永磁同步電機SPWM控制器設(shè)計.doc

摘 要摘 要本文主要介紹了利用正弦脈寬調(diào)制技術(shù)對永磁同步電動機進行恒壓頻比開環(huán)調(diào)速的控制器功率設(shè)計。正弦脈寬調(diào)制技術(shù)是常用的一種脈寬調(diào)制技術(shù)，用一系列脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖代替正弦波。本文介紹了基于面積等效原理，采用查表法，利用MSP430單片機生成正弦脈寬調(diào)制（SPWM）波的方法。在功率電路中，以半橋驅(qū)動器IR2103s為驅(qū)動芯片，驅(qū)動N溝道場效應(yīng)晶體管IRF540N構(gòu)成逆變橋，將直流電逆變?yōu)榻涣麟娡ㄈ肴嗾矣来磐诫妱訖C。在調(diào)速中，采用分段同步調(diào)制技術(shù)對電機進行調(diào)速。在調(diào)試過程中，應(yīng)用直流電動機H型主電路可逆脈寬調(diào)速的原理對原有的控制器功率電路的性能進行調(diào)試測試。關(guān) 鍵 詞：正弦脈寬調(diào)制；永磁同步電動機；MSP430單片機；分段同步調(diào)制IIIABSTRACTABSTRACTThis paper described the open-loop power controller design for permanent magnet synchronous motor by using sinusoidal pulse width modulation technique. Sinusoidal pulse width modulation technique is commonly used as a kind of pulse width modulation technology, with a series of pulses instead of the sine wave and the width of the pulses are changing as sinusoidal. Introduction was made to the method of sine pulse width modulation (SPWM) wave generated by table searching, which is based on area equivalence principle. In the power circuit, the half-bridge driver chip IR2103s was used to drive N-channel field effect transistor IRF540N which constituted the inverter bridge so that the current fed three-phase sinusoidal permanent magnet synchronous motor. The sub-synchronous modulation technique was used to regulate the motor speed. During the commissioning process, the performance test of the original controller power circuit was with H-type main circuit DC motor reversible PWM speed control principle.KEY WORDS: Sine pulse width modulation; Permanent magnet synchronous motor; MSP430 single chip; Sub-synchronous modulation technique目 錄緒論目 錄1 緒論11.1 課題的研究背景和意義11.2 課題對象的特點及控制要求21.3 課題任務(wù)和要求31.3.1 課題的主要任務(wù)31.3.2 課題的基本要求31.4 設(shè)計思路32 控制器硬件設(shè)計52.1 概述52.2 硬件電路的設(shè)計52.3 元器件的參數(shù)和功能62.3.1 電力場效應(yīng)晶體管62.3.2 半橋驅(qū)動器IR2103s72.3.3 光電耦合器6N13782.4 印制電路板的設(shè)計及注意事項92.5 本章小結(jié)103 控制器軟件設(shè)計113.1 正弦脈寬調(diào)制技術(shù)113.2 SPWM波的生成方法123.2.1 計算法和調(diào)制法123.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制123.2.3 自然采樣法和規(guī)則采樣法133.3 SPWM波生成的軟硬件環(huán)境及實現(xiàn)方法143.3.1 SPWM波生成的硬件環(huán)境143.3.2 SPWM波生成的軟件環(huán)境IAR153.3.3 MSP430的編程方法和SPWM波的生成163.4 本章小結(jié)184 控制器的調(diào)試及運行結(jié)果194.1 控制器的軟硬件完成情況194.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題204.3 直流電動機可逆脈寬調(diào)速H橋主電路214.4 直流電動機H橋主電路可逆脈寬調(diào)速調(diào)試及運行結(jié)果214.5 本章小結(jié)235 結(jié)論與展望24參考文獻25附 錄1 英語文獻原文26附 錄2 英文文獻翻譯34附 錄3 控制器硬件電路原理圖47附 錄4 印制板PCB設(shè)計圖48附 錄5 SPWM波生成程序49致 謝52 4 控制器的調(diào)試及運行結(jié)果1 緒論1.1 課題的研究背景和意義直流和交流異步伺服電動機的轉(zhuǎn)速是隨電機軸上所帶的負載阻轉(zhuǎn)矩或者加在控制繞組上的信號電壓的改變而變化的1。但是在有些控制設(shè)備和自動裝置中，往往要求電動機具有恒定不變的轉(zhuǎn)速，即要求電動機的轉(zhuǎn)速不隨負載和電壓的變化而變化。同步電動機就是具有這種特性的電動機。目前，功率從零點幾瓦到數(shù)百瓦的各種同步電動機，在需要恒速運轉(zhuǎn)的自動控制裝置中得到了廣泛的應(yīng)用。