它也有12mA的驅(qū)動(dòng)能力，可直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)LED指示燈。ZPPR、ZPPY、ZPPB：這些引腳輸出調(diào)制波頻率。WSS：該引腳輸出采樣波形。3.1.7內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

SA828內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。來(lái)自單片機(jī)的數(shù)據(jù)通過(guò)總線控制和譯碼進(jìn)入初始化寄存器或控制寄存器，它們對(duì)相控邏輯電路進(jìn)行控制。外部時(shí)鐘輸入經(jīng)分頻器分成設(shè)定的頻率，并生成三角形載波，三角載被與片內(nèi)ROM中的調(diào)制波形進(jìn)行比較，自動(dòng)生成SPWM輸出脈沖。通過(guò)脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖(如圖3-10所示)，因?yàn)檫@樣的脈沖不起任何作用，只會(huì)增加開關(guān)管的損耗。通過(guò)脈沖延遲電路生成死區(qū)，保證任何橋臂上的兩個(gè)開關(guān)管不會(huì)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路。

圖3-9 SA828的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

片內(nèi)ROM存有正弦波形。寄存器列陣包含3個(gè)8位寄存器和2個(gè)虛擬寄存器。他的虛擬寄存器R3的寫操作結(jié)果是R0,R1,R2中的數(shù)據(jù)寫入控制寄存器。虛擬寄存器R4的寫操作結(jié)果是R0,R1,R2中的數(shù)據(jù)寫入初始化寄存器。各寄存器地址如表3-11所列。

圖 3-10 脈沖序列中的窄脈沖

AD2 AD1 AD0 寄存器 功能 0 0 0 R0 暫存數(shù)據(jù) 0 0 1 R1 暫存數(shù)據(jù) 0 1 0 R2 暫存數(shù)據(jù) 0 1 1 R3 傳控制數(shù)據(jù) 1 0 0 R4 傳初始化數(shù)據(jù) 表 3-11 其工作過(guò)程可簡(jiǎn)析如下：由于調(diào)制波形關(guān)于90度，180度，270度對(duì)稱，故波形ROM中僅有0∽90度的波形瞬時(shí)幅值，采樣間隔0.23度, 90度內(nèi)共384組8位采樣值存入ROM中，每個(gè)采樣值線性的表達(dá)正弦波的瞬時(shí)值, 通過(guò)相位控制邏輯，將它組成0∽360度的完整波形.該調(diào)制波與載波比較產(chǎn)生三相六路雙極性PWM調(diào)制波形.其經(jīng)脈沖寬度取消電路，將脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖去掉,再經(jīng)脈沖延時(shí)電路引入死區(qū)時(shí)間，從而保證了在轉(zhuǎn)換瞬間高，低端功率開關(guān)不會(huì)出現(xiàn)共同導(dǎo)通現(xiàn)象。圖3-9中24位初始化暫存寄存器,可用來(lái)設(shè)置輸出波形參數(shù)，例如載波頻率，最小脈寬，脈沖取消時(shí)間計(jì)數(shù)器置”0” 圖3-12 Intel總線時(shí)序

等。一經(jīng)設(shè)置好，運(yùn)行中不允許改變。24位控制寄存器，用來(lái)調(diào)整改變調(diào)制波頻率，幅值，輸出關(guān)閉，過(guò)調(diào)制選擇，開機(jī)關(guān)機(jī)等.上述設(shè)置和調(diào)整均通過(guò)微處理器或微控制器發(fā)出指令，數(shù)據(jù)先存入三個(gè)8位暫存寄存器R0，R1，R2中，然后通過(guò)R3和R4分別傳送給24位初始化寄存器和24位控制寄存器。初始化或調(diào)整時(shí)，端要置0。SA828由外配的微處理器通過(guò)復(fù)用MOTEL總線控制，并與外配的微處理器接口，該接口總線有自動(dòng)適應(yīng)英特爾和摩托羅拉兩種總線格式及工作時(shí)序的能力（兩種總線的工作時(shí)序如圖3-12和3-13），在電路啟動(dòng)運(yùn)行后,當(dāng)AS/ALE端從低電平變?yōu)楦唠姇r(shí)，內(nèi)部檢測(cè)電路鎖存DS/ 的狀態(tài)，若檢測(cè)結(jié)果為高電平則自動(dòng)進(jìn)入英特爾模式，若檢測(cè)結(jié)果為低電平，則選擇摩托羅拉模式工作，總線連接和定時(shí)信息相對(duì)所用微處理器而言，這個(gè)過(guò)程在每次AS/ALE變?yōu)楦唠娖綍r(shí)要進(jìn)行，實(shí)際中模式選擇由系統(tǒng)自動(dòng)設(shè)定。

圖3-13 Motorola總線時(shí)序

3.1.8 SA828 初始化寄存器編程

初始化是用來(lái)設(shè)定與電機(jī)和逆變器有關(guān)的基本參數(shù)。它包括載波頻率設(shè)定、調(diào)制波頻率范圍設(shè)定、脈沖延遲時(shí)間設(shè)定、最小刪除脈寬設(shè)定、幅值控制。

初始化編程時(shí)，即設(shè)定各寄存器內(nèi)容。下面分別介紹這些內(nèi)容的設(shè)定。[9](1)載波頻率設(shè)定

載波頻率(即三角波頻率)越高越好，但頻率越高損耗會(huì)越大，另外，還受開關(guān)管最高頻率限制，因此要合理設(shè)定。設(shè)定字由CFS0--CFS2這3位組成。載波頻率 通過(guò)下式(3—1)求出。式中K為時(shí)鐘頻率,n值的二進(jìn)制數(shù)即為載波頻率設(shè)定字，可以取1，2，4，8，16或32。由于K=12MHz，當(dāng)n=1時(shí)，反算得 =23.4375KHz,考慮到(max)=24KHz , <(max)當(dāng)n=2時(shí)，=11.71725KHz ,故n取1，實(shí)際 =23.4375KHz。(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定

根據(jù)調(diào)制頻率范圍．確定設(shè)定字。設(shè)定調(diào)制波頻率范圍的目的是在此范圍內(nèi)進(jìn)行l(wèi)2位分辨率的細(xì)分，這樣可以提高控制精度，也就是范圍越?。刂凭仍礁摺Ｕ{(diào)制被頻率范圍設(shè)定字是由FRS0—FRS2這3位組成。調(diào)制波頻率 通過(guò)下式(3—2)求得。m值的二進(jìn)制數(shù)即為調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字。上面已得 =23.4375KHz，若取 =500Hz則m=8.192 ,考慮到調(diào)制波的頻率為400Hz，則m=8 ,反算得 =488.28Hz。(3)脈沖延遲時(shí)間設(shè)定 該設(shè)定字是由PDY0—PDY5這6位組成。脈沖延遲時(shí)間 通過(guò)下式(3—3)求得。設(shè)脈沖延遲時(shí)間 則 =60(4)最小刪除脈寬設(shè)定

最小刪除脈寬設(shè)定字是由PDT0—PDT6這7位組成。最小刪除脈寬 由下式(3—4)圖3-14 延遲前后脈寬關(guān)系

求得。考慮到延遲(死區(qū))的因素，在延遲時(shí)．通常的做法是在保持原頻率不變的基礎(chǔ)上，使開關(guān)管延遲開通．如圖3-7所示．實(shí)際輸出的脈寬＝延遲前的脈寬--延遲時(shí)間。由結(jié)構(gòu)圖 可知．SA828的工作順序是先刪除最窄脈沖，然后再延遲．所以式(3—4)給出的 應(yīng)是延遲前的最小刪除脈寬。它等于實(shí)際輸出的最小脈寬加上延遲時(shí)間，即 ＝實(shí)際輸出的最小脈寬十 ,假設(shè)實(shí)際輸出的最小脈寬=10 那么 =15 則 =180> =128 , =10.67 s 最小脈寬為5.67 s。(5)幅值控制

AC是幅值控制位。當(dāng)AC＝0時(shí)，控制寄存器中的R相的幅值就是其他兩相的幅值。當(dāng)AC=l時(shí)，控制寄存器中的R、Y、B相分別可以調(diào)整各自的幅值，以適應(yīng)不平衡負(fù)載。

初始化寄存器通常在程序初始化時(shí)定義。這些參數(shù)專用于逆變電路中．因此，在操作期間不應(yīng)該改變它們。如果一定要修改，可先用控制寄存器中的 來(lái)關(guān)斷SPWM輸出，然后再進(jìn)行修改。

