【導(dǎo)讀】摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ⅰ。課題的背景及意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1. SPWM技術(shù)綜述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2. 論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3. 器的合理方案等，其核心都是電壓型逆變器。中在如何調(diào)制精確、工作穩(wěn)定、性能優(yōu)異的SPWM脈沖上。SPWM技術(shù)達(dá)到了一個(gè)新的高度[2-4]。生，國(guó)際上出現(xiàn)了多種專用的能夠產(chǎn)生SPWM波的大規(guī)模集成電路芯片。高的精確性和溫度穩(wěn)定性，頻率范圍很寬，可與微處理器接口，能完成外圍控制功能，

　　

【正文】 物圖 軟件設(shè)計(jì) 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)是緊密聯(lián)系在一起的，硬件的改變就會(huì)造成軟件的改變，硬件和軟件設(shè)計(jì)需要有良好的配合才能設(shè)計(jì)一個(gè)完善的系統(tǒng) ，軟件設(shè)計(jì)除了要依照設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法要求外還需與硬件電路相結(jié)合，同時(shí)還要考慮到硬件之 間的相互作用，即各個(gè)元件的時(shí)序關(guān)系 。 軟件設(shè)計(jì)的總體思路是 ： 用 A/D 轉(zhuǎn)換主要是用來做顯示和作為控制數(shù)據(jù)調(diào)節(jié) SPWM 波的輸出頻率，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)74HC373 送到單片機(jī) P0 口，由單片機(jī)通過數(shù)碼管顯示出對(duì)應(yīng)的頻率大小，然后將74HC373 關(guān)斷，用轉(zhuǎn)換過來的數(shù)據(jù)計(jì)算出相應(yīng)的控制字寫到 SA828 的控制寄存器中，輸出相應(yīng)頻率的 SPWM 波。 總體 程序設(shè)計(jì)流程如圖 所示 。 改變初始化數(shù)據(jù) ？ 改變控制數(shù)據(jù)據(jù) ？ YESNOYES開始給 SA 828 寫初始化數(shù)據(jù)調(diào) A / D 轉(zhuǎn)換子程序給 SA 828 寫控制數(shù)據(jù)調(diào)顯示子程序?qū)懜淖兊目刂茢?shù)據(jù)禁止 S P W M 輸出允許 S P W M 輸出NO 圖 總程序設(shè)計(jì)流程圖 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 開發(fā)環(huán)境和設(shè)計(jì)語(yǔ)言 Keil uVision3 是美國(guó) Keil Software 公司開發(fā)的，是目前廣為應(yīng)用的 51 單片機(jī)軟件開發(fā)工具之一。它支持匯編、 C 語(yǔ)言以及混合編程，同時(shí)具備功能強(qiáng)大的軟件仿真功能，在軟件模擬仿真方式下不需要任何單片機(jī)硬件即可完成用戶程序仿真調(diào)試，同時(shí)也提供多種硬件仿真功能 。基于 Keil uVision3 存在的種種優(yōu)勢(shì)，本設(shè)計(jì)選用其作為程序的編譯軟件 。 C 語(yǔ)言是目前世界上流行、使用最廣泛的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。 C 語(yǔ)言對(duì)操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以及需要對(duì)硬件進(jìn)行操作的場(chǎng)合，用 C 語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它高級(jí)語(yǔ)言，許多大型應(yīng)用軟件都是用 C 語(yǔ)言編寫的 [19]。 C 語(yǔ)言具有可移植性，并具備很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，二 維， 三 維圖形和動(dòng)畫它是數(shù)值計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言 。 