AVR控制的逆变电路设计.docx

基于AVR控制的逆变电路设计2016.5.4逆变电源是一种采用电力电子技术进行电能变幻的装置，主要应用与银行、 通信、医院、金融等重要机构。设计内容包括逆变电路原理分析、微机控制电路 设计、主电路设计、主要开关器件驱动电路设计，系统抗干扰设计，保护设计， 主电路设计采用开关频率高导通压降低功耗低的绝缘栅双极晶体管AVR。逆变电 源输入输出都经过变压器进行电气隔离，使整个电路系统与外接电网和负载完全 电气隔离。电源保护电路主要有过流保护、过压保护、短路保护，通过将主电路 中的电压电流信号反馈到控制电路中，实现系统自我保护功能。为保证输出稳定 的交流电压，对交流输出电压进行取样，经过采样电路处理反馈到控制电路中进 行分析，使输出电压幅值稳定在规定范围内。关键词：逆变电源；AVR；微机控制；保护电路；设计方案一、AVR简介二、逆变电路设计概述1. 直流端调压2. 逆变器内部调压三、AVR单片机简介及芯片介绍（一）AVR单片机简介1. AVR系列单片机四、AVR单片机的主要特点五、逆变电路温度控制系统方案（一）系统方案介绍六、AVR控制的逆变电路设计方案1. 总体设计框图2. SPWM方案选择2.1、PWM电源芯片方案2.2、CPU软件方案3. 系统硬件电路设计3.1 CPU控制器3.2驱动和逆变电路3.3滤波电路3.4推挽升压电路4. 系统软件设计5. 实验结果结论参考文献、AVR简介AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU)精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可 以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器 等各个领域。1997年，由Atmel公司皿旧IAYR龈火林土雄供W挪威设计中心的A先生和V先生，利用Atmel公司的Flash新技术，共同研 发出RISC精简指令集高速8位单片机，简称AVR。本段AVR的主要特性高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位，一直是衡量单片机性能的 重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。早期单片机主要由于工艺及设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因， 所以采取稳妥方案：即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。以后的 CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施，但这种状态并未被 彻底改观(51以及51兼容)。此间虽有某些精简指令集单片机(RISC)问世，但依然沿 袭对时钟分频的作法。AVR单片机的推出，彻底打破这种旧设计格局，废除了机器周期，抛弃复杂 指令计算机(CISC )追求指令完备的做法；采用精简指令集，以字作为指令长度单 位，将内容丰富的操作数与操作码安排在一字之中(指令集中占大多数的单周期 指令都是如此)，取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指 令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器 存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比 较匹配寄存器及相应控制逻辑）。提高了指令执行速度（1Mips/MHz），克服了瓶颈 现象，增强了功能；同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降 低了成本。故AVR单片机在软/硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优 化平衡，是高性价比的单片机。AVR单片机内嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便 于产品的调试、开发、生产、更新。内嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据， 避免断电丢失。片内大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效 的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51单片机那样扩展外部RAM。AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可 设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O 口资源灵活、功能强大、可充分利用。AVR单片机片内具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。 其中与8/16位定时器配合的具有多达10位的预分频器，可通过软件设定分频系 数提供多种档次的定时时间。AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向 计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、 相位可变方波的设计方法（即脉宽调制输出PWM）”更是令人耳目一新。增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、 两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通 信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂 应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断 服务时间短，故可实现高波特率通讯。面向字节的高速硬件串行接口 TWI、SPI。TWI与I2C接口兼容，具备ACK信 号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4 种组合的多机通信。SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD， 多个复位源（自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位），可设置的启 动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-1.8V），抗干扰能力 强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。AVR单片机技术体现了单片机集多种器件（包括FLASH程序存储器、看门狗、 EEPROM、同/异步串行口、TWI、SPI、A/D模数转换器、定时器/计数器等）和多 种功能（增强可靠性的复位系统、降低功耗抗干扰的休眠模式、品种多门类全的 中断系统、具输入捕获和比较匹配输出等多样化功能的定时器/计数器、具替换 功能的I/O端口）于一身，充分体现了单片机技术的从“片自为战”向“片 上系统SoC”过渡的发展方向。综上所述，AVR单片机博采众长，又具独特技 术，不愧为8位机中的佼佼者。编辑本段AVR最大特点哈佛结构，具备1MIPS / MHz的高速运行处理能力；超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一 ACC进行处理造成的瓶颈现象；快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、 执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适用于使用高级语言进行开发；作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA （单一输出），作输入时 可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功 能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；大部分 AVR 片上资源丰富：带 