3.1.9 SA828控制寄存器編程

控制寄存器的作用包括調(diào)制波頻率選擇(調(diào)速)、調(diào)制波幅值選擇(調(diào)壓)、正反轉(zhuǎn)選擇、輸出禁止位控制、計(jì)數(shù)器復(fù)位控制、軟復(fù)位控制。控制數(shù)據(jù)仍然是通過(guò)Ro—R2寄存器輸入并暫存，當(dāng)向R3虛擬寄存器寫操作時(shí)．將這些數(shù)據(jù)送入控制寄存器。(1)調(diào)制波頻率選擇

調(diào)制波頻率選擇字由PFS0—PFS7這8位組成。通過(guò)下式

(3-5)求得 值，它的二進(jìn)制數(shù)即是調(diào)制波頻率選擇字。取 =400Hz , =488.28Hz ,得 =3355.45179(2)調(diào)制波幅值選擇

通過(guò)改變調(diào)制波幅值來(lái)改變輸出電壓有效值，達(dá)到變頻同時(shí)變壓的目的。輸出電壓的改變要根據(jù)U/f曲線，隨頻率變化進(jìn)行相應(yīng)的變化。調(diào)制波幅值是借助于8位幅值選擇字(RAMP、YAMP、BAMP)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。每一相都可以通過(guò)計(jì)算下式 %(3-6)求出A值，它的二進(jìn)制數(shù)即為幅值選擇字(即RAMP或YAMP或BAMP)。式中的 就是調(diào)壓比，注意，初始化寄存器的AC位決定了R相幅值是否代表另二相幅值。= =91.8=92(3)輸出禁止位控制

輸出禁止位。當(dāng) ＝0時(shí)，關(guān)斷所有SPWM信號(hào)輸出。(4)計(jì)數(shù)器復(fù)位控制

計(jì)數(shù)器復(fù)位位，當(dāng) ＝0，使內(nèi)部的相計(jì)數(shù)器置為0(R相)。(5)軟復(fù)位控制

RST是軟復(fù)位位。它與硬復(fù)位 有相同的功能。高電平有效。

SPWM波形的產(chǎn)生，選擇專用的芯片SA828，如前面所講，這里不再論述。它和單片機(jī)的接口如下圖所示： 3.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 3.2.1 初始化程序

系統(tǒng)上電時(shí),初始化程序?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)清零。3.2.2 主程序

完成定時(shí)器的初始化，開各種中斷，循環(huán)調(diào)用各個(gè)子程序。包括電壓顯示子程序、AD轉(zhuǎn)換子程序、828初始化子程序。主程序流程圖見圖 程序清單如下: START: SETB IT1;選擇INT1為邊沿觸發(fā)方式 SETB EX1;開外中斷1 SETB EA;開總控制中斷

CLR PX1;外中斷1為低優(yōu)先級(jí) SETB IT0;脈沖下降沿觸發(fā)外中斷0 SETB EX0;開外中斷0 MOV TMOD,#01H;T0工作在定時(shí)，方式1 SETB PX0;外中斷0為高優(yōu)先級(jí) 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

按照單片機(jī)與SA828的接線圖，P2.0作為SA828的片選控制口，因此SA828的起始地址為FE00H。系統(tǒng)上電復(fù)位之后首先對(duì)SA828寫初始化字和控制字。具體計(jì)算如前面所述。流程圖如下： 程序清單如下：

CLR P2.1;禁止PWM輸出

MOV A,#80H;SA828初始化寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;給R0寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#60H MOVX @DPTR,A;給R1寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#04H MOVX @DPTR,A;給R2寫數(shù)據(jù) INC DPTR INC DPTR MOVX @DPTR,A;給初始化寄存器R4寫數(shù)據(jù) MOV A,#1BH;SA828控制寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;給R0寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#2DH MOVX @DPTR,A;給R1寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#05CH MOVX @DPTR,A;給R2寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOVX @DPTR,A;給控制寄存器R3寫數(shù)據(jù) SETB P2.1;允許PWM輸

單片機(jī)對(duì)采樣到的輸出如做PI調(diào)節(jié)計(jì)算轉(zhuǎn)換為電壓幅值控制字后，需要重新寫入控制字，其方法是相同的。

3.2.4 ADC0809的控制及數(shù)據(jù)處理子程序

單片機(jī)與ADC0809的接線圖所示，P2.7作為ADC0809的片選控制口，因此ADC0809的起始地址為7F00H。如圖所示，ADC0809的地址選擇線接地，固定8路模擬數(shù)據(jù)輸入端重IN-0為電壓采樣輸入端。ADC0809的CLK信號(hào)是從AT89C52的ALE端經(jīng)四分頻器74LS74分頻后得到的，工作頻率為500HZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128us左右，據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)時(shí)間，延時(shí)時(shí)間一到，采用查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。即用軟件測(cè)試EOC（P3.1）的狀態(tài)，若測(cè)試結(jié)果為1，則轉(zhuǎn)換結(jié)束接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，否則等待，直到測(cè)試結(jié)果為1。因?yàn)锳DC0809的最大輸入電壓為5V，其轉(zhuǎn)換結(jié)果FFH對(duì)應(yīng)5V。所以FFH對(duì)應(yīng)的輸入應(yīng)大于等于5V，表示輸入超過(guò)量程。本設(shè)計(jì)中FFH對(duì)應(yīng)36V，其轉(zhuǎn)換公式為，X=，因此程序中有二進(jìn)制轉(zhuǎn)換及乘14子程序，除以100處理為小數(shù)點(diǎn)固定顯示在次低位。另外，考慮到系統(tǒng)存在電磁干擾，采用了中值濾波子程序進(jìn)行軟件抗干擾。中值濾波對(duì)于去掉由于偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效。中值濾波之后將最優(yōu)值存于6AH中再進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。流程圖如圖下面是程序清單： INCADC: MOV R0,#2CH MOV R2,#03H SAMP: MOV DPTR,#7F00H;AD0809端口地址送DPTR MOV A,#00H;輸入通道0選擇 MOVX @DPTR,A;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R7,#0FFH;延時(shí)查詢方式 DELAY:DJNZ R7,DELAY LOOP1:JB P3.1,T1;查詢p3.1是否為1 JNB P3.1,LOOP1 T1:MOVX A,@DPTR;讀取從IN0輸入的轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV @R0,A INC R0 DJNZ R2,SAMP 以下是數(shù)字濾波程序流程圖及程序清單：

FILTER:MOV A,6CH CJNE A,6DH,CMP1 AJMP CMP2 CMP1:JNC CMP2 XCH A,6DH XCH A,6CH CMP2:MOV A6DH CJNE A,6EH,CMP3 MOV 6AH,A CMP3:JC CMP4 MOV 6AH,A CMP4:MOV A,6EH CJNE A,6CH,CMP5 MOV 6AH,A CMP5:JC CMP6 XCH A,6CH CMP6:MOV 6AH,A;濾波結(jié)果存于6AH RET 3.2.5 數(shù)據(jù)處理及電壓顯示子程序 DISPLAY: MOV A,6AH ACALL L1;十進(jìn)制轉(zhuǎn)換 ACALL PLAY RET PLAY:;顯示程序 MOV A,R5;分離D1 ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R5;分離D2 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 51H,A MOV A,R4;分離D3 ANL A,#0FH MOV 52H,A MOV A,R4;分離D4 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 53H,A PLAY1: CLR P2.6 CLR P2.5 CLR P2.4 CLR P2.3 MOV R1,#50H;顯示數(shù)據(jù)首地址 MOV P1,#0FFH;清除原來(lái)的數(shù)據(jù) SETB P2.3;顯示最低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS;數(shù)據(jù)顯示1ms CLR P2.3 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.4;顯示次低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR ANL A,#7FH;小數(shù)固定顯示 MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.4 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.5;顯示次高位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.5 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.6;顯示最高位 MOV A,@R1 JZ NODISPLAY;若A=0，則不顯示 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.6 MOV P1,#0FFH NODISPLAY: MOV P1,#0FFH AJMP PLAY1 RET

L1:CLR C;十進(jìn)制轉(zhuǎn)換 MOV R5,#00H MOV R4,#00H MOV R3,#08H NEXT1:RLC A MOV R2,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R2 DJNZ R3,NEXT1 RET

TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH

DL1MS: MOV R6,#14H DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET 3.2.6 輸出頻率測(cè)試計(jì)算及顯示子程序部分 ⑴.頻率測(cè)試計(jì)算子程序部分