設(shè)計(jì)選擇 C 語(yǔ)言作為軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言 ， 避免處理數(shù)據(jù)所帶來的程序編寫過于繁瑣等問題。 SA828 程 序設(shè)計(jì) SA828 的程序設(shè)計(jì)首先要遵循它的工作時(shí)序，在 Intel 總線方式下其工作時(shí)序如圖 所示。 A L EC SR DA D 0 A D 7W R1t2t3t鎖 存 地 址鎖 存 數(shù) 據(jù) 圖 SA828 工作時(shí)序圖 由 SA828 的 工作時(shí)序 圖可知，在 ALE 有下降沿時(shí) SA828 鎖存由單片機(jī)送過來的地址數(shù)據(jù)，在 WR 由低 電平 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)， SA828 鎖存單片機(jī)送過來的控制數(shù)據(jù)。 由于沒有從 SA828 中讀取數(shù)據(jù)， RD 可不用，懸空。 在工作時(shí)應(yīng)首先 對(duì) SA828進(jìn)行初始化，從微處理器向初始化寄存器和控制寄存器輸入控制字，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，然后由微處理器向兩個(gè) 24 位寄存器輸入命令字，這兩個(gè)寄存器分別被稱為初始邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 26 化寄存器和控制寄存器。由于總線的數(shù)據(jù)寬度被限制在 8 位字長(zhǎng)，因此要把數(shù)據(jù)送到一個(gè) 24 位寄存器，應(yīng)分三次分別送到三個(gè)暫存寄存器 R0、 R R2 中。而數(shù)據(jù)由暫存寄存器 R0、 R R2 送到初始化寄存器或控制寄存器是通過虛擬寄存器 RR4 的送數(shù) 寫指令來實(shí)現(xiàn)的 ； R R4 實(shí)際上不存在，只在指令中出現(xiàn)。向 R3 送數(shù)的寫指令用于將數(shù)據(jù)從 R0、 R R2 傳送到控制寄存器，而向 R4 送數(shù)的寫指令則可將數(shù)據(jù)從 R0、 R R2 傳送到初始化寄存器。參數(shù)設(shè)定是通過控制字形式 來 實(shí)現(xiàn)。 SA828 的寄存器程序設(shè)計(jì)流程如 圖 所示 。 RST 0向 R 0 寫數(shù)向 R 1 寫數(shù)向 R 0 寫數(shù)向 R 2 寫數(shù)向 R 4 寫數(shù)向 R 1 寫數(shù)向 R 2 寫數(shù)向 R 3 寫數(shù)寫初始化數(shù)據(jù)寫控制數(shù)據(jù) 圖 SA828 寄存器程序設(shè)計(jì)流程圖 向 SA828 送初始化數(shù)據(jù)前，先要禁止 SPWM 波形的輸出即要給 RST 一個(gè)下降沿，而在后送控制數(shù)據(jù)時(shí)就不需要了。因?yàn)槌跏蓟瘮?shù)據(jù)主要是設(shè)置 SPWM 波的載波頻率、脈沖取消時(shí)間、脈沖延時(shí)時(shí)間、死區(qū)時(shí)間等，這部分?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)節(jié) SPWM 波的輸出頻率時(shí)不允許改變的。 控制參數(shù)主要是用來設(shè)置 SPWM 輸出波形的調(diào)制頻率和調(diào)制頻率的幅值 ， 通過改變這些參數(shù)的來改變 SPWM 的輸出 頻率。 在設(shè)計(jì) SA828 工作 程序前 ，首先要確定一些系統(tǒng)參數(shù)，晶振用的是 z，調(diào)制頻率即電源頻率約為 488Hz，即輸出 SPWM 波的頻率最大約為 488Hz 左右 ；載波頻率 ，脈沖取消時(shí)間 pdt =輸出最小脈寬 + pdyt ， pdyt 為脈寬延時(shí)時(shí)間，設(shè)為 4? s，當(dāng)設(shè)最小脈寬為 4? s 時(shí)， pdt =8? s。 由總線控制、地址 /數(shù)據(jù)總線、暫存器 R0~R虛擬寄存器 R3~R4 及 24 位初始化寄 存器和 24 位控制寄存器構(gòu)成 ，暫存器的地址及操 作如 表 所示 。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 表 暫存器地址表 AD2 AD1 AD0 寄存器 備注 0 0 1 R0 暫存器 R0 0 0 1 R1 暫存器 R1 0 1 0 R2 暫存器 R2 0 1 1 R3 控制寄存器 1 0 0 R4 初始化寄存器 （ 1） 初始化寄存器程序設(shè)計(jì) 初始化參數(shù)的設(shè)定包括載波頻率、調(diào)制頻率范圍、脈沖延時(shí)時(shí)間、脈沖取消時(shí)間等。 