丹 吳勝華 曹立威 吳保芳

     來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：80c196mc波形發(fā)生器的spwm波形產(chǎn)生原理和軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn)。使逆變控制電路實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字操作，改進(jìn)了傳統(tǒng)的控制方法。試驗(yàn)表明，該方案結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)特性好、可靠性高。

     關(guān)鍵詞：80c196mc

     正弦脈寬調(diào)制 波形發(fā)生器 逆變器 控制電路

     pwm技術(shù)從最初采用分離元件的模擬電路完成三角波和正弦調(diào)制波的比較，產(chǎn)生spwm控制信號(hào)，到目前采取全數(shù)字化方案，完成實(shí)時(shí)在線的pwm（spwm）信號(hào)輸出。pwm控制電路經(jīng)歷了由實(shí)級(jí)到越來越完善的演化。

     由專用集成芯片asic（application

     specific integrated circuit）生成spwm波的技術(shù)近幾年來被廣泛采用，這些集成電路有hfe4752、sle4520、ma8x8/sa8x8、saxxxx等。其中多數(shù)要與單片機(jī)連接才能完成spwm控制功能，對(duì)于要求較高的逆變系統(tǒng)來說仍然不夠簡(jiǎn)捷。intel公司推出的16位單片機(jī)8xc196mc片內(nèi)集成了三相spwm波形發(fā)生器wfg（wave

     form generator，以下簡(jiǎn)稱wfg）[1]，為逆變控制電路的全數(shù)字化設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)有力的硬件支持，它的軟件指令豐富，與其它196xx單片機(jī)基本兼容。本文重點(diǎn)介紹80c196mc中wfg的工作原理及軟件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

     1 wfg工作原理

     內(nèi)藏wfg是80c196mc/md的一大特色。這一功能大大簡(jiǎn)化了用于產(chǎn)生pwm波形的硬件和軟件，特別適用于交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和無刷直流電機(jī)的速度控制以及變頻電源的spwm控制。

     1.1 wfg的組成

     wfg有三個(gè)相同的pwm模塊。每個(gè)模塊都包含一個(gè)相同的比較寄存器、死區(qū)時(shí)間（deadtime）發(fā)生器和一以對(duì)可編程輸出控制器。從功能上可把wfg劃分為三大部分：時(shí)基發(fā)生器、相位比較通道和輸出控制電路。共有八個(gè)特殊功能寄存器（sfr）。各寄存器的地址、控制位的功能、參數(shù)填寫格式等可參閱文獻(xiàn)[1]。

     1.2 spwm波形產(chǎn)生過程

     1.2.1 選擇載波波形(uc)

     wg-con中b12、b13兩個(gè)控制位，有四種控制方式可選擇：方式0～方式3。方式0、方式1為中心對(duì)準(zhǔn)方式，即把spwm脈沖安排在開關(guān)周期的中心點(diǎn)上，這與模擬電路中三角波載波（雙邊調(diào)制）相對(duì)應(yīng)。方式0和方式1的區(qū)別在于波形參數(shù)的重加載時(shí)間和次數(shù)不同。方式2和3是邊沿對(duì)準(zhǔn)方式，即把spwm脈沖波安排在開關(guān)周期的起始點(diǎn)上，這與模擬電路中的鋸齒波載波（單邊調(diào)制）相對(duì)應(yīng)。其區(qū)別也是重加載的時(shí)機(jī)不同。中心對(duì)準(zhǔn)的spwm波形所造成的諧波小，不含ωs±ω0和2ωs（ωs為開關(guān)角頻率，ω0為信號(hào)波角頻率）諧波[2]，通常采用中心對(duì)準(zhǔn)方式。在以下的敘述中，均以方式0為例（m0（b12）=m1（b13）=0）。

     1.2.2 選擇載波周期（ts）

     在wfg中wg-count作為時(shí)基發(fā)生器工作。結(jié)合圖1說明wg-count決定載波周期的原理和工作過程。

     上電復(fù)位，wfg中所有寄存器的值為0。首次寫入到wg-reload中的值在一個(gè)晶振周期后裝入wg-count。若wg-con中的ec=1，開始減1計(jì)數(shù)，至0001h，等待一個(gè)時(shí)鐘周期后作加1計(jì)數(shù)，直至wg-count中的值等于計(jì)數(shù)比較寄存器的值，此時(shí)完成一個(gè)載波周期，如圖1中t1～t2。wg-reload的內(nèi)容裝入wg-count和計(jì)數(shù)比較寄存器；wg-com的內(nèi)容裝入相位比較寄存器；輸出緩沖寄存器的內(nèi)容裝入wg-out；pi-pend寄存器中wg中斷置1。

     在原來（或新）的值重新加載到wg-count后，wg-count開始新一個(gè)開關(guān)周期的計(jì)數(shù)，循環(huán)往復(fù)。wg-count的輸出數(shù)據(jù)與時(shí)間的關(guān)系是三角形。如果調(diào)節(jié)輸出頻率f0，可裝入新的時(shí)間常數(shù)。在保持相同頻率調(diào)制比mf的情形下，f0得到了改變，如圖1中t3～t4。

     載波周期ts=4×wg-reload/fxtal(μs)，wg-reload-16位二進(jìn)制數(shù)；fxtal——xtal引腳上的晶振頻率，不考慮死區(qū)時(shí)間的有效脈寬；tp=wg-comp/fxtal（μs）。