MA818可编程三相脉宽调制大规模集成电路

MA818是由英国Marconi公司在80年代末推出的、用于产生三相PWM控制信号的大规模集成电路芯片，属于同一系列的芯片还有MA828和MA838。

MA818和SLE4520相似，是一种通用的可编程的微机外围芯片，使用一组标准的MOTEL总线，这使它与目前应用的绝大部分微机接口变得极为容易。虽然必须和微处理机配合使用，但微机的介入程度很低，MA818本身的功能要比SLE4520强大得多。

MA818采用标准的双列直插40脚封装或40脚方形塑料封装。

1.MA818的功能特点

·全数字操作。MA818可以非常容易地由微处理机通过MOTEL总线接口直接进行控制。PWM的全数字化产生方法使它的脉冲具有很高的精确性和稳定性

·工作频率范围宽。三角载波频率可选，最高可达24kHz(采用12.5MHz的晶体振荡器时)。这使它可方便地应用于电机临界噪声以上的传动，输出调制频率最高可达4kHz,输出频率的分辨率可精确到12位字长

·工作方式灵活。MAB18具有6个标准TTL电平的输出，可方便地用来驱动逆变器的6个功率开关器件。其工作参数，如载波频率、调制频率、调制深度、过调制选择、最小脉冲宽度(定义后，MA818将从脉冲列中自动删除更窄的脉冲)、延迟时间、相序等，可由微机通过向其写入控制字而方便地确定或修改，不需外加任何电路

2.MA818的内部结构、管脚说明及其基本工作原理

(1)内部结构：图6-12为MA818的内部原理框图，从图中可以看到，MA818主要有三部分构成：①接收并存储微处理器命令(控制字)的部分。它主要由总线控制，总线译码，暂存器R0、R1、R2,虚拟寄存器R3、R4及24位初始化寄存器和24位控制寄存器组成；②从EPROM读取调制波形的部分。它由地址发生器和数据缓冲器组成；③三相输出控制电路及输出脉冲锁存电路。每相输出控制电路又由脉冲删除电路和脉冲延迟电路组成。

(2)工作原理：

1)MA818在工作之前，首先需要由微处理机向其两个24位寄存器输入命令字，这两个寄存器分别被称为初始化寄存器和控制寄存器。

由于MOTEL总线的数据宽度被限制到8位字长，因此数据在被输送到任一个24位寄存器之前，先要分三次分别送到三个暂存寄存器R0、R1、R2中。数据从暂存寄存器R0、R1、R2送到初始化寄存器或控制寄存器，是通过往虚拟寄存器R3、R4送数的写指令来实现的。R3、R4实际上是不存在的，它们只在指令中

出现。往R3送数的写指令将数据从R0、R1、R2传送到控制寄存器，而往R4送数的写指令将数据从R0、R1、R3传送到初始化寄存器。

MA818中寄存器地址分配见表6-10。

表6-10寄存器地址

2)MA818采用SPWM的规则采样法产生实际的PWM输出脉冲。用于与三角载波比较、从而产生PWM脉冲序列的调制波形，由MA818从外部2KB×8的PROM/EPROM中直接读取，因此MA818本身具有一个地址发生器和一个输入数据缓冲器。外部PROM/EPROM的应用，允许用户按要求定义各种精确的特殊波形。

0°~180°正半周调制波形分成768个8位采样值进行存储，幅值范围为0～255。768个采样值从0°~180°按线性增长，给出的角度分辨率大约为0.23°,MA818通过赋予负半周以相同采样值的负值而构成全360°的波形。由于存储这些采样值仅需占用2KB×8PROM/EPROM不到一半的存储空间，故为了减少MA818的管脚数，每一个8位采样值又被分为高4位和低4位，分别存储在两个相应的字节的低4位位置上，这样MA818只需4根数据线即可完成从外部PROM/EPROM中读取波形采样值。768个波形采样值分成1546个4位采样值存储，其中低4位部分分别存储在0000H~0300H单元中，而高4位部分分别存储在0400H~0700H单元中，MA818自动地读取这两个部分，并在内部拼成一个8位采样值。

3)脉冲延迟电路的作用是，在改变任何一相两个开关器件的状态时，提供一个较短的延迟时间。使导通信号滞后于关断信号.