E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI， ISP，AD，Analog Comparator， WDT 等；大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁应用程 序AVR系列单片机的选型AVR单片机系列齐全，可适用于各种不同场合的要求°AVR单片机有3个档次: 低档Tiny系列AVR单片机：主要有Tiny11/11孑1?2&28等；中档AT90S系列AVR单片机：主要有AT90S1200/23138515/8535等；（正在 淘汰或转型到Mega中）高档ATmega系列AVR单片机：主要有ATmega8/1/32/64/128（存储容量为 8/163264/128 KB）以及 ATmega851早8535 等。AVR也是自动电压调节器的缩写Stanford AVR SX440，AVR Studio ATMEL的AVR单片机的集成环境汇编级开发 调试软件，完全免费。ATMEL AVR Studio（IDE），包括了 AVR Assembler、AVR Studio 调试功能、AVR Prog串行、并行下载功能和JTAG ICE仿真等功能。二、逆变电路设计概述逆变电路输出电压基波方均根值随外加控制信号电压的大小作连续调节。逆 变电路的基本功能固然是将直流电能改变成所需频率的交流电能，但含逆变电路 的工业特殊交流电源，除了必须具备变频功能之外，还要求其出端电压在一定范 围内连续可调。例如，为了防止交流电动机磁路饱和，用于变频调速的电源输出 电压需要与工作频率同步调节,以保持U/f值为常数（其中U为电源输出基波电 压方均根值,f为工作频率）。为了适应不同工件和工艺规范的需要，用于感应加 热的电源输出功率需要在一定范围内连续可调（相当于电源输出电压可调）。为 了在电网和负载波动条件下维持输出电压恒定，各种恒压电源（如不停电电源等） 必须具备输出电压快速调节的功能等等。截至20世纪80年代，已发展了多种调压方式以适应不同场合的要求，主要 有直流端调压和逆变器内部调压两类。1. 直流端调压逆变输出电压的调节由直流电压为可调来实现。这时逆变器仅具有变频功 能，而直流侧则具有可控整流的功能（见相控整流电路和直流变换电路）。该功 能可由以下电路结构实现： 相控整流电路； 不控整流电路加直流斩波电路； 斩控整流电路； 交流调压电路加不控整流电路。较常用的是前两种。2. 逆变器内部调压直流端采用不控整流电路。直流电压不变，逆变输出电压的调节在逆变器内 部实现。这时逆变器兼具变频和调压两种功能。这种调压方式较之直流端调压具 有主电路结构简单、电网侧功率因数高、电压调节动态响应快等优点，因而得到 更多的应用。逆变电路内部调压功能以调压范围和线性度等工作指标来衡量。 但由于在调压过程中也会影响逆变输出电压的谐波含量，而谐波含量的高低对逆 变器出端滤波器容量、体积和重量、整机效率、输出功率都有影响，因此在评价 各种调压方式时，除了考虑上述调压功能之外，还要兼顾谐波含量的影响。常见的逆变器内部调压方式有以下两种。桥内移相调压方式。各桥臂用自关断元件的通用符号表示，其控制极脉冲分布状态如图1b。由 图可见，ug1和ug4、ug2和ug3保持相位互补关系，但ug3和ug2分别引前于 ug1和ug4某一电角度。，该角度在0°180°范围内连续可调。图1a中虚线 框A内两臂称为基准臂，B内两臂则称为移相臂。改变移相臂对基准臂的相位差 0即可改变输出电压波形，从而改变输出电压基波方均根值。对输出电压进行分 析，可得式中n为正奇数,T为脉冲宽度。上式表明，改变参数T （相当于改变相移），即可改变各次谐波幅值。其中基波方均根值可表示为桥内移相调压方式的优点是控制简单,调压线性度好，但输出电压谐波含量较 大。正弦脉宽调制（SPWM）调压方式：仍以单相电压型逆变电路为例（图2a），为简单计，各桥臂仍用自关断元件（如GTO、GTR和Power MOSFET等，若采用普通晶闸管则需附加换流电路），显然，主电路结 构与图1完全相同，脉宽调制（英文缩写PWM）控制方式是高频电力电子电路 常用的控制方式。在逆变电路的范围内，它可视为频控方式与斩控方式的结合， 其基本思路是使电路中可控元件以远高于逆变器输出频率f的载波频率fc开 关工作，而可控元件在每一载波周期（Tc=1/fc）中的占空比D（D = t /Tc，T为元件 导通时间，即控制极脉冲宽度）则受控于控制信号ug的幅值，因此所谓正弦波脉 宽调制（英文缩写SPWM）是指在一个逆变周期T（T=1/f）中，脉宽T随时间按正 弦规律变化，即式中K为比例常数，是控制信号幅值。