CN110708045B - 一种波形移相的控制电路、方法和定时器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种波形移相的控制电路、方法和定时器，包括：计数器方向采集器、加法模块、减法模块、控制模块、比较值寄存器和移相值寄存器，所述计数器方向采集器的输入端用于获取计数器的计数方向，并根据计数器的计数方向输出选择信号；控制模块，用于根据所述选择信号选择调用所述加法模块或减法模块对所述初始比较值和移相值进行相加或相减运算，并将运算结果输出至比较器模块，以便由所述比较器模块对计数器的计数值与比较值进行比较并输出比较结果至波形输出模块，以便由所述波形输出模块根据所述比较结果，输出移相后的波形。通过本发明的电路实现了在一个PWM周期内只进行一次中断就能够实现对波形的相位移动，大大节约了CPU资源。
Description
技术领域
本发明涉及电路领域，尤其涉及一种波形移相的控制电路、方法和定时器。
背景技术
目前，在交流电机矢量控制中，需要采样电机的A、B、C三相电流，出于成本的考虑，一般利用采样电阻得到三相电流。
采样利用电阻采样三相方案可以分为两种：一种如图1所示，三个采样电阻位于三相逆变器的下桥臂，对应采样三相电流；另一种如图2所示，采用一个采样电阻位于直流母线上。两者均是只有在下桥臂导通时才能采样到ABC三相的相电流，A、B和C三相的PWM波形在高电平时表示其下桥臂导通。
显然，采用单电阻采样更加节约成本，除此之外，另一个益处就是检测全部三相时使用的电路相同，增益和偏移都是相同的，不需要校准每相放大电路或者软件补偿。
在利用单电阻电流采样时，如图3所示，如在T1时间段采样B相电流，T2时间段采样A相电流。但是，如图4所示，存在T1和T2时间很短，小于采用所需的时间的情况，此时采样无法完成。因此此时需要调整各相的PWM波形，增大采样时间窗口，如图5所示，一般是将占空比大的波形进行左移相，占空比小的波形进行右移相，占空比处于中间的不动，作为标准参考波形。
现有技术中是在一个PWM周期内计算出PWM向上计数的比较值以及向下计数的比较值，然后在向上溢出中断处理函数中将向下计数的比较值写入比较值寄存器中，在向下溢出中断处理函数中将向上计数的比较值写入比较值寄存器中，每一个PWM周期需要进入两次中断，写入两次比较值，占用了电机的控制周期和CPU资源。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种波形移相的控制电路、方法和定时器。
第一方面，本发明提供了一种波形移相的控制电路，所述波形的电平是根据计数器的计数值与比较值之间的比较结果而确定的，包括：计数器方向采集器、加法模块、减法模块、控制模块、比较值寄存器和移相值寄存器，所述比较值寄存器中存储有初始比较值，所述移相值寄存器中存储有移相值，其中，
所述计数器方向采集器的输入端用于获取计数器的计数方向，并根据计数器的计数方向输出选择信号；
控制模块，用于根据所述选择信号选择调用所述加法模块或减法模块对所述初始比较值和移相值进行相加或相减运算以得到最终比较值，并将最终比较值输出至比较器模块，以便由所述比较器模块对计数器的计数值与比较值进行比较并输出比较结果至波形输出模块，以便由所述波形输出模块根据所述比较结果，输出移相后的波形。
可选地，所述比较值寄存器中存储计数器向上计数时的初始比较值和向下计数时的初始比较值。
可选地，所述向上计数时的初始比较值与向下计数时的比较值的数值相同。
可选地，还包括监听模块，用于在监听到中断事件时，更新所述比较值寄存器和移相值寄存器中的数值。
第二方面，本发明提供一种波形移相的控制电路，所述波形的电平是根据计数器的计数值与比较值之间的比较结果而确定的，包括计数器方向采集器、选择器、向上计数比较值寄存器和向下计数比较值寄存器，所述向上计数比较值寄存器和向下计数比较值寄存器中分别存储有用于与计数值比较的最终比较值，其中，
所述计数器方向采集器的输入端用于获取计数器的计数方向，并根据计数器的计数方向输出选择信号；
所述选择器用于根据所述选择信号，选择从所述向上计数比较值寄存器或向下计数比较值寄存器中获取比较值，并将所述比较值发送至比较器模块，以便由所述比较器模块对计数器的计数值与比较值进行比较并输出比较结果至波形输出模块，以便由所述波形输出模块根据所述比较结果，输出移相后的波形。