从而避免由这两个开关在状态转换期间造成直通短路。而脉冲删除电路的作用是，保证使最小输出脉冲宽度大于器件的开关时间，

所有更窄的脉冲将被删去。

(3)MA818引脚说明：双列直插式的MA818

有40个引脚，见图6-11。按基本功能可将其划分为三个部分。

1)用于与微处理机接口的MOTEL多用总线，包括AD0~AD7(用来从微处理机接受地址和数据信息)、三根总线控制线(管脚9、10、11,Intel模式分别为WR、RD、ALE;MOTOROLA模式分别为R/W、DS、AS)。一个片选输入CS,这根控制线使

MA818可像其他微处理机外围接口芯片一样，共享同一组总线。

目前在工业上广泛使用的8085、8088、8051、6805等与MA818这组MOTEL总线都是兼容的，并且MA818可使它自己自动适应Intel或MOTOROLA模式，每当AS/ALE管脚变为高电平时，MA818内部检测电路将自动锁存DS(RD)线上的状态，如果测试结果为高电平，则采用Intel模式；如果测试结果为低电平，则采用MOTOROLA模式。

2)用于与存储调制波形的PROM/EPROM连接的11根地址线A0~A10和4根数据线D0~D3。

3)三相PWM输出线及其控制线，包括6个具有标准的TTL电平的输出线RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB,分别用来驱动三相逆变器的六个功率开关器件。此外还有：①封锁控制

(SETTRIP),这是一条输入线，当这条线上出现高电平时，输出脚TRIP及六个PWM输出将被迅速地锁存在低电平状态；②封锁状态(TRIP),这是一条输出线，其状态表明输出是被封锁或是未被封锁低电平有效。③复位信号(RST),这是一条输入线，低电平有效。当有效时，将完成下列功能：①所有PWM输出被强迫钳制在低电平，从而将关断逆变器的所有六个开关。①内部计数器置为零，对应于R相输出的0°;开当释放时，其上升沿将解除对PWM输出的封锁，并将TRIP线置为高电平(假如这时SETTRIP输入无效)。④零相脉冲信号(ZPP),这是一条输出线、这条线输出一个与调制波频率相同频率的脉波。

除了以上三部分外，还有两根电源线Vpo(+5V)、Vs(0V)及一个时钟输入线CLK。

3.MA818的控制方式

(1)初始化寄存器的编程：初始化寄存器将确定载波频率、调制频率范围(这个参数规定了PWM输出调制波的最高可能频率)、脉冲延迟时间、最小脉冲宽度、计数器复位(这个功能可使MA818内部调制频率计数器置零，并给出占空比为50%的输出脉冲)等。这些参数将由相应的控制字确定，而这些控制字在输送到24位初始化寄存器前，先要分别送到三个8位暂存寄存器R0、R1、R2中，其内容见表6-11。

表6-11暂存寄存器RO、RI、R2内容

表中所示各控制字的实际意义可简单解释如下：

R1中的CFS字称为载波频率选择字，设P为与CFS字相对应的十进制值，则实际载波频率为

f=K/(512N)

式中K——外部时钟频率；

N——-分频比，N=20+1。

R1中的FRS字称为调制频率范围选择字，设q为与FRS字相应的十进制值，则实际的调制频率范围由下式给出：

f=(f:/384)×M

式中M=2⁴

R2中的PDY字称为脉冲延迟时间选择字，设X为与PDY相应的十进制值，则实际的脉冲延迟时间由下式给出：

Tp=Pdy/(f.×512)

式中，Pdy=64一X,当T,被确定后，所有6个PWM输出脉冲的上升沿都将被延迟Tp时间。

RO中的PDT字称为脉冲删除宽度选择字，设Y为与PDT字相对应的十进制值，则实际的脉冲删除宽度由下式给出：

Ta=Pdt/(f×512)

式中Pdt=128-Y

应该指出的是，由于脉冲延迟电路跟在脉冲删除电路之后(见图6-12),故输出端的PWM脉冲的实际最小宽度将比设定的脉冲删除宽度窄，这个实际的最小脉冲宽度等于Ta-Tp。

R0中的D7位为计数器复位CR,当CR有效时(低电平),内部调制波相位计数器置零，对应R相输出的0°。

(2)控制寄存器编程：24位控制寄存器的内容将确定调制波频率选择、正转/反转选择、调制波幅值选择、过调制选择、输出禁止选择等。下面通过分别介绍暂存器R0、RI、R2的内容(见表6-12)来解释如何确定这些参数。

