毕业设计论文基于STM32单片机SPWM单相逆变电源设计.docx

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1、题目：基于STM32单片机SPWM单相逆变电源设计摘要随着科技的快速发展，近年来，越来越多的新能源被开发出来，为了使这些能源高效地被利用，提高输出电能的质量，人们不断改进这逆变电源。由于传统的逆变电源为采用了模拟控制，也就导致了整体结构的繁琐、抗干扰能力弱且难以调试的缺陷。相对而言数字化控制系统，结构简单、控制精准、便于调试的特点正利于逆变电源的发展。所以本文以社会生产实践出发，研究基于STM32单片机SPWM单相逆变电源，存在的实际的需求和价值。首先文章引见了课题研究背景和目的，介绍了逆变电源发展及现状以及未来趋势。介绍了SPWM调制技术，对其两种控制进行了对比和根据要求选用。而后分为硬件设

2、计和软件编写两部分实现，硬件部分主要讲述了逆变电源的主要结构组成，抉择了单相全桥逆变电路的构造，然后选用了STM32单片机作为主控芯片构建管理电路；软件部分描述集成开发环境Kei1V5,分模块设计程序，然后对SPWM信号发生程序进行详解以及其他部分程序内容解析。最后，在实验模块上进行调试，对调试方法加以说明。关键词：逆变电源软硬件设计SPWM调制STM32AbstractWiththerapiddeve1opmentofscienceandtechno1ogy,inrecentyears,moreandmorenewenergysourceshavebeendeve1oped.Inordert

3、oenab1etheseenergysourcestobeusedefficient1yandimprovethequa1ityoftheoutputpower,peop1econtinuetoimprovethisinverterpowersupp1y.Becausethetraditiona1inverterpowersupp1yadoptsana1ogcontro1,it1eadstothedefectsofthecumbersomeovera11structure,weakanti-interferenceabi1ityanddifficu1ttodebug.Re1ative1yspe

4、aking,thecharacteristicsofdigita1contro1system,simp1estructure,precisecontro1andeasydebuggingareconducivetothedeve1opmentofinverterpowersupp1y.Therefore,basedonthepracticeofsocia1production,thisartic1estudiestheactua1demandandva1ueoftheSPWMsing1e-phaseinverterpowersupp1ybasedonSTM32microcontro11er.F

5、irst,theartic1eintroducestheresearchbackgroundandpurposeofthesubject,andintroducesthedeve1opmentandcurrentstatusoftheinverterpowersupp1yandfuturetrends.SPWMmodu1ationtechno1ogyisintroduced,anditstwocontro1sarecomparedandse1ectedaccordingtorequirements.Thenitisdividedintotwoparts:hardwaredesignandsof

6、twarewriting.Thehardwarepartmain1ydescribesthemainstructura1compositionoftheinverterpowersupp1y,choosesthestructureofthesing1e-phasefu11-bridgeinvertercircuit,andthense1ectstheSTM32microcontro11erasthemaincontro1chiptobui1dthemanagementcircuit;Thesoftwarepartdescribestheintegrateddeve1opmentenvironm

7、entKei1V5,sub-modu1edesignprogram,andthentheSPWMsigna1generationprogramisexp1ainedindetai1andotherpartsoftheprogramcontentana1ysis.Fina11y,thedebuggingiscarriedoutontheexperimenta1modu1e,andthedebuggingmethodisexp1ained.Keywords:inverterpowersourcehardwareandsoftwaredesignSPWMmodu1ationSTM32摘要1Abstr

8、actII第一章绪论11I课题的研究背景及意义11.2逆变电源的发展113本课题的目标与任务2第二章逆变电源控制方案研究32 .1SPWM技术简介33 .2SPWM单极性和双极性比较分析42.2.1单极性正弦脉冲宽度调制42.2.2双极性正弦脉冲宽度调制52. 2.3控制方式选择62.3本章小结6第三章逆变电源电路设计73.1逆变电源系统架构73.2逆变电源主电路设计83. 2.1逆变电源拓扑结构83. 2.2逆变电路设计83. 2.3电源电路&输入电压采集93.2.4 输出电流采集电路103.2.5 输出滤波器设计与参数计算113.3逆变电源控制电路设计113.3.1主控芯片123.3.2驱

9、动电路133.3.3采样反馈电路143. 3.4串口通信电路153.4保护电路及抗干扰设计153.5本章小结16第四章逆变电源软件设计174.1Kei1MDK集成开发软件环境简介174.2控制系统整体软件设计184.3模块初始化程序设计194.4SPWM信号生成模块程序设计194. 4.1SPWM脉宽数据生成程序194. 4.2正弦波输出频率设置程序204. 4.3PWM输出程序214.5 按键功能程序设计224.6 串口通信模块程序设计234. 6.1串口配置初始化程序244. 6.2串口中断接收程序244. 6.3串口数据解析程序254.7 O1ED显示程序254.8 输入电压、输出电流采