SA828帶有頻率輸出端口，將其與單片機(jī)的中斷INT0口相接，如原理圖所示。本例中所使用的中斷源有2個(gè)：T0中斷和 中斷。中斷的功能是計(jì)算ZPPR輸出的調(diào)制波頻率。由于調(diào)制波頻率可能比較低，因此用T0溢出中斷來(lái)記錄一個(gè)ZPPR周期中T0溢出的次數(shù)，這個(gè)溢出次數(shù)保存到70H中。這樣，在一個(gè) 中斷間隔里，所用的時(shí)間（即ZPPR周期）是3個(gè)字節(jié)的數(shù)（1個(gè)字節(jié)的T0溢出次數(shù)，2個(gè)字節(jié)的T0值）。因?yàn)锳T89C52使用12MHZ的時(shí)鐘頻率，一個(gè)機(jī)器周期是，所以調(diào)制波頻率的計(jì)算公式為： =0F4240H，也是一個(gè)3字節(jié)的數(shù)，因此 是一個(gè)3字節(jié)除法運(yùn)算。如果對(duì)精度要求不高，的分子分母可以舍掉最低字節(jié)來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)算，這樣就成為雙字節(jié)除法運(yùn)算。所以，當(dāng) 中斷時(shí)，只取TH0，將其存放到71H中除法運(yùn)算的整數(shù)商存放到72H、73H中，小數(shù)商存放到75H中，以便頻率顯示程序中調(diào)用。

中斷子程序及流程圖如下：

SUANPIN: CLR EA;關(guān)中斷 CLR TR0 PUSH ACC;保存現(xiàn)場(chǎng) PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.3 MOV 70H,#00H;MOV TL0,#00H;TL0清0 MOV 71H,TH0;取TH0值 MOV TH0,#00H;TH0清0 MOV A,71H;檢查除數(shù)是否為0 ORL A,70H;不會(huì)溢出，高位永遠(yuǎn)為零 JZ ABC;除數(shù)為0則退出 MOV R2,#00H;輸入被除數(shù) MOV R3,#00H MOV R4,#0FH MOV R5,#42H MOV R6,70H;輸入除數(shù) MOV R7,71H LCALL NDIV;調(diào)用雙字節(jié)除法子程序原來(lái)的程序，NDIV:MOV B,#16;雙字節(jié)無(wú)符號(hào)數(shù)除法子程序;當(dāng)條件（R2R3）〈（R6R7）滿足時(shí)，;（R2R3R4R5）/（R6R7）=（R4R5），余數(shù)在（R2R3）NDVL1: CLR C MOV A,R5 RLC A MOV R5,A MOV A,R4 RLC A MOV R4,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A XCH A,R2 RLC A XCH A,R2 MOV F0,C CLR C SUBB A,R7 MOV R1,A MOV A,R2 SUBB A,R6 JB F0,NDVM1 JC NDVD1 NDVM1: MOV R2,A MOV A,R1 MOV R3,A INC R5 NDVD1:DJNZ B ,NDVL1 CLR F0

MOV 72H,R4;頻率整數(shù)部分存于7273H中 MOV 73H,R5;調(diào)制波頻率整數(shù)部分存72H MOV 75H,R2;將調(diào)制波頻率小數(shù)部分（小于100）存75H MOV 70H,#00H;70H清0 ABC:POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP DPH POP DPL POP B POP ACC SETB EA;開中斷 SETB TR0 RETI

⑵.頻率顯示部分

本系統(tǒng)用一個(gè)四位一體的LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，系統(tǒng)初始化后顯示的為電壓，按頻率顯示按鈕顯示頻率。利用中斷源 顯示，它將72H、73H中的頻率整數(shù)（二進(jìn)制數(shù)）部分先進(jìn)行二--十轉(zhuǎn)換存于R3R4R5中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的十進(jìn)制數(shù)只有百位，即R3中的值為00，R4中的值為0X。因此將R4R5中的數(shù)分離分別在最高位、次高位、次低位顯示，并且次低位帶有小數(shù)點(diǎn)。將75H中的小數(shù)部分在最低位顯示。至此，頻率顯示部分完成。

中斷程序及流程圖如下：

DISPLAYF:PUSH ACC;保存現(xiàn)場(chǎng) PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.4;使用第二工作寄存區(qū)

MOV R6,72H;頻率整數(shù)部分存欲R6R7中調(diào)用雙字節(jié)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序 MOV R7,73H;;ACALL HB2;調(diào)用雙字節(jié)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序

HB2:CLR A;BCD碼初始化;雙字節(jié)十進(jìn)制轉(zhuǎn)換 MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,A MOV R2,#10H;轉(zhuǎn)換雙字節(jié)二進(jìn)制整數(shù)

HB3:MOV A,R7;從高端移出待轉(zhuǎn)換數(shù)的一位到CY中 RLC A MOV R7,A MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R5;BCD碼帶進(jìn)位自身相加，相當(dāng)于乘2 ADDC A,R5 DA A;十進(jìn)制調(diào)整 MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,R3 MOV R3,A DJNZ R2,HB3 MOV A,75H;頻率小數(shù)部分在最低位顯示 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 50H,A MOV A,R5;頻率整數(shù)部分個(gè)位數(shù)在次低位顯示 ANL A,#0FH CLR CY SUBB A,#07H MOV 51H,A MOV A,R5;頻率整數(shù)部分十位數(shù)在次高位顯示 ANL A,#0F0H SWAP A CLR CY SUBB A,#05H MOV 52H,A MOV A,R4;頻率整數(shù)部分百位數(shù)在最高位顯示 ANL A,#0FH DEC A MOV 53H,A ACALL PLAY;顯示頻率

POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP DPH POP DPL POP B POP ACC AJMP DISPLAYF RETI

第四章 聯(lián)機(jī)調(diào)試及結(jié)果分析 4.1 聯(lián)機(jī)調(diào)試情況

系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個(gè)部分。硬件調(diào)試包括控制電路的調(diào)試和主電路的調(diào)試。調(diào)試時(shí)，應(yīng)該先調(diào)控制部分。首先檢查電路的焊接是否正確，然后用萬(wàn)用表測(cè)試或通電檢測(cè)。主電路部分硬件的檢測(cè)方法同控制部分。硬件檢查無(wú)誤后，軟件調(diào)試。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進(jìn)行硬件的正確性檢驗(yàn)，然后分別進(jìn)行主程序、AD轉(zhuǎn)換子程序、電壓顯示子程序、頻率顯示子程序、數(shù)字濾波子程序等子程序的編程及調(diào)試。

在聯(lián)機(jī)調(diào)試前，先用偉福模擬仿真，然后利用愛思G3000在線聯(lián)機(jī)調(diào)試。聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了下面一些問(wèn)題：

1).四位一體LED顯示管不顯示； 2).P1口沒(méi)有數(shù)據(jù)輸出； 3).AD轉(zhuǎn)換器不工作；

4).SA828的輸出波形不正確。解決的辦法及處理結(jié)果：

1).檢查各個(gè)數(shù)碼管的位控端及代碼段是否連接完好，給它加的驅(qū)動(dòng)是否正確，以及各個(gè)數(shù)碼管本身是否完好。經(jīng)檢測(cè)是我們的驅(qū)動(dòng)連接有問(wèn)題，重新連接后，顯示正常。

2).P1口沒(méi)有數(shù)據(jù)輸出的原因也是我們的顯示驅(qū)動(dòng)出錯(cuò)導(dǎo)致，當(dāng)驅(qū)動(dòng)錯(cuò)誤排除后，P1口數(shù)據(jù)輸出正常。

3).和AD轉(zhuǎn)換器的各個(gè)連線都聯(lián)結(jié)正確，我們的焊接技術(shù)不好，出現(xiàn)了個(gè)別引腳虛焊，虛焊處理后，問(wèn)題解決。

4).SA828的輸出波形下橋臂出現(xiàn)一段脈寬為1us的不正常波形，按照電路設(shè)計(jì)原理，小于5.67us的波形在脈沖刪除電路中是該刪除掉的，由于三相下橋臂均輸出這種不正常的波形，我們用到了SA828的輸出禁止端SETTRIP，把此端接上高電平即可使輸出禁止而不影響內(nèi)部電路的正常工作，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果還能看到此不正常的波形，若其是內(nèi)部電路產(chǎn)生，即使不能刪除，在輸出禁止時(shí)理論上應(yīng)該是能禁止的。又考慮到可能是干擾所至，消除掉可能存在的干擾后依然存在此波形。初次使用這系列的芯片，對(duì)其資料也不完全掌握，實(shí)驗(yàn)最后，仍留此問(wèn)題，亟待日后解決。另外，在絞盡腦汁之后，發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，原來(lái)認(rèn)為不用的芯片端口可以按其功能相應(yīng)的接高電平或接地，在這樣做之后，芯片發(fā)燙，斷開連接即恢復(fù)正常 4.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及結(jié)果分析