例如它們用于自動和遙控裝置，無線電通訊設(shè)備，同步聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)，磁帶錄音和鐘表工業(yè)等。 小功率同步電動機是交流電動機，在結(jié)構(gòu)上主要是定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。各種同步電動機的定子與一般異步電動機的定子沒有什么不同，定子鐵心通常也是由帶有齒和槽的沖片疊成，在槽中嵌入三相或兩相繞組。當三相電流通入三相繞組或兩相電流通入兩相繞組時，在定子中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速即為同步轉(zhuǎn)速，以下式表示： （1-1）式中：ns同步轉(zhuǎn)速/ rmin-1; f電源頻率/Hz; p電機極對數(shù)。 各種小功率同步電動機的定子都是相同的，或者是三相繞組通入三相電流，或者是兩相繞組通入兩相電流，其主要作用都是為了產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。但是轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)型式和材料卻又很大差別，因而其運行原理也就不同。根據(jù)轉(zhuǎn)子型式的不同，小功率同步電動機主要可分為永磁式電動機、反應(yīng)式電動機、磁滯式電動機等。 永磁式同步電動機的轉(zhuǎn)子由永久磁鋼做成。它可以做成兩極的，也可以做成多極的。其作用原理相當簡單，這里以兩極電動機簡單加以說明。當同步電動機的定子通上交流電源后，就能產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。當定子旋轉(zhuǎn)磁場以同步速ns旋轉(zhuǎn)時，根據(jù)N極與S極相互吸引的道理，定子旋轉(zhuǎn)磁極就要與轉(zhuǎn)子永久磁極緊緊吸住，并帶著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)子是由旋轉(zhuǎn)磁場帶著轉(zhuǎn)的，因而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速應(yīng)該與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相等。12 隨著永磁材料性能的不斷提高，高性能低價格永磁材料（如釹鐵硼）的出現(xiàn)，使永磁式同步電動機的應(yīng)用范圍更加擴大。與其它型式同步電動機相比，它出力大，體積小，耗電小，結(jié)構(gòu)簡單、可靠，因而已成為同步電動機中最主要的品種。目前功率從幾瓦到幾百瓦，甚至是幾個千瓦的永磁同步電動機在各種控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 在高性能的控制系統(tǒng)中，同步電動機的同步速調(diào)節(jié)主要采用矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制。而在一般情況下，同步速的調(diào)節(jié)主要是通過變頻來實現(xiàn)。近十幾年來，隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)面臨著一場歷史革命，交流調(diào)速取代直流調(diào)速和計算機數(shù)字控制技術(shù)取代模擬控制技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。交流變頻調(diào)速技術(shù)是當今節(jié)電、改善工藝流程以提高產(chǎn)品質(zhì)量和改善環(huán)境、推動技術(shù)進步的一種主要手段。變頻調(diào)速以其有意的調(diào)速和起制動性能，高效率、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，廣泛的適用范圍及其它許多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。3而在變頻調(diào)速中，脈寬調(diào)制（PWM） 技術(shù)具有優(yōu)良的調(diào)壓和調(diào)頻性能, 使得其在變頻調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。脈沖寬度調(diào)制的方式很多, 其中應(yīng)用最廣, 也是最成熟的是正弦脈寬調(diào)制技術(shù), 即SPWM。目前，正弦脈寬調(diào)制技術(shù)已經(jīng)在變頻電源領(lǐng)域、直流輸電領(lǐng)域、交流調(diào)速領(lǐng)域等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為了提高整個系統(tǒng)的控制效果，生成高性能的SPWM脈沖一直是人們不懈探索努力的目標。45一直以來生成SPWM 波的方法有很多種。其中采用模擬電路和數(shù)字電路等硬件電路來產(chǎn)生SPWM 波形是一種有效的方法，但是這種實現(xiàn)方法的有控制電路復(fù)雜、抗干擾能力差、實時調(diào)節(jié)比較困難等缺點，性能不高，常常不能令人滿意。而隨著微控制器( 如單片機)的高速發(fā)展，其內(nèi)部集成了許多控制電路，如定時器、PWM 電路、可編程計數(shù)器陣列等，而且這些內(nèi)部控制電路的性能越來越高，所以就產(chǎn)生了一種利用微控制器來生成SPWM 波形的數(shù)字控制方法，這種實現(xiàn)方法具有控制電路簡單、運算速度快、控制精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。本課題應(yīng)用一種基于面積等效原理，采用查表法，利用MSP430F149單片機的定時器模塊產(chǎn)生SPWM波。1.2 課題對象的特點及控制要求本課題“基于單片機的永磁同步電動機控制器功率電路設(shè)計”，控制對象是正弦波三相永磁同步電動機，該電機額定電壓UN=24V DC，額定功率PN =100W，額定電流3.94A，額定轉(zhuǎn)速nN=6000r/min，電機極數(shù)8，額定效率88%，空載電流1.5A。開發(fā)系統(tǒng)包括TI公司MSP430F149最小開發(fā)板，TI公司MSP系列單片機仿真器和MSP系列單片機軟件編寫環(huán)境。永磁同步電動機工作原理前面已經(jīng)簡單說明，下面說明恒壓頻比開環(huán)控制原理。