10、集程序274.9 过流保护程序294.10 10本章小结31第五章系统调试与结果分析324.11 1系统性能参数325.2实验结果分析325.2本章小结33第六章结论34致谢35参考文献36第一章绪论1.1 课题的研究背景及意义新世纪以来，人们越发注重对环境的保护，所以都致力于减少化石能源的采集改而研究各种新能源。在这样的社会背景下，对新能源进行高效开发利用就成为了新世纪的科技发展方向。相较于不能够再生的石油、天然气和煤，可再生能源和太阳能这些新能源更加的绿色低碳环保，能源主体的变换带来的是发电方式的变革，相应的由新能源所生产的电能并入电网，需要的就是逆变技术。如今这项技术更多地融入了日常的生

11、产生活。逆变通俗来说把直流电转变为交流电的进程，方便解决了一些能源发电所出现的直流与交流不通的问题，而这种完成逆变过程的电路叫做逆变电路。逆变电源则早就诞生在1960年代，随着新理论、新技术、新工艺的不断出现，以及和微电子技术的日益结合，逆变电源具有了高可靠性、高稳定性、占用空间小和功耗低的优势，所以随着科技的日新月异而发展壮大。1.2 逆变电源的发展从二十世纪六十年代诞生以来，伴随着元器件的更新换代逆变电源技术也取得了长足的进步。以所用的电力电子开关器而言，作为一个功率半导体器件，对电能进行转换控制，实现电能的调节。逆变电源主要有如下三代发展：第一代逆变电源,由于时间较早科技所限，当时所使用

12、元器件是晶闸管（SCR）o由于一开始技术不成熟所以其本身不能进行关闭，因而就加大了整体电路复杂程度、体积重量大、高噪声高污染以及效率低下的问题，因而第一代的发展并未有多少成就。第二代逆变电源，随着元器件的发展，第二代使用上了全控器件，有些也是一代晶闸管的衍生产品，诸多的高速器件的应用，同时采用了SPWM控制技术，这就是第二代逆变电源的进步。同样的第二代也有着不足之处：（1）无法很好地匹配非线性负载的使用；（2）波形质量无法得到保证，不稳定；（3）无法实现良好的动作质量；（4）不能够被三相电所使用的。第三代逆变电源，是通过对第二代进行控制技术改进，取得实时的数据反馈达到控制目的，方法：1）反复多

13、次进行控制；2）通过其他波形进行补偿以完善控制；3）通过无差拍方式进行控制；4）进行极短时间的一个电压值进行控制；5）组成双环反馈电路进行控制。这些方式也或多或少地存在一些缺陷，但随着科技的发展，会有更好更完善的逆变电源技术得以实现。接下来的时间里科技不断完善也将带动着逆变电源技术不断发展，向着高效绿色进发，成为新能源电源的主力军。1.3 本课题的目标与任务本课题参考着生产实践，结合国内外的文献研究成果，结合自身对于逆变电源技术和STM32的理解与使用，完成基于STM32单片机SPWM单相逆变电源的设计任务。第二章：首先介绍分析SPwM技术的原理方法，然后进行分析两种极性电源调制方案，最后根据

14、需求确定本课题所需要的控制方案。第三章：逆变电源的硬件电路设计，主要包括：选取逆变电路结构，进行电源电路、数据和采集电路以及驱动电路等的设计分析。第四章：逆变电源的软件程序设计，主要阐述STM32单片机开发环境，SPWM信号产生模块设计，控制算法等。第五章：对系统整体调试和对结果分析。第六章：得出课题结论，对问题进行总结指出不足与改进的方向第二章逆变电源控制方案研究该控制系统由逆变电源采用，其功能是调节逆变电源参数或外部因素，使整个变频器过程完成电能的转换，并满足输出波形的要求。本文分析并比较了SPWM技术以及单极性和双极性PWM控制模式，并将最终选择了单极性SPWMo2.1SPWM技术简介二

15、十世纪六十年代由德国科学家使用脉宽调制即PWM（Pu1seWidthModu1ation）技术改进逆变电源。随着多年的发展改进，衍生了自然采样、按照一定规律采样、通过谐波进行补偿等调制方法，到如今PWM技术已经日益完善了，得以正确地使用。正弦脉宽调制也就是我们课题中提到的SPWM。这项技术产生于首先是在，通信领域得到的发展.SPWM的原理是在比较参考波和载波之后，能够得到一组所需的矩形波。而这些矩形波的振幅相同的情况下，所得的脉宽是由作为参考作用的波形的三大参数（相位、幅值、频率）所影响的。因此这些矩形脉冲就获得了如下的特点，其脉冲中点也就在相应的载波的中点的位置，同时还符合了面积等效原理。得到了图21。通俗地来说SPWM波，脉冲宽度是呈现着正弦波规则的变化趋势，而且受到系数所以影响发生相应改变，最直接的表现就是幅值变化。采用了这种技术之后，系统将会有着如下这些主要优势：（1）对于输出波形的三大参数（频率、幅值、相位）能够同级调试；（2）输出波形峰值高低不受输入的功率相位差影响；（3）能同时调节输出波形频率幅值；dTTT图2-1正弦调制矩形脉冲序列因为输出波形有正极性和负极性两种，所以对应着的调制方法也就有了单极性和双极性的两种。区别在于单极性只有正/负半轴，而双极性则兼具正负半