3.3SA4828芯片的控制功能

　　对SA4828芯片的控制是通过微处理器接口将数据送入内部的两个寄存器来实现的。它们是初始化寄存器和控制寄存器。　　

　　初始化寄存器用于设定和电机及逆变器有关的一些基本参数，这些参数在电机工作前就被初始化，并且在电机工作时一般不允许改变。

　　控制寄存器在电机工作过程中控制脉宽调制波的状态，从而进一步控制电机的运行，比如转速，正/反转，起动和停止等。通常在电机工作时寄存器的内容经常被改写以实现对电机的实时控制。

　　由于受到8位数据接口的限制，数据需首先读入六个临时寄存器R0、R1…R5中，这些数据随即被送入相应的初始化寄存器或控制寄存器。新的数据只有在写入对应的寄存器中时才能真正地发挥作用。

　　数据的传送是通过写入虚拟寄存器的操作来实现的。如写寄存器R14是将初始化数据传送到初始化寄存器中，写寄存器R15则是将控制数据传送到控制寄存器中。 由于R14、R15并不是实际的寄存器，因此什么数据被写入并不重要，往这里写数据的操作才真正执行往初始化寄存器或控制寄存器中传送数据的操作。

　　（1）初始化寄存器的编程

　　初 始化寄存器将确定如下参数：载波频率，电源频率范围，脉冲延迟时间，脉冲取消时间，波形选择，医学治疗仪专用变频器的研制幅值控制，计数器复位（这个功能 可使SA4828内部将调制频率计数器置为0，此时禁止正常的频率控制操作，每一相输出占空比为50％的脉冲），软件复位等。这些参数由相应的控制字确 定，而这些控制字在送到32位初始化寄存器之前，先要分别送到4个8位寄存器R0、R1、R2和R3中。：

　　①载波频率选择

　　R0中的CFS字称为载波频率选择字，设n为与CFS字相对应的十进制数，则实际载波频率fc为：fc=

　　式中fk为外部时钟频率。

　　②输出电源频率范围选择

　　R0中的FRS字称为电源频率范围选择字，设m为与FRS字相对应的十进制数，则实际的输出电源频率fr范围为：fr=

　　③脉冲延迟时间选择

　　R2中的PDY字为脉冲延迟时间选择字，设x为与PDY字相对应的十进制值，则实际的脉冲延迟时间Tpdy由下式确定：Tpdy=

　　④脉冲取消时间选择

　　R1中的PDT字为脉冲取消时间选择字，设y为与PDT字相对应的十进制值，则实际的脉冲取消时间Tpdt由下式确定：Tpdt=

　　应该指出的是，由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后，故输出的PWM脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲取消时间为窄，这个实际的最小脉冲宽度为TpdtTpdy。

　　⑤波形选择

　　R3中的WS1、WS0两位用于确定输出的电源波形。波形可由具体的数学表达式来表示。

　　⑥幅值控制（AC）

　　R3中的幅值控制位（AC）定义了三相波形幅值的受控方式。当AC=0（芯片默认值）时，控制寄存器内红色相幅值，寄存器用于控制所有三相调制频率的幅值。而当AC=1时，采用三个独立的幅值寄存器分别控制对应相调制频率的幅值。

　　⑦计数器复位（CR）

　　当R3中的计数器复位CR=1时，红色相相位计数器设置为0，此时禁止正常的频率控制操作，每一相输出占空比为50％的脉冲。

　　⑧软件复位（RST）

　　R3中的RST=1时，将整个芯片复位为初始化默认状态，它的效果与硬件复位脚RST等同。

　　（2）控制寄存器的编程

　　控制寄存器是一个48位寄存器，控制寄存器的数据以8位为一个单元分别读入临时寄存器R0～R5中，然后通过写虚拟寄存器R15将R0～R5中的数据

　　图4SA4828的内部调制波形

　　（a）正弦波（b）基波加三次谐波（c）带有死区的基波加三次谐波

　　①电源频率选择

　　输出电源频率可在最大电源频率范围内线性地调节，它由一个16位的电源频率选择字“PFS”决定，整个电源频率范围被划分为65536等分。由于PFS字跨 越两个临时寄存器R0、R1，所以当改变输出电源频率时，必须在写虚似寄存器R15之前同时刷新这两个临时寄存器的值。

