基于单片机的逆变电源专业系统设计.doc

第一章 逆变电源数字化控制    2
1.1逆变电源数字化控制技术发展    2
1.2传统逆变电源控制技术    2
1.2.1传统逆变电源控制技术缺点    2
1.2.2传统逆变电源控制技术改善    2
1.3逆变电源数字化控制技术现实状况    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处理部分难题    2
1.4逆变电源数字化多种控制策略    2
1.4.1数字PI控制    2
1.4.2滑模变结构控制    2
1.4.3无差拍控制    2
1.4.4反复控制    2
第二章 推挽型逆变器基础知识    2
2.1 开关型逆变器    2
2.2 推挽型电路    2
2.2.1 线路结构    2
2.2.2 工作原理    2
2.2.2推挽型逆变器变压器设计    2
第三章 基于单片机控制系统设计    2
3.1 系统硬件电路设计    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关键特点    2
3.1.6 SA828工作原理    2
3.1.7内部结构及工作原理    2
3.1.8 SA828 初始化寄存器编程    2
3.1.9 SA828控制寄存器编程    2
3.2 系统软件设计    2
3.2.1 初始化程序    2
3.2.2 主程序    2
3.2.3 SA838初始化及控制子程序    2
3.2.4 ADC0809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部分    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 试验验证及结果分析    2
4.3结论    2
参考文件    2
第一章 逆变电源数字化控制
1.1逆变电源数字化控制技术发展
伴随网络技术发展，对逆变电源提出了更高要求，高性能逆变电源必需满足：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。要实现这些功效，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传统逆变电源控制技术缺点
传统逆变电源多为模拟控制系统。即使模拟控制技术已经很成熟，但其存在很多固有缺点：控制电路元器件比较多，电路复杂，所占体积较大；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，因为所采取器件特征差异，致使电源一致性差，且模拟器件工作点漂移，造成系统参数漂移。模拟方法极难实现逆变电源并联，所以逆变电源数字化控制是发展趋势，是现代逆变电源研究一个热点。
1.2.2传统逆变电源控制技术改善
为了改善系统控制性能，经过模拟、数字(A/D)转换器，将微处理器和系统相连，在微处理器中实现数字控制算法，然后经过输入、输出口或脉宽调制口（pulse width modulation,　PWM）发出开关控制信号。微处理器还能将采集功率变换装置工作数据，显示或传送至计算机保留。部分控制中所用到参考值能够存放在微处理器存放器中，并对电路进行实时监控。微处理器使用在很大程度上提升了电路系统性能，但因为微处理器运算速度限制，在很多情况下，这种微处理器辅助电路控制系统依旧要用到运算放大器等模拟控制元件。多年来伴随大规模集成电路技术发展，部分专用心片产生，使逆变电源全数字控制成为现实。实时地读取逆变电源输出，并实时地处理，使得部分优异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改变时产生谐波进行动态赔偿，将输出谐波达成能够接收水平。
1.3逆变电源数字化控制技术现实状况
1.3.1逆变电源控制技术数字化、智能化、网络化
伴随电机控制专用芯片出现和控制理论普遍发展，逆变电源技术朝着全数化智能化及网络化方向发展，逆变电源数字控制技术发生了一次大飞跃。逆变电源数字化控制优点在于多种控制策略硬件电路基础是一致，要实现多种控制策略，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，而且能够应用部分新型复杂控制策略，各电源之间一致性很好，这么为逆变电源深入发展提供了基础，而且易组成可靠性高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处理部分难题
  数字化是逆变电源发展关键方向，但还是需要处理以下部分难题：