图2b为门极脉冲的形成方式，其脉 宽T由载波信号uc （三角波）和调制信号ug （正弦波）的交点决定。图2a桥左 侧虚线框A的导电臂称为频控臂（含T1和T4），由调制频率f控制；虚线框B 的臂（含T2和T3）称为斩控臂，由载波频率fc控制。逆变桥输出电压u0的波形 如图2c。由图可见，u0的脉冲个数由比值fc/f决定，u0的脉宽随时间按正弦变 化,T （t）值则取决于比值/Ucm，Ucm为载波电压信号幅值。改变实现调压的目的。 的值即可改变T （t）,从而改变逆变输出电压基波方均根值SPWM调压方式的优点是低次谐波含量低、调压线性度好，但输出电压低， 即在同一直流电压Ud值下。三、AVR单片机简介及芯片介绍（一）AVR单片机简介1. AVR系列单片机ATMEL公司的AVR单片机有三个系列的产品。为满足不同的需求和应用，ATMEL公司对AVR单片机的内部资源进行了相应的扩展和删减，推出了tinyAVR、low power AVR和megaAVR，分别对应低、中、高三个不同档次数十种型号的产品三个系列的所有型号的AVR单片机，其内核都是相同的，指令系统兼容。 只是在内部资源的配备（存储器容量的大小等）、以及片内集成的外围接口的数 量和功能上有所不同。tinyAVR系列的AVR内部的资源相对少一些，引脚也少。适合应用在家用电 器、简单的控制方面的应用，如：空调、冰箱、微波炉、烟雾报警器等。mega系列单片机的性能不仅优越，同时也有非常好的性能价格比。引脚数 最少（28个引脚）的ATmega8,目前在我国国内市场上的价格不超过10元人民币， 却有1K的SRAM、8K的Flash、512个字节的E2PROM，2个8位和1个16位 共3个超强功能的定时器/计数器，以及USART、SPI、8路10位ADC、WDT、 RTC、ISP、IAP、TWI（I2C）、片内高精度RC振荡器等多种功能的接口和特性。ATmega2560是目前AVR中配置最全、功能最强的一款。它的引脚数最多 （100个引脚），在片内集成了 8K字节的SRAM、256K字节的Flash、4K字节的 EEPROM，支持64K空间的外部并行扩展，2个8位和4个16位共6个超强 功能的定时器/计数器，以及4路USART、SPI、多路10位ADC、WDT、RTC、ISP、 IAP、TWI（I2C）、片内高精度RC振荡器等多种功能的接口和特性，适合高档电 子产品的应用。AVR采用了 RISC结构，其在速度、内存容量、外围接口的集成化程度、以 及向串行扩展，更适合使用高级语言编程的等众多的特性，以及其所使用的开发 技术和防真调试技术等方面，都充分体现出和代表了当前单片嵌入式系统发展的 趋势。也正是由于这些显著特点，和具有极高的性价比，使得AVR得到广泛的 应用，在短时间内成为市场上的主流芯片之一。四、AVR单片机的主要特点AVR单片机吸取了 PIC及8051等单片机的优点，同时在内部结构上还作了 一些重大改进，其主要的优点如下：1. 程序存储器为价格低廉、可擦写1万次以上、指令长度单元为16位（字） 的FlashROM （即程序存储器宽度为16位，按8位字节计算时应乘2）。而数据 存贮器为8位。因此AVR还是属于8位单片机。2. 采用CMOS技术和RISC架构，实现高速（50ns）、低功耗（“A）、具有SLEEP（休 眠）功能。AVR的一条指令执行速度可达50ns（20MHz），而耗电则在1uA2.5mA 间。AVR采用Harvard结构，以及一级流水线的预取指令功能，即对程序的读取 和数据的操作使用不同的数据总线，因此，当执行某一指令时，下一指令被预先 从程序存储器中取出，这使得指令可以在每一个时钟周期内被执行。3. 高度保密。可多次烧写的Flash且具有多重密码保护锁定（LOCK）功能，因 此可低价快速完成产品商品化，且可多次更改程序（产品升级），方便了系统调试， 而且不必浪费IC或电路板，大大提高了产品质量及竞争力。4. 工业级产品。具有大电流1020mA（输出电流）或40mA（吸电流）的特点， 可直接驱动LED、SSR或继电器。有看门狗定时器（WDT）安全保护，可防止程序 走飞，提高产品的抗干扰能力。