1).1).從SA828的RPHT、PRHB輸出的驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)如下圖4-1所示

圖4-1 PWM輸出的上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)

2).經(jīng)過(guò)TTL驅(qū)動(dòng)電路，加在柵極的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)如圖4-2所示。圖4-2 MOSFET柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 3).仿真交流輸出信號(hào)如圖4-3所示 圖4-3 仿真交流輸出信號(hào) 4).結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)室搭建主電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，獲得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。該系統(tǒng)輸出正弦波的頻率為400HZ。試驗(yàn)證明整個(gè)系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)時(shí)性較好。4.3結(jié)論

在前面的系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計(jì)下，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室組成實(shí)際的線路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，獲得了較為良好的實(shí)驗(yàn)效果。該系統(tǒng)輸出正弦波合成的頻率為400HZ，試驗(yàn)證明整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)時(shí)性較以完全單片機(jī)軟件編程產(chǎn)生SPWM波的方法要好得多，而他的功能又比用HEF4752等純硬件方法生成的SPWM波的方法完善。綜上分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以得到下面幾點(diǎn)結(jié)論：

1).SA828時(shí)一個(gè)高性能的SPWM專用IC，在合適的外圍條件的支持下，它可以輸出較好的SPWM脈沖信號(hào)。

2).以單片機(jī)最小系統(tǒng)來(lái)完成SA828的外圍硬件支持，可以使系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，提高可靠性，減小系統(tǒng)成本和體積。

3).文中介紹的以AT89C52最小系統(tǒng)與SA828相結(jié)合構(gòu)成的全數(shù)字化SPWM脈沖形成系統(tǒng)，即可解決全軟件編程產(chǎn)生SPWM脈沖波的缺陷，又可以彌補(bǔ)純硬件系統(tǒng)完成SPWM脈沖生成方案的不足，是一種較好的方案。4).文中介紹的SPWM脈沖形成方案，不僅在開關(guān)電源的數(shù)字化制作方面是一個(gè)嘗試和創(chuàng)新，而且在直流調(diào)速、交流調(diào)速、變頻電源、電力回收領(lǐng)域，也具有通用性，它應(yīng)用前景廣闊。

結(jié)束語(yǔ): 本設(shè)計(jì)利用MCS-51單片機(jī)控制SA828產(chǎn)生SPWM調(diào)制信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換器控制輸出頻率及電壓，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，實(shí)時(shí)性好，具有廣闊的使用前景。

第二篇：基于16位單片機(jī)的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于16位單片機(jī)的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

近來(lái),逆變電源在各行各業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。本文介紹了一種以16位單片機(jī)8XC196MC為內(nèi)核的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。8XC196MC片內(nèi)集成了一個(gè)3相波形發(fā)生器WFG，這一外設(shè)裝置大大簡(jiǎn)化了產(chǎn)生同步脈寬調(diào)制波形的控制軟件和外部硬件，可構(gòu)成最小單片機(jī)系統(tǒng)同時(shí)協(xié)調(diào)完成SPWM波形生成和整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)、保護(hù)、智能控制、通訊等功能。

2、電源系統(tǒng)的基本原理

該電源由蓄電池輸入24V直流電，然后通過(guò)橋式逆變電路逆變成SPWM波形，經(jīng)低通濾波器得到正弦波輸出。SPWM波形由8XC196MC的3相波形發(fā)生器WFG產(chǎn)生，可輸出所需電壓和頻率的正弦波。

3、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該逆變電源系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓功能。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)電壓，使輸出波形穩(wěn)定。三相電壓值、頻率可用數(shù)碼管顯示，通過(guò)使用MAX232E可與PC機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制與監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。

3．1SPWM波形產(chǎn)生電路

SPWM波形是由8XC196MC的專用寄存器WFG控制下完成的。WFG的功能特點(diǎn)：

片內(nèi)有3個(gè)同步的PWM模塊，每個(gè)模塊包含一個(gè)相位比較寄存器、一個(gè)無(wú)信號(hào)時(shí)間（deadtime）發(fā)生器和一對(duì)可編程的輸出。WFG可產(chǎn)生獨(dú)立的3對(duì)PWM波形，但它們有共同的載波頻率、無(wú)信號(hào)時(shí)間和操作方式。一旦起動(dòng)以后，WFG只要求CPU在改變PWM的占空比時(shí)加以干預(yù)。

WFG的工作原理： 1．時(shí)基發(fā)生器為SPWM建立載波周期。該周期值取決于WG-RELOAD的值； 2．相位驅(qū)動(dòng)通道決定SPWM波形的占空比，可編程輸出，每個(gè)相位驅(qū)動(dòng)器包含一個(gè)可編程的無(wú)信號(hào)時(shí)間發(fā)生器；

3．控制電路用來(lái)確定工作模式和其它寄存器配置信息。WFG有2種中斷：WFG中斷和EXTINT中斷。

WFG中斷是重裝載WG-COUNT時(shí)產(chǎn)生。不同的工作方式，有不同的重裝載方式，每個(gè)PWM周期，方式0在WG-COUNT=WG-RELOAD時(shí)產(chǎn)生一次WFG中斷，方式1在WG-COUNT=WG-RELOAD和WG-COUNT=1時(shí)都產(chǎn)生中斷。

EXTINT中斷由保護(hù)電路產(chǎn)生?？删幊淘O(shè)置產(chǎn)生中斷的方式，在整個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)過(guò)流信號(hào)，保護(hù)電力電子開關(guān)器件。

3．2驅(qū)動(dòng)與保護(hù)電路

按照傳統(tǒng)的逆變器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，器件的開關(guān)動(dòng)作需要靠獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且要求驅(qū)動(dòng)電路的供電電源要彼此隔離，這無(wú)疑增加了硬件電路的設(shè)計(jì)困難，降低了逆變電路的可靠性。為解決上述問(wèn)題，本文選用了美國(guó)IR公司的驅(qū)動(dòng)芯片IR2130。該芯片采用自舉驅(qū)動(dòng)方式，懸浮溝道設(shè)計(jì)使其能驅(qū)動(dòng)母線電壓小于600v的功率管，開關(guān)頻率可以從幾十赫茲到數(shù)百千赫茲。其內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用，可使其應(yīng)用于高壓系統(tǒng)，還可以對(duì)上下橋臂器件的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生2微秒的互鎖信號(hào)，而且設(shè)置了欠壓保護(hù)功能，可方便的設(shè)計(jì)出過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。

在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意一些問(wèn)題，尤其是要嚴(yán)格設(shè)計(jì)選用自舉二極管和自舉電容。自舉二極管的恢復(fù)時(shí)間很重要，本設(shè)計(jì)采用快速恢復(fù)二極管，其耐壓值一定要大于母線峰值。自舉電容的容量由功率管的柵極驅(qū)動(dòng)要求和最大開通時(shí)間決定，必須保證電容充電到足夠的電壓，而放電時(shí)其兩端電壓不低于欠壓保護(hù)動(dòng)作值，一般驅(qū)動(dòng)開關(guān)頻率大于5K赫茲時(shí)，電容不應(yīng)該小于0.1。電源電容容量的匹配也十分重要，其值至少是自舉電容的十倍。芯片內(nèi)部自帶過(guò)流保護(hù)功能，一旦發(fā)生過(guò)流或直通故障，能迅速關(guān)斷PWM輸出。

該器件只要合理的選擇自舉電容，電源電容，自舉二極管，驅(qū)動(dòng)電路工作十分可靠。

3．3顯示與通信接口

顯示部分采用HD7279A同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管，該芯片完全由單片機(jī)控制，接口簡(jiǎn)單，控制方式靈活。

顯示內(nèi)容：三相電壓，三相電流，頻率，各種保護(hù)狀態(tài)。與PC機(jī)通信使用MAX232E進(jìn)行電平交換，該芯片產(chǎn)生TTL（單片機(jī)側(cè)）電平和RS-232（PC機(jī)側(cè)）電平。串行通信口通過(guò)MAX232E與PC機(jī)串行口相連。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖2軟件結(jié)構(gòu)框圖

軟件程序設(shè)計(jì)是整個(gè)逆變電源系統(tǒng)的核心，它決定逆變電源輸出的特性，如：電壓范圍及穩(wěn)定度、諧波含量、保護(hù)功能的完善、可靠性等。軟件框圖如圖2所示。