  a)逆变电源输出要跟踪是一个按正弦规律改变给定信号，它不一样于通常开关电源常值控制。在闭环控制下，给定信号和反馈信号时间差就表现为显著相位差，这种相位差和负载是相关，这就给控制器设计带来了困难。
  b)逆变电源输出滤波器对系统模型影响很大，输入电压波动幅值和负载性质，大小改变范围往往比较大，这些全部增加了控制对象复杂性，使得控制对象模型高阶性、不确定性、非线性显著增加。
   c)对于数字式PWM，全部存在一个开关周期失控区间，通常是在每个开关周期开始或上个周期之末来确定此次脉冲宽度，即使这时系统发生了改变，也只能在下一个开关周期对脉冲宽度做出调整，所以现在逆变电源数字化控制引发了广泛关注。
1.4逆变电源数字化多种控制策略
   逆变电源数字控制方法成为当今电源研究领域一个热点，和数字化相对应，多种多样离散控制方法也纷纷涌现，包含数字百分比-积分-微分（PI）调整器控制、无差拍控制、数字滑变结构控制、模糊控制和多种神经网络控制等，从而有力地推进逆变电源控制技术发展。
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。逆变器采取模拟数字PI控制时，假如只是输出电压瞬时值反馈，其动态性能和非线性负载时性能不会令人满意；假如是输出滤波电感或输出滤波电容电流瞬时值引入反馈，其性能将得到较大改善，然而，庞大模拟控制电路使控制系统可靠性下降，调试复杂，不易于整定。数字信号处理芯片出现使这个问题得以快速处理，现在多种赔偿方法及控制方法能够很方便地应用于逆变电源数字PI控制中，控制器参数修改方便，调试简单。
不过，数字PI控制算法应用到逆变电源控制中，不可避免地产生了部分不足：首先是系统采样量化误差，降低了算法分辨率，使得PI调整器精度变差；其次，采样和计算延时使被控系统成为一个含有纯时间滞后系统，造成PI控制器设计困难，稳定性减小，伴随高速专用芯片及高速A/D发展，数字PI控制技术在逆变电源控制中会有深入应用。
1.4.2滑模变结构控制
   滑模变结构控制（sliding mode variable structure control，SVSC）最显著特点是对参数改变和外部扰动不敏感，即鲁棒性强，加上其固有开关特征，所以很适适用于闭环反馈控制电能变换器。
基于微处理器离散滑模控制使逆变器输出波形有很好暂态响应，但系统稳态性能不是很理想。含有前馈控制离散滑模控制系统[1]，暂态性能和稳态精度得到提升，但假如系统过载时，滑模控制器负担将变得很重。自矫正离散滑模控制能够处理这个问题。
   逆变器控制器由参数自适应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造成输出电压改变时产生控制力，稳态控制力关键由前馈控制器提供，滑模控制器切换面（超平面）是依据优化准则进行设计。
1.4.3无差拍控制
   无差拍控制（deadbeat control）是一个基于电路方程控制方法，其控制基础思想是将输出正弦参考波等间隔地划分为若干个取样周期，依据电路在每一取样周期起始值，用电路理论算出相关取样周期中心对称方波脉冲作用时，负载输出在取样周期末尾时值。这个输出值大小，和方波脉冲极性和宽度相关，合适控制方波脉冲极性和宽度，就能使负载上输出在取样周期末后和输出参考波形相重合[2]。不停调整每一取样周期内方波脉冲极性和宽度，就能在负载上取得谐波失真小输出。所以，即使在很低开关频率下，无差拍控制也能够确保输出波形质量，这是其它控制方法所不能做到,不过，其也有不足：因为采样和计算时间延迟，输出脉冲占空比受到很大限制；对于系统参数改变反应灵敏，如电源电压波动、负载变动，系统鲁棒性差。
　　对于采样和计算延时影响，一个方法是经过修改输出脉冲方法方法来减小计算延时造成占空比局限；另一个方法是经过状态观察器对系统状态提前进行估计，用观察值替换实际值进行控制，从而避免采样和计算延时对系统影响。为了提升系统鲁棒性，一个方法是采取负载电流估计方法来减小负载变动对电源输出影响，但实际改善程度有限；另一个可行方法是对系统参数进行在线辨识，从而实时确定控制器参数，以达成良好控制效果。不过，在线系统辨识计算复杂度和存放量全部很大，通常微处理器极难在很短时间内完成，所以实现可能性不大，所以还没有一个比很好方法来处理无差拍控制鲁棒性差问题。正是因为无差拍控制在电源控制中不足及不足到现在还难以处理，使得无差拍控制在工业界应用还有待不停深入研究。
1.4.4反复控制