可选地，还包括监听模块，用于在监听到中断事件时，更新所述向上计数比较值寄存器和向下计数比较值寄存器中的数值。
第三方面，本发明提供一种定时器，包括：计数器、自动重装载寄存器、比较器模块、波形输出模块以及上述任一权利要求所述的波形移相的控制电路，
所述自动重装载寄存器与所述计数器相连，存储有计数器的溢出值；
所述计数器分别与波形移相的控制电路的输入端和所述比较器模块的输入端相连；
所述波形移相的控制电路的输出端与所述比较器模块的输入端相连；
所述比较器模块的输出端与所述波形输出模块相连。
第四方面，本发明提供一种波形移相的控制方法，包括如下步骤：
对所有的中断事件请求端中除上溢中断请求端或下溢中断请求端以外的其他请求进行屏蔽；其中，在一个波形周期内仅从上溢中断请求端或仅从下溢中断请求端中接收中断指令；
响应于所述中断指令，获取计数方向、初始比较值以及移相值；
根据所述计数方向对所述初始比较值和移相值进行相应的运算以得到最终的比较值，以便将最终比较值与计数值进行比较，并根据比较结果输出移相后的波形。
可选地，若计数器从下溢出值开始计数，则从下溢中断请求端中接收中断指令。
可选地，如果计数器从上溢出值开始计数，则从上溢中断请求端中接收中断指令。
本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本发明实施例提供的该电路，包括：计数器方向采集器、加法模块、减法模块、控制模块、比较值寄存器和移相值寄存器，比较值寄存器中存储有初始比较值，移相值寄存器中存储有移相值，其中，计数器方向采集器的输入端用于获取计数器的计数方向，并根据计数器的计数方向输出选择信号；控制模块，用于根据选择信号选择调用加法模块或减法模块对初始比较值和移相值进行相加或相减运算以得到最终比较值，并将最终比较值输出至比较器模块，以便由比较器模块对计数器的计数值与比较值进行比较并输出比较结果至波形输出模块，以便由波形输出模块根据比较结果，输出移相后的波形。通过本发明的调节电路实现了在一个波形周期内只进行一次中断就能够实现对波形的移相调节，大大节约了CPU资源。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为三个电阻采样的电路示意图；
图2为一个电阻采样的电路示意图；
图3为电机正常采样时各相的PWM波形图；
图4为电机采样窗口较小时的PWM波形图；
图5为移相前后的PWM波形对比图；
图6为本发明一个实施例的移相电路的输出波形图；
图7为本发明一个实施例的移相电路及定时器的示意图；
图8为本发明的一个实施例的移相电路及定时器的示意图；
图9为本发明一个实施例的移相方法的流程图；
其中，100、计数器方向采集器；200、加/减法模块；400、比较值寄存器；500、移相值寄存器；600、控制模块；700、向上计数比较值寄存器；800、向下计数比较值寄存器；900、选择器；300、定时器；301、比较器模块；302、计数器；303、自动重装载寄存器；304、PWM输出模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
【产品实施例1】
由于现有技术中是在一个PWM周期内计算出PWM向上计数的比较值以及向下计数的比较值，然后在向上溢出中断处理函数中将向下计数的比较值写入比较值寄存器中，在向下溢出中断处理函数中将向上计数的比较值写入比较值寄存器中，每一个PWM周期需要进入两次中断，写入两次比较值，占用了电机的控制周期和CPU资源。
为此，本发明实施例提供了一种波形移相的控制电路，所述波形的电平是根据计数器的计数值与比较值之间的比较结果而确定的，如图7所示，包括：计数器方向采集器100、加法模块200、减法模块200、控制模块600、比较值寄存器400和移相值寄存器500，所述比较值寄存器400中存储有初始比较值，所述移相值寄存器500中存储有移相值，其中，
所述计数器方向采集器100的输入端用于获取计数器302的计数方向，并根据计数器302的计数方向输出选择信号；
