近年來，新型電力電子器件的不斷涌現以及微電子技術的發展，使得變頻調速技術得到飛速的發展，而以單片機為核心的數字化控制系統簡化了硬件，降低了生產成本提高了控制精度，使整個系統的成本大幅度降低，強了變頻器的市場競爭力。

　　本文結合低成本變頻器的開發實例介紹了一種用于變頻調速系統的微處理芯片HD64F/3687，它以H8/00HCPU為內核的16bits的高速微處理芯片。其主要特點是：運算功能強大；指令系統簡明、優化；比較高時鐘頻率可達20MHz；可方便使用C、C++、匯編語言編程；價格低；有完整的開發與調試工具等。在變頻調速系統中變頻器的主回路由整流器和逆變器組成，逆變器部分常采用PWM的控制方式，由軟件生成所需的SPWM波形。在低成本變頻器的開發中可以充分利用HD64F/3687內部的集成定時時鐘模塊（TirnrZ）輸出SPWM波形實現對電機的調速控制。

　　兼容，具有高速、低耗、大容量和抗干擾能力強等優點，被廣泛應用于工業控制領域中。下面對HD64F/ 3687芯片內部結構及內部產生PWM波的定時時鐘模塊做簡單介紹。

　　如所示為HD4F/3687內部結構圖。其主要由以下部分組成：16個16bits的通用寄存器，1個用于產生PWM波的定時時鐘（TimerZ）2個8bits的定時器（TimerB1andTimerV）用于隨機計數的主控系統的PWM信號由HD64F/ 3687芯片產生，由I/O送至驅動電路，控制開關器件的導通和關斷。在主電路板和控制板上另有一些外圍數字及模擬電路對外部輸入輸出信號進行隔離和前置處理。檢測保護電路為主CPU及主回路提供控制及保護的有關信號，使CPU能可靠地實現控制和保護動作。另在主控電路外圍有大量的輸入輸出端子，可以方便地供用戶使用一些諸如可編程控制器等外部器件對系統進行遠程控制。

　　這個值即為所設死區時間的大小。定時器0的通用寄存器GRA用于產生一定周期的載波信號，改變GRA0的值就改變了載波頻率。在定時器0不斷計數的同時也在不斷地將定時器0計數的值和緩沖寄存器的內容進行比較，當兩個值相等時產生匹配信號，緩沖寄存器的內容轉移到比較寄存器中產生一路互補的PWM波形。緩沖寄存器中放的是代表脈寬的計數值，定時器0向上計數和向下計數（使載波為三角波）時各有一次計數器的值和緩沖寄存器的值相等，這兩次匹配都會導致PWM輸出在引腳上的翻轉，因此，通過改變緩沖寄存器的值就可以控制在一個周期內發生匹配的時刻，即控制每個載波周期中輸出PWM波脈沖的寬度。

　　3HD64F/687在低成本變頻器中的應用3.1硬件構成采用開關頻率比較高的IGBT作為變頻器逆變部分的主開關器件，低成本變頻器的主控原理如所示。其中控制回路的核心芯片為HD64F/3687.由于該芯片/端口可復用，為降低生產成本，簡化硬件電路，控制回路的鍵盤和顯示部分共用I/O口，采用分時復用的方法，使用片選信號復用芯片端子，分時復用O口實現鍵盤和七段碼不同時段的掃描。

　　器（WDT），2通道串行口（SCI），I2CBus接口以及10?bitA*D轉換器。片內含4K的高速RAM（其中1K可做FLASHRAM用）以及64K的片內ROM，其O具有復用功能。

　　2.2TimerZ定時時鐘模塊產生PWM波的功能。TimerZ定時器為一兩通道的16bits定時器，有復位同步及互補PWM兩種PWM波產生方式。在PWM波產生模式下，FTTOB、FTTOC和FTIOD引腳自動變為PWM波的輸出管腳，16bits通用寄存器GRA被用作周期寄存器，GRB、GRC和GRD被用作三相占空比寄存器。為保證逆變器上下兩個橋臂的開關器件不會同時導通選用能加入死區時間的互補PWM波產生方式。對TirnrZ的時鐘作用控制寄存器TFCR進行設置，使其工作在互補PWM模式下。在互補PWM模式下，TCNT*0和TCNT*1執行減計數。當TCNT*0和GRA*0的內容相比較且匹配時，計數器開始減計數，當TCNT*1下溢時，計數器計數。在GRB-0、GRA」和GRB」