同步電動機定子繞組是三相對稱交流繞組，當通入三相電流時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子的永久磁極也會同向同速旋轉(zhuǎn)，定子導(dǎo)體則反向切割轉(zhuǎn)子永久磁極的磁場，會在定子每相繞組中分別感應(yīng)出大小和方向按周期性變化的交變電勢，由電機學(xué)知識可知，每相感應(yīng)電勢的有效值為 （1-2）式中：E0主電勢/V;f頻率/Hz;N每相繞組總的串聯(lián)匝數(shù)；每極基波磁通/Wb；定子繞組系數(shù)。所以，當電機選定時，結(jié)構(gòu)參數(shù)確定后，變化的量只有主電勢，每極基波磁通和頻率。為了保證電機獲得良好的運行性能和力能指標，要求磁通保持不變，E0/f，而定子相電壓U1E0，則得U1/f=常值，此即為恒壓頻比控制方式。6恒壓頻比控制是開環(huán)控制，無需速度傳感器進行速度反饋，控制電路簡單。1.3 課題任務(wù)和要求1.3.1 課題的主要任務(wù)1、學(xué)習(xí)理解正弦波永磁同步電動機的工作原理及其開環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成。 2、設(shè)計并調(diào)試正弦波永磁同步電動機控制器功率部分硬件電路，包括： 1）以IRF540N型號Mosfet設(shè)計三相逆變橋電路； 2）以IR2103s半橋驅(qū)動芯片為IRF540N的驅(qū)動器件； 3）設(shè)計單片機PWM輸出口與IR2103s的光耦隔離電路； 4）設(shè)計并繪制驅(qū)動板PCB電路，完成器件焊接和電路調(diào)試； 3、編寫正弦波永磁同步電動機開環(huán)控制軟件程序，具有對電機的起、停控制和調(diào)速功能。1.3.2 課題的基本要求1、硬件電路設(shè)計應(yīng)兼顧經(jīng)濟實用性和可靠性； 2、采用SPWM方式，完成開環(huán)控制單片機程序的設(shè)計，實現(xiàn)電機的變頻起動； 3、調(diào)速中采用分段同步調(diào)制，設(shè)計合適的分段區(qū)間和調(diào)制比； 4、完成整個硬件系統(tǒng)的連調(diào)，測取電壓和電流波形。1.4 設(shè)計思路 通過編寫程序使MSP430F149輸出頻率可變的SPWM波，通過光電耦合器6N137接入硬件電路，以IR2103s來驅(qū)動N溝道MOS管IRF540N，6個IRF540N構(gòu)造一個逆變橋，完成直流交流的逆變轉(zhuǎn)換，輸出正弦三相交流電通入電機，通過對SPWM波的頻率的改變調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。圖1-1 控制器結(jié)構(gòu)框圖在本次設(shè)計中，驅(qū)動電路和逆變電路是硬件設(shè)計部分，而SPWM波的生成是MSP430軟件部分。在第二章中將會介紹在設(shè)計電路板中應(yīng)用的主要元器件以及電路板的設(shè)計和印制板的繪制；第三章主要介紹SPWM控制原理和生成方法以及 MSP430單片機的結(jié)構(gòu)和利用MSP430單片機生成SPWM波的方法；第四章主要介紹控制器的調(diào)試情況；第五章是全文的總結(jié)。232 控制器硬件設(shè)計2.1 概述本課題“基于單片機的永磁同步電動機控制器功率電路設(shè)計”，根據(jù)最初的設(shè)計思路，是由微控制器MSP430F149產(chǎn)生SPWM波，所以硬件電路部分只需要設(shè)計逆變橋電路及其驅(qū)動電路，而電路中的主要器件在本章中進行介紹，這一章主要介紹硬件電路的設(shè)計和搭建。硬件電路的原理圖見附錄2。2.2 硬件電路的設(shè)計硬件電路中將要用到的器件的參數(shù)和功能將在本章后面進行介紹，先直接說明電路中各部分電阻電容參數(shù)的選擇和作用。逆變橋電路由6個IRF540N組成，驅(qū)動電路是3個IR2103s及其外圍電路組成。由于逆變橋每一對上下橋臂輸出一相電壓，三相對稱，所以這里舉其中一相為例。如圖2-1所示，是兩路SPWM輸入進而通過IR2103s驅(qū)動IRF540N的電路圖。圖2-1 三相中一相的驅(qū)動電路由于光電耦合器要實現(xiàn)電氣隔離，所以數(shù)字電源和模擬電源，數(shù)字地和模擬地要進行隔離區(qū)分。圖中D開頭的電源為數(shù)字電源，A開頭的電源為模擬電源。數(shù)字電路部分： (1)470電阻：光電耦合器6N137輸入電流5mA左右，內(nèi)部發(fā)光二極管正向壓降1V左右時，光敏管才能導(dǎo)通，所以阻值的選擇既要滿足限流要求又要保證光敏管導(dǎo)通。 模擬電路部分： (2)4.7k電阻：由于腳6是集電極開路輸出端，通常需要加上拉電阻，此處是典型接法，一般電路接4.7k電阻即可。(3)0.1uF電容：陶瓷電容或鉭電容。這個電容的作用是吸收電源線上的紋波和減小光電耦合器接收端開關(guān)工作時對電源的沖擊。 (3)10uF電容：自舉電容(4)100電阻：IR2103s輸出端口會有一些雜散電感，電壓發(fā)生突變時可能與柵極電容形成LC震蕩，增大阻尼可以減少震蕩效果；減小柵極充電峰值電流；保護漏源極不被擊穿。同時，電阻過大會增加開通關(guān)斷延遲時間。通常選擇在幾十歐姆到幾百歐姆之間。 (5)1N4148：一種通用的高頻開關(guān)二極管。 (6)FR207：快恢復(fù)二極管 。三組如圖2-1所示相同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電路組成三相驅(qū)動電路，而逆變橋電路應(yīng)用電力電子技術(shù)所學(xué)的電壓型逆變電路。電壓型逆變電路有幾個主要特點：直流側(cè)為電壓源，或并聯(lián)有大電容，相當于電壓源。直流側(cè)電壓基本無脈動，直流回路呈低阻抗。由于直流電壓源的鉗位作用，交流側(cè)輸出電壓波形為矩形波，并且與負載阻抗角無關(guān)。而交流側(cè)輸出電流波形和相位因負載阻抗情況的不同而不同。當交流側(cè)為阻感負載時需要提供無功功率，直流側(cè)電容起緩沖無功能量的作用。逆變橋電路如圖2-2所示，直流側(cè)并聯(lián)100uF的電解電容，6個IRF540N組成三相橋式逆變電路。圖2-2 三相橋式逆變電路驅(qū)動電路和三相橋式電路組合在一起就是完成的硬件電路原理圖，具體見附錄2。