   逆变器采取反复控制（repetitive control）是为了克服整流型非线性负载引发输出波形周期性畸变，它通常和其它PWM控制方法相结合。反复控制思想是假定前一周期出现基波波形将在下一基波周期同一时间反复出现，控制器依据给定信号和反馈信号误差来确定所需校正信号，然后在下一个基波周期同一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反复畸变[3]。
   即使反复控制使系统取得了很好静态性能，且易于实现，但该技术却不能够取得好动态性能。自适应反复控制方案成功地应用于逆变器控制中。
   模糊控制（fuzzy control）能够在正确性和简练性之间取得平衡，有效地对复杂电力电子系统做出判定和处理。将模糊控制应用于逆变器，含有以下优点:模糊控制器设计不需被控对象正确数学模型,而且有较强鲁棒性和自适应性；查找模糊控制表只需占有处理器极少时间，可采取较高采样率来赔偿模糊规则和实际经验偏差。
   将输出电压和滤波电感电流反馈，即电压误差和电感电流作为输入模糊变量，能够实现逆变器模糊控制，整流性负载时，其输出电压总谐波失真（total harmonic distortion,TH）小于5％，将模糊控制和无差拍控制相结合，可用来赔偿因为非线性负载造成电压降落，[5-6]。模糊控制从模拟人思维外特征入手，模拟人模糊信息处理能力。它对系统控制是以人经验为依据，而人经验正是反应人在思维过程中判定、推理、归纳。理论上已经证实，模糊控制能够任意精度迫近任何线性函数，但受到目前技术水平限制，模糊变量分档和模糊规则全部受到一定限制，隶属函数确实定还没有统一理论指导，带有一定人为原因，所以，模糊控制精度有待于深入提升。
   另外神经网络控制是一个使用人工神经网络控制方法。因为人工神经网络是建立在强有力数学基础上，所以它有很大潜力，这个数学基础包含多种多样已被充足了解数学工具。在无模型自适应控制器中，人工神经网络也是一个关键组成部分。但因为神经网络实现技术没有突破，还没有成功地应用于逆变电源控制中。

第二章 推挽型逆变器基础知识
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，将一个电源形态转变为另一个形态主电路全部叫做开关变换电路，这种变换能够是交流电和直流电之间变换，也能够是电压或电流幅值变换，或是交流电频率、相数等变换。按电力电子习惯称谓，基础电力电子电路能够分为四大类型，即AC——DC电路、DC——AC电路、AC——AC电路、DC——DC电路。本文中逆变电路就属DC——AC电路。
开关逆变器中开关全部是在某一固定频率下工作，这种保持开关频率恒定，但改变接通时间长短（即脉冲宽度），使负载改变时，负载上电压改变不大方法，称脉宽调制法（Pluse Width Modulation,简称为PWM）[4]。因为电子开关按外加控制脉冲而通断，控制和本身流过电流、二端所加电压无关，所以电子开关称为“硬开关” 。凡用脉宽调制方法控制电子开关开关逆变器，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” ，它是一个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流为零时关断控制技术。软开关开通、关断损耗理想值为零，损耗很小，开关频率能够做到很高。
2.2 推挽型电路
多种变换电路按其是否含有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和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番工作线路通常称为推挽线路，它不太适合离线变换器应用。推挽型电路一个突出优点是变压器双边励磁，在输入回路中仅有1个开关通态压降，而半桥型电路和全桥型电路全部有2个，所以在一样条件下，产生通态损耗较小，而且不需驱动隔离，驱动电路简单，这对很多输入电压较低电源十分有利，所以低电压输入类电源应用推挽型电路比较适宜。不过功率开关所承受电压应大于2  。
2.2.1 线路结构

图1-1  推挽型电路原理图
推挽型电路原理图图1-1所表示。 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
因为驱动电路作用，两个功率开关管 、 交替导通。当 导通时， 加到 上，全部带“．” 端为正。功率开关管 经过变压器耦合作用承受 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电流及原边电感所定磁化电流之和。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，因为原边能量储存和漏电感原因， 漏极电压将升高.
