80C196MC单片机波形发生器原理及其在逆变电源中的应用

文章摘要： 摘要：80C196MC波形发生器的SPWM波形产生原理和软件设计要点。使逆变控制电路实现了全数字操作，改进了传统的控制方法。试验表明，该方案结构紧凑、动态特性好、可靠性高。 关键词：80C196MC 正弦脉宽调制 波形发生器 逆变器 控制电路 PWM技术从最初采用分离元件的模拟电路完成三角波和正弦调制波的比较，产生SPWM控制信号，到目前采取全数字化方案，完成实时在线的PWM（SPWM）信号输出。PWM控制电路经历了由实级到越来越完善的演化。 由专用集成芯片ASIC（Application specific integrate

80C196MC单片机波形发生器原理及其在逆变电源中的应用,标签：单片机开发,单片机原理,单片机教程,http://www.88dzw.com
 摘要：80C196MC波形发生器的SPWM波形产生原理和软件设计要点。使逆变控制电路实现了全数字操作，改进了传统的控制方法。试验表明，该方案结构紧凑、动态特性好、可靠性高。
        
     关键词：80C196MC
     正弦脉宽调制 波形发生器 逆变器 控制电路
     PWM技术从最初采用分离元件的模拟电路完成三角波和正弦调制波的比较，产生SPWM控制信号，到目前采取全数字化方案，完成实时在线的PWM（SPWM）信号输出。PWM控制电路经历了由实级到越来越完善的演化。
     由专用集成芯片ASIC（Application
     specific integrated circuit）生成SPWM波的技术近几年来被广泛采用，这些集成电路有HFE4752、SLE4520、MA8X8/SA8X8、SAXXXX等。其中多数要与单片机连接才能完成SPWM控制功能，对于要求较高的逆变系统来说仍然不够简捷。INTEL公司推出的16位单片机8XC196MC片内集成了三相SPWM波形发生器WFG（Wave
     Form Generator，以下简称WFG）[1]，为逆变控制电路的全数字化设计提供了强有力的硬件支持，它的软件指令丰富，与其它196XX单片机基本兼容。本文重点介绍80C196MC中WFG的工作原理及软件的设计要点。
     1 WFG工作原理
     内藏WFG是80C196MC/MD的一大特色。这一功能大大简化了用于产生PWM波形的硬件和软件，特别适用于交流感应电动机和无刷直流电机的速度控制以及变频电源的SPWM控制。
     1.1 WFG的组成
     WFG有三个相同的PWM模块。每个模块都包含一个相同的比较寄存器、死区时间（deadtime）发生器和一以对可编程输出控制器。从功能上可把WFG划分为三大部分：时基发生器、相位比较通道和输出控制电路。共有八个特殊功能寄存器（SFR）。各寄存器的地址、控制位的功能、参数填写格式等可参阅文献[1]。
     1.2 SPWM波形产生过程
     1.2.1 选择载波波形(Uc)
     WG-CON中B12、B13两个控制位，有四种控制方式可选择：方式0～方式3。方式0、方式1为中心对准方式，即把SPWM脉冲安排在开关周期的中心点上，这与模拟电路中三角波载波（双边调制）相对应。方式0和方式1的区别在于波形参数的重加载时间和次数不同。方式2和3是边沿对准方式，即把SPWM脉冲波安排在开关周期的起始点上，这与模拟电路中的锯齿波载波（单边调制）相对应。其区别也是重加载的时机不同。中心对准的SPWM波形所造成的谐波小，不含ωs±ω0和2ωs（ωs为开关角频率，ω0为信号波角频率）谐波[2]，通常采用中心对准方式。在以下的叙述中，均以方式0为例（M0（B12）=M1（B13）=0）。
     1.2.2 选择载波周期（Ts）
     在WFG中WG-COUNT作为时基发生器工作。结合图1说明WG-COUNT决定载波周期的原理和工作过程。
     上电复位，WFG中所有寄存器的值为0。首次写入到WG-RELOAD中的值在一个晶振周期后装入WG-COUNT。若WG-CON中的EC=1，开始减1计数，至0001H，等待一个时钟周期后作加1计数，直至WG-COUNT中的值等于计数比较寄存器的值，此时完成一个载波周期，如图1中t1～t2。WG-RELOAD的内容装入WG-COUNT和计数比较寄存器；WG-COMPx的内容装入相位比较寄存器；输出缓冲寄存器的内容装入WG-OUT；PI-PEND寄存器中WG中断置1。
     在原来（或新）的值重新加载到WG-COUNT后，WG-COUNT开始新一个开关周期的计数，循环往复。WG-COUNT的输出数据与时间的关系是三角形。如果调节输出频率f0，可装入新的时间常数。在保持相同频率调制比mf的情形下，f0得到了改变，如图1中t3～t4。
     载波周期Ts=4×WG-RELOAD/FXtal(μs)，WG-RELOAD-16位二进制数；Fxtal——Xtal引脚上的晶振频率，不考虑死区时间的有效脉宽；tp=WG-COMP/Fxtal（μs）。
     1.2.3 有死区时间的PWM波形

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