2.3 元器件的參數(shù)和功能2.3.1 電力場效應(yīng)晶體管電力場效應(yīng)晶體管分為結(jié)型和絕緣柵型兩種類型，但通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），簡稱電力MOSFET，或者更精練地簡稱MOS管。電力MOSFET的種類和結(jié)構(gòu)繁多，按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型；對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道的稱為增強型。在電力MOSFET中，主要是N溝道增強型。圖2-3 IRF540N的電氣符號 IRF540N的電氣符號如圖2-3，其中G（1）為柵極，D（2）為漏極，S（3）為源極。和其他電力場效應(yīng)晶體管一樣，IRF540N是通過柵極電壓來控制漏極電流的，所以它的驅(qū)動電路簡單，這也是它的一個特點。同時，在數(shù)據(jù)手冊中，還會給出其他一些重要數(shù)據(jù)：IRF540N是N溝道增強型場效應(yīng)晶體管，漏源極導(dǎo)通電壓（VDSS）為100V，漏源極導(dǎo)通電阻（RDS）為0.055，漏極連續(xù)電流（ID）為22 A，開啟延遲時間（Td-on）為8 ns，關(guān)斷延遲時間（Td-off）為26 ns，門極電荷（Qg）為65 nC。由此可見，IRF540N具有較低的導(dǎo)通內(nèi)阻，快速開關(guān)能力，工作效率高，這就是它的第二個特點。綜上IRF540N適合用于本課題的逆變橋中。2.3.2 半橋驅(qū)動器IR2103s由于IRF540N是通過柵極電壓來控制漏極電流，所以我們需要一個驅(qū)動芯片通過控制柵極電壓來控制IRF540N的通斷。IR2103s是半橋驅(qū)動芯片，驅(qū)動N溝道電力效應(yīng)晶體管。如圖2-4是它的典型應(yīng)用電路。圖2-4 IR2103s的典型應(yīng)用電路由圖2-4可見，IR2103s的偏置電壓最高可達600V，并且有兩個輸入通道，所以三個IR2103s就可以驅(qū)動六個IRF540N構(gòu)成的逆變橋。兩個通道的輸入輸出時序圖如圖2-5所示，兩個通道不會同時導(dǎo)通，因此，兩個輸出端口可以接到逆變橋的上下兩個橋臂，使上下橋臂的通斷狀態(tài)互補。圖2-5 IR2103s的兩個通道輸入/輸出時序圖2.3.3 光電耦合器6N137光電耦合器6N137是一種用于單通道的高速光電耦合器，其內(nèi)部由一個波長為850 nm的磷砷化鎵發(fā)光二極管（Gallium Arsenide Phosphide light-emitting diode）和一個集成檢測器組成，這個集成檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運算放大器以及一個人肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。圖2-6 光耦合器6N137結(jié)構(gòu)圖 光電耦合器6N137的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-6所示，輸入信號從腳2和腳3輸入，使發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)過片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏二極管經(jīng)光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入端為使能端，當使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)過輸出三極管反向后光電耦合器輸出低電平。當輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。如果以腳2為輸入，腳3接地，則真值表如附表2-1所列，這相當于非門的傳輸。如果希望在傳輸過程中邏輯狀態(tài)不發(fā)生改變，則從腳3輸入，腳2接高電平，這樣就會得到同相邏輯傳輸。在使用光電耦合器6N137時，需要注意在腳8和地（腳5）之間必須接一個電容值為0.1uF高頻特性良好的電容，如陶瓷電容或鉭電容，而且應(yīng)盡量放在腳5和腳8附近。這個電容的作用是吸收電源線上的紋波和減小光電耦合器接收端開關(guān)工作時對電源的沖擊。腳6是集電極開路輸出端，通常需要加上拉電阻。雖然輸出低電平時可吸收電流達到13mA，但是仍然應(yīng)當根據(jù)后級輸入電路的需要選擇適當阻值。因為電阻太小會使光耦合器6N137耗電增加，加大對電源的沖擊，使旁路電容無法吸收，進而干擾整個模塊的電源，甚至把尖峰噪聲帶到地線上。一般可選4.7k，若后級是TTL輸入電路，且只有1到2個負載，則用47k或15k也行。輸入使能管腳（腳7）在芯片內(nèi)部已有上拉電阻，無需再外接上拉電阻。光電耦合器6N137的第2 腳和第3 腳之間是一個LED，必須串接一個限流電阻。最后在一些場合下可能傳輸信號比較多，但光電耦合器6N137不應(yīng)使用太多，因為它的輸入電容有60pF，若過多使用會降低高速電路的性能。表2-1 光電耦合器6N137真值表輸入使能輸出HHLLHHHLHLLHHNCLLNCH光電耦合器6N137具有許多優(yōu)點：由于光信號單向傳輸 ，使得輸出信號對輸入端沒有反饋，可以有效地阻斷電路或系統(tǒng)之間的電氣聯(lián)系，但又不切斷它們之間的信號傳遞。隔離性能好，輸入端與輸出端之間完全實現(xiàn)了電氣隔離。光信號不受電磁波干擾，工作穩(wěn)定可靠。光發(fā)射器件與光敏器件的光譜匹配十分理想，響應(yīng)速度快，傳輸效率高。 抗共模干擾能力強，能很好地抑制干擾并消除噪音。 無觸點，使用壽命長，體積小，耐沖擊能力強。 易與邏輯電路連接。工作溫度范圍寬，符合工業(yè)和軍用溫度標準。2.4 印制電路板的設(shè)計及注意事項印制電路板又稱印刷電路板（Printed Circuit Board），簡稱印制板。在敷銅板上印刷防腐蝕膜圖，然后再腐蝕刻線，這種技術(shù)就像在紙上印刷那么簡便，“印制電路板”因此得名。它是電子產(chǎn)品的重要部件之一。印制電路在電子設(shè)備中具有如下功能：（1）提供集成電路等各種電子元器件固定、裝配的機械支撐；（2）實現(xiàn)集成電路等各電子元器件之間的布線和電氣連接或電絕緣；（3）為元件插裝、檢查、維修提供識別字符和圖形。