2.2.2推挽型逆变器变压器设计
推挽型逆变器设计在整个电源设计过程中含有最为关键地位，一旦完成设计，不宜轻易改变，所以设计时对各方面问题考虑周全，避免返工，造成时间和经费浪费。
下面介绍具体设计。变压器是开关电源中关键元件，很多其它主电路元器件参数设计全部依靠于变压器参数，所以应该首优异行变压器设计。高频变压器工作时电压、电流全部不是正弦波，所以其工作情况同工频变压器是很不一样，设计公式也有所不一样。需要设计参数是电压比、铁心形式和尺寸、各绕组匝数、导体截面积和绕组结构等，所依据参数是工作电压、工作电流和工作频率等[5]。另外，变压器兼有储能,限流,隔离作用.在磁心大小,原边电感,气隙大小,原,副边线圈匝数选择,和在磁心内直流成份和交流成份之间相互影响全部应在设计中细致考虑. 

第三章 基于单片机控制系统设计
   根据设计要求，基于单片机AT89C52设计关键实现以下功效：SA828初始化及控制、ADC0809采样数据处理和输出显示电压频率。选择单片机作为主控器件，控制部分原理框图以下：

           图3-1  控制系统原理框图 
3.1 系统硬件电路设计
图3-2为控制部分电路原理图。电路关键由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企业生产低电压，高性能CMOS 8为单片机，片内含8k bytes 可反复擦写Flash只读程序存放器和256 bytes随机存取数据存放器（RAM），器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，和标准MCS-51指令系统及8052善拼引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存放单元，功效强大AT89C52单片机适合于很多较为复杂控制应用场所。[6]
关键性能参数：
和MCS-51产品指令和引脚完全兼容
8k字节可充擦写Flash闪速存放器
1000次擦写周期
全静态操作：0Hz—24MHz
三级加密程序存放器
256×8字节内部RAM
32个可变成I/O口线
3个16位定时计数器
8个中止源
可编程串行UART通道
低功耗空闲和掉电模式
功效特征概述：
AT89C52提供以下标准功效：8k字节Flash闪速存放器，256字节内部RAM，32个I/O口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两极中止结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器立即钟电路。同时，AT89C52可降至0Hz静态逻辑操作，并支持两种软件可选节电工作模式。空闲方法停止CPU工作，但许可RAM，定时器/计数器，串行通信口及中止系统继续工作。掉电方法保留RAM中内容，但振荡器停止工作并严禁其它全部部件工作直到下一个硬件复位。
引脚功效：
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，每位能吸收电流方法驱动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。
在访问外部数据存放器或程序存放器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。
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是一个带有内部上拉电阻8位双向I/O口，P1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P1写“1”，经过内部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，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
和AT89C51不一样之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2外部技术输入（P1.0/T2）和输入（P1.1/T2EX）。
Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。
P2口：P2是一个带有内部上拉电阻8位双向I/O口，P2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”，经过内部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，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。
在访问外部程序存放器或16位地址外部数据存放器（比如实施MOVX @DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址外部数据存放器（如实施MOVX @RI指令）时，P2口输出P2锁存器内容。
Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和部分控制信号。
P3口：P3口是一组带有内部上拉电阻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，她们被内部上拉电阻拉高可作为输入端口。此时，被外部拉低P3口将用上拉电阻输出电流。
P3口出了作为通常I/O线外，更关键用途是它第二功效，以下表：
端口引脚    第二功效
P3.0    RXD（串行输入口）
P3.1    TXD（串行输出口）
P3.2     （外中止0）
P3.3     （外中止1）
P3.4    T0（定时/计数器0）
P3.5    T1（定时/计数器1）
P3.6     （外部数据存放器写选通）
P3.7     （外部数据存放器读选通）
另外，P3口还接收部分用于Flash闪速存放器编程和程序校验控制信号。
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。
XTAL1：振荡器反相放大器及内部时钟发生器输入端。
XTAL2：振荡器反相放大器输出端。
对于此次设计引脚使用情况以下：
P1口：控制LED数码管8位段码;
P3.0，P3.1，P3.4，P3.5：数码管位选通口;
XTAL：接晶振;
RST：接复位电路;
P0： ADC0809结果输入；SA828控制字口;
P2.0：SA828片选;
P2.7：ADC0809片选;
P3.2：外部中止0 .
