在现代工业和经济生活中，伴随着电力电子技术、微电子技术以及现代控制理论的发展，变频技术已广泛应用于各个领域。
PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一。
1964年 A.Schonung和H.Stemmler首先在《BBC》评论上提出把这项通讯技术应用到交流传动中，从此为交流传动的推广、应用开辟了新的局面。
从最初采用模拟电路完成三角调制波和参考正弦波比较，产生正弦脉宽调制SPWM 信号以控制功率器件的开关开始，到目前采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出，可以说直到目前为止，PWM在各种应用场合仍占主导地位，并一直是人们研究的热点。
本文首先对变频技术、PWM控制原理等内容进行介绍。
在充分了解PWM变频原理的情况下，设计一个用单片机产生PWM脉冲信号，达到变频目的的系统。
整个系统的上位机部分采用Borland公司推出的可视化开发工具Delphi7.0来实现；下位机CPU选用美国A TMEL公司生产的A T89C2051单片机来实现。
目录1. 绪论 (1)1.1变频技术 (1)1.2变频技术的发展 (1)1.3设计的主要内容及意义 (2)1.3.1主要内容 (2)1.3.2意义 (3)2. 变频器基本原理与系统硬件设计 (4)2.1变频器基本结构及功能原理 (4)2.1.1 变频器的基本结构 (4)2.1.2变频器的功能原理 (4)2.2系统硬件设计 (4)2.2.1系统变频器主电路 (5)2.2.2整流单元 (5)2.2.3直流中间单元 (6)2.2.4逆变单元 (6)3 PWM方法与控制技术 (11)3.1 PWM控制的基本原理 (11)3.2 PWM变频的微型计算机实现 (16)4 系统程序设计 (22)4.1下位机结构及程序编制 (22)4.1.1单片机AT89C2051 (22)4.1.2单片机产生PWM触发脉冲的程序编制 (27)4.2上位机程序编制及实现 (33)4.3系统下位机与上位机通讯程序编制 (36)4.3.1串行通讯接口电路 (36)4.3.2 串行通信的WindowsAPI简述 (37)4.3.3串行通信相关函数 (37)4.3.4 API函数使用流程 (38)4.3.5通信步骤 (39)4.3.6上、下位机通信程序的编制 (39)4.4上位机通信部分运行调试 (43)结束语…………………………………………………………………………………………………错误！未定义书签。
附录 (47)参考文献 (55)11绪论变频调速技术是现代电力传动技术的重要发展方向，而作为变频调速系统的核心—变频器的性能也越来越成为调速性能优劣的决定因素，除了变频器本身制造工艺的“先天”条件外，对变频器采用什么样的控制方式也是非常重要的。
随着电力电子技术、微电子技术、计算机网络等高新技术的发展，变频器的控制方式今后将向数字控制变频器等方向发展。
现在，变频器的控制方式用数字处理器可以实现比较复杂的运算，变频器数字化将是一个重要的发展方向，目前进行变频器数字化主要采用单片机MCS51或80C196MC等，辅助以SLE4520或EPLD液晶显示器等来实现更加完善的控制性能。
[1]1.1变频技术[1]变频技术，简单地说就是把直流电逆变成不同频率的交流电，或是把交流电变成直流电再逆变成不同频率的交流电，或是把直流电变成交流电再把交流电变成直流电。
总之这一切都是电能不发生变化，而只有频率的变化。
变频技术的类型主要有以下几种：（1）交—直变频技术（即整流技术），它是通过二极管整流，二极管蓄流或晶闸管、功率晶体管可控整流实现交—直（0Hz）功率转换。
这种转化多属于工频整流。
（2）直—直变频技术（即斩波技术），它是通过改变电力电子器件的通断时间，即改变脉冲的频率（定宽变频），或改变脉冲的宽度（定频调宽），从而达到调节直流平均电压的目的。
（3）直—交变频技术，电子学中称振荡技术，电力电子学中称逆变技术。
振荡器利用电子放大器件将直流电变成不同频率的交流电甚至电磁波。
逆变器则利用功率开关将直流电变成不同频率的交流电。
如果输出的交流电频率、相位、幅值与输入的交流电相同，称为有源变频技术；否者称为无源变频技术。
（4）交—交变频技术（即移相技术）。
它通过控制电力电子器件的导通与关断时间，实现交流无触点开关、调压、调光、调速等目的。
变频技术随着微电子学、电力电子技术、电子计算机技术、自动控制理论等的不断发展而发展，现已进入了一个崭新的时代，其应用也越来越普及。
从起初的整流、交直流可调电源等已发展至高压直流输电、不同频率电网系统的连接、静止无功功率补偿和谐波吸收、超导电抗器的电力储存等。
在运输业、石油行业、家用电器、军事等领域得到了广泛的应用。
如果超导磁悬浮列车、高速铁路、电动汽车、机器人；采油的调速、超声波驱油；变频空调、变频洗衣机、变频微波炉、变频电冰箱；军事通信、导航、雷达、宇宙设备的小型化电源等。
1.2变频技术的发展[1]纵观变频技术的发展，其中主要是以电力电子器件的发展为基础的。
第一代以晶闸管为代表的电力电子器件出现于20世纪50年代。
1956年贝尔实验室发明了晶闸管，1958年通用电气公司推出商品化产品。
它主要是电流控制型开关器件，以小电流控制大功率的变换，但其开关频率低，只能导通而不能自关断。
第二代电力电子器件以电力晶体管（GTR）和门极关断（GTO）晶闸管为代表，在20世纪60年代发展起来。
它是一种电流型自关断的电力电子器件，可方便地实现变频、逆变和斩波，其开关频率只有1～5kHz。
