1、引言

　　近几年来， 大功率开关器件得到迅速发展 ，交流变频调速系统的应用也越来越广泛通常变频调速是由微处理器和 SPWM 逆变器共同完成的。控制电机用的 SPWM 信号通常是由微处理器根据算法计算、查表、定时输出三路波形， 然后再通过外部硬件电路进行延时互锁变成三相六路脉冲， 这样的硬件电路复杂，容易引入干扰，系统的可靠性较低。

　　Intel 公司最近推出的高性能 16 位微处理器 87C196MC ， 是专门为三相异步电机和直流无刷电机设计的，它除了具有 16位单片机的通用功能外， 还有独特的事件处理阵列EPA ，能直接输出 SPWM 波形 ，从而使电机控制更加简单， 提高了系统的稳定性 ，可靠性。

2、 87C196MC的基本结构

87C196MC 与 Intel 公司的 8096、8XC196KC、8XC196KB 等 16 位单片机均属 MCS296系列 ， 它主要包括算术逻辑运算部件 RALU、寄存器集、内部A/ D 转换器、 PWM 发生器、事件处理阵列 EPA、三相互补SPWM 波形发生器WG以及看门狗、时钟、中断逻辑等电路。图1为87C196MC的基本结构框图。

图 1 　87C196MC 的基本结构 

　　87C196MC 含有 512 个字节的寄存器集 ，其中的低 24位专为特殊功能寄存器SFR 保留 ， 不能用作通常目的的 RAM。RALU 拥有 256个累加器， 能直接对寄存器集中的低 256位进行操作， 从而避免了其它单片机常有的因只使用一个累加器而造成的“瓶颈”效应; 寄存器集的高 256字节用作寄存器 RAM ， 直接访问这些高端寄存器使得编程容易、执行速度快。标准 SFR 位于存储空间1F00H - 1FFFH ，在使用 SFR 时 ，通常采用视窗技术切换到寄存器区，可以加快操作进度。

　　87C196MC 内部自带 13 路的 10 位/ 8位的高速 A/ D 转换器 ，转换时间可编程设置在 1. 39～40.2 μs 之间 ， A/ D 也可作为可编程的比较器，在输入跨过一个门槛电平时产生中断。87C196MC采用CHMOS工艺，有三种封装方式可供选择:PLCC(84 2L)、SDIP(64 2L)、EIAJ / QFP(80 2L) ，工作温度- 40～+ 85℃，它支持16kb的 EPROM ，晶振频率为16MHz ，完成16位乘以16位的乘法只要1。 75 μs ，32位除以16位除法只要3.0 μs ，非常适合于控制系统的快速性要求。 87C196MC有七个 I/O口，每个端口的管脚都是多功能的， 可用作标准 I/ O 口或用来传送特殊信号。

3、 87C196MC的独特功能

3.1 SPWM 波形发生器 WG

　　87C196MC 内部设置了一个三相互补的SPWM 波形发生器 WG ， 通过 P6口直接输出六路 SPWM 信号 ， 驱动电流可达 20mA ，驱动信号频率可达 8MHz ，每路 SPWM 信号都是独立可编程的， 通过编程设置死区互锁时间 ，可以防止同一桥臂上、下两个功率管同时导通而造成短路。在使用 16MHz 晶振时 ，死区时间可设定在 0.125～125 μs 之间。

3.2 事件处理阵列 EPA

　　EPA 主要执行输入、输出功能。输入方式时 ，EPA 监视输入管脚的信号变化，在事件发生时记录其时间值 ，这个过程称为捕捉。输出方式时， 等到定时器符合一个储存的时间值，就设置、清除或触发输出管脚。这是一个比较事件。捕捉和比较事件都能产生正常服务流程或中断，87C196MC 有四个捕捉/比较模块和四个只比较模块。

　　EPA 还含有两个16位的双向定时/ 计数器 T1和 T2。定时器 T1可按外部时钟源计时，在这种工作方式下，EPA 可以直接处理位置传感器 (如光电码盘) 输出的两路相位互差90°的脉冲信号，从而监视电机的运转速度和方向。

3。 3 外部事件处理服务器 PTS

　　87C196MC的中断处理系统有两类:可编程中断控制器和 PTS。可编程中断可以被设置成 PTS中断服务方式，PTS拥有数种微指令码化的硬件中断服务流程， 可与 CPU 并行工作，能完成数据块传递、处理多路A/D转换、控制串行通讯等功能。

4、 87C196MC的应用

 　　图 2是用 87C196MC 构成的变频调速控制系统，功率管采用德国SEMIKRON 公司的 IGB T( IC = 100A ，VCE = 1200V) ，功率管驱动模块采用日本英达公司的 HR065 ，三相异步电机功率为10kVA。 87C196MC的 P6口发出的六路 SPWM 信号直接接到 IGBT的六个驱动模块 HR065的9脚上，不需要外加隔离器件 ， 因为 HR065 自身带有光电隔离器件。HR065采用 25V 单电源供电， 内部还有自动保护电路和温度检测电路，当出现故障时可以及时封管，同时这个故障信号也送往单片机的EXTIN T端，封锁六路 SPWM 信号输出。

图 2   变频调速控制系统

　　电机的速度检测由光电码盘完成，光电码盘输出的 A、B 两路相位差 90°的脉冲经光电 隔 离 分 别 达 到 单 片 机 的 T1CL K 和T1DIR 的两脚 ， 利用 87C196MC 的晶振时钟模式检测反馈信号， 当 T1CLK管脚上信号的上升沿先于 T1DIR 信号的上升沿时 ，T1加计数 ，反之 ， T1减计数 ，由此来判别电机的转向，采用变 M/ T 法可算出转速。

5、结论

　　在宝钢连铸机用矢量控制变频调速系统中运用87C196MC ，取得良好效果，不仅大大简化了硬件电路设计，而且提高了系统的可靠性。