16位工业级通用单片机应用笔记

1、V1.0 Mar 29, 2005中文版19, InnovationRoad Science Park Hsin-Chu 300 R.O.C.: 886-3-578-6005 Fax: 886-3-578-4418:.cn HYPERLINK http:/w/ http:/whttp保留对此文件修改之权利且不另行通知。可靠之信息，但并不保证本文件中绝无错误。请于向所提供之信息相信为正确且提出订单前，自行确定所使用之相关技术文件及规格为之版本。若因贵公司使用本公司之文件或产品，而涉及第三人之专利或著作权等智能权之应用及配合时，则应由贵公司负责取得同意及，本公司仅单纯贩售产品，上述关于同意及，非属

2、本公司应为保证之责任。又系统及飞航等相关设备。之正式，本公司之所有产品不得使用于医疗器材，维持生命 Sunplus Technology Co.,.PAGE 1V1.0 Mar 29, 2005页1系统概要11.11.2系统说明1系统框图12感应马达V/F控制22.12.2功能描述2设计原理2感应马达V/F控制原理2正弦波生成原理33硬件说明3.43.5电源输入滤波整流电路6开关电源变换6主控制器SPMC75F2413A7S IPM .2信号使能和IPM出错保护7驱动8电路原理8器件选择83.6IPM功率放大级9电路原理9组件选择94说明104.14.24.

3、说明10 10控制流程说明10子程序说明11变量说明14例子155流程图165.15.2主流程与说明16中断子流程与说明17 Sunplus Technology Co.,.PAGE 2V1.0 Mar 29, 2005目录6MCU使用资源186.1MCU硬件使用资源说明187实测波形198参考文献22 Sunplus Technology Co.,.PAGE 3V1.0 Mar 29, 2005 Sunplus Technology Co.,.PAGE 4V1.0 Mar 29, 2005日期版本编写及修订者编写及修订说明2005/03/291.0初始版本修订1系统概要1

4、.1系统说明系统输入电源电压为 AC110V/AC220V，经全波整流后供系统使用。系统使用 Sunplus公司的 SPMC75F2413A 产生AC 三相异步电机的VVVF 控制所需的S信号,并完成 系统控制。使用三菱公司的智能功率模块 PS21865 实现电机的功率驱动。在 AC220V 输入时，系统最大能驱动 1.5KW 的负载。系统的变频区间为 2Hz200Hz。1.2系统框图系统结构如图 2-1 所示，主要由变频电机、电源供给、IPM 功率放大、IPM驱动、SPMC75F2413A 组成的控制几部分。图 2-1 系统结构图 Sunplus Technology Co.,.PAGE 1

5、V1.0 Mar 29, 20052感应马达 V/F 控制2.1功能描述利用 SPMC75F2413A 的 TMR3 实现 AC 三相异步电机的 V/F 开环控制。使用 DDS（直接数字频率）的方式产生控制所需要的三相 S。根据电机的 V/F 曲线随频率自动调整输出电压的大小。由于 DDS 固有的特点，在进行频率调整的过程中相位是连续的，用户可以在任何时候更改输出频率而不需关心当前的相位问题。同时，用户可以根据自己需要更换波形数据表而实现非正弦的波形输出。2.2设计原理2.2.1感应马达 V/F 控制原理在电机调速时，最重要是要保持磁通 m 为额定值不变。在直流电机中，励磁系立，只要对电枢进行

6、合适的补尝，保持 m 不变很容易。而在交流异步电机中，磁通是定子和转子的磁势的。而且满足：Eg 4.44 f1 N1k N1 m（21）式中：Eg 气隙磁通在定子每相中的感应电动势的有效值；f1 定子频率；N1 定子每相绕组的串联匝数；k N1 基波绕组系数； m 每极气隙磁通量；由式（21）可知，只要控制好 Eg 和 f1 ，便可达到控制磁通 m 的目的，为此，得考虑基频以下和基频以上两种工作情况。1. 基频以下调速Eg由式（21）可知，只要保持为常值，就可以保持 m 不变。但是，绕组中f1的感应电动势是很难直接控制的，在电动势较高时可以忽略定子绕组的阻抗压降而认定U E ，则有U1 = 常