初始化寄存器數(shù)據(jù)寬度被限制為 8 位字長(zhǎng)，當(dāng)初始化數(shù)據(jù)輸入到暫存器 R0~R2時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成 24 位的數(shù)據(jù)被送入虛擬寄存器 R4。初始化參數(shù)表如 表 所示 。 表 寄存器 R1 FRS2 FRS1 FRS0 X X CFS2 CFS1 CFS0 頻率范圍選擇字 無關(guān)項(xiàng) 載波頻率選擇字 載波頻率的選擇取決于所給的 時(shí)鐘頻率 k 和 狀態(tài)比例值 n， n 值的選擇如 表 所示 。 表 n 值表 CFS 值 101 100 011 010 001 000 n 值 32 16 8 4 2 1 k 和 n 存在 以下 關(guān)系式 512CARR kf n? ? 其中 k 為 單片機(jī)的時(shí)鐘頻率 ，即 k=； 則 512 CARRkn f? ? 631 2 .2 8 8 1 0 25 1 2 1 0 .9 1 0n ????? 由上表可知 CFS=001，參照寄存器 R1 表格可得載波頻率選擇字為 001，即R1 的低三位為 001。 電源頻率的最大值 選擇取決于最大限制電源頻率，而最大限制電源頻率由 12 位邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 的 PFS 值設(shè)定 。 電源頻率的最大值 在這里由三位 FRS 值設(shè)定，它的值由載波頻率和載波頻率系數(shù) m 確定。 兩者之間存在 以下關(guān)系 384CARRRANGE ffm?? 這里， CARRf 即載波 頻率等于 ， RANGEf 為調(diào)制頻率的 488Hz，則有 384 16RANG ECARRfm f ??? 由 表 查詢 m 對(duì)應(yīng)的 FRS 的 值 。 表 m 值表 FRS 值 110 101 100 011 010 001 000 m 值 64 32 16 8 4 2 1 當(dāng) m=16 時(shí) ， 對(duì)應(yīng)可查得調(diào)制頻率 最大值 的設(shè)定值為 100，即可知 R1 的高三位為 100， 中間無關(guān)項(xiàng)為 0 時(shí)， R1 的輸入值為 ： 10000001，用十六進(jìn)制表示為 81H。 脈沖延時(shí)時(shí)間， 即死 區(qū)時(shí)間，是 為了使 H 橋或半 H 橋的上下管不會(huì)因?yàn)殚_關(guān)速度問題發(fā)生同時(shí)導(dǎo)通而設(shè)置的一個(gè)保護(hù)時(shí)段。死區(qū)時(shí)間可有效地避免延遲效應(yīng)所造成的一個(gè)橋臂未完全關(guān)斷，而另一橋臂又處于導(dǎo)通狀態(tài)，避免直通炸 壞 模塊。死區(qū)時(shí)間大，模塊工作更加可靠 [23]，但會(huì)帶來輸出波形的失真及降低輸出效率。死區(qū)時(shí)間小，輸出波形要好一些，只是會(huì)降低可靠性，一般為 ? s 級(jí)。 脈沖延時(shí)時(shí)間和 載波頻率，脈沖延時(shí)字 PDY 設(shè)定，其關(guān)系如下 512pdy CARRpdyt f? ? 由前文設(shè)定死區(qū) 時(shí)間 為 4? s ，所以有 51 2 22C A R R pd ypd y f t? ? ? ? 由表 可知 ： 當(dāng) pdy=22 時(shí)，對(duì)應(yīng)的脈沖延時(shí)字 PDY 值為 101000。 表 pdy 值表 PDY 值 111111 111110 000000 pdy 值 1 2 64 脈沖延時(shí)時(shí)間通過寄存器 R2 來設(shè)定， R2 中數(shù)據(jù)存放 格式 如 表 所示 。 可得 R2 的低六位為 ： 101000，無關(guān)項(xiàng)設(shè)為 0，可得寫入 R2 中的數(shù)為 ：00101000，換成十六進(jìn)制為 ： 28H。 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 29 表 R2 寄存器 X X PDY5 PDY4 PDY3 PDY2 PDY1 PDY0 無關(guān)項(xiàng) 脈沖 延時(shí)選擇字 PDY5 為高位， PDY0 為低位 R0 中存放的是脈沖取消時(shí)間對(duì)應(yīng)的設(shè)定值， 所謂脈沖取消是指當(dāng) SA828 產(chǎn)生的 SPWM 波形的脈寬小于所設(shè)定的最小脈寬和脈沖延時(shí)間的和時(shí)，該波形將會(huì)被取消 。 