R1中的D3~D0位及R0中的D7～D0位构成了12位输出调制频率选择字，PF11=MSB,PF0=LSB,实际调制频率为调制频率范围的一个百分比值。通过12位选择字PF,调制频率从零到最大(即调制频率范围所定义的值)被分成4096个相等的台阶。

表6-12暂存寄存器R0、R1、R2内容

实际调制频率由下式给出：

fp=(f./4096)×Z

式中Z—与PF字相对应的十进制值。

R1中的D5位为输出禁止选择位INH,当该位有效时(即为低电平时),所有PWM输出将被置为关(低电平)状态。但MA818内部PWM脉冲产生电路仍将继续工作。当INH位被释放后，PWM脉冲将立即被恢复。

R1的D6位为过调制选择位OM,当其有效(即为高电平)时，调制波形的幅值将被控制选择字控制在100%～200%范围内变化，这时的过调制幅值为

A0=Ap+100%

式中A——由幅值选择字确定的调制波幅值。

R1中的D7位为正向/反向选择位F/R,当这位为0时，调制波频率相位计数器为增量型，输出是正相序。当这位为1时，调制波频率相位计数器为减量型，输出是反相序。因此PWM输出波形在F/R位变化时是连续的。正向工作时，输出相序是红一黄一蓝；反向工作时、输出相序是蓝一黄一红。

R2的D0～D7位是调制波幅值选择字AMP,调制波幅值是通过给存储在PROM/EPROM中的波形采样值乘以一个比例因子而得到的。实际调制波幅值的百分比值由下式给出：

Ap=A/255×100%式中A——8位AMP字的十进制值。

4.MA818编程举例下面的例子假定应用的主时钟频率为12.288MHz,这个时钟频率允许MA818具有最大的载波频率24kHz和最大的输出调制频率4kHz。

(1)初始化寄存器的编程：设要求的输出调制频率变化范围为0~250Hz,载波频率为6kHz,最小脉冲宽度为10μs,延迟时间为5μs。

1)置载波频率：

N=K/(512×f)=12.288×106/(512×6×10³)=4

从前述可知，N=4对应的暂存寄存器R1中的3位CFS字为010。

2)置调制频率范围

M=(f/fe)×384=(250×384)/(6×10³)=16

M=16对应于暂存寄存器R1中的3位FRS为100。

3)置脉冲延迟时间

Pdy=Tp×fe×512=15.4

现在需要把Pdy取整。因为延迟时间是为了防止同一桥臂的上下开关同时导通，故最好是向上取整。取Pdy=16,对应的暂存器R2中的PDY字为110000,这时实际的延迟时间为5.2μs。

4)置脉冲删除宽度：置脉冲删除宽度时，必须考虑到脉冲延迟时间。如前所述，在PWM输出端实际看到的最小脉冲宽度为

Ta-Tp,所以有Ta-Tp=10

Ta=(10+5.2)μs=15.2μs

Pdt=Td×f.×512=46.7

与前相仿，Pdt需要取整，至于向上或向下取整，取决于实际应用。这里取Pdt=46,则Ta=15μs,实际最大脉冲宽度为15-5.2=9.8μs。

Pdt=46对应于暂存寄存器RO中的7位PDT字为1010010。

综上所述，按照本例要求，应给初始化寄存器置表6-13所示的数据。

表6-13初始化寄存器置数

(2)控制寄存器编程：一般说来，在电机运转时，控制寄存器中的数据需要不断修改，这里仅给出一组参数数据。假设要求输出调制波频率为100Hz,调制波幅值为EPROM中采样值的80%,相序为正向，输出禁止无效，不要求过调制。

1)置输出调制频率

Z=f×4096/f,=100×4096/250=1638.4

对Z取整，得Z=1638,相应的暂存寄存器R0和R1中的12位PF字为011001100110,实际输出的f为99.97Hz。

2)置过调制位，正转/反转位，输出禁止位。若不要求过调制，过调制位OM=0;要求电机正转，正/反转位F/R=0,输出相序为红一黄一蓝。输出禁止位无效，INH=1。

3)置调制波幅值：

A=Ap×255/100=80×255/100=204

对应的暂存器R2中的8位AMP字为11001100。

综上所述，按此例要求，应给控制寄存器置表6-14所示的数据。

表6-14控制寄存器中内容的例子

图6-13为MA818的典型应用结构框图。