【正文】 異步調(diào)制 載波信號 和調(diào)制信號不同步的調(diào)制方式即為異步調(diào)制。通常保持載波頻率 cf 固定不變，當調(diào)制信號頻率 rf 變化時，載波比 N是變化的。當 rf 較低時， N較大，一周期內(nèi)脈沖數(shù)較多，脈沖不對稱產(chǎn)生的不利影響都較小，當 rf 增高時， N減小，一周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少， PWM 脈沖不對稱的影響就變大，還會出現(xiàn)脈沖的跳動。同時，輸出波形和正弦波之間的差異也變大，電路輸出特性變壞。 2 同步調(diào)制 載波比 N等于常數(shù)，并在變頻時使載波和信號波保持同步的調(diào)制方式稱為同步調(diào)制。在同步調(diào)制方式中， rf 變化時 N不變，信號波一周期內(nèi)輸出脈沖數(shù)固定。因為本設計為單相逆變所以采用同步調(diào)制的方式可以保證輸出波形的穩(wěn)定性。 調(diào)制時間的計算 具體正弦波調(diào)制時間，本設計采用 MATLAB 計算，代碼如下： td=1/100000。 %td為時間間隔 t=0:td:10。 m=。 %調(diào)制度為 y1=m*sin(pi/10*t)。 %正弦波函數(shù) F1=50HZ y2=abs(sawtooth(20*pi*t,))。 %三角板函數(shù) F2=10KHZ plot(t,y1,t,y2) %將兩個函數(shù)同時顯示 grid MATLAB得到的仿真圖 ： 孫作瀟：由單片機控制的單極性的單極性輸出逆變電路 26 圖 80C51 單片機的簡單介紹 MCS— 51 是 Intel 公司生產(chǎn)的一個單片機系列名稱。屬于這一系列的單片機有多鐘型號，如 8051/8751/803 8052/8752/803 80C51/87C51/80C3 80C52/87C52/80C32等等。 該系列單片機的生產(chǎn)工藝有兩種。一是早期的的 HMOS 工藝，二是現(xiàn)在的 CHMOS 工藝。 CHMOS 工藝既保持了 HMOS 高速度和高密度的特點，還 具有 CMOS 的低功耗的特點。80C51 是 MCS— 51 系列單片機中 CHMOS 工藝的一個典型品種。另外以 80C51 為基核開發(fā)出的 CHMOS工藝單片機產(chǎn)品統(tǒng)稱為 80C51系列。 單片機的特點及應用 單片機在一塊芯片上集成了一臺微型計算機所需要的基本部件。它在硬件結構、指令功能等方面均有獨到之處，其特點如下： 性價比高。單片機性能穩(wěn)定，功能強大，價格便宜。 體積小，集成度高、可靠性高。單片機將一臺計算機所需要的基本部件集成在一塊芯片上，減少了各部件間的連線，能大大地提高運行速度和抗干擾能力。 控制功 能強。為了，滿足工業(yè)控制的需要，單片機有很強的位處理功能。在其他的邏輯控制功能等方面，也都優(yōu)于一般的 8位微處理。單片機系統(tǒng)配置靈活、方便。由于單片機帶有一定數(shù)量的接口電路，容易構成各種規(guī)模的應用系統(tǒng)。 單片機類型多。單從 ROM類型來說，單片機的只讀存儲器有 ROM、 EPROM、 EEPROM、Flash Memory等多種，可以根據(jù)實際需要進行選擇。 由于單片機具有如上所述的特點，因此在工業(yè)生產(chǎn)、日常生活等諸多領域，得到了日益廣泛的應用，單片機的主要應用領域有： 工業(yè)控制，如在工業(yè)生產(chǎn)過程中參數(shù)（如溫度、壓 力、流量、液位等）的控制，數(shù)據(jù)處理功能于一體，如轉(zhuǎn)速測試儀、噪聲測試儀、振動測試儀及電子秤等。計算機網(wǎng)絡山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 27 與通信，單片機上有并行 I/O接口角兒串聯(lián) I/0 接口，可用于通信接口，如單片機控制的自動呼叫應答系統(tǒng)、列車無線通信系統(tǒng)、遙測遙控系統(tǒng)等。家用電器，由于單片機體積小，控制能力強，且片內(nèi)與定時器 /計數(shù)器，所以廣泛應用于家用設備中。如空調(diào)、洗衣機、微波爐及防盜報警等。 80C51 的基本結構 80C51內(nèi)部結構圖如圖 圖 Figure 80C51單片機基本型包含： 一、 CPU系 統(tǒng) （ 1） 8位 CPU，含布爾處理器； （ 2）時鐘電路； （ 3）總線控制。 