SPWM波發(fā)生器設(shè)計(jì)論文

SPWM波發(fā)生器設(shè)計(jì)彭軍王孝東郭中洛李堯龔祥摘要：本設(shè)計(jì)由模擬電路和MSP430單片機(jī)控制兩部分構(gòu)成。模擬電路由一片LM324四運(yùn)放構(gòu)成三角波發(fā)生器、比列加法器、濾波器、比較器四部分。利用MSP430G2553單片機(jī)的比較器模塊設(shè)計(jì)產(chǎn)生SPWM波。本設(shè)計(jì)改進(jìn)之處在三角波發(fā)生電路的穩(wěn)壓二極管的附近接一個(gè)濾波電容，降低穩(wěn)壓二極管所產(chǎn)生的噪聲。關(guān)鍵詞：SPWM三角波濾波器MSP4301前言電源應(yīng)用的變革確立了脈沖寬度調(diào)制（PulseWidthModulation）即PWM技術(shù)的重要地位，并且賦予了電子變流技術(shù)強(qiáng)大的生命力，產(chǎn)品幾乎涵蓋了所有的開關(guān)電源、斬波器及電流變換器等領(lǐng)域。始于1975年推廣應(yīng)用正弦脈寬調(diào)制（SinusoidalPWM簡稱SPWM）以來，經(jīng)多年研究發(fā)展的歷程，正弦逆變技術(shù)也漸趨成熟而服務(wù)于廣泛的交流應(yīng)用場合，涉及民用、商用、軍用及科研四大板塊，人們也真實(shí)的感受到系統(tǒng)性能的改善、能源轉(zhuǎn)換效率的提高和電磁污染的減少或凈化，也為應(yīng)用的持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并且越來越多的與其他科學(xué)領(lǐng)域相互關(guān)聯(lián)、相互交叉和相互滲透，繼而應(yīng)用系統(tǒng)逐漸朝高性能、高效率、大功率、高頻化和智能化的方向發(fā)展，同時(shí)隨著工程發(fā)展的日益需求，對逆變系統(tǒng)提出了更高的要求。2作品簡介本系統(tǒng)利用LM324構(gòu)成三角波發(fā)生器、比例加法器、濾波器、比較器，從而產(chǎn)生SPWM波。另外使用LaunchPad430單片機(jī)，在檢測正弦波和三角波的參數(shù)的波形參數(shù)的基礎(chǔ)上，也輸出一個(gè)SPWMB波。3總體方案設(shè)計(jì)與選擇方案一：根據(jù)題目要求，使用一片LM324四運(yùn)放產(chǎn)生SPWM波，其總體方框圖如圖1所示。圖1方案二：基于檢測正弦波和三角波的波形參數(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用MSP430單片機(jī)輸出SPWM波，其整體方框圖如圖2所示。MSP430MSP430SPWM波圖24單元模塊設(shè)計(jì)4.1使用LM324四運(yùn)放設(shè)計(jì)SPWM波4.1.1整體電路原理圖圖34.1.2該設(shè)計(jì)要求單電源供電，而LM324集成四運(yùn)放的波形產(chǎn)生電路工作在雙電源模式下，因此采用如圖4所示的單電源轉(zhuǎn)換為雙電源電路。采用電容分壓、電阻均壓原理將12V電源轉(zhuǎn)換為+6V和-6V雙電源輸出。圖44.1.3該三角波形成模塊電路由方波產(chǎn)生電路和積分電路組成如圖5所示。即將方波經(jīng)過積分形成三角波。該電路采用LM324集成四運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)三角波形成電路。其參數(shù)計(jì)算公式如下：周期：T=4頻率：U1輸出電壓：Uo=(4.3V為圖中穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值)U1圖54.1.4比例加法器設(shè)計(jì)該電路采用LM324加法器應(yīng)用模塊電路設(shè)計(jì)如圖6所示。其參數(shù)公式如下：輸出電壓：UO=1+圖64.1.5該電路采用RC低通濾波器電路如圖7，電路參數(shù)計(jì)算公式如下：濾波截止頻率：f=；參數(shù)確定：R13=320Ω，C4=1μF。圖74.1.6該電路采用LM324電壓比較應(yīng)用模塊電路設(shè)計(jì)（見圖8）。