印制板設(shè)計，是根據(jù)設(shè)計人員的意圖，將電路原理圖轉(zhuǎn)換成印制板圖、選擇材料和確定加工技術(shù)要求的過程。它包括：（1）選擇印刷板材質(zhì)、確定整機結(jié)構(gòu)；（2）考慮電氣、機械、元器件的安裝方式、位置和尺寸；（3）決定印制導(dǎo)線的寬度、間距和焊盤的直徑、孔徑；（4）設(shè)計印制插頭或連接器的結(jié)構(gòu)。根據(jù)之前設(shè)計的原理圖，將各個元器件的型號、外形尺寸和封裝確定，繪制出來。印制電路板設(shè)計就是把電子元器件在贏的制板面積上合理地布局排版。在設(shè)計布局時，應(yīng)當遵循以下原則：（1）就近原則：要考慮每個元器件的形狀、尺寸、極性和引腳數(shù)目，以縮短連線為目的，調(diào)整它們的位置和方向。（2）信號流原則：在多數(shù)情況下，信號的流向安排成從左到右（左輸入、右輸出）或從上到下（上輸入、下輸出）。與輸入、輸出端直接相連的元器件應(yīng)當放在靠近輸入、輸出接插件或連接器的地方。避免輸入輸出，高低電平部分交叉。（3）散熱原則：元器件之間布局應(yīng)當有利于發(fā)熱元器件散熱，部分元器件要考慮加上散熱片，如IRF540N。（4）布放順序：先大后小、先集成后分立、先主后次。以每個功能電路核心元器件為中心，圍繞它來進行布局。布線時，連接要正確，不允許交叉；走線要簡潔，盡量縮短連線；粗細要適當，電源線和地線要加粗，導(dǎo)線的寬度由該導(dǎo)線工作電流決定，盡可能寬一點以承受所期望的電流負荷。導(dǎo)線之間的間距必須足夠?qū)?，以滿足電氣安全的要求，而且為了便于操作和安裝，間距應(yīng)盡量寬。與此同時，還要注意考慮印制板廠家的技術(shù)能力，避免設(shè)計的印制板無法被制作出來。由于電路包括數(shù)字電路和模擬電路兩部分，數(shù)字地線和模擬地線之間加磁珠來抑制高頻干擾。印制板設(shè)計為雙面板，在兩個面為不同的地進行敷銅鋪地，盡可能消除對高頻元件的干擾。在設(shè)計印制電路板時，有時會出現(xiàn)導(dǎo)線不得不交叉的情況，可以用過孔來避免導(dǎo)線交叉。但由于電路板的一個過孔會帶來大約10pF的電容效應(yīng)，這對于高頻電路來說，將會引入太多的干擾，所以應(yīng)當盡可能地減少過孔的數(shù)量。同時，過多的過孔也會使得印制電路板的機械強度降低，影響印制電路板的質(zhì)量。12132.5 本章小結(jié)本章主要介紹了控制器的硬件設(shè)計，首先說明了控制器電路的設(shè)計思路和功能，然后介紹了控制器的總體設(shè)計，之后說明了電路中的核心元器件的參數(shù)和功能以及電阻電容的選擇，最后介紹了印制板的繪制以及設(shè)計過程中的注意事項。控制器硬件部分主要包括驅(qū)動電路，逆變橋電路和光電耦合器隔離電路，光電耦合器電路核心器件是6N137，驅(qū)動電路核心器件是IR2103s，逆變橋電路核心器件是IRF540N，查閱數(shù)據(jù)手冊即可學(xué)會它們的典型應(yīng)用電路進行設(shè)計。在控制器電路原理圖設(shè)計完成之后，要繪制PCB板，繪制時需要注意元器件的布局，導(dǎo)線的寬度等問題。3 控制器軟件設(shè)計3.1 正弦脈寬調(diào)制技術(shù)脈寬調(diào)制技術(shù)就是通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要的波形（含形狀和幅值）的技術(shù)，也就是PWM（Pulse Width Modulation）控制。在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。而這里所說的效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。如果把各輸出波形用傅里葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。如圖4-1所示的三個窄脈沖形狀不同，其中圖4-1a為矩形脈沖，圖4-1b為三角形脈沖，圖4-1c為正弦半波脈沖，但他們的面積（即沖量）都等于1，那么，當它們分別加在具有慣性的同一個環(huán)節(jié)上時，其輸出響應(yīng)基本相同。當窄脈沖變?yōu)閳D4-1d的單位脈沖函數(shù)（t）時，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。圖3-1 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖a）矩形脈沖 b）三角形脈沖 c）正弦半波脈沖 d）單位脈沖函數(shù)上述原理可以稱之為面積等效原理，它是PWM控制技術(shù)的重要理論基礎(chǔ)。根據(jù)面積等效原理，我們可以用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦波。如圖3-2所示，把圖3-2上半部分中的正弦波分成N等份，就可以把正弦波看出是由N個彼此相連的脈沖序列組成的波形。這些脈沖的寬度相等，都等于2/N，但幅值不相等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按照正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列利用數(shù)量相同的等幅而不等寬的矩形脈沖代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦波部分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)的正弦波部分面積（沖量）相等，就得到圖3-2下半部分所示的脈沖序列，這就是PWM波形?？梢钥闯觯鱾€脈沖的幅值相等，而寬度是按照正弦規(guī)律變化的。根據(jù)面積等效原理，PWM波形和正弦波是等效的。像這種脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形，也成為SPWM（Sinusoidal PWM）波形。圖3-2 用PWM波代替正弦波3.2 SPWM波的生成方法3.2.1 計算法和調(diào)制法根據(jù)上面講述的PWM控制的基本原理，如果給出了逆變電路的正弦波輸出頻率、幅值和周期內(nèi)的脈沖數(shù)，PWM波形中各脈沖的寬度和間隔就可以準確計算出來。按照計算結(jié)果控制逆變電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。