近年来，新型电力电子器件的不断涌现以及微电子技术的发展，使得变频调速技术得到飞速的发展，而以单片机为核心的数字化控制系统简化了硬件，降低了生产成本提高了控制精度，使整个系统的成本大幅度降低，强了变频器的市场竞争力。

　　本文结合低成本变频器的开发实例介绍了一种用于变频调速系统的微处理芯片HD64F/3687，它以H8/00HCPU为内核的16bits的高速微处理芯片。其主要特点是：运算功能强大；指令系统简明、优化；*高时钟频率可达20MHz；可方便使用C、C++、汇编语言编程；价格低；有完整的开发与调试工具等。在变频调速系统中变频器的主回路由整流器和逆变器组成，逆变器部分常采用PWM的控制方式，由软件生成所需的SPWM波形。在低成本变频器的开发中可以充分利用HD64F/3687内部的集成定时时钟模块（TirnrZ）输出SPWM波形实现对电机的调速控制。

　　兼容，具有高速、低耗、大容量和抗干扰能力强等优点，被广泛应用于工业控制领域中。下面对HD64F/ 3687芯片内部结构及内部产生PWM波的定时时钟模块做简单介绍。

　　如所示为HD4F/3687内部结构图。其主要由以下部分组成：16个16bits的通用寄存器，1个用于产生PWM波的定时时钟（TimerZ）2个8bits的定时器（TimerB1andTimerV）用于随机计数的主控系统的PWM信号由HD64F/ 3687芯片产生，由I/O送至驱动电路，控制开关器件的导通和关断。在主电路板和控制板上另有一些外围数字及模拟电路对外部输入输出信号进行隔离和前置处理。检测保护电路为主CPU及主回路提供控制及保护的有关信号，使CPU能可靠地实现控制和保护动作。另在主控电路外围有大量的输入输出端子，可以方便地供用户使用一些诸如可编程控制器等外部器件对系统进行远程控制。

　　这个值即为所设死区时间的大小。定时器0的通用寄存器GRA用于产生一定周期的载波信号，改变GRA0的值就改变了载波频率。在定时器0不断计数的同时也在不断地将定时器0计数的值和缓冲寄存器的内容进行比较，当两个值相等时产生匹配信号，缓冲寄存器的内容转移到比较寄存器中产生一路互补的PWM波形。缓冲寄存器中放的是代表脉宽的计数值，定时器0向上计数和向下计数（使载波为三角波）时各有一次计数器的值和缓冲寄存器的值相等，这两次匹配都会导致PWM输出在引脚上的翻转，因此，通过改变缓冲寄存器的值就可以控制在一个周期内发生匹配的时刻，即控制每个载波周期中输出PWM波脉冲的宽度。

　　3HD64F/687在低成本变频器中的应用3.1硬件构成采用开关频率比较高的IGBT作为变频器逆变部分的主开关器件，低成本变频器的主控原理如所示。其中控制回路的核心芯片为HD64F/3687.由于该芯片/端口可复用，为降低生产成本，简化硬件电路，控制回路的键盘和显示部分共用I/O口，采用分时复用的方法，使用片选信号复用芯片端子，分时复用O口实现键盘和七段码不同时段的扫描。

　　器（WDT），2通道串行口（SCI），I2CBus接口以及10?bitA*D转换器。片内含4K的高速RAM（其中1K可做FLASHRAM用）以及64K的片内ROM，其O具有复用功能。

　　2.2TimerZ定时时钟模块产生PWM波的功能。TimerZ定时器为一两通道的16bits定时器，有复位同步及互补PWM两种PWM波产生方式。在PWM波产生模式下，FTTOB、FTTOC和FTIOD引脚自动变为PWM波的输出管脚，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。为保证逆变器上下两个桥臂的开关器件不会同时导通选用能加入死区时间的互补PWM波产生方式。对TirnrZ的时钟作用控制寄存器TFCR进行设置，使其工作在互补PWM模式下。在互补PWM模式下，TCNT*0和TCNT*1执行减计数。当TCNT*0和GRA*0的内容相比较且匹配时，计数器开始减计数，当TCNT*1下溢时，计数器计数。在GRB-0、GRA」和GRB」