4．1初始化

計(jì)算一個(gè)周期內(nèi)的正弦脈寬值，初始化I/O口和WFG波形發(fā)生器，設(shè)置載波周期和死區(qū)時(shí)間。

在方式0中，載波周期TC的計(jì)算公式為： Tc=(2×WG-RELOAD)/Fxtal(μs)在忽略無(wú)信號(hào)時(shí)間的情況下，占空比為： 占空比=（WG-COMPx/WG-RELOAD）×100％ 4．2頻率調(diào)節(jié)和輸出電壓調(diào)節(jié)

通過(guò)改變WG-RELOAD中的時(shí)間常數(shù)，可調(diào)節(jié)輸出頻率。通常保持同步調(diào)制關(guān)系，即頻率調(diào)制比不變，mf=常量。在頻率調(diào)節(jié)過(guò)程為保證輸出電壓不變，在改變G-RELOAD內(nèi)容的時(shí)，按比較地改變WG-COMPx中的值。

由于負(fù)載的變化，輸出電壓是不穩(wěn)定的。要達(dá)到良好的動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓特性，采用輸出電壓反饋閉環(huán)控制。采用算法為增量數(shù)字PID：

?u(k)=u(k)-u(k-1)=kp[e(k)-e(k-1)]+k1e(k)+kD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] 按PID的結(jié)果修正各開關(guān)周期的脈寬，可以達(dá)到調(diào)節(jié)電壓目的。4．3對(duì)外串行接口程序

8XC196MC單片機(jī)的串行通訊方式在實(shí)際應(yīng)用中效果非常好，其靈活性和實(shí)用性是其它獨(dú)立串口所無(wú)法比擬的。利用EPA和PTS實(shí)現(xiàn)串行通訊可完成與PC機(jī)的RS232方式的通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送、上傳。

5、實(shí)驗(yàn)分析

采用以上方案，制造了一臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)參數(shù)為：直流24V電壓輸入，載波頻率9.6KHZ，主回路功率管IRF540，直流側(cè)電容C=470uF，變壓器的匝數(shù)比1：10，輸出濾波電感Lf=6mH，輸出濾波電容Cf=30uF。

圖3為試驗(yàn)輸出波形：

圖3輸出電壓波形

6、結(jié)論 該電源設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，體積小、成本低、穩(wěn)定。試驗(yàn)表明，逆變電源輸出波形好，可實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻，動(dòng)態(tài)特性好，可靠性高。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于控制電路大為簡(jiǎn)化并且實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化，其系統(tǒng)能智能控制及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn): [1]程軍.intel80C196單片機(jī)應(yīng)用實(shí)踐與C語(yǔ)言開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版

摘自中電網(wǎng)的供電電源要彼此隔離，這無(wú)疑增加了硬件電路的設(shè)計(jì)困難，降低了逆變電路的可靠性。為解決上述問(wèn)題，本文選用了美國(guó)IR公司的驅(qū)動(dòng)芯片IR2130。該芯片采用自舉驅(qū)動(dòng)方式，懸浮溝道設(shè)計(jì)使其能驅(qū)動(dòng)母線電壓小于600v的功率管，開關(guān)頻率可以從幾十赫茲到數(shù)百千赫茲。其內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用，可使其應(yīng)用于高壓系統(tǒng)，還可以對(duì)上下橋臂器件的門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生2微秒的互鎖信號(hào)，而且設(shè)置了欠壓保護(hù)功能，可方便的設(shè)計(jì)出過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)。在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)該注意一些問(wèn)題，尤其是要嚴(yán)格設(shè)計(jì)選用自舉二極管和自舉電容。自舉二極管的恢復(fù)時(shí)間很重要，本設(shè)計(jì)采用快速恢復(fù)二極管，其耐壓值一定要大于母線峰值。自舉電容的容量由功率管的柵極驅(qū)動(dòng)要求和最大開通時(shí)間決定，必須保證電容充電到足夠的電壓，而放電時(shí)其兩端電壓不低于欠壓保護(hù)動(dòng)作值，一般驅(qū)動(dòng)開關(guān)頻率大于5K赫茲時(shí)，電容不應(yīng)該小于0.1。電源電容容量的匹配也十分重要，其值至少是自舉電容的十倍。芯片內(nèi)部自帶過(guò)流保護(hù)功能，一旦發(fā)生過(guò)流或直通故障，能迅速關(guān)斷PWM輸出。

該器件只要合理的選擇自舉電容，電源電容，自舉二極管，驅(qū)動(dòng)電路工作十分可靠。

3．3顯示與通信接口

顯示部分采用HD7279A同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰極數(shù)碼管，該芯片完全由單片機(jī)控制，接口簡(jiǎn)單，控制方式靈活。

顯示內(nèi)容：三相電壓，三相電流，頻率，各種保護(hù)狀態(tài)。

與PC機(jī)通信使用MAX232E進(jìn)行電平交換，該芯片產(chǎn)生TTL（單片機(jī)側(cè)）電平和RS-232（PC機(jī)側(cè)）電平。串行通信口通過(guò)MAX232E與PC機(jī)串行口相連。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

圖2

第三篇：一種基于單片機(jī)的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計(jì)

一種基于單片機(jī)的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中采用了DC／DC和DC／AC兩級(jí)變換，高頻變壓器隔離，單片機(jī)控

制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明性能可靠。

關(guān)鍵詞：逆變電源；單片機(jī)；正弦脈寬調(diào)制

O 引言

低壓小功率逆變電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域。特別是新能源的開發(fā)利用，例如太陽(yáng)能電池的普遍使用，需要一個(gè)逆變系統(tǒng)將太陽(yáng)能電池輸出的直流電壓變換為220V、50Hz交流電壓，以便于使用。本文給出了一種用單片機(jī)控制的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計(jì)，它以12V直流電源作為輸入，輸出220V、50Hz、0~150W的正弦波交流電，以滿足大部分常規(guī)小電器的供電需求。該電源采用推挽升壓和全橋逆變兩級(jí)變換，前后級(jí)之間完全隔離。在控制電路上，前級(jí)推挽升壓電路采用SG3525芯片控制，采樣變壓器繞組電壓做閉環(huán)反饋；逆變部分采用單片機(jī)數(shù)字化SPWM控制方式，采樣直流母線電壓做電壓前饋控制，同時(shí)采樣電流做反饋控制；在保護(hù)上，具有輸入過(guò)、欠壓保護(hù)，輸出過(guò)載、短路保護(hù)，過(guò)熱保護(hù)等多重保護(hù)功能電路，增強(qiáng)了該電源的可靠性和安全性。

該電源可以在輸人電壓從10．5V到15V變化范圍內(nèi)，輸出220V±10V的正弦波交流電壓，頻率50Hz±O．5Hz，直流分量

l 主電路

逆變電源主電路采用推挽升壓和全橋逆變兩級(jí)變換，如圖1所示。

輸入電壓一端接在變壓器原邊的中間抽頭，另一端接在開關(guān)管S1及S2的中點(diǎn)?？刂芐1及S2輪流導(dǎo)通，在變壓器原邊形成高頻的交流電壓，經(jīng)過(guò)變壓器升壓、整流和濾波在電容C1上得到約370 V直流電壓。對(duì)S3～S6組成的逆變橋采用正弦脈寬調(diào)制，逆變輸出電壓經(jīng)過(guò)電感L、電容C2濾波后，最終在負(fù)載上得到220 V、50 Hz的正弦波交流電。采用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)前后級(jí)之間的隔離，有利于提高系統(tǒng)的安全性。

輸入電壓10．5～15 V，輸入最大電流15 A，考慮一倍的余量，推挽電路開關(guān)管S1及S2耐壓不小于30 V，正向電流不

小于30 A，選用IRFZ48N。

升壓高頻變壓器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足在輸入電壓最低時(shí)，副邊電壓經(jīng)整流后不小于逆變部分所需要的最低電壓350 V，同時(shí)輸入電壓最高時(shí)，副邊電壓不能過(guò)高，以免損壞元器件。同時(shí)也必須考慮繞線上的電壓降和發(fā)熱問(wèn)題。選EE型鐵氧體磁芯，原副邊繞組為7匝：300匝。關(guān)于高頻變壓器的設(shè)計(jì)可以參考文獻(xiàn)。

變壓器副邊輸出整流橋由4個(gè)HER307組成．濾波電容選用68μF、450 V電解電容。

根據(jù)輸出功率的要求，輸出電流有效值為0 6～O.7 A，考慮一定的電壓和電流余量，逆變橋中的S3～S6選用IRF840。逆變部分采用單極性SPWM控制方式，開關(guān)頻率fs=16 kHz。