控制模块600，用于根据所述选择信号选择调用所述加法模块或减法模块对所述初始比较值和移相值进行相加或相减运算以得到最终比较值，并将最终比较值输出至比较器模块301，以便由所述比较器模块301对计数器302的计数值与比较值进行比较并输出比较结果至波形输出模块，以便由所述波形输出模块根据所述比较结果，输出移相后的波形。
在本实施例中，在电机的三相中，每一相均可设置一个该波形移相的控制电路，以实现对每相的波形移相调节，以达到对每相的电流均能够进行采样。
在本实施例中，计数器方向采集器100中存储有用来表示计数器302的计数方向的数值，优选地，采用二进制表示，例如，计数器302向上计数用数值0表示，计数器302向下计数用数值1表示，在该示例中，如果计数器302向上计数，计数器方向采集器100就会输出0作为选择信号，计数器302向上计数到溢出值后就会改变计数方向，向下计数，计数器302方向采集器100就会输出1作为选择信号。
在本实施例中，初始比较值为PWM波形正常输出，不需要进行移相调节时的当前的与计数器302的计数值进行比较的数值，其中，初始比较值和初始比较值的数值可以相同。
在本发明的一些实施例中，所述比较值寄存器400中存储计数器302向上计数时的初始比较值和向下计数时的初始比较值；优选地，所述向上计数时的初始比较值与向下计数时的比较值的数值相同。
在本发明的一些实施例中，由于移相值是有方向的，所以带有符号位，所以在计算时需要带上绝对值，另外还需要满足：CCR+|PSHR|≤ARR，CCR-|PSHR|≥0。
其中，CCR代表初始比较值，PSHR代表移相值，ARR代表计数器的上溢出值。
在本发明的一些实施例中，若PWM波形向左移相，向上计数时，最终比较值等于初始比较值与移相值的差，对应的，向下计数时，最终比较值等于初始比较值与移相值的和；如图6所示，为波形向左移相前后的PWM波形图。
一般对于占空比大的波形会采用左移相，如图4所示，将电机中的B相波形进行左移相，这样就能够增加B相电流的采样时间了。
若PWM波形向右移相，向上计数时，最终比较值等于初始比较值与移相值的和，对应的，向下计数时，移相后的向下比较值等于初始比较值与移相值的差。
一般对于占空比小的波形会采用右移相，如图4所示，将电机中的A相波形进行右移相，这样就能够增加A相电流的采样时间了。
在本发明的一些实施例中，PWM输出模块为可编程模块，在其内部预先输入程序，例如，如果计数值小于或等于移相后的向上比较值或移相后的向下比较值则输出低电平，如果计数值大于移相后的向上比较值或移相后的向下比较值则输出低电平则输出高电平。
在本发明的一些实施例中，控制模块600为可编程模块，在其内部预先设置程序，示例性的，如果向左移相，在计数器302方向为向上计数时，控制模块600调用减法模块200，在计数器302向上计数时，控制模块600调用加法模块200，如果向右移相，则正好相反。
本发明的调节电路实现了在一个PWM周期内只进行一次中断就能够实现对PWM波形的移相调节，大大节约了CPU资源。
以上，对本发明提供的电路的整体结构进行了说明，下面结合实施例对本发明的电路的详细结构进行说明。
【产品实施例2】
在实施例1中，包括实施例1所示电路的全部内容，在此不再赘述，其中，还包括监听模块，用于在监听到中断事件时，更新所述比较值寄存器400和移相值寄存器500中的数值。
【产品实施例3】
如图8所示，本实施例提供一种波形移相的控制电路，所述波形的电平是根据计数器302的计数值与比较值之间的比较结果而确定的，包括计数器方向采集器100、选择器900、向上计数比较值寄存器700和向下计数比较值寄存器800，所述向上计数比较值寄存器700和向下计数比较值寄存器800中分别存储有用于与计数值比较的最终比较值，其中，
所述计数器302方向采集器100的输入端用于获取计数器302的计数方向，并根据计数器302的计数方向输出选择信号；
所述选择器900用于根据所述选择信号，选择从所述向上计数比较值寄存器700或向下计数比较值寄存器800中获取比较值，并将所述比较值发送至比较器模块301，以便由所述比较器模块301对计数器302的计数值与比较值进行比较并输出比较结果至波形输出模块，以便由所述波形输出模块根据所述比较结果，输出移相后的波形。
本实施例与电路实施例1和实施例2的区别在于，取消了移相寄存器，设计两个比较值寄存器400，分别为向上计数比较值寄存器700和向下计数比较值寄存器800。