7、值；在低频时U 和 E 都比较小，这时不能忽略，可以人为的1g1gf1抬高U1 去补尝定子绕组的阻抗压降。 Sunplus Technology Co.,.PAGE 2V1.0 Mar 29, 20052.基频以上调速当基频以上调速时，频率往上升高，但U1 却不能比额定电压U1n 还要大，顶多只能使U1 = U1n 。因此，由式（21）可知，这将迫使磁通与频率成反比，相当于直流电机弱磁升速的情况。将以上二种情况结合起来就可以得到异步电机如图 2-1 所示的变频调速特性。同时这也是变频电机调速的 V/F 曲线图。在实际运用中，V/F 开环控制也是沿着这条曲线进行的。图 2-1 三相感应电机的 V

8、/F 曲线2.2.2正弦波生成原理要使三相感应马达正常运行，需要使其电枢绕组通以三相交变电流，以产生圆形旋转磁场。产生三相交变电流的方法有很多，本例中使用 S来产生三相正弦电流。图 3-2 是三相 S生成原理 Sunplus Technology Co.,.PAGE 3V1.0 Mar 29, 2005图 2-2 三相 S生成原理本例使用 DDS（直接数字频率）的方式产生 S。如图 2 3 所示，整个系统是一个典型的 DDS 频率系统，只不过用发生模块去替换了传统的 DAC。在本系统中波形数据表的大小为 1024 点，载波频率为 10KHz。波形数据表取 1024 点一是为了计算方便，因为在相

9、位累加后查表的过程中有一个相位截取的操作（的相位累加器是 16 位的，而波形数据表是 1024 点10 位），为了加快这一处理过程，选用以2n 大小的表有利于加快处理过程，以尽量节约 CPU 的运算时间。同时当波形数据表为 1024 点时，360波形发生过程中的理论的最大相位误差 0.3516 这样加上处理过程中引起1024的一些相位抖动，最大的相位误差也不会超过0.5 。同时，在三相同时产生时，由于表的大小是2n ，不是 3 的整数倍，因此代表120 和240 相位差的常数会有 0.5 的误差，会使三180相之间的相位关系不是整好的120 和240 ，但误差不会超过。还有，较大的数据表有2n

10、利于保证低频时的波形精度。 Sunplus Technology Co.,.PAGE 4V1.0 Mar 29, 20050乘法器120240图 3-3 三相 S生成原理图注意：本例所的一些公式都是保证波形的幅度精度比相位精度高情况。实际上，当幅度精度变差时，相位误差会变大。本例中的波形数据表不限于标准的正弦表，用户可以根据自己的需要决定自己的波形。如加入三次谐波的增强型波形等。在 V/F 控制中，当频率比基频低时，调制系数小于 1，有效样点数会比实际样点数少，因为幅度调制使波形的幅度分辩率下降，会出现样点重复的情况。因此，建议用户在低频时提高的分辨率。 Sunplus Technology

11、Co.,.PAGE 5V1.0 Mar 29, 2005幅度调制系数(决定输出电压的最大值)上一次相位值寄存器产生模块UPVPWPUNVNWN正弦数据表 1024点相位累加器 16位相位增量(决定输出波形的频率)3硬件说明3.1电源输入滤波整流电路图 3-1 为电源输入滤波整流电路，这部分由交流输入滤波，整流，直流滤波三部分组成，主要是防止电源的高次谐波进入系统，同时为开关电源和 IPM 提供高压直流电源。图 3-1 电源输入滤波整流3.2开关电源变换图 3-2 是系统的开关电源变换部分，这部分是由 TOP234的开关电源变换电路。经开关变换后，再通过 78XX 稳压后，为系统提供 CPU 供

12、电的 5V 电源和 IPM 部分工作的15V，5V 驱动电源。图 3-2 开关电源变换 Sunplus Technology Co.,.PAGE 6V1.0 Mar 29, 20053.3主控制器 SPMC75F2413A图3-3 是系统的主控制器SPMC75F2413A 部分，这部分是系统的控制完成S信号的产生和所有的控制功能，同时完成与 PC 机的通信功能。这部分由 MCU 和其基本工作的电路。图 3-3 主控制器 SPMC75F2413A3.4S信号使能和 IPM 出错保护图 3-4 是系统的S信号使能和IPM 出错保护电路。图中 74HC00的是一个“保信号，护锁”，当 S只有先使能有