假?zèng)]濾波器時(shí)間常數(shù)為開關(guān)周期的16倍，即諧振頻率取1 kHz，則有

濾波電感電容LC≈2．5×10-3，可選取L=5 mH，C=4．7μF。濾波電感L選用內(nèi)徑20 mm，外徑40 mm的環(huán)形鐵粉芯磁芯，繞線采用直徑O．4 mm的漆包線2股并繞，匝數(shù)180匝。數(shù)字化SPWM控制方法

該逆變電源的控制電路也分為兩部分。前級(jí)推挽升壓電路由PWM專用芯片SG3525控制，采樣變壓器繞組電壓實(shí)現(xiàn)電壓閉環(huán)反饋控制。后級(jí)逆變電路由單片機(jī)PICl6C73控制，采樣母線電壓實(shí)現(xiàn)電壓前饋控制。前級(jí)控制方法比較簡(jiǎn)單，在這里主

要介紹后級(jí)單片機(jī)的數(shù)字化SPWM控制方式。

2.l 正弦脈寬調(diào)制SPWM 正弦脈寬調(diào)制SPWM技術(shù)具有線性調(diào)壓、抑制諧波等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的脈寬調(diào)制技術(shù)．一般用三角波μc作為載波信號(hào)，正弦波ug=UgmSin2πfgt作為調(diào)制信號(hào)，根據(jù)μ和μg的交點(diǎn)得到一系列脈寬按正弦規(guī)律變化的脈沖信號(hào)。則可以定義調(diào)制比m=Ugm／Ucm，頻率比K=fc／fa=Tg／Tco。

正弦脈寬調(diào)制可以分為單極性SPWM和雙極性SPWM。雙極性SPWM的載波為正負(fù)半周都有的對(duì)稱三角波，輸出電壓為正負(fù)交替的方波序列而沒(méi)有零電平，因此可以應(yīng)用于半橋和全橋電路。實(shí)際中應(yīng)選擇頻率比K為奇數(shù)，使得輸出電壓μo具有奇函數(shù)對(duì)稱和半波對(duì)稱的性質(zhì)，μc無(wú)偶次諧波。但是輸出電壓μc中含有比較嚴(yán)重的n=K次中心諧波以及n=jk±6次邊頻諧波。

其控制信號(hào)為相位互補(bǔ)的兩列脈沖信號(hào)。

單極性SPWM的載波為單極性的不對(duì)稱三角波，輸出電壓也是單極性的方波。因?yàn)檩敵鲭妷褐邪汶娖剑虼?，單極性SPWM只能應(yīng)用于全橋逆變電路。由于其載波本身就具有奇函數(shù)對(duì)稱和半波對(duì)稱特性，無(wú)論頻率比K取奇數(shù)還是偶數(shù)輸出電壓Uo都沒(méi)有偶次諧波。輸出電壓的單極性特性使得uo不含有n=k次中心諧波和邊頻諧波，但卻有少量的低頻諧波分量。單極性SPWM的控制信號(hào)為一組高頻(載波頻率fe)脈沖和一組低頻(調(diào)制頻率fk)脈沖，每組的兩列脈沖相位互補(bǔ)。由三角載波和正弦調(diào)制波的幾何關(guān)系可以得到，在k》l時(shí)，高頻脈沖的占空比D為

2．2 PIC單片機(jī)的軟件實(shí)現(xiàn)

PICl6C73是Microchip公司的一款中檔單片機(jī)，它功能強(qiáng)大而又價(jià)格低廉。PICl6C73內(nèi)部有兩個(gè)CCP(Capture、Compare、PWM)模塊，當(dāng)它工作在PwM模式下，CCP x引腳就可以輸出占空比10位分辨率可調(diào)的方波，圖2為其工作原理圖。

TMR2在計(jì)數(shù)過(guò)程中將同步進(jìn)行兩次比較：TMR2和CCPRxH比較一致將使CCPX引腳輸出低電平；TMR2和PR2比較一致將使CCPx引腳輸出高電平，同時(shí)將TMR2清O，并讀入下一個(gè)CCPRxH值，如圖3所示。因此，設(shè)定CCPRxH值就可以設(shè)定占空比，設(shè)定PR2值就可以設(shè)定脈沖周期。脈沖占空比D可以表示為

在本設(shè)計(jì)中，全橋逆變器采用單極性SPWM調(diào)制方式。CCP1模塊用來(lái)產(chǎn)生高頻脈沖，CCP2模塊用來(lái)產(chǎn)牛低頻脈沖。選擇16M晶振，根據(jù)脈沖周期Tc=[(PR2)+l]×4×4*Tosc和頻率比k=Tg／Tc,可以取PR2=249，k=320，則有Tg=20 ms，高頻脈沖序列每一一個(gè)周期中包含：320個(gè)脈沖。設(shè)調(diào)制比m=0．92，將，t=TgN／320代入式(2)，聯(lián)立式(3)可以得到產(chǎn)生高頻脈沖

所需要的CCP1H的取值，第0～79個(gè)脈沖為 CCP1H=230sin(πN/160)（4）

式中：N為O→79。

考慮到正弦波的對(duì)稱性，可以得到第80～159個(gè)脈沖為

CCP1H=230sin[π×(80—N)／160](5)根據(jù)脈沖的互補(bǔ)性，可以得到第160～239個(gè)脈沖為

CCP1H=250—230sin(πN／160)(6)

第240～319個(gè)脈沖為

CCP1H=250—230Sin[π×(80一N)／160](7)

因此，在程序中存儲(chǔ)表格230sin(πN／160)，N∈[0，79]就可以得到整個(gè)周期320個(gè)高頻脈沖的CCP．H值。第O～79點(diǎn)，CCP1H為正向查表取值；第80～159點(diǎn)，CCP1H為反向查表取值；第160～239點(diǎn)CCP1H為計(jì)數(shù)周期減去正向查表值；第240~319點(diǎn)CCP1H為計(jì)數(shù)周期減去反向查表值。

對(duì)于低頻脈沖，前半個(gè)周期可以看成由占空比始終為1的高頻脈沖組成，后半個(gè)周期看成由占空比始終為0的高頻脈沖組成，因此，第O～159個(gè)脈沖，CCP2H=250，第160～319個(gè)脈沖，CCP2H=O。

圖4為單片機(jī)_TMR2中斷程序的流程圖，在中斷程序中查表修改CCPxL的值．就可以改變下一個(gè)脈沖的CCPxH值，從而

修改下一個(gè)脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)SPWM控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)中，輸入電壓變化范圍為10．5~15 V，輸出濾波電感5．3mH，濾波電容8μF，從空載到150W負(fù)載狀態(tài)下都可以輸出(220±10V)、50Hz的正弦波交流電壓，如表1和表2所示。圖5和圖6分別為空載和150W純阻性負(fù)載條件下輸出電壓電流波形?？梢钥闯鲚敵鲭妷汉碗娏鞑ㄐ瘟己?，經(jīng)測(cè)量電壓波形的THD為3．6％。結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)分析了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計(jì)，以及基于單片機(jī)的數(shù)字化SPWM控制的實(shí)現(xiàn)方法。數(shù)字化SPWM控制靈活，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制的核心部分在軟件中，有利于保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

第四篇：基于單片機(jī)控制的交通燈設(shè)計(jì)系統(tǒng)

基于單片機(jī)控制的交通燈設(shè)計(jì)系統(tǒng)

班級(jí)：

姓名：

學(xué)號(hào)：

第一章 概述 1.設(shè)計(jì)內(nèi)容

本系統(tǒng)需要采用AT89C51單片機(jī)AT89C5中心器件來(lái)設(shè)計(jì)交通燈控制器，實(shí)現(xiàn)以下功能: 1.1初始東西綠燈亮,南北紅燈亮,東西方向通車。1.2黃燈閃爍后,東西路口紅燈亮同時(shí)南北路口綠燈亮,南北方向開始通車。1.3延時(shí)27s，南北方向綠燈滅，黃燈閃爍3次，然后又切換成東西方向通車，如此重復(fù)。

設(shè)計(jì)交通燈控制系統(tǒng)硬件電路與軟件控制程序，對(duì)硬件電路與軟件程序分別進(jìn)行調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的仿真圖。2.設(shè)計(jì)目的

2.1 了解交通燈管理的基本工作原理。2.2 熟悉AT89C51工作原理和應(yīng)用編程。

2.3 熟悉AT89C51行接口的各種工作方式和應(yīng)用。

2.4 熟悉AT89C51數(shù)器/定時(shí)器的工作方式和應(yīng)用編程外部中斷的方法。2.5 掌握多位LED顯示問(wèn)題的解決。3.設(shè)計(jì)原理