超功能精简指令。具有32个通用工作寄存器（相当于8051中的32个累加 器），克服了单一累加器数据处理造成的瓶颈现象。片内含有128-4K字节SRAM， 可灵活使用指令运算，适合使用功能很强的C语言编程，易学、易写、易移植。5. 程序写入器件时，可以使用并行方式写入（用编程器写入），也可使用串行 在线下载（ISP）、在应用下载（IAP）方法下载写入。也就是说不必将单片机芯片 从系统板上拆下拿到万用编程器上烧录，而可直接在电路板上进行程序的修改、 烧录等操作，方便产品升级，尤其是对于使用SMD表贴封装器件，更利于产品 微型化。6. 通用数字I/O 口的输入输出特性与PIC的HI/LOW输出及三态高阻抗HI-Z 输入类同，同时可设定类同与8051结构内部有上拉电阻的输入端功能，便于作 为各种应用特性所需（多功能I/O 口）, AVR的I/O 口是真正的I/O 口，能正确反 映I/O 口的输入/输出的真实情况。7. 单片机内集成有模拟比较器，可组成廉价的A/D转换器。8. 像8051 一样，有多个固定中断向量入口地址，可快速响应中断，而不是 像PIC 一样所有中断都在同一向量地址，需要以程序判别后才可响应，这会浪费 且失去控制时机的最隹机会。9. 同PIC 一样，带有可设置的启动复位延时计数器。AVR单片机内部有电源 上电启动计数器，当系统RESET复位上电后，利用内部的RC看门狗定时器，可 延迟MCU正式开始读取指令执行程序的时间。这种延时启动的特性，可使MCU 在系统电源、外部电路达到稳定后再正式开始执行程序，提高了系统工作的可靠 性，同时也可节省外加的复位延时电路。10. 具有多种不同方式的休眠省电功能和低功耗的工作方式。11. 许多AVR单片机具有内部的RC振荡器，提供1/W8MHZ的工作时钟， 使该类单片机无需外加时钟电路元器件即可工作，非常简单和方便。12. 有多个带预分频器的8位和16位功能强大的计数器/定时器（C/T），除 了实现普通的定时和计数功能外，还具有输入捕获、产生PWM输出等更多的功 能。13. 性能优良的串行同/异步通讯USART 口，不占用定时器。可实现高速同/ 异步通信。14. Mega8515及Mega128等芯片具有可并行扩展的外部接口，扩展能力达 64KB。15. 工作电压范围宽2.7V6.0V，具有系统电源低电压检测功能，电源抗干 扰性能强。16. 有多通道的10位A/D及实时时钟RTC。许多AVR芯片内部集成了 8路 10 位 A/D 接口，如：mega8、mega16 等。17. AVR单片机还在片内集成了可擦写10万次的EEPROM数据存储器，等 于又增加了一个芯片，可用于保存系统的设定参数、固定表格和掉电后的数据的 保存。即方便了使用，减小了系统的空间，又大大提高了系统的保密性。五、逆变电路温度控制系统方案（一）系统方案介绍本系统是一个简单的温度控制系统，以高速AVR系列单片机中的MEGA16 为主控制器，采用DS18B20温度传感器实时采集被控对象的温度信息，采集到 的温度信息经转换后送至显示电路进行显示，同时送至主控制器，主控制器根据 按照预设的控制规律进行处理并输出控制信号驱动执行机构作出相应动作使温 度回到设定范围并维持。温度控制系统的整体设计方案包括硬件设计和软件设计。本系统的硬件方案 以单片机微控制器为核心，外接晶振，电源，复位电路，温度测量电路，键盘扫 描电路，显示电路，报警电路，执行电路等组成。硬件方案框图如下图所示。本系统的软件方案采用PID控制规律，通过改变AVR单片机输出PWM波形 的占空比实现对直流电动机转速的调节，从而改变散热风扇的转速进行温度控 制。主控制器模块：系统核心。温度扫描模块：采用美国DALLAS半导体公司生产的18B20温度传感器，直 接采集温度信息。温度显示模块：外接LED数码管显示测量的实时温度。键盘扫描模块：设定温度最高限、最低限，设定温度值的增加和减小功能键。 温度控制执行模块：采用PWM对风扇的转速进行调节。图4-1系统框图本系统拟实现以下功能通过键盘设定温度控制的范围，温度传感器连续对被控对象的温度进行采 集。1.当温度传感器检测到被控对象的温度在设定范围内时，散热风扇低速运 行，并显示当前温度；2. 当温度传感器检测到被控对象的温度高于设定时，散热风扇根据主控制器的PWM波形高速运行；并显示当前温度；3. 