摘要: 本次设计采用EasyARM1138开发板，设计了一个基于新型32位微控制器LM3S1138的可调频率中频逆变电源，即克服了传统模拟逆变器电路复杂、灵活性差、系统不稳定等缺点，又兼具普通单片机控制系统的低成本和DSP控制系统的高性能等优点，有效解决了特种电源设计中存在的成本和性能矛盾问题，同时也可应用于对电源频率有不同要求的场合。 本设计进行了硬件电路的模块划分、微控制器引脚资源的分配、具体单元电路的设计等。硬件电路由五大模块即控制器模块、功率器件驱动模块、逆变模块、保护模块和显示模块构成，其中控制器模块由EasyARM1138开发板构成，完成SPWM脉宽调制信号产生、LCD显示信号的输出及A/D转换等工作；驱动模块由两片IR2110及外围电路组成，完成SPWM信号的隔离放大并驱动功率开关管；逆变模块由四片绝缘栅双极晶体管组成的全桥电路和LC低通滤波器构成，在SPWM信号的控制下完成外部直流电压向纯正弦波电压的转换；保护模块由LM393及外围电路构成，实现正弦波输出信号的过压和过流保护；显示模块由LCD12864及辅助电路组成，实现相关数据的显示输出。 关键词: LM3S1138 SPWM 逆变器 matlab
1 设计内容
拉紧装置1.1 设计目的及意义
（1）训练学生正确地应用运动控制系统，培养解决工业控制、工业检测等领域具体问题的能力；
（2）通过课程设计，熟悉运动控制系统应用系统开发、研制的过程，软、硬件设计的工作方法、工作内容、工作步骤；
（3）对学生进行基本技能训练，例如组成系统、编程、调试、绘图等，使学生理论联系实际，提高动手能力和分析问题、解决问题的能力。
1.2 设计步骤
（1）设计方案的选择及论证；
（2）设计电路的整体框架；
（3）系统软件及硬件的设计电动加油泵；
（4）对系统进行仿真并分析；
1.3 内容要求
（1）画出控制电路和主电路原理图；
（2）画出程序流程图；
（3）写课程设计论文，附有原理图、流程图、程序清单，内容要正确，概念要清楚，文字要通顺。
2 设计方案
2．1 方案选择
本设计选用EsayARM1138开发板，以LM3S1138为控制核心，辅以扩展的键盘及显示电路和SPWM逆变电路组成完整的系统。根据采样控制理论，由LM3S1138输出一系列周期性变化的等幅不等宽脉冲，控制IGBT功率开关管的导通和截止，使逆变器输出端获得一系列宽度不等的矩形脉冲波。输出的信号经低通滤波器滤波后，即可得到所需要的正弦波。改
变调制脉冲的宽度可以控制输出电压的幅值，改变调制周期可以控制输出电压的频率，从而达到使逆变器的输出电压和幅值同时可调的目的。
2.2方案论证
在逆变器电路的设计中，控制方法是核心技术。早期的控制方法使得输出为矩形波，谐波含量较高，滤波困难10种打隐私的方法，而SPWM技术较好地克服了这些缺点。
本设计室基于单片机来实现SPWM，此方法控制电路简单可靠，利用软件产生SPWM波，减轻了对硬件的要求，且成本低，受外界干扰小。
2.3 设计重点难点
完成本方案设计的重点和难点有以下几点：
① LM3S1138的GPIO口分配和驱动函数的调用
② LCD显示模块的驱动和相关数据的显示
③ 不同幅值、不同频率信号的正弦脉宽数据表的设计
3 系统的硬件设计
3.1整体方案设计
本系统由电源模块、控制模块、逆变模块、键盘和显示模块、输出及保护电路等5大部分组成，设计系统的总体结构框图如图3.1所示。
图3.1系统总体结构框图
电源模块：根据实验室现有的条件，本系统的电源由两台稳压电源提供3路直流电压。控制模块：由EasyARM1138开发板构成，运行系统程序并通过扩展GPIO口控制自主设计的各子模块工作。逆变模块：由2片驱动芯片IR2110、4只IGBT管FGA25N120AN和LC低通滤波器及外围辅助电路构成，完成DC/AC的逆变、电压变换并得到需要的正弦波电压输出。键盘和显示模块：由3个按键开关和1个可显示4行、16列字符的LCD显示器12864构成。输出和保护电路模块：由1个2A保险丝、4个并在IGBT管集射极两端的反向偏置二极管和LM393及辅助电路组成的比较电路构成。完成系统的过流、过压及IGBT管的瞬间过流保护工作。
3．2 主电路
图3.2是SPWM逆变器的主电路，图中Vl—V6是逆变器的六个功率开关器件，各由一个续流二极管反并联，整个逆变器由恒值直流电压U供电。一组三相对称的正弦参考电压信号由参考信号发生器提供，其频率决定逆变器输出的基波频率，应在所要求的输出频率范围内可调。参考信号的幅值也可在一定范围内变化，决定输出电压的大小。三角载波信号Uc是共用的，分别与每相参考电压比较后，给出“正”或“零”的饱和输出，产生SPWM脉冲序列波 Uda，Udb，Udc作为逆变器功率开关器件的驱动控制信号。
3.2电源电路
当Uru<Uun=-Ud/2时，给V4导通信号，给V1关断信号Uun=-Ud/2,给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是VD1(VD4)appcpa导通。Ud和Uwn’的PWM波形只有±Ud/2两种电平。当Uru>Uc时，给V1导通信号，给V4关断信号，Uun’ =-Ud/2。Uuv的波形可由Uun’- Uvn’得出，当1和6通时，Uuv=Ud，当3和4通时，Uuv=-Ud，当1和3或4和拔桩6通时，Uuv=0。输出线电压PWM波由±Ud和0三种电平构成负载相电压PWM波由(±液压式浮球阀2/3)Ud,(±1/3) Ud和0共5种电平组成。
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