AT89C51片機(jī)具有控制二連體共陰極數(shù)碼管和發(fā)光二極管的輸出顯示以及檢測(cè)按鍵輸入的功能。利用AT89C51片機(jī)模仿制作室外十字路口多功能交通燈，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)控制與室外顯示的功能。合理控制交通繁忙,交通特殊情況和恢復(fù)交通正常的三種情況。

本設(shè)計(jì)用4個(gè)共陽(yáng)極LED數(shù)碼管的分別表示東、西、南、北四個(gè)方向路口，以數(shù)碼管的上、中、下3個(gè)橫段分別代表紅、黃、綠3盞燈，用P0、P1口分別輸出控制模擬交通燈的狀態(tài)顯示的數(shù)碼管和倒計(jì)時(shí)顯示數(shù)碼管的狀態(tài)碼，P3^

1、P3^

2、P3^4-P3^7控制數(shù)碼管的位選，P2^0-P2^4接收中斷信號(hào)并反饋給INT0接口進(jìn)行中斷處理。

第二章 硬件設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)框圖 如圖2-1所示 此處要有文字說(shuō)明

圖2-1設(shè)計(jì)框圖

2.元器件選擇及其功能介紹

AT89C51是一種帶4K字節(jié)LASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。AT89C51片引腳圖如下圖2-2所示。

圖2-2 AT89C51片引腳圖

主要特性：

·與MCS-51 兼容

·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz ·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ·128×8位內(nèi)部RAM ·32可編程I/O線

·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 3.設(shè)計(jì)原理圖

硬件電路圖通過(guò)Proteus 仿真之后如圖2-3所示，其中： 按鈕K0連接P2^0端口實(shí)現(xiàn)紅燈全亮，處理交通意外 按鈕K1連接P2^1端口實(shí)現(xiàn)南北方向亮燈時(shí)間+1s 按鈕K2連接P2^2端口實(shí)現(xiàn)南北方向亮燈時(shí)間-1s 按鈕K3連接P2^3端口實(shí)現(xiàn)東西方向亮燈時(shí)間+1s 按鈕K4連接P2^4端口實(shí)現(xiàn)東西方向亮燈時(shí)間-1s

圖2-3整體連接電路原理圖

第三章 軟件設(shè)計(jì)

1.各個(gè)程序段介紹 1.1數(shù)碼管顯示

void Display(uchar j)//j控制顯示table中連續(xù)位的起始點(diǎn) { char h,l;if(j<11)//根據(jù)狀態(tài)判定時(shí)間

{

h=Time_EW/10;//EW通行時(shí)間十位

l=Time_EW%10;//EW通行時(shí)間個(gè)位

} else if(j<23){

h=Time_SN/10;//SN通行時(shí)間十位

l=Time_SN%10;//SN通行時(shí)間個(gè)位

} for(i=0;i<4;)//按位顯示通行狀況及時(shí)間

{

P0=table1[j];//通行狀況顯示

P3=tab[i];//位選顯示

i++;

j++;

if(i%2)//兩位計(jì)時(shí)顯示

{

P1=table[l];

Delay(400);

}

else

{

P1=table[h];

Delay(400);

} } Delay(5);} 1.2 INT0外部中斷服務(wù)程序

void EXINT0(void)interrupt 0//INT0外部中斷 { EX0=0;//關(guān)中斷

if(Busy_Button==0){

P0=0xFE;//意外按鈕按下全顯示紅燈

for(;Busy_Button!=1;)//意外按鈕彈起時(shí)恢復(fù)之前狀態(tài)

Display(24);} /*四個(gè)時(shí)間控制按鈕分別控制SN、EW方向初始通行時(shí)間加減，最長(zhǎng)不超過(guò)s，最少不低于s*/ if(SN_Add==0)//SN+1 {

SN1+=1;

if(SN1>99)

SN1=99;} if(SN_Red==0)//SN-1 {

SN1-=1;

if(SN1<20)

SN1=20;} if(EW_Add==0)//EW+1 {

EW1+=1;

if(EW1>99)

EW1=99;} if(EW_Red==0)//EW-1 {

EW1-=1;

if(EW1<20)

EW1=20;} EX0=1;//開中斷 } 1.3延時(shí)子程序

void Delay(uchar a)//循環(huán)a次 { uchar x;x=a;while(x--){;} } 2.程序

#define uchar unsigned char #include uchar code table[10]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};uchar code table1[28]={0xF7,0xFE,0xF7,0xFE,0xBF,0xFE,0xBF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF,0xF E, 0xFE,0xF7,0xFE,0xF7,0xFE,0xBF,0xFE,0xBF,0xFE,0xFF,0xFE,0xFF, 0xFE,0xFE,0xFE,0xFE};uchar code tab[4]={0x1E,0x2D,0x4E,0x8D};uchar EW=30,SN=30,EW1=30,SN1=30;uchar count;uchar i,j;sbit Busy_Button=P2^0;sbit SN_Add=P2^1;sbit SN_Red=P2^2;sbit EW_Add=P2^3;sbit EW_Red=P2^4;char Time_EW;char Time_SN;void Delay(uchar a){

uchar x;x=a;while(x--){;} } void Display(uchar j){ char h,l;if(j<11){

h=Time_EW/10;

l=Time_EW%10;} else if(j<23){

h=Time_SN/10;

l=Time_SN%10;} for(i=0;i<4;){

P0=table1[j];

P3=tab[i];

i++;

j++;

if(i%2)

{

P1=table[l];

Delay(400);

}

else

{

P1=table[h];

Delay(400);

} } Delay(5);} void EXINT0(void)interrupt 0 { EX0=0;if(Busy_Button==0){

P0=0xFE;

for(;Busy_Button!=1;)Display(24);} if(SN_Add==0){

SN1+=1;

if(SN1>99)

SN1=99;} if(SN_Red==0){

SN1-=1;

if(SN1<20)

SN1=20;} if(EW_Add==0){

EW1+=1;

if(EW1>99)

EW1=99;} if(EW_Red==0){

EW1-=1;

if(EW1<20)

EW1=20;} EX0=1;

} void timer0(void)interrupt 1 using 1 { TH0=0x3C;TL0=0xB0;count++;if(count==20){

Time_EW--;

Time_SN--;

count=0;} } 第四章 仿真結(jié)果及其總結(jié)

1.仿真結(jié)果圖

1.1正常狀態(tài)的仿真結(jié)果如圖4-1所示

圖4-1正常狀態(tài)

1.2黃燈狀態(tài)的仿真結(jié)果如圖4-2所示

圖4-2黃燈狀態(tài)

1.3緊急狀態(tài)的仿真結(jié)果如圖4-3所示

圖4-3 緊急狀態(tài)

1.4延長(zhǎng)通行時(shí)間的仿真結(jié)果如圖4-4所示

圖4-4延長(zhǎng)通行時(shí)間

2.總結(jié)

通過(guò)這次交通燈的課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用學(xué)習(xí)過(guò)程中，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為一名合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。綜合課程設(shè)計(jì)讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識(shí)，對(duì)已有知識(shí)有了更深層次的理解和認(rèn)識(shí)。在此，由于自身能力有限，在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問(wèn)題，我通過(guò)查閱相關(guān)書籍、資料以及和周圍同學(xué)交流得到解決。

通過(guò)這次交通燈的課程設(shè)計(jì),使我了解了寫畢業(yè)設(shè)計(jì)的流程和方法。為自己以后的畢業(yè)論文的設(shè)計(jì)做一次練習(xí)，具有積極的意義。還有交通燈是我們生活中非常常見的一種東西，對(duì)于我們學(xué)以致用的這種能力得到了很好鍛煉，能夠?yàn)槲覀円院蟮墓ぷ饔趯W(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

由于本人的水平有限，設(shè)計(jì)中難免會(huì)有一些不合理的部分，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還有待提高，望批評(píng)更正。

第五篇：?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)易報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)（定稿）

課程設(shè)計(jì)(論文)

題 目 名 稱

簡(jiǎn)易防盜系統(tǒng)設(shè)計(jì)

課 程 名 稱

單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計(jì)

學(xué) 生 姓 名

學(xué)

號(hào)

系、專

業(yè)

信息工程系、信息工程類

指 導(dǎo) 教 師

2013年 6 月 28 日

目錄

1概 要﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 3

2設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 3 3設(shè)計(jì)方案與論證﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌ 3 4電路設(shè)計(jì)原理與流程圖﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌5采用的主要元器件﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌6編程實(shí)現(xiàn)﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌7仿真結(jié)果與分析﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌8總結(jié)與致謝﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