计数器302方向采集器100输出一个选择信号输入选择器900中，当计数器302方向为向上计数时，选择向上计数比较值寄存器700中的数值至比较器模块301，当计数器302方向为向下计数时，选择向下计数比较值寄存器800中的数值至比较器模块301，由比较器模块301将向上计数比较值寄存器700或向下计数比较值寄存器800中的数值与计数值进行比较，然后将对应的比较结果输出至波形输出模块304，输出相应的PWM波形。
在本实施例中，还包括监听模块，用于在监听到中断事件时，更新所述向上计数比较值寄存器700和向下计数比较值寄存器800中的数值。
在本实施例中，向上计数比较值寄存器700和向下计数比较值寄存器800最终比较值也是初始比较值与移相值通过加法或减法运算得到的，并且是在进入中断函数后计算得到的。
具体地，需要通过电机控制算法得到该PWM周期内的初始比较值，根据电机控制算法和采样速度确定需要移相值，然后根据计数方向对应计算移相后的向上比较值和移相后的向下比较值，将计算的结果值写入向上计数比较值寄存器700和向下计数比较值寄存器800。从而实现硬件自动移相，图中移相模块可以设计多个，自由选择，从而输出多路PWM波形。
【产品实施例4】
本实施例提供一种定时器300，如图7和图8所示，包括：计数器302、自动重装载寄存器303、比较器模块301、波形输出模块以及上述任一权利要求所述的波形移相的控制电路，
所述自动重装载寄存器303与所述计数器302相连，存储有计数器302的溢出值；
所述计数器302分别与波形移相的控制电路的输入端和所述比较器模块301的输入端相连；
所述波形移相的控制电路的输出端与所述比较器模块301的输入端相连；
所述比较器模块301的输出端与所述波形输出模块相连。
本实施例的工作原理在上述实施例中已经进行了说明，在此不再赘述。
【方法实施例1】
在本实施例中，如图9所示，本发明提供一种波形移相的控制方法，包括如下步骤：
步骤S100：对所有的中断事件请求端中除上溢中断请求端或下溢中断请求端以外的其他请求进行屏蔽；其中，在一个波形周期内仅从上溢中断请求端或仅从下溢中断请求端中接收中断指令；
步骤S200：响应于所述中断指令，获取计数方向、初始比较值以及移相值；
步骤S300：根据所述计数方向对所述初始比较值和移相值进行相应的运算以得到最终的比较值，以便将最终比较值与计数值进行比较，并根据比较结果输出移相后的波形。
在本发明的一些实施例中，若计数器302从下溢出值开始计数，则开启下溢中断事件，如果计数器302从上溢出值开始计数，则开启上溢中断事件。
通过这种设置，使得PWM波形的第一个周期都是低电平，空出一个周期来，从第二个周期开始工作，为移相调节留出充足的准备时间。
在本实施例中，还需要进行一些初始化设置，例如：为计数器302设置基准时钟；为计数器302的上溢出值、下溢出值、初始比较值、初始比较值和移相值配置初始值；配置比较值寄存器400和移相值寄存器500的更新方式或者配置向上计数比较值寄存器700和向下计数比较值寄存器800的更新方式。
其中，寄存器更新方式存在两种配置：一、初始比较值和移相值一经修改，马上更新到相应寄存器；二、只有产生定时器300更新或者中断事件时，才将初始比较值和移相值更新到相应寄存器。优选地，采用第二种配置方式，能够节约电机资源，不用实时进行更新，只需在中断时进行更新即可。
在本发明的一些实施例中，所述获取初始比较值以及移相值包括：
根据预设电机控制算法计算所述初始比较值；
根据预设电机控制算法和PWM波形的采样速度计算所述移相值。
为了更好的说明本发明的工作原理，给出一个具体的例子，将计数器302的上溢出值设置为200，下溢出值设置为0，初始比较值和移相值均设置为0，基准时钟是1纳秒，比较值寄存器400和移相值寄存器500的更新方式为发生中断时进行更新。
计数器302从0开始向上计数，当计数到200时，也就是200纳秒的时间，计数器302上溢溢出，改变计数方向，从200开始向下计数，直至计数到0，在这一个周期内，由于比较值寄存器400和移相值寄存器500均未进行更新，所以各自内部存储的值依然为0，输出的最终比较值也就均为0，最终比较值与计数值比较后，比较结果均小于或等于计数值，PWM输出模块根据该比较结果输出低电平；