13、效时，一旦检测到 IPM 出错，这个是路会立即切断 SS信号的使能，而后从新使能 S信号的输出，才能恢复信号输出。图 3-4 S信号使能和 IPM 出错保护 Sunplus Technology Co.,.PAGE 7V1.0 Mar 29, 20053.5IPM驱动3.5.1电路原理图 3-5 是 IPM驱动电路，实现高压直流和 CPU 部分的电气，保护 MCU。图 3-5 IPM驱动3.5.2器件选择高速光电耦合器 Daly Time B.TPRIF)例子P_TMR3_SSPMC75_Sus-B.TPRIF = 1;/Clear TPRIF flag_ISR (0); Sunplus Te

14、chnology Co.,.PAGE11V1.0 Mar 29, 2005SPMC75_S_VF_account( )void SPMC75_S原形_VF_account(unsignedF,unsignedKvf,Moto)描述电机运行参数设置函数，根椐参数“F”设置电机的运行频率，同时计算出相应的工作电压（Kvf 为 V/F 的比例系数）和需要的载波频率。如果之前电机处于停止状态，则以启动频率启动电机。如果 F = 0 则关闭电机，如果设置的频率不在电机的范围之内，则维持当前状态不变。输入参数S输出基频的频率。使用 Q8 格式。FKvfV/F 曲线直线上升部分的斜率。如图 4-1，U1 直

15、线上升阶段的斜率就是U1 U min Kvf ( f 1 fmin f1 f Basef min ) ，其中Kvf。即如果， UKvff Base f minMoto电机的驱动硬件选择=0使用定时器为 TMR3,IO 口使用 IOB0IOB7=1使用定时器为 TMR4,IO 口使用 IOC8IOB15(NONE)输出参数头 文 件库 文 件注意事项SPMC75_S(NONE)_ISR.hSPMC75_S10Hz_VF_account(0 x0a00,206,0);/ 输出基 频频率为 例子图 4-1电机运行的 V/F 曲线 Sunplus Technology Co.,.PAGE 12V1.0

16、 Mar 29, 2005SPMC75_Moto_RUN_F_Set( )原描形述void SPMC75_Moto_RUN_F_Set(unsignedF,Moto)设置电机的的目标工作频率输入参数S输出基频的目标频率。使用 Q8 格式。FMoto电机的驱动硬件选择=0使用定时器为 TMR3,IO 口使用 IOB0IOB7=1使用定时器为 TMR4,IO 口使用 IOC8IOB15(NONE)输出参数头 文 件库 文 件注意事项SPMC75_S (NONE)(NONE)_ISR.h例子Moto_RUN_F_Set(0 x0a00,0);/输出基频的目标频率为 10HzSPMC75_Moto_R

17、UN_Ctrl( )原描形述void SPMC75_Moto_RUN_Ctrl(Moto)电机运行时根据当前工作频率和目标工作频率对电机的工作频率进行调整，直到当前工作频率和目标工作频率相等。输入参数Moto电机的驱动硬件选择=0使用定时器为 TMR3,IO 口使用 IOB0IOB7=1使用定时器为 TMR4,IO 口使用 IOC8IOB15(NONE)输出参数头 文 件库 文 件注意事项SPMC75_S(NONE)_ISR.h这个函数需要定时调用，频率的调整速度由调用频率和预先设定频率步进值共同决定SPMC75_Moto_RUN_Ctrl(0)；例子 Sunplus Technology C

18、o.,.PAGE 13V1.0 Mar 29, 2005SPMC75_Moto_stop_RUN( )原描形述void SPMC75_Moto_stop_RUN (Moto)电机停止运行函数，同时关掉 IPM 的所有。这个函数在电机超温保护，IPM 出错保和 SPMC75_S_VF_account( ) 中调用。输入参数Moto电机的驱动硬件选择=0使用定时器为 TMR3,IO 口使用 IOB0IOB7=1使用定时器为 TMR4,IO 口使用 IOC8IOB15(NONE)输出参数头 文 件库 文 件注意事项SPMC75_S(NONE)_ISR.h请用户不要随便调用这个函数，这个函数一般在电机

