单片机课程设计-基于单片机的SPWM波形产生器设计.doc

湖南工程学院 课 程 设 计 课程名称 单片机课程设计 课题名称 基于单片机的SPWM波形产生器设计 专 业 电子科学与技术 班 级 1002 班 指导教师 李 延 平 2013 年 5 月 13 日  目 录 一、绪论 1 二、SPWM的基本原理 2 1、常见SPWM信号产生方法 2 2、正弦脉调制技术SPWM 2 2.1对称规则采样法 3 2.2 不对称规则采样法 4 2.3 等效面积法 5 2.3 STC系列单片机生成SPWM波原理 6 三、单片机AT89C52简介 7 四、设计思路与总体框图 8 五、系统设计分析 9 六、程序调试与仿真 10 七、实验结果分析与总结 11 八、心得体会 11 九、参考文献 13 一、绪论 电力电子技术和微机控制技术的发展使得正弦波脉宽调制技术(SPWM) 在电气传动、UPS 电源等领域得到广泛的应用。随着集成电路技术的飞速发展，特别是单片机功能的日益强大和单片机技术的日益成熟，使得以前需要昂贵的专用SPWM芯片产生SPWM，现在用单片机产生SPWM已成为可能。而当今单片机的应用已经从单纯依赖于51系列单片机向其它多种单片展，尤其以嵌入式PIC单片机的发展应用更为广泛。 正弦脉宽调制(SPWM)技术已在交流调速、直流输电、变频电源等领域得到广泛应用，为了提高整个系统的控制效果，高性能SPWM 脉冲形成技术一直是人们不断探索的课题。采用模拟电路和数字电路等硬件电路来产生SPWM波形是一种切实可行的方法，但是这种实现方法控制电路复杂、抗干扰能力差、实时调节较困难。近年来，人们提出了由单片机、DSP等微控制器来实现SPWM波形的数字控制方法，由于微控制器内部集成了很多控制电路，比如定时器、PWM 电路、可编程计数器阵列等，所以使得这种实现SPWM 的方法具有控制电路简单、运行速度快、控制精度高、抗干扰能力强等优点。本文介绍了一种利用C8O51单片机实现输出频率可变SPWM 波形的方法。SPWM 技术的基本原理是利用一个三角波载波和一个正弦波进行比较，得到一个宽度按正弦规律变化的脉冲序列，用它们来驱动逆变器开关管的开关转换。 在本课题里对目前产生SPWM的各种算法进行比较和研究。选择一种合适的算法面积等效法来实现正弦波脉宽调制，同时对当前最有前途的功率器件绝缘栅双极晶体管IGBT的性能，保护电路和驱动电路进行了探讨。在系统中采用面积等效算法，利用51单片机为控制核心产生SPWM波，经过保护、隔离、驱动电路后的SPWM波，控制单相全桥逆变电路产生一个频率和电压都可调的交流输出，经滤波电路后供给负载使用。 文章在比较了多种生成SPWM波的技术基础上，给出了利用等效面积法来产生SPWM波形的工作原理，并给出了SPWM中断服务程序的流程图。将结果应用于由MICA421驱动器驱动的四个MOSFET器件FQAl60N08所组成的逆变桥上进行实际调试，实验结果表明，该方法具有电路简单、计算量小、实时性强的优点，采用在线计算和查表技术相结合，较好的解决了实时控制的要求，具有较好的应用价值。 二、SPWM的基本原理 近年来，随着逆变电源在各行各业应用的日益广泛，采用正弦脉宽调制(SPWM)技术控制逆变电源提高整个系统的控制效果是人们不断探索的问题。对SPWM的控制有多种实现方法，其一是采用模拟电路、数字电路等硬件电路产生SPWM波形，该方法波形稳定准确，但电路复杂、体积庞大、不能进行自动调节；其二是借助单片机、DSP等微控制器来实现SPWM的数字控制方法，由于其内部集成了多个控制电路，如PWM电路、可编程计数器阵列(PCA)等，使得这种方法具有控制电路简单、运行速度快、抗干扰性强等优点。本文介绍一种利用STC系列单片机实现SPWM波形的方法， 正弦脉调制技术SPWM SPWM控制方案有两种：即单极性调制和双极性调制法。单极性法所得的SPWM信号有正、负和0三种电平，而双极性得到的只有正、负两种电平。比较二者生成的SPWM波可知：在相同载波比情况下，生成的双极性SPWM波所含谐波量较大；并且在正弦逆变电源控制中，双极性SPWM波控制较复杂。因此一般采用单极性SPWM波控制的形式。由单片机实现SPWM控制，根据其软件化方法的不同，有如下几种方法：自然采样法、对称规则法、不对称规则法和面积等效法等。理论分析发现面积等效法相对于其它方法而言，谐波较小，对谐波的抑制能力较强。而且实时控制简单，利于软件实现。因此本文采用面积等效法实现SPWM控制。 Uc，则正弦调制波的幅值Ur 就是调制比a。图中的三角波和正弦波都是经过向上平移单位量