　　电源频率fp由下式决定：fp=Pfs

　　式中：Pfs为16位PFS选择字的十进制值。

　　②电源幅值选择

　　输出电源的幅值正比于内部ROM中的采样值和8位幅值选择字（RAMP、BAMP、YAMP）的值。幅值的百分比计算公式如下：APOWER=100％

　　式中：A为8位幅值选择字的十进制值。

　　值得注意的是，初始化寄存器中的幅值控制位（AC）决定了红色相幅值寄存器的值是否用于控制所有的三相输出幅值。

　　③正/反转选择

　　三相PWM输出的相位决定于R2中的F/R选择位：

　　F/R=0正转相序为红黄兰；

　　F/R=1反转相序为兰黄红。

　　在正反转切换时，输出波形仍保持连续。

　　④输出禁止选择

　　当R2中的输出禁止位（INH）有效（为1）时，所有的PWM输出变为低电平状态，而芯片内部其他操作并不受影响。该位被释放后所有的输出立即恢复原状。

　　需要注意的是，输出禁止电路在脉冲删除和脉宽延迟电路之后，因此在输出禁止的初期有可能产生一些过窄的脉冲。

　　3.4SA4828芯片编程实例

　　本例的变频器采用12.288MHz时钟。初始化寄存器设计的具体参数如下：

　　载波频率3kHz

　　电源频率15Hz

　　脉冲取消时间10μs

　　脉宽延迟时间5μs

　　电源波形抑制了三次谐波的波形

　　幅值控制三相幅值对称

　　（1）初始化寄存器编程实例

　　①设定载波频率由fc=得2n==8

　　则n=3R0中的CFS字为011H

　　②设定输出电源频率范围由fr=2m得2m==2

　　则m=1，R0中的FRS字为001H。

　　③设定脉宽延迟时间由Tpdy==5μs

　　可得x=64－ （Tpdy×fc×512）=56.32

　　取整数56，则R2中的6位PDY字为111000H

　　④设定脉冲取消时间

　　由于实际输出PWM脉冲的最小脉宽为TpdtTpdy，所以在设定最小脉冲取消时间时，应加上脉宽延迟时间。

　　因此在本例中实际最小脉冲宽度应为10μs＋5μs=15μs由Tpdt=

　　可得y=128－ （Tpdt×fc×512）

　　=128－（15.2×10－6×3×103×512）

　　≈104.65

　　取整数104，则R1中的PDT值为01101000H

　　⑤设定波形选择，幅值控制等

　　选 择输出波形为基波加三次谐波，故WS1=0，WS0=1，无用户输出选择，故OPT1=0， OPTO=0。设定幅值控制位AC=0，选择三相平衡幅值控制方式，正常工作时计数器复位和软件复位均无效，故 CR=RST=0。所以R3中的二进制代码为00000001。综上所述，初始化寄存器中：

　　R0=0010001123H

　　R1=0110100068H

　　R2=0011100038H

　　R3=0000000101H

　　（2）控制寄存器编程实例

　　根据治疗仪控制的具体要求，变频器输出频率最高不超过10Hz，相应电机转速为280r/min。由于输出频率需要随时调整，利用80C196KC单片机的 模拟量输入通道CH0，输入经5.1kΩ电阻和10kΩ电位器将＋5V电源电压分压后提供的电压信号。80C196KC的模拟量转换为10位精度，给分压 电位器提供的最高电压约3.3V左右，采样码为680。由于SA4828的输出电源频率精度为16位，必须将10位采样值左移6位，然后将其低位送入临时 寄存器R0，高位则送入R1。

　　由于采用VVVF控制，幅值与电源频率成正比，可得频率设定电位器的采样值，A×15/50，再右移2位后送入临时寄存器R3。由于采用三相平衡幅值，R4、R5可以不赋值。

　　输出禁止无效，故INH=0，正反转F/R是周期性改变的，开始半摆为正转，F/R=0，故R2=0，以后每次要改变方向时，将R2的D0位取反即可。

　　摆幅控制则可通过一只10kΩ电位器将＋5V电源电压分压后送入80C196KC的模拟量输入通道CH1实现。

　4治疗仪控制功能的实现

　　4.1失速控制

　　通过将SA4828的最高调制频率设定为10Hz，其转速为280r/min，稍高于250r/min，留有一定的调节余量。

　　4.2摆幅控制

　　当电机以最高转速250r/min旋转时，经1/50减速器后，转速为5r/min=1800°/min=30°/s。100°/（30°/s）=3.33s。200°/（30°/s）=6.67s。若以100ms为控制周期，则全摆幅周期T为：T=67×