這種方法稱之為計算法?？梢钥闯?，計算法非常繁瑣，當需要輸出的正弦波的頻率、幅值或相位變化時，結(jié)果都要變化。與計算法相對應(yīng)的是調(diào)制法，即把希望輸出的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作用載波，通過信號波的調(diào)制得到所期望的PWM波形。通常采用等腰三角波或鋸齒波作為載波，其中等腰三角波應(yīng)用最多。因為等腰三角波上任一點的水平寬度和高度成線性關(guān)系且左右對稱，當它與任何一個平緩變化的調(diào)制信號波相交時，如果在交點時刻對電路中開關(guān)器件的通斷進行控制，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合PWM控制的要求。在調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是SPWM波，這種情況應(yīng)用最廣，本課題也是應(yīng)用這種辦法。3.2.2 異步調(diào)制和同步調(diào)制在PWM控制電路中，載波頻率fc與調(diào)制信號頻率fr之比N=fc/fr稱為載波比，也稱調(diào)制比。調(diào)制波峰值與載波峰值之比通常稱為調(diào)制度。改變正弦調(diào)制波的頻率便可調(diào)節(jié)SPWM波的輸出基波頻率；保持載波峰值不變，改變正弦調(diào)制波的幅值（但必須低于三角形載波幅值）即改變調(diào)制度，便可調(diào)節(jié)SPWM波的輸出基波幅值。由此實現(xiàn)同時對輸出基波頻率和幅值的控制。在實現(xiàn)SPWM脈寬調(diào)制時，調(diào)制波頻率與載波頻率之間可有不同的配合關(guān)系，根據(jù)載波和調(diào)制波是否同步及載波比的變化情況，PWM調(diào)制方式又分為異步調(diào)制和同步調(diào)制。異步調(diào)制：變頻時，載波與調(diào)制波不同步改變，整個輸出頻率范圍內(nèi)載波比不為常數(shù)，一般是保持載波頻率始終不變。一方面可使低頻時載波比增大，輸出周期內(nèi)脈沖數(shù)增加，解決了諧波問題；但另一方面，在調(diào)制波的周期內(nèi)，PWM波的脈沖個數(shù)不固定，相位也不固定，正負半周期的脈沖不對稱，半周期內(nèi)前后1/4周期的脈沖也不對稱，三相時不能在整個輸出頻率范圍內(nèi)滿足載波比為3的倍數(shù)的要求，會使輸出電壓波形、相位隨時變化，難以保持正、負半波以及三相之間脈沖的對稱性，引起電機運行不穩(wěn)定。同步調(diào)制：變頻時，載波頻率與調(diào)制波頻率同步改變，保持載波比為常數(shù)，這樣不同頻率運行時輸出電壓半波內(nèi)的脈沖數(shù)固定不變。三相時一般載波比取為3的倍數(shù)且為奇數(shù)，這樣能保證輸出波形正、負半波對稱，同時三相波形相位差為120。然而，當輸出頻率很低時，相鄰脈沖間的間距擴大，造成諧波增加。分段同步調(diào)制：將同步、異步調(diào)制相結(jié)合，在整個變頻運行范圍將頻率fr劃分為若干段，每段內(nèi)載波比都維持恒定，不同頻率段載波比取不同值。在輸出頻率高的頻段采用較低的載波比，以使載波頻率不致過高，限制在功率開關(guān)器件允許的范圍內(nèi)。在輸出頻率低的頻段采用較高的載波比，以使載波頻率不致過低而對負載產(chǎn)生不利影響。3.2.3 自然采樣法和規(guī)則采樣法按照SPWM控制的基本原理，在正弦波和三角波的自然交點時刻控制功率開關(guān)器件的通斷，這種生成SPWM波形的方法稱為自然采樣法。自然采樣法是最基本的方法，所得到的SPWM波形很接近正弦波。但這種方法要求解復(fù)雜的超越方程，在采用微機控制技術(shù)時需花費大量的計算時間，難以在實時控制中在線計算，因而在工程上實際應(yīng)用不多。圖3-3 規(guī)則采樣法 規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實用方法，其效果接近自然采樣法，但計算量卻比自然采樣法小得多。圖3-3為規(guī)則采樣法說明圖。取三角波兩個正峰值之間為一個采樣周期Tc。在自然采樣法中，每個脈沖的中點并不和三角波一個周期的中點（即負峰點）重合。而規(guī)則采樣法使兩者重合，也就是使每個脈沖的中點都以相應(yīng)的三角波中點為對稱，這樣就使計算大為簡化。如圖3-3所示，在三角波的負峰時刻tD對正弦信號波采樣而得到D點，過D點作一水平直線和三角波分別交于A點和B點，在A點時刻tA和B點時刻tB控制功率開關(guān)器件的通斷?？梢钥闯?，用這種規(guī)則采樣法得到的脈沖寬度和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。設(shè)正弦調(diào)制信號波為ur=asinrt(3-1)式中，a稱為調(diào)制度，0a1；r為正弦信號波角頻率。從圖3-3中可得如下關(guān)系式(3-2)因此可得(3-3)在三角波的一個周期內(nèi)，脈沖兩邊的間隙寬度為(3-4)根據(jù)上述采樣原理和計算公式，可以采用查表法或者實時計算法用計算機實時產(chǎn)生SPWM信號波形。查表法是先離線計算出相應(yīng)的脈寬等數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存中，然后在調(diào)速系統(tǒng)實時控制過程中通過查表和進行加、減運算求出各相脈寬時間和間隙時間；實時計算法是事先在內(nèi)存中存在正弦函數(shù)和Tt/2值，控制時先查出正弦值，與調(diào)速系統(tǒng)所需的調(diào)制度a作乘法運算，再根據(jù)給定的載波頻率查出相應(yīng)的Tt/2值，由計算公式計算脈寬時間和間隙時間。本課題應(yīng)用查表法，將數(shù)據(jù)計算好寫入程序中，在控制程序中通過查表進行運算控制各相脈寬時間和間隙時間。3.3 SPWM波生成的軟硬件環(huán)境及實現(xiàn)方法3.3.1 SPWM波生成的硬件環(huán)境TI公司的MSP430系列單片機是一種超低功耗的混合信號控制器,其中包括一系列器件，它們針對不同的應(yīng)用而由不同的模塊組成。這些微控制器被設(shè)計為可用電池工作，而且可以使用很長時間。