但是在计数器302向下计数到0时，下溢中断开启，进入下溢中断函数，在下溢中断函数中，根据电机算法和采样速度，分别获得初始比较值以及移相值，并更新到相应的寄存器，假设更新后的初始比较值和初始比较值为100，移相值为5，那么当计数器302计数到0，又从0开始向上计数时，此时比较值寄存器400和移相值寄存器500中存储的值分别为100和5，如果是左移相，那么在向上计数时，控制模块600选择减法，输出的移相后的向上比较值为95，当计数器302向上计数由0计数到95期间，由于计数值均小于或等于比较值，所以输出低电平，当计数器302由95计数到200期间，输出高电平，然后又开始向下计数，控制模块600选择加法，输出的移相后的向下比较值为105，当从200计数到105期间，依然输出高电平，当从105计数到0的期间输出低电平，然后在第二次计数到0时，再次发生下溢中断，更新比较值寄存器400和移相值寄存器500，然后重复上述过程。从而实现了在一个PWM周期内，只要产生一次中断就能够实现PWM波形的移相调节，大大节约了CPU资源。
需要说明的是，该示例的移相方法是针对产品实施例1中的移相电路进行的具体说明，但是产品实施例2中的移相电路的移相方法参考上述说明，在此不再赘述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种波形移相的控制电路，所述波形的电平是根据计数器的计数值与比较值之间的比较结果而确定的，其特征在于，包括：计数器方向采集器、加法模块、减法模块、控制模块、比较值寄存器和移相值寄存器，所述比较值寄存器中存储有初始比较值，所述移相值寄存器中存储有移相值，其中，
所述计数器方向采集器的输入端用于获取计数器的计数方向，并根据计数器的计数方向输出选择信号，其中，所述计数方向是计数器方向采集器响应中断指令后获取的，中断指令指在一个波形周期内仅从上溢中断请求端或仅从下溢中断请求端中接收的中断指令，所述计数器方向采集器中存储有用来表示计数器的计数方向的数值，若所述计数器从下溢出值开始计数，则开启下溢中断事件，如果所述计数器从上溢出值开始计数，则开启上溢中断事件；
控制模块，用于根据所述选择信号选择调用所述加法模块或减法模块对所述初始比较值和移相值进行相加或相减运算以得到最终比较值，并将最终比较值输出至比较器模块，以便由所述比较器模块对计数器的计数值与比较值进行比较并输出比较结果至波形输出模块，以便由所述波形输出模块根据所述比较结果，输出移相后的波形；
监听模块，用于在监听到中断事件时，更新所述比较值寄存器和移相值寄存器中的数值。
2.根据权利要求1所述的波形移相的控制电路，其特征在于，所述比较值寄存器中存储计数器向上计数时的初始比较值和向下计数时的初始比较值。
3.根据权利要求2所述的波形移相的控制电路，其特征在于，所述向上计数时的初始比较值与向下计数时的初始比较值的数值相同。
4.一种定时器，其特征在于，包括：计数器、自动重装载寄存器、比较器模块、波形输出模块以及上述任一权利要求所述的波形移相的控制电路，
所述自动重装载寄存器与所述计数器相连，存储有计数器的溢出值；
所述计数器分别与波形移相的控制电路的输入端和所述比较器模块的输入端相连；
所述波形移相的控制电路的输出端与所述比较器模块的输入端相连；
所述比较器模块的输出端与所述波形输出模块相连。
5.一种波形移相的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
对所有的中断事件请求端中除上溢中断请求端或下溢中断请求端以外的其他请求进行屏蔽；其中，在一个波形周期内仅从上溢中断请求端或仅从下溢中断请求端中接收中断指令，若计数器从下溢出值开始计数，则从下溢中断请求端中接收中断指令，如果计数器从上溢出值开始计数，则从上溢中断请求端中接收中断指令；
响应于所述中断指令，获取计数方向、初始比较值以及移相值；
根据所述计数方向对所述初始比较值和移相值进行相应的运算以得到最终的比较值，以便将最终比较值与计数值进行比较，并根据比较结果输出移相后的波形；
还包括：在产生中断事件时，将初始比较值和移相值更新。
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