　　式中：t为摆幅输入采样值；

　　f则为转速输入采样值。

　　刚 开始的第一次摆动应从中间开始正转，故T1=T/2。经过以上处理，就将位置控制变成了定时时间控制，不仅省去了不易调整的位置开关，也使转速及摆幅的控 制方便多了。通过两只电位器就可实现快速、便捷的控制。停车时，由操作人员根据目测，到中心位置时按下转/停开关即可准确停车，且每次转动时均从中心位置 开始正转半幅，然后全幅往复运行。由于通过SA4828实现了0Hz直流制功，即实现了准确停车，又不会将电机制动时产生的再生能量反馈回直流环节的极性 电容，避免了泵升电压的产生。

　　5结论

　　（1）用SA4828设计的变频器，接口简单，功能强，控制精度高，使用方便，能构成高性能的变频调速系统，SA系列PWM控制器在变频调速领域具有很好的应用前景。

　　（2）16位单片机控制提高了系统的智能化，控制速度快，系统性能改变方便，控制、保护、人机界面功能强。

　　（3）通过在医学治疗仪上的实际应用证明，变频控制系统工作安全可靠，频率控制精度及稳定度高，输出谐波含量小，低速运行特性好，起动转矩大，停车准确、迅速。转速及摆幅调节极其方便。作为特殊应用的专用变频器设计，具有推广价值。

WS1	WS0	波形
0	0	正弦波（默认值）
0	1	三次谐波（谐波送加）
1	0	带死区的三次谐波
1	1	留给用户波形

	7	6	5	4	3	2	1	0
R0	FRS2	FRS1	FRS0	×	×	CFS2	CFS1	CFS0
R1	×	PDT6	PDT5	PDT4	PDT3	PDT2	PDT1	PDT0
R2	×	×	PDY5	PDY4	PDY3	PDY2	PDY1	PDY0
R3	RST	CR	AC	OPT1	OPT0	×	WS1	WS0

表1SA4828管脚说明

引脚	名称	类型	功能	引脚	名称	类型	功能
1	AD3	I	地址/数据复用	15	BPHB	O	蓝色相，下电源开关
2	AD4	I	地址/数据复用	16	VSS	P	电源负极（0V）
3	AD5	I	地址/数据复用	17	BPHT	O	蓝色相，上功率开关
4	AD6	I	地址/数据复用	18	YPHT	O	黄色相，上功率开关
5	AD7	I	地址/数据复用	19	SETTRIP	I	置输出断开
6	WR	I	写选通	20	RPHT	O	红色相，上功率开关
7	RD	I	读选通	21	WSS	O	同步波形采样
8	ALE	I	地址锁存选通	22	ZPPR	O	过零脉冲（红色相）
9	RST	I	硬件中断	23	RS	I	寄存器选择
10	CLK	I	时钟输入	24	MUX	I	总线选择
11	CS	I	片选	25	VDD	P	电源正极
12	TRIP	O	关断状态	26	AD0	I	地址/数据复用
13	RPHB	O	红色相，下功率开关	27	AD1	I	地址/数据复用
14	YPHB	O	黄色相，下功率开关	28	AD2	I	地址/数据复用

	7	6	5	4	3	2	1	0
R0	PFS7	PFS6	PFS5	PFS4	PFS3	PFS2	PFS1	PFS0
R1	PFS15	PFS14	PFS13	PFS12	PFS11	PFS10	PFS9	PFS8
R2	×	×	×	×	×	×	INH	F/R
R3	RAMP7	RAMP6	RAMP5	RAMP4	RAMP3	RAMP2	RAMP1	RAMP0
R4	BAMP7	BAMP6	BAMP5	BAMP4	BAMP3	BAMP2	BAMP1	BAMP0
R5	YAMP7	YAMP6	YAMP5	YAMP4	YAMP3	YAMP2	YAMP1	YAMP0