二、存儲器系統(tǒng) （ 1） 4KB的程序存儲器（ ROM/EPROM/Flash,可外擴至 64KB）； （ 2） 128B的數(shù)據(jù)存儲器（ RAM，可在外擴 64KB）； （ 3）特殊功能寄存器 SFR. 三、 I/O口和其他功能單元 （ 1） 4個并行 I/O 口； （ 2） 2個 16位定時 /計數(shù)器； （ 3） 1個全雙工異步串行口（ UART）； （ 4）中斷系統(tǒng)（ 5 個中斷源、 2個優(yōu)先級）。 圖 80C51的外部引腳分布 孫作瀟：由單片機控制的單極性的單極性輸出逆變電路 28 圖 Figure 80C51 定時器 /計數(shù)器的工作方式 80C51 單片機定時 /計數(shù)器 T0 有 4 種工作方式（方式 0、 3）， T1 有三種工作方式。前三種工作方式， T0 和 T1 除了使用的寄存器、有關控制位、標志位不同外，其他操作完全相同。下面以定時 /計數(shù)器 T0為例進行介紹。 一、方式 0 方式 0 為 13 位計數(shù)，由 TL0 的低五位和 TH0 的 8 位組成。 TL0 的低 5 位溢出時向TH0進位， TH0溢出時，置位 TCO中的 TF0標志，向 CPU發(fā)出中斷請求。 C/T=0時為定時器模式，若 t為定時時間， N為計數(shù)值， cyT 為機器周期，則 N=t/ cyT 通常，在定時 /計數(shù)器的應用中要求根據(jù)計數(shù)個數(shù)求出送入 TH TL1 和 TH0、 TL0中的計數(shù)初值。計數(shù)初值公式為： X=N=8192N 式中 X為計數(shù)初值。另外，定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得。 二、方式 1 工作方式 1與方式 0基本相同，它們的差別僅在于計數(shù)的位數(shù)不同。 方式 1 的計數(shù)位數(shù)是 16 位，由 TL0 作為低 8 位、 TH0 作為高 8 位，組成 16 位加 1計數(shù)器。計數(shù)個 數(shù)與初值的關系為： X= 162 N=65536N 可見，初值在 65535~0 范圍時，計數(shù)范圍為： 1~65536。計數(shù)初值要分解成 2 個字山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 29 節(jié)分別送入 TH0和 TL0（對于 T1則為 TH1和 TL1）中。 三、方式 2 方式 2為自動重裝初值的 8位技術方式。 THO、 TL0均裝入 8位初值。當 TL0計滿溢出時，由硬件使 TF0置 1，向 CPU發(fā)出中斷請求，并將 TH0中的計數(shù)初值自動送入 TL0。TL0 從初值重新進行加 1 計數(shù)。周而復始，直至 TR0=0 才會停止。計數(shù)個 數(shù)與計數(shù)初值的關系為 X= 82 N 可見，初值在 255~0 范圍時，計數(shù)范圍為 1~256。 三、方式 3 方式 3只適合定時 /計數(shù)器 T0。這里就不再詳細介紹。 軟件設計思路 SPWM技術的基本原理是以正弦波作為調(diào)制波去調(diào)制三角載波，由它們的交點確定逆變器的開關模式，使逆變器輸出度按照正弦規(guī)律變化的電壓脈沖陣列。按照這個原理，在利用單片機實現(xiàn) SPWM 波形輸出時，一般是將正弦調(diào)制波輸入 A/D模塊中，歸一化后，可以獲得按正弦規(guī)律變化的 PWM波調(diào)制度。將事先設計好的 SPWM波調(diào)制度送入寄存器，通過不斷地更新調(diào)制度數(shù)據(jù)輸出幅值不變調(diào)制波隨正弦變化的 SPWM波形序列。 根據(jù)正弦波脈寬調(diào)制（ SPWM）的產(chǎn)生原理，設 tUtu m ?sin)( ? ，將正弦函數(shù)一周分為 2p個等分，即正半周分為 p等分，設等效矩形幅度為 DU ，脈沖寬度為 m? ，則： ?????? ???? ? ? ppmUUttdUU Dmpm pm mDm ????? ? ? c os)1c os ()(s i n1 )1( （ ） 那么第 m個時間段中，矩形脈沖電壓作用時間 mt? 對應的相位寬度為 m? 。