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB可反复擦写Flash只读程序存放器和256×8位随机存取数据存放器（RAM），3个16位定时/计数器、6个中止源、低功耗空闲和掉电方法等特点。器件采取ATMEL企业高密度、非易失性存放技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存放单元，能够满足系统要求。系统采取5V电源电压，外接12M晶振。
3.1.2显示电路
显示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个字符，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残留效应，采取动态扫描显示方法。[7]本设计采取动态显示，显示电路采取四位一体共阳极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。段驱动采取74LS245，位选驱动采取74LS244。硬件连接图以下：  
图3-3  显示部分硬件连接图
3.1.3 A/D转换电路
A/D转换器采取集成电路0809完成，0809是8位MOS型A/D转换器。[]
1).关键特征
　　 ① 8路8位A／D转换器，即分辨率8位; 
     ② 含有转换起停控制端; 
　   ③ 转换时间为100μs;
     ④ 单个＋5V电源供电 ;
　　 ⑤ 模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准; 
　　 ⑥ 工作温度范围为-40～＋85摄氏度；
     ⑦ 低功耗，约15mW。
　　 2).内部结构 
　　 ADC0809是CMOS单片型逐次迫近式A／D转换器，内部结构图所表示，它由8路模拟开关、地址锁存和译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次迫近寄存器、三态输出锁存器等其它部分电路组成。所以，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可和多种微处理器相连，也可单独工作。输入输出和TTL兼容。  
 图3-4ADC0809内部结构框图
3).外部特征（引脚功效） 
　　ADC0809芯片有28条引脚，采取双列直插式封装，图3-5 所表示。下面说明各引脚功效。             　
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
　　2-1～2-8：8位数字量输出端。
　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中一路。
如表所表示。
ALE：地址锁存许可信号，输入，高电平有效。 
图                                     3-5 ADC0809引脚图
START： A／D转换开启信号，输入，高电平有效。 
EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平                
（转换期间一直为低电平）。 
OE：数据输出许可信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，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较器。START上升沿将逐次迫近寄存器复位。下降沿开启 A／D转换，以后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中止申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果数字量输出到数据总线上。
4).AD0809和控制电路连接以下图:

图 3-7 AD0809连接电路
3.1.4 SPWM波形电路
    因为逆变开关管开关时间要由载波和调制波交点来决定。在调制波频率、幅值和载波频率这3项参数中．不管哪一项发生改变时，全部使得载波和调制波交点发生改变。所以，在每一次调整时，全部要重新计算交点坐标。显然，单片机计算能力和速度不足以胜任这项任务。过去通常作法是：对计算作部分简化，并事先计算出交点坐标．将其制成表格，使用时进行查表调用。但即使这么，单片机负担也很重。
为了减轻单片机负担，部分厂商推出了专用于生成三相或单相SPWM波控制信号大规模集成电路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA828、SA838等等。采取这么集成电路芯片，能够大大地减轻单片机负担，使单片机能够空出大量机时用于检测和监控。这里具体介绍SA828三相SPWM波控制芯片关键特点、原理和编程。
3.1.5 SA828关键特点