9參考文獻(xiàn)﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌﹌

概 要

傳感技術(shù)是21世紀(jì)人們?cè)诟咝录夹g(shù)發(fā)展方面爭(zhēng)奪的一個(gè)制高點(diǎn)，各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家都將傳感技術(shù)視為高新技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。從20世紀(jì)80年代起，基于傳感技術(shù)的光電防盜系統(tǒng)也得到了高速的發(fā)展，最早的非可見光侵物探測(cè)器，有發(fā)射機(jī) 將一個(gè)編碼信號(hào)送到一個(gè) IR LED中。此LED的輸出聚成一束很窄的光束，并使其對(duì)準(zhǔn)遠(yuǎn)距離仿制的接收機(jī)中的一只匹配的IR光敏探測(cè)器。此系統(tǒng)是以針尖視線的原理來(lái)工作的，它可以被任何一個(gè)進(jìn)入到發(fā)射機(jī)與接收機(jī)透視鏡之間瞄準(zhǔn)直線上的大于針尖的物體所觸發(fā)。隨后又出現(xiàn)了給予被動(dòng)是紅外傳感技術(shù)的被動(dòng)式紅外入侵報(bào)警器，它能可靠地將運(yùn)動(dòng)著的物體和飄落著的物體加以區(qū)別，同時(shí)它還具有強(qiáng)大的監(jiān)控范圍，隱蔽性好，抗干擾能力強(qiáng)，和誤報(bào)率低等特點(diǎn)。

本設(shè)計(jì)采用光電傳感器檢測(cè)入侵者，其基本原理為：傳感器感應(yīng)到入侵者，將其轉(zhuǎn)換成超低頻信號(hào)，經(jīng)電路放大，輸出。同時(shí)由接受裝置根據(jù)接受到的信號(hào)得到高低電平，輸出。經(jīng)判斷，再將報(bào)警信號(hào)通過(guò)電路輸入到單片機(jī)的接口上，由單片機(jī)決定是否對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)。

2設(shè)計(jì)指標(biāo)與要求

采用光電式傳感器檢測(cè)入侵者，用蜂鳴器作為報(bào)警器的輸出，報(bào)警距離≥10M；

3設(shè)計(jì)方案與論證

系統(tǒng)主控部分采用AT89C51芯片，當(dāng)光電感應(yīng)器感受到外部有入侵物時(shí)，發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)接收到信號(hào)時(shí)，采用延時(shí)抖動(dòng)，再次檢測(cè)是否還有報(bào)警信號(hào)，如果有報(bào)警信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警器，紅燈全部亮，報(bào)警結(jié)束后，紅燈滅，綠燈亮，如果誤報(bào)警，可以采用外部中斷0使人工停止報(bào)警，如果光電感應(yīng)器沒(méi)能檢測(cè)到入侵物，可以采用外部中斷1人工報(bào)警，人工報(bào)警時(shí)流水燈亮，蜂鳴器響！

因?yàn)槿绻霉怆姼袘?yīng)器來(lái)檢測(cè)入侵者，在仿真里無(wú)法看到現(xiàn)象，故采用開關(guān)來(lái)模擬光電感應(yīng)器。

4電路設(shè)計(jì)的原理與流程圖

(1)電路設(shè)計(jì)的原理

首先給單片機(jī)的P1.0安裝一個(gè)開關(guān)，用來(lái)模擬光電感應(yīng)器。然后給單片機(jī)的P3.1腳通過(guò)三級(jí)管接一個(gè)蜂鳴器，用于當(dāng)有報(bào)警信號(hào)時(shí)用來(lái)報(bào)警。再給P3.0接4個(gè)LED燈，用于報(bào)警時(shí)顯示報(bào)警燈作用。再給P3.2接一個(gè)按鍵，用于當(dāng)光電感應(yīng)誤報(bào)警時(shí)，可以人工中斷報(bào)警。給P3.3接一個(gè)按鍵，用于當(dāng)光電感應(yīng)沒(méi)有報(bào)警時(shí)，按下可以人工報(bào)警。

（2）流程圖

開始?jí)喝攵褩３绦虺跏蓟疨1.2=1P3.0=1P3.1=0P2=00HP1.2清零NP1.0=0?P1.2清零出棧N返回P1.0=0?P1.2=1P3.0取反P3.1取反20H=50TR0=1NTF0=1?Y壓入堆棧P1.2=1R7=5P2=0FFH調(diào)用延時(shí)子程序NP2=00H調(diào)用延時(shí)子程序P3.1清零P1=0FFH調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用延時(shí)子程序YR7-1=0?YP3.1=1調(diào)用延時(shí)子程序30H=50TR0=1NTF0=1?YTF0清零TF0=0重裝系統(tǒng)NN重裝系統(tǒng)30H-1=0?P3.1=0P1.2=0出棧P2=00H返回結(jié)束YN20H-1=0?YP3.0=1P3.1=0P1.2=0

5采用的主要元器件

主要元器件：AT89C51,NPN,RES,CAP,CAP-ELEC,BUTTON,BUZZER, CRYSTAL 6編程實(shí)現(xiàn)

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP ZT0 ORG 0013H LJMP ZT1 ORG 0100H MAIN:MOV TMOD,#01 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H SETB EA SETB EX0 SETB IT0 SETB EX1 SETB PX0 SETB IT1 MOV SP,#60 CLR P3.1 MOV P1,#0FFH MOV P2,#00H CLR P1.2 LP:JNB P1.0,LA LJMP LP LA:LCALL DS01 JNB P1.0,ALARM LJMP LP DS01:MOV R1,#0FFH D1:MOV R2,#0FFH D2:NOP DJNZ R2,D2 DJNZ R1,D1 RET ALARM:SETB P1.2 CPL P3.0 CPL P3.1 MOV 20H,#50 SETB TR0 L2:JBC TF0,L1 LJMP L2 L1:CLR TF0 MOV TL0,#0B0H MOV TH0,#3CH DJNZ 20H,L2 SETB P3.0 CLR P3.1 CLR P1.2 LJMP LP ZT0:PUSH ACC SETB P1.2 SETB P3.0 CLR P3.1 LCALL DS01 CLR P1.2 POP ACC RETI ZT1:PUSH ACC SETB P1.2 MOV R7,#05 DQ:MOV P2,#0FFH LCALL DS01 MOV P2,#00H LCALL DS01 DJNZ R7,DQ SETB P3.1 LCALL DS01 MOV 30H,#50 SETB TR0 L4:JBC TF0,L3 SJMP L4 L3:CLR TF0 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ 30H,L4 CLR P3.1 CLR P1.2 POP ACC MOV P2,#00H RETI END

7仿真結(jié)果與分析

在系統(tǒng)正常的情況下，系統(tǒng)不斷檢測(cè)是否有警報(bào)信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)有警報(bào)信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入報(bào)警，從而蜂鳴器響。8 總結(jié)

總結(jié)

課程設(shè)計(jì)是我們理論聯(lián)系實(shí)際的最好的途徑之一，讓我們有機(jī)會(huì)把課本上學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中。目前單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，在我們平常的生活中也是隨處可見，包括我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見的交通燈、鬧鐘等都含有單片機(jī)作為一個(gè)主要的部件，懂得并熟悉掌握單片機(jī)的運(yùn)用技術(shù)常有用的。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使對(duì)單片機(jī)語(yǔ)言的理解和掌握上有了很大的進(jìn)步，以前所了解的單片機(jī)語(yǔ)言僅限于一些片面的知識(shí)，通過(guò)這次編程，將這些零零碎碎的知識(shí)匯集起來(lái)，編寫出了一個(gè)完整的系統(tǒng)，并且對(duì)單片機(jī)語(yǔ)言的應(yīng)用能力有了極大的提高。在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我深深體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的精神是極其重要的。因?yàn)樯碓谝粋€(gè)團(tuán)隊(duì)，有了困難大家一起解決，減少了壓力，同時(shí)拓展了思維，交換了意見，一個(gè)人的思想當(dāng)被接受和了解時(shí)，我們有了更多的思想關(guān)于一個(gè)問(wèn) 題，我想這些都是作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)的好處。經(jīng)過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我們經(jīng)歷了喜，怒，哀，樂(lè)。同時(shí)我們也對(duì)明年的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了一定的想法和實(shí)現(xiàn)自己想法的決心.9參考文獻(xiàn)

[1] 李泉溪．單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例仿真[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.[2] 江世明．基于Proteus的單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2009.[3] 周潤(rùn)景，張麗娜.基于Proteus的電路及單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.[4] 張友德．單片微型計(jì)算機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M]．上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2003.