19、断电或是紧急关闭电机时使用。一但调用它，所有输出将被(NONE)。例子4.5变量说明 Sunplus Technology Co.,.PAGE 14V1.0 Mar 29, 2005struct S/S 发生的数据结构，所有操作都将只是对它的操作。GEN_REG_DEF S_flag;/电机运行标志寄存器unsigned uiPhases_Temp;/相位增量暂存器unsigned uiAM_Temp;/幅度变换系数暂存器unsigned ui_period;/ 周期暂存器unsigned Currently_F;/电机的当前工作频率unsigned End F; g S Daemp2; #d

20、efine NEW data OK g S DaempMoto.S flag.B.bit0 #define Moto stopg S DaempMoto.S flag.B.bit1 #define Moto startg S DaempMoto.S flag.B.bit2 #define Moto Errg S DaempMoto.S flag.B.bit3 #define IPM Errg S DaempMoto.S flag.B.bit4 #define F Dirg S DaempMoto.S flag.B.bit15 sic unsigned g_uiAM_Data_1;/S 的幅度变

21、换系数 sic unsigned g_uiS_phases_Add_1;/S 发生的相位累加 sic unsigned g_uiPhases_Add_Data_1;/S 发生的相位增量 sic unsigned shift2; s ic unsigned g_uiAM_Data_2;/S 的幅度变换系数 sic unsigned g_uiS_phases_Add_2;/S 发生的相位累加 sic unsigned g_uiPhases_Add_Data_2;/S 发生的相位增量4.6例子这个例子是使用 SPMC75F2413A 的 TMR3 产生 S，同时可以通过DMCTool去更改 S的输出

22、频率，同时观测系统频率的变化曲线。 Sunplus Technology Co.,.PAGE 15V1.0 Mar 29, 2005#include Spmc75 regs.h #include mcMACRO.h#include Spmc75 dmc uart ext.h #include SPMC75 SISR.h externg iMoto Run Time;/电机加速过程定时计数器,这个变量在TMR2 的周期中断中增加main()Disable_FIQ_IRQ();/关闭所有中断SPMC75_S_TMR_Init(1,0);/S波形发生初始化,使用定时为TMR3/IO 口使用IOB0I

23、OB7,IPM 为高有效 MC75_DMC_UART_Setup(9600);/DMC 通信初始,波特率为 9600 Systime_Init();/初始化 TMR2 为 1mS 中断一次IRQ();while(1)MC75_DMC_UART_Service();/DMC 通信SPMC75 Moto RUN F Set(SPMC DMC Load SpdCmd (1),0);/根据通信信息设置电机工作频率if(g iMoto Run Time 9)g iMoto Run Time = 0;SPMC75_Moto_RUN_Ctrl(0); /电机频率线性过度,防止频率突变 SPMC DMC Sa

24、ve SpdNow(1,g SDaemp0.Currently F);/返回电机的当前工作频率/=/ Description: IRQ3errupt source is,used to/ Notes:/=void IRQ3(void)attribute(ISR); void IRQ3(void)if(P TMR3 S us-B.TPRIF)P TMR3 S us-B.TPRIF = 1;/Clear TPRIF flagSPMC75_S_ISR(0);/调用周期中断服务5流程图5.1主流程与说明主程序主要完成各个模块的初始化，而后便监视 UART 的数据接收情况，如果收到了有效的波形参数数据，

25、则调用 SPMC75_S_VF_account(unsignedF,unsignedKvf,Moto) 对波形参数进行预置更新，而波形数据将在预置更新完成后的第一个周期中断中完成波形数据更新操作。主程序流程如图5-1 所示。图 5-1 主程序流程 Sunplus Technology Co.,.PAGE 16V1.0 Mar 29, 20055.2中断子流程与说明进入进入 DDS 频率的周期中断片后，程序首先判断有没有新的波形参数设置，如果没有就直接，如果有则先更新波形参数（相位增量和幅度调制系数），而后进入 DDS频率。DDS是在每一次的周期中断，波形相位在原相位的基础上加上用户设置的相位增量值N（这个值正比于波形频率），而后查出这个相位所对应的幅度值，同时还查出距这个相位 120 度和 240 度的二个相位对应的幅度值，最后将这三个值分别乘以幅度调制系数 AM 后送入产生模块产生相应占空比的信号。其流程图如图5-2 所示。图 5-2 TMR3 周期中断服务流程 Sunplus Technology Co.,.PAGE 17V1.0 Mar 29, 20056MCU 使用资源6.1MCU 硬件使用资源说明