其理論參數(shù)比較如下：U混>U△U5=-U(sat)Ui=UR轉(zhuǎn)折點(diǎn)U混<U△U5=-U(sat)圖84.2使用LaunchPad430單片機(jī)設(shè)計(jì)SPWM波4.2.1Msp430G2553的管腳示意圖如圖9圖94.2.2MSP430G2553控制理論LaunchPad430單片機(jī)的P1.6管腳接外部的GREENLED和數(shù)字示波器，P1.0和P1.1是外部模擬信號輸入引腳，初始化程序是此燈是點(diǎn)亮的，當(dāng)外加模擬電量P1.0大于等于P1.1的時(shí)候進(jìn)入循環(huán)，燈點(diǎn)亮，有方波輸出，當(dāng)不滿足條件是輸出低電平。占空比取決于正玄波的電平高于三角波的時(shí)間，時(shí)間越長占空比越小反之越大（通過調(diào)節(jié)三角波電壓）。5作品測試及分析5.1測試儀器數(shù)字示波器（DS1302CA）、信號發(fā)生器(DG1022)、萬用表(VC890C+)。5.2測試結(jié)果 5.2.1U1~U5的測量參數(shù)（如表1）峰峰值頻率U14.12v5.01kHzU2200mv500HzU312.0mv6.15kHzU4U522.2mv表15.2.2U1~U5的波形圖U1輸出波形（三角波）圖10U2輸出波形（正弦波）圖11圖10圖11U3輸出波形（疊加波）圖12U4輸出波形（500Hz以下）圖13圖12圖13U5輸出波形（SPWM波）圖14圖145.2.3MSP430產(chǎn)生SPWM波如圖6結(jié)論（1）本設(shè)計(jì)采用SPWM自然采樣法，同時(shí)具有自然采樣實(shí)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)。（2）自然采樣法輸出的SPWM波形之間存在脈沖寬度誤差，這是采樣周期的主要誤差源。改進(jìn)方法運(yùn)用數(shù)字化自然采樣法來減小脈沖寬度的誤差。（3）用MSP430單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)多路SPWM波產(chǎn)生，不僅能滿足多電平變流器所需多邏輯SPWM的要求，而且能應(yīng)用于大功率、高精度、低失真逆變器中。附錄一：參考文獻(xiàn)1.劉振庭主編.《模擬電子技術(shù)》[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.2.秦龍編著.《MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講》[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.7.3.(日)稻葉保著；關(guān)靜，胡圣堯譯.《模擬技術(shù)應(yīng)用技巧101例》[M].北京：科學(xué)出版社，2006.4.毛惠豐、陳增祿、任記達(dá)等SPWM數(shù)字化自然采樣法的理論及脈沖誤差分析[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006.5附錄二：MSP430的控制程序程序（一）#include<msp430g2553.h>voidmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;//關(guān)看門狗//CACTL1=CAON+CARSEL+CAREF_1;CACTL1=CAON;//打開比較器//CACTL2=P2CA0;CACTL2=P2CA1+P2CA0;//選擇CA0，CA1管腳輸入P1DIR=0X00;P1SEL|=BIT0+BIT1;//選擇P1.0P1DIR|=BIT6;P1OUT|=BIT6;while(1){if((CACTL2|0XFE)==0XFF){P1OUT&=~BIT6;CACTL1&=0XFE;}else{P1OUT|=BIT6;}}}程序（二）#include<msp430g2553.h>voidmain(void){WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;_EINT();//CACTL1=CARSEL+CAON+CAREF_1+CAIE;//使用0.25VCC做參考電壓0.5VccCAREF_2CACTL1=CAON+CAIE;//CACTL2=P2CA0+CAF;CACTL2=P2CA0+P2CA1+CAF;//CA1為參考電壓（-端）比較器輸出經(jīng)過rc低通濾波器分壓。P1DIR=0X00;//設(shè)置輸入//P1UART=~UCMODE0;P1SEL|=BIT0+BIT1;//P1.0和P1.1為模擬通道輸入P1DIR|=BIT6;P1OUT|=BIT6;while(1){LPM0;}}#pragmavector=CO