故 ?????? ??????? ppmUUfft Dmmmm ??????? c os)1c os (2 12 （ ） 而每個區(qū)間的相角寬度為π /p，則占空比系數(shù) Dm為： ?????? ????? ppmUUppD Dmmm ????? c os)1c os (/ （ ） 式中， 4/,2,1 pm ?? 。 于是可以獲得四分之一個周期內(nèi)每個小區(qū)間的相角寬度 m? ，脈寬 mt? 和占空比 mD孫作瀟：由單片機控制的單極性的單極性輸出逆變電路 30 的數(shù)值。再利用正弦函數(shù)的奇偶性，得到整個周期每個小區(qū)間的 m? 、 mt? 、 mD 的值。將它列成一個表格，存放在 ROM（或 RAM）中。 本設計要求輸出電壓頻率為 50Hz，即要求最終輸出 SPWM的頻率為 50Hz。根據(jù)面積等效理論，我們將正弦半波分成了 200 份，則單脈沖序列的頻率為 F=20KHz。程序設計中，設置每 10 個占空比相同的脈沖序列為一組，所以在正弦半波周期內(nèi)，共連續(xù)輸出 20 組占空比不同的波形 序列，其占空比應按照正弦規(guī)律變化。正弦波負半軸周期應與此相同。 SPWM 脈沖列的控制 如圖 ，利用 80C51單片機內(nèi)定時器 T0對脈寬 2t 定時，定時器 T1對脈沖總間隔 21t 定時。定時到，改變 1次并行口（ ）的電平狀態(tài)，就可以生成一個 SPWM控制脈沖。下一個脈沖的生成方法相同，只不過脈寬按正弦規(guī)律在變化。而 SPWM 脈沖列的轉(zhuǎn)換周期等于正弦調(diào)制信號 的周期。 U p 1 . 7t 2t 1T 0T 10 圖 Figure 為了實現(xiàn)對定時器的控制，需根據(jù) 2t 、 21t 算出對定時器 T0、 T1 計數(shù)器的初值。設 T0、 T1均為 16位定時方式，晶振頻率為 6MHz，則脈寬定時器 T0的初值為： X0= 161616216 1061122 ?????? t ? 2t （ ） 山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 31 每個脈沖總間隔為 21t 時，定時器的初值為： X1= ????16116106112 22 t 11616 102 t?? （ ） 單片機查表法生成 SPWM 控制脈沖列 所謂查表法，即先離線算出給定的不同正弦頻率 tf （ = 50Hz），在每個正弦周期內(nèi)的 N個 SPWM 脈沖的寬度 2t 總間隔 21t 對應定時器 T0和 T1的初值 X0和 X1，并按時間或者相位遞增的順序依次存于擴展的 EPROM 中。運行時，單片機只需要根據(jù)輸入的給定頻率 tf ，從內(nèi)存中依次查出與該給定頻率對用的 N 個 SPWM 脈沖的脈寬、總間隔定時器的初值 X0和 X1，并對定時器和并行口作實時控制，就可實時生成 SPWM 控制脈沖列。 定時器初值占用的內(nèi)存容量有一定的計算方法，精算出來占用的內(nèi)存并不是很大。由于內(nèi)存價格便宜，所以查表法在經(jīng)濟上是可行的。而且由于實時性的提高，似的單片機還可以兼顧調(diào)速的其他控制功能。 采用 80C51單片機查表法生成 SPWM控制脈沖列的程序流圖如圖 孫作瀟：由單片機控制的單極性的單極性輸出逆變電路 32 中 斷 開 始S P W M 查 表 ， 裝 載 S P W M【 N 】 的 裝 載 值P 0 . 0 設 置 為 低中 斷 返 回開 始設 置 定 時 器 工 作 方式N = N + 1恢 復 現(xiàn) 場設 置 S P W M 波 初 始 裝 載 值及 P 0 . 0 引 腳 為 低定 時 是 否 進 中斷 ?進 中 斷 程 序開 中 斷YNN 為 奇 數(shù)S P W M 查 表 ， 裝 載 S P W M【 N 】 的 裝 載 值P 0 . 0 設 置 為 高N = 0YN保 護 現(xiàn) 場a 主 程 序 流 程 圖 b 中 斷 程 序 流 程 圖 圖 Figure 整個控制系統(tǒng)的硬件電路圖如圖 ： 山東交通學院畢業(yè)設計（論文） 33 +5V單片機光耦隔離LIN12VSS138 14 VCCLOCOM 3124VDD9HIN1011SDVBHOVS675IR2110LIN12VSS138 14 VCCLOCOM 3124VDD9HIN1011SDVBHOVS675IR2110 1 3 2 4 +15V +15VIR2110驅(qū)動電路RST9 VCCP1.