当温度传感器检测到被控对象的温度低于设定时，散热风扇停止运行，系 统发出报警信号，并显示当前温度。六、AVR控制的逆变电路设计方案1、总体设计框图如图1所示，逆变器系统由升压电路、逆变电路、控制电路和反馈电路组 成。低压直流电源DC12V经过升压电路升压、整流和滤波后得到约DC170V高压 直流电，然后经全桥逆变电路DC/AC转换和LC滤波器滤波后得到AC110V的正 弦交流电。! DCt高传虬 if .':匚三沥幕哦 三浏餐P瞄氏土二；令:RlMrf町如鬲器灯=|反晶爵I :!J二_J :用1逆变曷系统的原理枪.逆变器以AVR控制器为控制核心，输出电压和电流的反馈信号经反馈电路 处理后进入AVR处理器的片内AD，经AD转换和数字PI运算后，生成相应的SPWM 脉冲信号，改变SPWM的调制比就能改变输出电压的大小，从而完成整个逆变 器的闭环控制。2、SPWM方案选择2.1、PWM电源芯片方案采用普通的PWM电源控制芯片，如SG3525、TL494、KA7500等，此类芯片 的优点是能够直接的产生脉宽调制信号，但是它缺点是波形线性不好，而且振荡 发生器是依赖充放电电路而产生波形，当要PWM芯片产生SPWM信号需要附加 额外很多电路。2.2、CPU软件方案采用CPU产生SPWM脉冲，如单片机、AVR或DSP等，此种方法的优点是 脉宽可以通过软件的方式来调节，不仅精度较高，而且外围电路也很简单便宜。终上所述，选择STM32F107（AVR）完成SPWM脉冲的产生和整个逆变器的 控制。3. 系统硬件电路设计3.1 CPU控制器CPU是整个逆变器的核心部分，主要负责反馈信号的采集、数字PI闭环计 算、PWM波输出、参数设置和外部通信。CPU采用的是ST公司最新推出的 STM32F107系列AVR芯片。该系列芯片采用AVR公司32位的Cortex M3为核心， 最高主频为72MHz，Cortex核心内部具有单周期的硬件乘法和除法单元，所以适 合用于高速数据的处理。芯片具有三个独立的转换周期，最低为1ms的高速模 数转换器，三个独立的数模转换器带有各自独立的采样保持电路，所以特别适合 三相电机控制、数字电源和网络应用。芯片还带有丰富的通讯单元，包括1个以 太网接口、5个异步串行接口、1个USB从器件、1个CAN器件、I2C和SPI等模 块。3.2驱动和逆变电路逆变主电路如图2所示采用基于H桥的单相全桥逆变电路。单相全桥逆变 电路主要由Q1、Q2、Q3、Q4四个MOSFET构成。在AC于OUT之间如果加入负 载就构成了逆变回路。控制Q1、Q2、Q3、Q4按一定的顺序导通、截止就能够 得到所要的正弦波形。Jiw -口计山土牛=-im2单相主桥逆变电路对于本设计，开关管的选择主要以它的额定电压和额定电流为依据。这里选 择额定电压为500V，额定电流为20A的IRFP460N沟道增强型MOS管为开关管。 可满足设计的要求。为了限制MOSFET门极的驱动电流，需要在门极串联限流电 阻，防止由过流导致的器件损坏。3.3滤波电路经过两路SPWM信号的驱动在负载电阻上产生的电压波形是按正弦规律变 化的方波。它是一个双极性的SPWM波形。实际需要的是频率为50Hz的正弦波， 因此需要将SPWM波进行滤波。一般的PWM逆变器采用LC低通滤波器。对于 LC滤波器的设计，首先考虑滤波器的截止频率，LC滤波器的截止频率见式（1）。综合考虑滤波器输出电压谐波失真度、系统的动态响应以及体积、重量等因 素，选取截止频率，选取。3.4推挽升压电路推挽升压电路采用两个参数相同的MOSFET管和升压变压器组成，推挽变压 器的特点是效率高，损耗低，适用于低输入高输出。推挽升压电路如图3所示， 采用两个MOS管分别开通的结构，选取IPRF250场效应管，额定电流为30A，额 定电压为250V，在可以满足要求的同时内阻较小，是最为合理的选择。4. 系统软件设计CPU主要功能是完成闭环PI控制算法、发送SPWM脉冲、故障保护、数据 显示和远程通信。系统软件主要是对STM32芯片的编程，开发环境采用德国Keil 公司KeiluVision4软件，编程语言采用C语言。程序由主程序和若干子程序：通信程序、采样子程序、PWM中断程序、显 示程序等组成。进入PWM中断后，首先对各路反馈信号进行采集和处理，该流 程图如图4所示，然后经数字PI调节器运算后产生PWM脉冲输出，经驱动电 路隔离放大后驱动MOSFET，实现整个逆变电源系统的闭环控制。