三相正弦变频电源的软件设计论文 - 图文(4)

3 系统硬件简述 3 系统硬件简述

3.1系统结构框图

本论文采用交—直—交变频技术，首先将220V，50Hz交流电通过隔离变压器变压后再整流滤波，形成90V左右的直流电压，然后再由单片机产生三相SPWM波，经驱动放大后加到逆变电路上，将直流电转化为36V的正弦波交流电。该变频电源系统的开关，输出频率的增减可通过与单片机相连的键盘控制。同时，为了输出波形的稳定、安全，并且显示输出频率、电压、电流和功率，本系统同时采用电压反馈电路和电流反馈电路，分别将输出电压和电流反馈至XC164单片机，然后该单片机利用其内部的模数转换器对反馈电压和电流进行A/D转换，再根据转换的数字量结果计算出电压、电流的有效值以及功率，连同输出频率一并显示；同时单片机根据计算出的电压有效值对输出电压进行宏观PID控制，以实现稳幅。 三相正弦变频电源的系统原理框图如图3.1所示：

液晶显示逆变驱动电路 电压反馈电路 电流反馈电路 隔离变压器 整流滤波电路 逆变电路 滤波电路 三相负载 单片机 图3.1 系统原理框图

键盘 11

西安工业大学毕业设计(论文)

3.2 XC164单片机简介

3.2.1 简介

本论文中的单片机选用了德国Infineon公司生产的XC164单片机。它属于Infineon XC166系列的单片机，是Infineon 16位单片机的第四代产品。该系列的单片机是为了适应实时嵌入式应用的高性能要求所设计的。整个系统的结构根据高速指令输出与对外部激励的快速响应进行了最优化的设计。为了最大程度的减小CPU中断的需要，它把外围智能子系统结合成一个整体，这样同时也使外部总线接口的通信需求减到最小。XC164型单片机的功率管理机理有效地控制了单片机在特定状态下的能耗，使单片机工作时的能耗达到最小。它的MAC单元具有数字信号处理功能，使其具有处理数字滤波算法的能力，并且极大地减小了乘法和除法运算的执行时间。

作为该变频电源系统核心控制模块的XC164单片机控制着SPWM脉冲的生成，LCD的显示，变频电源的输出频率，输出电压的稳幅以及电路的保护，可以说是整个变频电源系统的心脏。该变频电源系统的软件设计——单片机编程的任务是在实现硬件平台正常工作的基础上，设计相应的控制软件，完成SPWM脉冲的生成、对输出电压的PID控制、输出电压和电流检测、液晶显示、按键控制，过流保护负载不对称或缺相保护等功能。 3.2.2 常用单元介绍

下面本文将对单片机编程中最常用的单元进行介绍。

XC164单片机具有128KB的闪存，6KB的内存，14个模拟输入通道，6个串行接口，可以实现信号的采集、处理、控制和显示功能，并且内部含有AD转换器，灵活性好，外围设备简单，可以在线编程，易于调试，执行速度快、存储容量大。在该变频电源系统的单片机编程中，用到最多的是XC164中CAPCOM6（Capture/Compare Unit6）单元。CAPCOM6由T12计时器模块和T13计时器模块组成，由于本文只用到T12计数器，因此这里只对T12进行介绍。

T12计时器有三个捕获/比较通道，它们可以独立的产生PWM信号或者接受捕获触发，也可以共同产生控制信号模式，以驱动交流电动机或逆变器。当CAPCOM6处于比较模式时，T12计时器模块主要是用来产生三相PWM脉冲的。一个16位的计数器通过比较器与三个通道寄存器相连，当计数器计数值与通道寄存器的值相匹配时，就产生一个信号。T12计时器通过可编程比例因子从模块时钟fcc6获得其输入时钟fT12。它可以向上或向下计数，其计数方向用一个方向标志——CDIR来

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表示。通过比较器还和周期寄存器T12PR相连，T12PR决定了T12的最大计数值。当选择边缘对齐模式时，T12计数到最大值后被重新赋0；当选择中心对齐模式时，T12计数到最大值后计数方向变为向下计数。可以通过软件控制T12的工作状态：对T12RS赋1，T12R置一，T12开始计数；对T12RR赋1，T12R清零，T12停止计数。

对单相信号来说，一个通道会产生高电平（当T12计数值大于比较值时）和低电平（当T12计数值小于比较值时）。然而在实际操作中，开关电源的开关特性关于开关时间往往是不对称的。当电源的开启时间小于关闭时间时，逆变器的上下桥臂将短路，产生的巨大电流可能损坏整个系统。为避免这种情况的发生，必须建立死区时间。CAPCOM6内包含一个可编程的死区控制模块，可以通过对其控制以延迟开关信号由低电平向高电平转变的时间，从而避免逆变器上下桥臂“直通”。 运用软件对单片机内部寄存器进行相应的设置可以得到三相SPWM脉冲。在单片机内部，通过查表的方式来得到正弦信号的幅值，该幅值乘以调制度后与CAPCOM6-T12的计数值相比较，若匹配则输出端产生跳变，否则输出端保持原电平，这样在输出端便产生SPWM脉冲。为得到三相SPWM脉冲， 可设置三个不同的指针，每相邻的两个指针间距为正弦表长度的1/3（即相差120°），并且三个指针同步变化，这样，每一个指针对应一路SPWM脉冲。当三个指针同时采样时，便产生了相位相差120°三相SPWM脉冲。 3.2.3 A/D转换器

XC164单片机内部还包含一个具有10位或8位精度的A/D转换器以及一个采样/保持电路。（本文的A/D转换模式选为增强模式，对应10位的模数转换精度。）A/D转换器相当于一个容性网络，采用逐次逼近的方式进行模数转换，其工作过程分为三个阶段：

（1）在采样阶段，该容性网络与选定的输入通道相连，通过电容的充放电来逼近输入信号的电压。

（2）在转换阶段，该容性网络与选定的输入通道断开，在逐次逼近过程中，通过参考电压进行充放电。

（3）转换器根据网络外部环境（如温度）的变化进行校准，并将结果送入结果寄存器，同时产生一个中断。

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4 系统软件设计 4系统软件设计

4.1 软件开发环境

4.1.1 单片机编程开发语言

汇编语言作为一个符号化的机器语言，其代码执行效率高，运行速度快，非常适合于编写实时性要求较高的控制程序。但其开发的工作量大，程序的可读性差。汇编语言比机器语言易于读写、易于调试和修改，同时也具有机器语言执行速度快，占内存空间少等优点，但在编写复杂程序时具有明显的局限性，汇编语言依赖于具体的机型，不能通用，也不能在不同机型之间移植。对于不同型号的计算机，有着不同的结构的汇编语言。相比之下，作为高级语言的c具有可读性强、编程简单和调试方便的特点。C语言是目前非常流行的一种编程语言，除具有高级语言使用方便灵活、数据处理能力强、 编程简单等优点外，还可实现汇编语言的大部分功能，如可直接对硬件进行操作、生成的 目标代码质量较高且执行的速度较快等。所以在工程上对硬件处理速度要求不很高的情况下， 基本可以用C代替汇编语言，编写接口电路的控制软件。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，易学易用，所以本设计选用C语言作为单片机的开发语言。 4.1.2 Keil C编辑器

本文的XC164单片机的编程是在Keil-Uvision3开发软件环境下进行的。Keil-Uvision3 是美国Software公司推出的单片机C语言软件开发系统。用它生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。单片机程序是在Keil-Uvision3软件下调试、编译通过后， …… 此处隐藏：2185字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……