2第三代电力电子器件以双极性绝缘栅晶体管（IGBT）和电力场效应晶体管（MOSFET）为代表，在20世纪70年代开始应用。
它是一种电压（场控）型自关断电力电子器件，具有在任意时刻用基极（栅极、门极）信号控制导通和关断的功能。
其开关频率达到了20 kHz甚至200kHz 以上，为电气设备的高频化、高效化、小型化开创了条件。
第四代电力电子器件，有出现于20世纪80年代末的智能化功率集成电路（PIC）和20世纪90年代的智能功率模块（IPM）、集成门极换流晶闸管（IGCT）。
它们实现了开关频率的高速化、低导通电压的高性能化及功率集成电路的大规模化，包括了逻辑控制、功率、保护、传感及测量等电路功能。
经过40多年的发展，电力电子技术已成为一门多学科的边缘技术，它包含交流电路、电力电子器件、计算机辅助设计、模拟电子学和数字电子学、微型计算机、控制理论、超小规模集成电路、高频技术和电磁兼容等。
电力电子技术的发展方向是：高电压大容量化、高频化、组件模块化、小型化、智能化和低成本化。
应用的技术有：脉宽调制（PWM）、滑模控制、非线性变换、功能控制及交流电动机矢量控制、直接转矩控制、模糊控制和自适应控制等。
变频技术应用最广的是变频器。
通用变频器的发展趋势是：（1）数控化。
采用新型电脑控制，例如日本富士公司的大于等于3 0kW变频器，采用两个16位CPU，一个用于转矩计算，另一个用于数据处理，实现了转矩限定、转差补偿控制、瞬时停电的平稳恢复、自动加/减速控制及故障自诊断等。
对于小于等于22 kW变频器采用一个32位数字信号处理器（DSP），提高了计算、检测和响应的速度，扩充和加强了其处理功能。
（2）高频化。
为适应纺织和精密机械等更多领域的高速需求，变频器的频率已由过去的0～50～120 Hz，发展到400 Hz，目前已提高到600～1000 Hz，甚至3 kHz以上。
（3）数显化。
由过去的指示灯、发光二极管、LED数码管，发展到目前的液晶显示（LCD），显示行数有1、2、3、4行等。
1.3设计的主要内容及意义1.3.1主要内容本设计主要是实现单片机对变频器逆变部分的控制。
所控制的变频器采用交流—直流—交流的变频方式，主电路由整流电路和逆变电路两部分组成，即先由整流电路将工频交流电转换成直流电，再由逆变电路将直流电转换成频率可调的交流电。
系统的整流部分采用晶闸管三相桥全控方式，双窄脉冲触发，脉冲移相控制；逆变电路采用正弦脉宽调制（SPWM）控制，电子元气件选用绝缘栅双极性晶体管（IGBT），触发信号由单片机编程产生。
系统采用两级计算机控制系统来进行控制。
下位机选用美国ATMEL公司生产的AT89C2051单片微型计算机，其主要任务是生成IGBT的触发信号；上位机选用一般的个人计算机，通过软件编程来设定系统要求达到的频率值。
系统工作过程中电动机的中心频率、换相周期等参数由键盘设定并通过RS—232串行通讯传输给下位机。
下位机接收到上位机传来的参数后，按设定的时间控制IGBT的通断，从而控制系统中电动机的各种特性的变化，产生符合工作要求的频率。
31.3.2意义本设计采用全数字化方案产生正弦脉宽调制SPWM 信号以控制功率器件的开关，完成优化的实时在线的PWM 信号输出。
PWM有可以同时实现变频变压及抑制谐波的特点，因而可在交流传动及其它能量变换系统中得到广泛应用。
42 变频器基本原理与系统硬件设计变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器基本上有着相同的基本结构，其实现的基本原理也相同。
2.1变频器基本结构及功能原理[2]2.1.1 变频器的基本结构变频器是由主回路和控制回路两大部分组成的。
主回路由整流器（整流模块）、滤波器（滤波电路）和逆变器（大功率晶体模块）三个主要部分组成。
控制回路则由单片机、驱动电路和光电隔离电路组成。
变频器基本上都有着图2-1所示的基本结构。
图2-1 变频器的基本构成2.1.2变频器的功能原理虽然变频器的种类很多，其内部结构也各有不同，但大多数的变频器都有着图2—1的基本结构，它们的区别仅仅是控制电路的和检测电路实现的不同以及控制算法的不同而已。
结合图2—1简单介绍一下变频器各部分电路的基本作用。
一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。
它的主要作用是对工频的外部电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。
直流中间电路的作用是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到质量较高的直流电源。
逆变电路是变频器最主要的部分之一。
它的主要作用是在控制电路的控制下将平滑电路输出的直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。
逆变电路的输出就是变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。
2.2系统硬件设计本系统的硬件设计主要分两部分：变频器的主电路部分和控制电路部分，系统以控制电路的设计为重点。
系统总的硬件结构如图2—2所示。
5图2-2 系统硬件总结构2.2.1系统变频器主电路系统所选的变频器主电路和一般变频器相似，其基本结构如图2—3。
图2-3 变频器主电路2.2.2整流单元[3]在一般的SPWM 逆变电路中，使用的是二极管不可控整流，而本系统采用的是晶闸管三相桥全控整流。