⑴.适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。
⑵.应用常见对称双边采样法产生PWM波形, 波形产生数字化,无时漂,无温漂稳定性好。
⑶.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。
最小脉宽和死区时间经过软件设置完成,既节省了硬件成本,又使修改灵活方便。
调制频率范围宽,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变频.。
⑷.在电路不变情况下, 经过修改控制暂存器参数,就可改变逆变器性能指标,驱动不一样负载或工作于不一样工况。
⑸.可经过改变输出SPWM脉冲相序实现电机正反转。
⑹.独立封锁端可瞬时封锁输出PWM脉冲亦使微处理器预防忽然事件发生。
3.1.6 SA828工作原理
    SA828是MITEL企业推出一个专用于三相SPWM信号发生和控制集成芯片。它既能够单独使用，也能够和大多数型号单片机接口。该芯片关键特点为：全数字控制；兼容Intel系列和MOTOROLA系列单片机；输出调制波频率范围0—4kHz;12位调速分辨率；载波频率最高可达24kHz；内部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采取28脚DIP和SOIC封装。其引脚图3-8所表示。各引脚功效以下：
   (1)输入类引脚说明
   AD0——AD7：地址或数据输入通道。
  SET TRIP：经过该引脚，能够快速关断全部SPWM信号输出,高电平有效。
   ：硬件复位引脚，低电平有效。复位后,寄存器 、 、WTE和RST各位为0。
  CLK：时钟输入端，SA828既能够单独外接时钟，也能够和单片机共用时钟。                                       
 ：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下降沿传送地址， 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下降沿传送地址，当R／ 为低电平时，DS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：这些引脚经过驱动电路控制逆变桥R、Y、B相下臂开关管。
  RPHT、YPHT、BPHT：这些引脚经过驱动电路控制逆变桥R、Y、B相上臂开关管。
  它们全部是标准TTL输出．每个输出全部有12mA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内部结构及工作原理
SA828内部结构图3-9所表示。来自单片机数据经过总线控制和译码进入初始化寄存器或控制寄存器，它们对相控逻辑电路进行控制。外部时钟输入经分频器分成设定频率，并生成三角形载波，三角载被和片内ROM中调制波形进行比较，自动生成SPWM输出脉冲。经过脉冲删除电路，删去比较窄脉冲(图3-10所表示)，因为这么脉冲不起任何作用，只会增加开关管损耗。经过脉冲延迟电路生成死区，确保任何桥臂上两个开关管不会在状态转换期间短路。

图3-9  SA828内部结构
  片内ROM存有正弦波形。寄存器列阵包含3个8位寄存器和2个虚拟寄存器。她虚拟寄存器R3写操作结果是R0,R1,R2中数据写入控制寄存器。虚拟寄存器R4写操作结果是R0,R1,R2中数据写入初始化寄存器。各寄存器地址如表3-11所列。

图 3-10 脉冲序列中窄脉冲
AD2    AD1    AD0    寄存器    功效
0    0    0    R0    暂存数据
0    0    1    R1    暂存数据
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
其工作过程可简析以下：因为调制波形相关90度，180度，270度对称，故波形ROM中仅有0∽90度波形瞬时幅值，采样间隔0.23度, 90度内共384组8位采样值存入ROM中，每个采样值线性表示正弦波瞬时值, 经过相位控制逻辑，将它组成0∽360度完整波形.该调制波和载波比较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脉冲去掉,再经脉冲延时电路引入死区时间，从而确保了在转换瞬间高，低端功率开关不会出现共同导通现象。图3-9中24位初始化暂存寄存器,可用来设置输出波形参数，比如载波频率，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，运行中不许可改变。24位控制寄存器，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.上述设置和调整均经过微处理器或微控制器发出指令，数据先存入三个8位暂存寄存器R0，R1，R2中，然后经过R3和R4分别传送给24位初始化寄存器和24位控制寄存器。初始化或调整时，  端要置0。SA828由外配微处理器经过复用MOTEL总线控制，并和外配微处理器接口，该接口总线有自动适应英特尔和摩托罗拉两种总线格式及工作时序能力（两种总线工作时序图3-12和3-13），