逆变器采用全数字控制，所有参数均能通过显示面板进行设置，数码管够实 时显示逆变器系统的输入电压、输入电流、输出电流、输出电压、运行状态、故 障信息等，当发生故障时，CPU将所有PWM脉冲全部封锁，然后将过压、过流、 过载等故障信息显示出来，并且蜂鸣器发声报警。5. 实验结果图5谨变器实弟渡形其中图5 （a）是CPU发出的两路互补对称的SPWM脉冲波形，死区时间是 3us；图5（b）是全桥逆变电路其中一个桥臂上下MOSFET的驱动波形；图5（c） 是逆变器输出交流正弦电压波形；图5（d）是逆变器电流输出波形。从图中我 们可看出逆变器输出电压波形几乎不失真，输出电流THD控制在5%以内，达到了很好的控制效果。总结本文提出的一种AVR控制的逆变器的设计方案，是基于AVR (STM32F107) 的全数字控制的逆变器，其具有高精度、小体积、全数字等特点，所有电源参数 直接通过人机界面设定并存储，并具备与上位机远程通信的功能。实验表明，该 方案中做设计的逆变器能够实现软启动功能，当出现过流、过压、过载情况时， 能够迅速封锁PWM脉冲和关断MOSFET，并及时将故障信息显示出来，实现了 逆变器的智能化。参考文献1 AVR单片机开发从入门到精通 温正，何嘉扬，赵志鹏编一一北京：中国 电力出版社20092 ATmega系列单片机原理及应用-C语言教程海涛主编北京：机械工 业出版社，2008.13 AVR高速嵌入式单片机原理与应用耿德根，宋建国，马潮，叶勇建编著 北京：北京航空航天大学出版社，20024 AVR-GCC与AVR单片机C语言开发 吴双力，崔剑，王伯岭编北京： 北京航空航天大学出版社，2004.5 AVR单片机应用设计丁化成，耿德根，李君凯北京：北京航空航天 大学出版社，2002.6 AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践马潮一一北京：北京航空航天大 学出版社，2007.7 AVR单片机入门与实践李泓一一北京：北京航空航天大学出版社，2008.8 AVR单片机C语言开发入门与指导沈文，詹卫前一一北京：清华大学出 版社，2003.9 AVR嵌入式系统基础教程周立功一一北京：北京航空航天大学出版社， 2005. 10 AVR单片机与CPLD/FPGA综合应用入门黄任北京：北京航空航天大 学出版社，2004.11 AVR系列单片机C语言编程与应用金春林，邱慧芳，张皆喜一一北京: 清华大学出版社，2003.12 ATmega单片机应用与开发刘兰香，张秋生编一一北京：机械工业出版 社，2006 13ATmega16技术手册14DS18B20 技术手册15单片机原理及应用张毅刚主编，高等教育出版社，2003/12 16DS18B20 高精度多点温度检测显示系统J，余威明仪表技术，200於17DS18B20在单片 机测控系统中的应用J，明德刚贵州大学学报，2006/12 18基于单片机的温度 智能控制系统的实现和设计D，陈忠华大连理工大学硕士论文，中国优秀硕士学位论文全文数据库，2007毕业设计终于接近尾声，作为大学阶段一次重要的学习经历我感觉自己受益浅。本次设计是在姜凯老师的指导下完成的。在毕业设计期间，无论是确定工作收集资料还是撰写论文，我都得到了姜老师的全力帮助和耐心指导。在论文完成之际，我首先要向我的指导老师姜凯表达我最诚挚的谢意，感谢 姜老师在整个毕业设计过程中耐心细致的指导！感谢姜凯老师不辞劳苦地在我设 计期间在理论和实践各个方面对我的有益的建议和具体指导，他诲人不倦的精神和 对我的谆谆教导，使我受益匪浅；他严谨的治学态度，积极的进取精神，平易近 人的工作作风，使我钦佩不已。其次要感谢在设计中给予我帮助和支持的所有同学们，他们与我就论文中许 多问题作深入细致地讨论，并且给我提出很多宝贵的建议。大学四年的生活转眼就要结束了，这几年是我人生中最重要也是最美好的时 间。在大学里，我不仅学到了丰富的专业知识，也学到了终身受用的积极的生活 态度。母校严谨的学风和老师的广博丰富的知识令我敬佩。此时此刻，我要感谢机电 工程系的全体老师几年来对我的指导和帮助，他们广博精湛的学识，严谨的治学态度 使我得到的不仅是知识，还有他们对知识孜孜不倦的追求精神及做人的品质，这将使 我终身受益。最后，我特别向百忙之中抽出宝贵时间来评阅这篇论文的各位专家和评委致 以衷心的感谢。