它們具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU中的16個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達到最高的代碼效率；靈活的時鐘源可以使器件達到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器(DCO)可使器件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6s的時間內(nèi)激活到活躍的工作方式。710MSP430系列單片機具有豐富的片內(nèi)外設(shè),有極其廣闊的應(yīng)用范圍。MSP430系列單片機具有以下一些共同的特點：（1）低電壓、超低功耗MPS430系列單片機，在1.83.6V電壓、1MHz的時鐘條件下運行，耗電電流（在0.1400A之間）因不同的工作模式而不同；具有16個中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將CPU喚醒只要6s，可編制出實時性特別高的源代碼；可將置于省電模式，用中斷方式喚醒程序。（2）強大的處理能力MSP430系列單片機，為16位RISC結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7種源操作數(shù)尋址、4種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的27條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可參加多種運算；還有高效的查表處理方法：有較高的處理速度，在8MHz晶體驅(qū)動下，指令周期為125ns。這些特點保證了可編制出高效率的源程序。（3）系統(tǒng)工作穩(wěn)定上電復(fù)位后，首先由DCOCLK啟動CPU，以保證程序從正確的位置開始執(zhí)行，保證晶體振蕩器有足夠的起振及穩(wěn)定時間。然后軟件可設(shè)置適當?shù)募拇嫫鞯目刂莆淮_定最后的系統(tǒng)時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作CPU時鐘MCLK時發(fā)生故障，DCO會自動啟動，以保證系統(tǒng)正常工作；如果程序跑飛,可用看門狗將其復(fù)位。（4）豐富的片內(nèi)外設(shè)MSP430系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)?？撮T狗可以使程序失控時迅速復(fù)位；比較器進行模擬電壓的比較，配合定時器可以設(shè)計為A/D轉(zhuǎn)換器；定時器具有捕獲/比較功能，可用于事件計數(shù)、時序發(fā)生、PWM等；有的器件更具有兩個串口，可方便地實現(xiàn)多機通信等應(yīng)用；具有較多的并行端口，最多達6x8條I/O口線，而且I/O口線具有中斷能力；12/14位硬件A/D轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率最高可達加200kbps，能滿足大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；能直接驅(qū)動液晶多達120段。MSP430系列單片機的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。（5）方便高效的開發(fā)環(huán)境目前MSP430系列有4種類型器件：OTP型、FLASH型、EPROM型和ROM型。對于OTP型和ROM型的器件是用相對應(yīng)的EPROM型器件作為開發(fā)片，或使用仿真器開發(fā)成功后再燒寫或掩膜芯片；而對于FLASH型則有十分方便的開發(fā)調(diào)試環(huán)境，因為器件片內(nèi)有JATG調(diào)試接口，還有可電擦寫的FLASH存儲器，因此采用先下載程序到FLASH內(nèi)，再在器件內(nèi)通過軟件控制程序的運行，由JATG接口讀取片內(nèi)信息供設(shè)計者調(diào)試使用的方法進行開發(fā)。這種方式只需要一臺PC機和一個JATG調(diào)試器，而不需要仿真器和編程器。開發(fā)語言有匯編語言和C語言。3.3.2 SPWM波生成的軟件環(huán)境IARIAR系統(tǒng)嵌入式Workbench是一種用于開發(fā)應(yīng)用各種不同的目標處理器的靈活的集成環(huán)境。它提供一個方便的窗口界面用于迅速的開發(fā)和調(diào)試。嵌入式IAR Embedded Workbench適用于大量8位、16位以及32位的微處理器和微控制器，使用戶在開發(fā)新的項目時也能在所熟悉的開發(fā)環(huán)境中進行。它為用戶提供一個易學(xué)和具有最大量代碼繼承能力的開發(fā)環(huán)境以及對大多數(shù)和特殊目標的支持。嵌入式IAR Embedded Workbench有效提高用戶的工作效率，通過IAR工具用戶可以大大節(jié)省工作時間。IAR系統(tǒng)嵌入式Workbench提供一下特點：（1）通用性：分層的項目表示；直觀的用戶界面；全面的超文本幫助；（2）嵌入式Workbench編輯器：C程序的句法用文本格式和顏色顯示；自動縮進每個窗口的多級取消和恢復(fù)；從出錯列表直接跳到相關(guān)文件。（3）C編譯器和匯編器：可以全局地設(shè)置選項，對多源文件或?qū)为毜脑次募?；運用于MSP430微處理器的IAR系統(tǒng)C編譯器提供C語言的標準特性，再加上許多為利用MSP430專用工具而設(shè)計的擴展功能，這些構(gòu)成了IAR系統(tǒng)的C編譯器。編譯器與MSP430 IAR系統(tǒng)匯編器一起提供，與它集成在一起，共享連接器和庫管理工具。C編譯器對MSP430特殊性能有很大的擴展，包括高效的I/O端口。同時它與C-SPY高級調(diào)試器兼容，代碼編譯過程中報錯信息易于理解，變量分配靈活。IAR系統(tǒng)MSP430匯編器是一種功能強大具有通用偽指令組的重新定位宏匯編器。該匯編器與微處理器制造商指令用的匯編器有高度的兼容性，以保證工廠原始開發(fā)的軟件只需很少或者不需修改就可轉(zhuǎn)換到IAR系統(tǒng)。匯編器具有以下特點：（1）一旦通過匯編，即可快速執(zhí)行；（2）支持MSP430系列微處理器：（3）每個模塊有高達256個可重新定位的段；（4）32位算數(shù)和IEEE浮點常數(shù)。255個有效的字符符號；（5）高效遞歸宏工具；（6）支持C語言預(yù)處理器偽指令和sfr關(guān)鍵詞。