使用单片机设计的通用变频器

文章摘要： 系统工作流程： 主控MCU接收根据设置来自键盘和数字或是模拟接口的控制信息合成驱动电机驱动所用的驱动信号，信号经IPM功率变换后驱动电机。同时主控MCU会随时监视系统的运行，一旦出现异常便会立即保护，同时报警，以提醒用户进行处理。 4 系统硬件设计 系统驱动部分的电路原理图如图 4-1。其中PS21865A内部是一个三相的功率桥相应驱动电路，用于实现SPWM信号到驱动电机的功率变换功能。SPMC75F2413A 单片机的主要作用： 1. 产生驱动电机所需的SPWM信号。 2. 完成人机交互，方便用户对系统的控制。 3. 处理相关的异常信息，确保系统的安全可靠。 SPMC75F2413

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系统工作流程：

主控MCU接收根据设置来自键盘和数字或是模拟接口的控制信息合成驱动电机驱动所用的驱动信号，信号经IPM功率变换后驱动电机。同时主控MCU会随时监视系统的运行，一旦出现异常便会立即保护，同时报警，以提醒用户进行处理。

4 系统硬件设计

系统驱动部分的电路原理图如图 4-1。其中PS21865A内部是一个三相的功率桥相应驱动电路，用于实现SPWM信号到驱动电机的功率变换功能。SPMC75F2413A 单片机的主要作用：

1. 产生驱动电机所需的SPWM信号。

2. 完成人机交互，方便用户对系统的控制。

3. 处理相关的异常信息，确保系统的安全可靠。

SPMC75F2413A产生的三相互补的PWM信号经由芯片的IOB0~5输出，控制PS21865A的三相全桥电路，信号经功率合成放大后从OUT_U、OUT_V、OUT_W三个端子输出并控制电机。同时，U相和W相的信号还会通过电流互感器，为系统控制提供电流传感信号。SPMC75F2413A的IOB6是错误侦测输入端，通过对其传回信号的检测，一旦PS21865A出现工作异常（如过压、欠压、过流、过热），驱动硬件会立即禁止PS21865A工作，同时申请中断，请求CPU处理。

图 4-1中的电阻是上拉电阻，因PS21865A的故障输出信号是集电极开路输出的，同时这个信号是低有效的。

由于其它模块属于通常的一些模块，此处不再详述。整个系统的结构还请参考图 3-1。

5 系统软件设计

整个系统软件分为三部分：

1. 电机的核心驱动程序，这部分主要是产生电机驱动所用的SPWM信号发生器，和一些相关的驱动服务程序；

2. 系统控制程序；

3. 人机接口界面程序；

该系统核心驱动部分的结构如图 5-1。在这里使用直接数字频率合成的方法去实现SPWM信号的产生，只不过是用PWM发生器替代了DAC。这部分结构（除PWM发生模块）将在PWM的周期中断中用软件实现。这里的调制系数计算和乘法器主要是为实现波形的幅度控制和电源波动补尝用的。

波形合成的PWM周期中断服务子程序的流程如图 5-2，程序首先判断是否有波形参数更新，以此实现波形参数的一次性同步更新，以防止参数修改不同步对发生信号的影响。而后程序会根据图 5-1的结构流程依次执行，完成后返回。

系统控制部分是整个系统协调的心脏。整个系统都在其协调下有条不紊的工作。这部分主要是根据系统设置和当前系统的状态给出相应的控制信息，以确保系统的可靠运行。

人机接口界面程序，这部主要是为用户提供一个简单易用的交互接口，以方便用户对变频器的可靠控制。包括变频器的起停、各种运行参数的设置都在这一层面上执行。

6 结 语

通常，在开发变频设备的过程中，需要编写实时性、程序可读性强的代码，这时就需要采用混合编程。而凌阳的m’nSP IDE具有良好的编程环境，它可以很轻松、容易地进行混合编程（在C程序中调用汇编程序，在汇编程序中调用C程序）。

该系统用了SPMC75F2413A两个定时器和约30个IO口资源，其实SPMC75F2413A的资源相当丰富。因其有专业的变频硬件支持，变频系统开发变得相对简单。同时，SPMC75F2413A在变频控制方面有相当出众的表现。因此，基于SPMC75F2413A的变频系统在通用变频、变频家电等变频领域有广阔的应用前景。

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