　　中，比較匹配是按照1CNT*0！CNT*1*CNT*1*TCNT*0的順序執行的，在一次減計數中輸出PWM波。在這種模式下TCNT*0設定的初始值大于TCNT*1的初始值。當設定的GRB0的值大于或等于GRA*0的值，或給GRBO賦0值時，即可得到0%和100%占空比的輸出。

　　時鐘產生的互補PWM波波形，如所示。

　　由可以看出，TCNT0的初始值大于TCNT1，32軟件設計在低成本變頻器的開發設計中，為便于調試及今后的擴展維護，整個系統的控制軟件主要采用模塊化設計。軟件模塊主要包括V/F曲線模塊、PWM脈寬計算模塊、加減速曲線模塊、鍵盤顯示控制模塊、故障保護模塊、順序控制及控制字模塊等。各模塊通過開關量連接子和數據量連接子相聯系，各模塊間相對獨立，互不干擾。系統軟件控制框圖如所示。

　　在低成本變頻器的設計中采用V/F控制方法，即變頻變壓控制方式。為保持電機主磁通的恒定，在基頻以下采用恒磁通（恒轉矩）的控制方式，基頻以上采用恒功率（恒壓）的控制方式。根據設定頻率與實際頻率的差值，在設定的加減速時間內使實際頻率跟隨目標頻率，實現軟啟動功能。PWM波的產生是變頻控制的核心部分，是關系控制效果的關鍵，在開發設計中選用規則采樣法輸出PWM的方式。此種方式可實現由逆變器自身同時完成調壓和調頻的任務，減小電機的轉矩脈動和諧波損耗，在低速下也能實現平穩運轉及快速電流控制。

　　鍵盤部分和顯示部分共用輸入輸出口，可實時顯示頻率、電壓、電流、轉速，以及各種故障信息等功能。變頻器屬于強電設備，保護功能是必不可少的。

　　保護功能分為對嚴重故障的保護及普通故障保護部分。對于過流、過壓等可能嚴重損及設備及人身安全的故障，一旦故障發生，CPU即進入保護動作，封鎖各路PWM脈沖信號，發出故障信息；而對那些只是超出正常運行狀況但又不必立即停機的故障，如過載、失速防止、電子熱繼電器等則可采取一定軟硬件處理使其恢復正常，從而避免設備的往復停運。

　　3.3數值處理HD64F/3687芯片為定點微處理器，只能以整數形式表示數值，但在程序設計中有許多運算需要以浮點數方式完成，因而運算精度大受影響，在這使用了一種整數量化的方法即Q格式處理數據。其基本原理是將浮點數乘以2"加以放大，再以其乘積的整數部分來表示此數值，這種表示方式會將數值的量化誤差由原來的1降為理論上K值越大，數值的量化誤差越小。對于16bits的微處理器，其能表示的數值范圍介于（一215~215），若有一數N的范圍介于一2m　　4SPWM信號產生程序及的關系。

　　由可得載入TimerZ的三相比較值分別為：其中：C"、Cv、Cw分別為載入定時器的比較值；2Z為載波周期；va、W、vc分別為三相相電壓瞬時值；Vdc為直流母線電壓值。

　　SPWM信號發生程序的主回路及中斷流程圖分別如（a）、（b）所示。

　　其中在PWM中斷處理程序中將360*分成3600份，每0.1*計算一個點。

　　波形圖，很顯然為正弦波。及分別為相同條件下5Hz及100Hz的主回路電壓波形圖（上下部分同）。

　　由~可看出采用此種芯片生成的SPWM波無論是在高頻還是在低頻均有較好的控制效果且可滿足開發設計的要求。

　　1B7/=50出n.j的輸f！！電m波形陽/=51k時賄觸碟HD64F/3687芯片是一種低價高性能的微處理芯片，該芯片內部有集成定時時鐘模塊（TimerZ）。本文介紹了此種芯片在低成本變頻器中的應用，實際應用證明，使用HD64F/3687芯片輸出的SPWM波形基本達到了低成本變頻器的開發設計要求，其輸出頻率可達上百赫茲，開關頻率也在10kHz以上，且采用此種芯片生成的SPWM波的方式簡單易行，具有簡化硬件電路，降低變頻器生產成本等優點，在通用型簡易變頻器中具有廣泛的應用價值。，