3.3.3 MSP430的編程方法和SPWM波的生成程序設(shè)計實質(zhì)上就是按照一定的原則、一定的思路和方法將這些指令組織起來，讓CPU按設(shè)計者的思想執(zhí)行指令，實現(xiàn)一定的功能，最終解決所要解決的問題?？梢允褂媚K化的程序結(jié)構(gòu)組織指令和編寫程序。程序最終要完成設(shè)計者的任務(wù)。首先，將任務(wù)劃分成一些子任務(wù)，然后相應(yīng)地使用程序模塊來完成任務(wù)。接下來的事情就是編寫相應(yīng)的模塊，以完成相應(yīng)的任務(wù)，也就是具體的程序編寫。編寫程序可分為3個步驟：（1）確定算法，畫出流程圖；（2）確定數(shù)據(jù)；（3）使用C語言對相應(yīng)模塊進行程序編寫。在MSP430F149中有16位定時器Timer_A和Timer_B，它們是MSP430系列單片機的重要部件，它們的共同特征是：（1）4種工作模式：（2）具有可選、可配置的計數(shù)器輸入時鐘源；（3）有多個獨立可配置捕獲/比較模塊；（4）有多個具有8種輸出模式的可配置輸出單元；（5）DMA使能；（6）中斷功能強大，中斷可能源自于計數(shù)器的溢出，也可能源自于各捕獲/比較模塊上發(fā)生的捕獲事件或比較事件。同時，定時器Timer_B與Timer_A又有不同之處：（1）B的計數(shù)長度為8位、10位、12位和16位可編程，而A的計數(shù)長度固定為16位；（2）B中沒有實現(xiàn)A中的SCCI寄存器位的功能；（3）B在比較模式下的捕獲/比較寄存器功能與A不同，增加了比較鎖存器；（4）B支持多重的、同步的定時功能；多重的捕獲/比較功能；多重的波形輸出功能（比如PWM信號）。而且，通過對比較數(shù)據(jù)的兩級緩沖，可以實現(xiàn)多個PWM信號周期的同步更新。由于Timer_B可以實現(xiàn)多個PWM信號周期的同步更新的特性，本課題中選擇用Timer_B來輸出SPWM波形。891011Timer_B共有4種計數(shù)模式：停止模式、增計數(shù)模式、連續(xù)計數(shù)模式和增/減計數(shù)模式。在需要對稱波形的情況下經(jīng)?？梢允褂迷?減計數(shù)模式，在該模式下，定時器先增計數(shù)到CCR0的值，然后反向減計數(shù)到0。計數(shù)周期仍由CCR0定義，它是CCR0計數(shù)器數(shù)值的2倍。在增/減計數(shù)模式下，7種輸出模式輸出波形如圖3-4所示，當定時器在任意計數(shù)方向上等于CCRx時，OUTx信號都按照選擇的輸出模式發(fā)生改變。圖3-4 增/減計數(shù)模式時的輸出實例因此，利用寄存器CCR0控制SPWM波形的周期，將正弦表數(shù)值導(dǎo)入寄存器CCRx來控制脈沖寬度，這樣就可以產(chǎn)生脈沖寬度正弦變化的SPWM波形。如圖3-5是產(chǎn)生SPWM的程序框圖，分主程序，初始化程序和中斷程序。主程序中,先給CCR0賦值Ts(采樣周期)，設(shè)置載波頻率。TBCCR1、TBCCR2、TBCCR3分別對應(yīng)P4.1、P4.2和P4.3。P4.1和P4.2、P4.3分別相差120。輸出模式7是PWM復(fù)位/置位模式。輸出在TBR的值等于TBCLx(x為1,2,3)時復(fù)位,當TBR的值等于TBCL0時置位。先把正弦波表寫入程序中，以備查用。在主程序開始時，先將各部分初始化使各部分能夠正常工作，不受之前的程序調(diào)試影響。然后，設(shè)置CCR0，這個值的改變，可以改變載波頻率。查正弦表的值送入CCRx，改變脈沖高電平的通斷時間。正弦表中數(shù)值的多少影響載波比的大小，載波比越大，正弦波中的值應(yīng)當更多。CCR0中斷時，通過查表修改CCRx的值，脈沖寬度隨之改變，從而產(chǎn)生脈沖寬度按照正弦規(guī)律變化的PWM波形。 圖3-5 產(chǎn)生SPWM波的程序框圖3.4 本章小結(jié)本章主要介紹了SPWM的控制原理和生成方法。首先介紹了PWM控制理論的基礎(chǔ)知識，然后說明了SPWM的控制技術(shù)及其生成方法，之后介紹了MSP430單片機的結(jié)構(gòu)原理和功能和MSP430單片機的軟件編譯環(huán)境，最后說明了本課題中利用MSP430單片機產(chǎn)生SPWM波的方法。PWM控制技術(shù)是以采樣控制理論中的面積等效原理為理論基礎(chǔ)產(chǎn)生的控制技術(shù)，它用一系列不同寬度的脈沖代替需要的調(diào)制波。而SPWM就是用一系列脈沖寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖代替正弦波。SPWM的生成方法有自然采樣法和規(guī)則采樣法，規(guī)則采樣法更加簡單。在調(diào)制時，又分為異步調(diào)制和同步調(diào)制，而分段同步調(diào)制方法更為優(yōu)越。MSP430單片機具有功耗低，工作穩(wěn)定，外設(shè)豐富等特點，利用MSP430單片機的定時器Timer_B的不同工作模式可以產(chǎn)生需要的PWM波和SPWM波。本課題應(yīng)用查表法，利用MSP430單片機的定時器Timer_B的功能輸出SPWM波。4 控制器的調(diào)試及運行結(jié)果4.1 控制器的軟硬件完成情況控制器硬件完成情況如圖4-1所示，按照原理圖完成PCB印制板的設(shè)計，并將各個器件焊接到印制板上，經(jīng)過簡單調(diào)試，檢測結(jié)果為電路板可以正常導(dǎo)通工作。圖4-1 焊接完成的印制板MSP430單片機的SPWM波形輸出如圖4-2和圖4-3所示，兩個周期之間出現(xiàn)的一段高電平是周期循環(huán)后新的周期開始前CCR返回到0之前的電平輸出。 圖4-2 MSP430單片機輸出的單相波形 圖4-3 MSP430單片機輸出的三相波形MSP430單片機輸出的波形較為理想，符合要求。4.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題在控制器進行調(diào)試的前期，對印制板進行簡單的檢測，檢測結(jié)果是沒有問題。然而，在連接MSP430單片機接入SPWM波之后，輸出出現(xiàn)了問題。由于控制器是三相六路SPWM波，而根據(jù)IR2103s的I/O時序圖可知（具體見第2章），只需三路相位差為120的SPWM波即可，上下橋臂所處驅(qū)動電路輸入端可以通入相同的SPWM波。在調(diào)試過程中，三相中兩相輸入輸出正常，其中