脈沖取 消時(shí)間 pdt 和載波頻率、脈寬 選擇字 pdt 存在 以下 關(guān)系 512pd CARRpdtt f? ? 前文已設(shè)定 pdt =8? s，所以有 51 2 44CA R R pdpd t f t? ? ? ? 由 表 可知 。 當(dāng) pdt=44 時(shí)，可得脈沖取消時(shí)間的設(shè)定值 PDT=1010000。參照寄存器 R0 數(shù)據(jù)存放格式 如表 所示 。 表 pdt 值表 PDT 值 111111 111110 000000 pdt 1 2 128 表 R0 寄存器 CR PDT6 PDT5 PDT4 PDT3 PDT2 PDT1 PDT0 無關(guān)項(xiàng) 脈沖取消時(shí)間 PDT6 為高位， PDT0 為低位 CR=1，可得寫入 R0 中的值為 ： 11010000，換成十六進(jìn)制為 ： D0H。 這樣，R0~R2 的值都已確定，選通 R4 的地址，所有的數(shù)據(jù)都被寫入 R4 中。 最后得到初始化寄存器核心源程序代碼如下 ： void initc( ) { write_in(0xf8， 0xd0)； delay(1)； write_in(0xf9， 0x81)； delay(1)； write_in(0xfa， 0x28)； delay(1)； write_in(0xfc， 0)； } 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 （ 2） 控制寄存器程序設(shè)計(jì) 控制 參數(shù)主要是 設(shè)定初始輸出波形的 指調(diào)制頻率、調(diào)制頻率的幅值 ；還有電機(jī) 正反轉(zhuǎn)、禁止輸出等。 控制參數(shù)可以根 據(jù)實(shí)際需要的 SPWM 波形頻率來改變。 現(xiàn)假設(shè)需要 輸出波形為 100Hz， 振幅 80%。輸出波形 頻率 即調(diào)制頻率， 調(diào)制頻率的值由 12 位的 PFS 的值確定， 其中調(diào)制頻率和最大調(diào)制頻率及調(diào)制頻率設(shè)定值存在 以 下關(guān)系 4096RANG EPOW ER ff pfs?? 所以有 4096POWERRANG Efpfs f ?? 代上相應(yīng)數(shù)據(jù)可得 ： pfs =1638，換成二進(jìn)制為 ： 011001100110?？墒窃趯?shí)際程序設(shè)計(jì)中，我們知道調(diào)制頻率是可變的， 而 C 語(yǔ)言程序是支持 計(jì) 算式 的，所以 在程序設(shè)計(jì)中我們只需寫 相應(yīng)的 計(jì)算式即可 。 調(diào)制頻率的振幅取值為 80， 振幅和振幅設(shè)定值字 A 存在 以下 關(guān)系 100%225POW ER AA ?? 所以有 255 8 0 2 5 5 2041 0 0 1 0 0P O W E RAA ? ?? ? ? 換成二進(jìn)制為 ： 11001100。所以寫到 R0~R2 中的數(shù)據(jù)如表 所示 。 表 R1R2 中的數(shù)據(jù) 寄存器 R0 0 1 1 0 0 0 1 1 PFS7 PFS6 PFS5 PFS4 PFS3 PFS2 PFS1 PFS0 寄存器 R1 0 0 1 X 0 1 1 0 F/R OM INH X PFS11 PFS10 PFS9 PFS8 寄存器 R2 1 1 0 0 1 1 0 0 AMP7 AMP6 AMP5 AMP4 AMP3 AMP2 AMP1 AMP0 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 控制寄存器核心源程序代碼如下 ： Void initc1( ) { write_in(0xf8， 0x36)； delay(1)； write_in(0xf9， 0x30)； delay(1)； write_in(0xfa， 0xcc)； delay(1)； write_in(0xfb， 0)； delay(1)； } A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 圖 是 ADC0809 的工作時(shí)序，對(duì)于 A/D 轉(zhuǎn)換的程序 設(shè)計(jì) ， 因?yàn)闀r(shí)鐘電路，輸入信號(hào)端口都是由硬件電路實(shí)現(xiàn)的，所以程序中只要給出啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換信號(hào)即可。ADC0809 的工作過程是 ： 首先輸入 3 位地址