在电路开启运行后,当AS/ALE端从低电平变为高电时，内部检测电路锁存DS/  状态，若检测结果为高电平则自动进入英特尔模式，若检测结果为低电平，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变为高电平时要进行，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 初始化寄存器编程
    初始化是用来设定和电机和逆变器相关基础参数。它包含载波频率设定、调制波频率范围设定、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，即设定各寄存器内容。下面分别介绍这些内容设定。[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，所以要合理设定。设定字由CFS0--CFS2这3位组成。载波频率 经过下式
                                 (3—1)
求出。式中K为时钟频率,n值二进制数即为载波频率设定字，能够取1，2，4，8，16或32。因为K=12MHz ，当n=1时，反算得 =23.4375KHz,考虑到 (max)=24KHz ,  < (max) 当n=2时， =11.71725KHz ,故n取1 ，实际 =23.4375KHz 。
    (2)调制波频率范围设定
依据调制频率范围．确定设定字。设定调制波频率范围目标是在此范围内进行l2位分辨率细分，这么能够提升控制精度，也就是范围越小．控制精度越高。调制被频率范围设定字是由FRS0—FRS2这3位组成。调制波频率 经过下式
          (3—2)
求得。m值二进制数即为调制波频率范围设定字。上面已得 =23.4375KHz ，  若取 =500Hz则m=8.192 ,考虑到调制波频率为400Hz，则m=8 ,反算得 =488.28Hz 。
(3)脉冲延迟时间设定
该设定字是由PDY0—PDY5这6位组成。脉冲延迟时间 经过下式
           (3—3)
求得。设脉冲延迟时间  则 =60
 (4)最小删除脉宽设定
最小删除脉宽设定字是由PDT0—PDT6这7位组成。最小删除脉宽 由下式
                 (3—4)        图3-14 延迟前后脉宽关系

求得。考虑到延迟(死区)原因，在延迟时．通常做法是在保持原频率不变基础上，使开关管延迟开通．图3-7所表示．实际输出脉宽＝延迟前脉宽--延迟时间。由结构图 可知．SA828工作次序是先删除最窄脉冲，然后再延迟．所以式(3—4)给出 应是延迟前最小删除脉宽。它等于实际输出最小脉宽加上延迟时间，即 ＝实际输出最小脉宽十  ,假设实际输出最小脉宽=10 那么 =15 则 =180> =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AC＝0时，控制寄存器中R相幅值就是其它两相幅值。当AC=l时，控制寄存器中R、Y、B相分别能够调整各自幅值，以适应不平衡负载。
初始化寄存器通常在程序初始化时定义。这些参数专用于逆变电路中．所以，在操作期间不应该改变它们。假如一定要修改，可先用控制寄存器中 来关断SPWM输出，然后再进行修改。
3.1.9 SA828控制寄存器编程
    控制寄存器作用包含调制波频率选择(调速)、调制波幅值选择(调压)、正反转选择、输出严禁位控制、计数器复位控制、软复位控制。控制数据仍然是经过Ro—R2寄存器输入并暂存，当向R3虚拟寄存器写操作时．将这些数据送入控制寄存器。 
 (1)调制波频率选择
调制波频率选择字由PFS0—PFS7这8位组成。经过下式
     (3-5)求得 值，它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
经过改变调制波幅值来改变输出电压有效值，达成变频同时变压目标。输出电压改变要依据U/f曲线，随频率改变进行对应改变。调制波幅值是借助于8位幅值选择字(RAMP、YAMP、BAMP)来实现。每一相全部能够经过计算下式
                       %        (3-6)
求出A值，它二进制数即为幅值选择字(即RAMP或YAMP或BAMP)。式中 
就是调压比 ，注意，初始化寄存器AC位决定了R相幅值是否代表另二相幅值。
  = =91.8=92
 (3)输出严禁位控制
输出严禁位 。当 ＝0时，关断全部SPWM信号输出。
(4)计数器复位控制
计数器复位位 ，当 ＝0，使内部相计数器置为0(R相)。
(5)软复位控制
RST是软复位位。它和硬复位 有相同功效。高电平有效。
SPWM波形产生，选择专用芯片SA828，如前面所讲，这里不再叙述。它和单片机接口以下图所表示：

3.2 系统软件设计
3.2.1 初始