　　中，比较匹配是按照1CNT*0！CNT*1*CNT*1*TCNT*0的顺序执行的，在一次减计数中输出PWM波。在这种模式下TCNT*0设定的初始值大于TCNT*1的初始值。当设定的GRB0的值大于或等于GRA*0的值，或给GRBO赋0值时，即可得到0%和100%占空比的输出。

　　时钟产生的互补PWM波波形，如所示。

　　由可以看出，TCNT0的初始值大于TCNT1，32软件设计在低成本变频器的开发设计中，为便于调试及今后的扩展维护，整个系统的控制软件主要采用模块化设计。软件模块主要包括V/F曲线模块、PWM脉宽计算模块、加减速曲线模块、键盘显示控制模块、故障保护模块、顺序控制及控制字模块等。各模块通过开关量连接子和数据量连接子相联系，各模块间相对独立，互不干扰。系统软件控制框图如所示。

　　在低成本变频器的设计中采用V/F控制方法，即变频变压控制方式。为保持电机主磁通的恒定，在基频以下采用恒磁通（恒转矩）的控制方式，基频以上采用恒功率（恒压）的控制方式。根据设定频率与实际频率的差值，在设定的加减速时间内使实际频率跟随目标频率，实现软启动功能。PWM波的产生是变频控制的核心部分，是关系控制效果的关键，在开发设计中选用规则采样法输出PWM的方式。此种方式可实现由逆变器自身同时完成调压和调频的任务，减小电机的转矩脉动和谐波损耗，在低速下也能实现平稳运转及快速电流控制。

　　键盘部分和显示部分共用输入输出口，可实时显示频率、电压、电流、转速，以及各种故障信息等功能。变频器属于强电设备，保护功能是必不可少的。

　　保护功能分为对严重故障的保护及普通故障保护部分。对于过流、过压等可能严重损及设备及人身安全的故障，一旦故障发生，CPU即进入保护动作，封锁各路PWM脉冲信号，发出故障信息；而对那些只是超出正常运行状况但又不必立即停机的故障，如过载、失速防止、电子热继电器等则可采取一定软硬件处理使其恢复正常，从而避免设备的往复停运。

　　3.3数值处理HD64F/3687芯片为定点微处理器，只能以整数形式表示数值，但在程序设计中有许多运算需要以浮点数方式完成，因而运算精度大受影响，在这使用了一种整数量化的方法即Q格式处理数据。其基本原理是将浮点数乘以2"加以放大，再以其乘积的整数部分来表示此数值，这种表示方式会将数值的量化误差由原来的1降为理论上K值越大，数值的量化误差越小。对于16bits的微处理器，其能表示的数值范围介于（一215~215），若有一数N的范围介于一2m　　4SPWM信号产生程序及的关系。

　　由可得载入TimerZ的三相比较值分别为：其中：C"、Cv、Cw分别为载入定时器的比较值；2Z为载波周期；va、W、vc分别为三相相电压瞬时值；Vdc为直流母线电压值。

　　SPWM信号发生程序的主回路及中断流程图分别如（a）、（b）所示。

　　其中在PWM中断处理程序中将360*分成3600份，每0.1*计算一个点。

　　波形图，很显然为正弦波。及分别为相同条件下5Hz及100Hz的主回路电压波形图（上下部分同）。

　　由~可看出采用此种芯片生成的SPWM波无论是在高频还是在低频均有较好的控制效果且可满足开发设计的要求。

　　1B7/=50出n.j的输f！！电m波形阳/=51k时贿触碟HD64F/3687芯片是一种**高性能的微处理芯片，该芯片内部有集成定时时钟模块（TimerZ）。本文介绍了此种芯片在低成本变频器中的应用，实际应用证明，使用HD64F/3687芯片输出的SPWM波形基本达到了低成本变频器的开发设计要求，其输出频率可达上百赫兹，开关频率也在10kHz以上，且采用此种芯片生成的SPWM波的方式简单易行，具有简化硬件电路，降低变频器生产成本等优点，在通用型简易变频器中具有广泛的应用价值。，