Intel80C196MC微處理器在靜止逆變電源中的應(yīng)用

摘要：簡(jiǎn)要介紹采用80C196MC單片機(jī)研制的三相靜止逆變電源電路硬件、軟件設(shè)計(jì)方案。試驗(yàn)結(jié)果表明，這一方案能夠滿足應(yīng)用要求。

關(guān)鍵詞：正弦脈寬調(diào)制靜止逆變電源

The Application of Intel 80C196MC Microprocessor

in Static inverter Power Supply

Abstract: This paper presents a design precept of static inverter power supply using Intel 80C196MC microprocessor and shows the circuit block and the programming idea. The experimental results show that this precept can meet the requirements of the application.

Keywords: SPWM， Static inverter， Power Supply

中圖法分類號(hào)：TM92文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：02192713(2000)0840104

1引言

PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖列，并通過控制電壓脈沖寬度以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。SPWM（正弦脈寬調(diào)制）是由控制回路產(chǎn)生一組等幅而不等寬的矩形脈沖列，用來近似正弦電壓波。

常采用的方法有3種：一是完全由模擬電路生成；二是由數(shù)字電路生成；三是由專用集成芯片生成。模擬方法電路復(fù)雜，硬件太多，抗干擾性能差，有溫漂現(xiàn)象，難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化PWM控制（最優(yōu)化PWM的調(diào)制波都不是正弦波），系統(tǒng)可靠性低；數(shù)字方法按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，將其存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計(jì)算產(chǎn)生SPWM波，該方法調(diào)頻范圍不寬。輸出的PWM波1/4軸不對(duì)稱，會(huì)產(chǎn)生偶次諧波，低頻區(qū)尤其嚴(yán)重，且占用內(nèi)存大，與系統(tǒng)精度之間存在矛盾；由專用集成芯片生成三相SPWM波的技術(shù)近年來被廣泛采用，常用的有HEF4752，SLE4520，MA818，MA828，MA838和MITET公司研制的三相、單相PWM產(chǎn)生器SA828，SA838系列芯片。它們多與微處理器連接，完成外圍控制功能，但在系統(tǒng)構(gòu)成上仍然較復(fù)雜。而INTEL公司近期推出的16位微處理器80C196MC，片內(nèi)集成了一個(gè)3相波形發(fā)生器WFG（WaveFormGenerator），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)、智能控制等?；谏鲜鲈颍疚牟捎?0C196MC來構(gòu)成靜止逆變電源的控制電路。

280C196MC片內(nèi)波形發(fā)生器WFG簡(jiǎn)介

2.1WFG功能特點(diǎn)

80C196MC片內(nèi)WFG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產(chǎn)生SPWM波形是在下列專用寄存器的控制下完成的。

（1）雙向計(jì)數(shù)寄存器WG－COUNT：16位雙向計(jì)數(shù)器，是產(chǎn)生輸出信號(hào)的時(shí)基發(fā)生器。每個(gè)狀態(tài)周期WG－COUNT改變一個(gè)計(jì)數(shù)值。用戶可對(duì)WG－RELOAD寄存器進(jìn)行寫操作，而它的值周期地裝入到計(jì)數(shù)器中。

（2）重裝載寄存器WG－RELOAD：該寄存器實(shí)際包含一對(duì)16位寄存器，當(dāng)讀或?qū)懺摷拇嫫鲿r(shí)，訪問的是WG－RELOAD寄存器。寫到WG－RELOAD的值，被周期地（取決于操作方式）裝入到第二個(gè)寄存器。這后一個(gè)寄存器叫做計(jì)數(shù)器比較寄存器，它是WG－COUNT實(shí)際與之比較的時(shí)間寄存器。

（3）相位比較寄存器WG－COMPx：共有3個(gè)（X=1，2，3）可讀寫的16位相位比較緩沖器。每一個(gè)相位比較緩沖器有一個(gè)關(guān)聯(lián)的比較寄存器，它的值與每次計(jì)數(shù)后的WG－COUNT相比較。

（4）控制寄存器WG－CON：WG－CON是一個(gè)16位寄存器。可控制計(jì)數(shù)方式及產(chǎn)生3個(gè)10位無信號(hào)時(shí)間（deadtime）。

（5）輸出控制緩沖寄存器WG－OUT：可用于選擇輸出引腳的輸出信號(hào)方式?？蓪?duì)每個(gè)引腳獨(dú)立定義有效狀態(tài)。

2.2WFG的基本工作原理

（1）WFG由時(shí)基發(fā)生器、相位驅(qū)動(dòng)通道和控制回路組成：

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)可編程的無信號(hào)時(shí)間發(fā)生器；

③控制電路用來確定工作模式和其它寄存器配置信息。

（2）時(shí)基發(fā)生器WG－COUNT有4種工作方式。當(dāng)選通波形發(fā)生器工作時(shí)，根據(jù)所選擇的工作方式，作為時(shí)基發(fā)生器的WG－COUNT連續(xù)向上計(jì)數(shù)或向上/向下計(jì)數(shù)，每次計(jì)數(shù)時(shí)，WG－COUNT內(nèi)容與計(jì)數(shù)比較寄存器的值作比較，當(dāng)二者匹配時(shí)，按所選擇的工作方式產(chǎn)生相應(yīng)操作。

中心對(duì)準(zhǔn)PWM方式中，載波周期Tc=(4×WG－RELOAD)/Fxtal(μs)

不考慮無信號(hào)時(shí)間，輸出“有效”的時(shí)間Toutput=(4×WG－COMPx)/Fxtal(μs)。不考慮無信號(hào)時(shí)間，

　　占空比=（WGCOMPx/WGRELOAD）×100％

式中WGRELOAD——16位值；

Fxtal——XTAL1引腳上晶振頻率，MHz；