1. 新型 SPWM 专用微处理器的主要性能

目前用单片机产生 SPWM 信号时，通常按算法计算、查表、定时输出三相 SPWM 波形，再由外部硬件电路加延时与互锁生成六路信号。受运算速度与硬件限制，其调制频率及系统动态响应速度不高；在闭环控制变频调速系统中，采用一般微处理器实现纯数字的速度与电流闭环控制较为困难。

随着大规模集成电路（LSIC）技术的发展，出现了多种用于电动机控制的新型专用单片微处理器，其主要性能指标如下。

（1）基本指令数。为提高运算速度，几乎所有新型微处理器的指令均采用“管线”（Pipeline）方式；为完成复杂运算，均具备乘法、除法指令或带符号的乘除指令，部分还备有便于矩阵运算的求积、求和指令。

（2）中断功能及中断通道数。为对变频器及电动机运行参数（电压、电流、温度等）进行实时检测与故障保护，微处理器需具备很强的中断功能与足够的中断通道数。

（3）PWM 波形生成硬件及调制范围。波形生成单元可设定各类 PWM 方式、调制频率与死区时间，其可实现调制频率范围应满足低噪声变频器与高输出频率变频器的要求。

（4）A/D 接口。芯片应具备接收模拟信号（电动机电压、电流、各类传感器二次信号及外部模拟量控制信号）的 A/D 转换接口，字长一般为 8 位或 10 位。

（5）通信接口。芯片应具备用于外围通信的同步、异步串行接口的硬件或软件单元。

2. 几种新型单片微处理器简介

具有代表性的新型 PWM 专用芯片包括美国英特尔公司的 8xC196MC 系列、日本电气（NEC）公司的 PD78366 系列与日本日立公司的 SH7000 系列。

（1）8xC196MC 系列——16 位微处理器，内部含三相互补 SPWM 波形发生器，可直接输出 6 路 SPWM 信号，驱动电流达 20 mA；采用规则取样法产生波形，三相脉宽由软件编程计算。图4-18给出了 80C196MC 的引脚排列，图4-19为其结构原理图，内含算术逻辑运算部件（ALU）、寄存器组、内部 A/D 转换器、PWM 发生器、事件处理阵列（EPA）、三相互补 SPWM 输出发生器及看门狗、时钟、中断控制等电路。

图4-18 80C196MC 的引脚排列

（2）PD78366 系列——主要特点：①与 8xC196MC 相比增加位操作指令及便于矩阵运算的积和演算功能；②16 个可屏蔽中断源的优先级可用软件任意设定；③波形发生器类似 8xC196MC，但难以实现某些特殊 PWM 控制，内部时钟最高 16 MHz，调制频率可达 20 kHz 以上；④设有同步、异步串行接口专用硬件与串行通信端子，优于以软件实现串行通信占用 CPU 时间的 8xC196MC；⑤复位状态下所有 I/O 端处于高阻状态，从上电到复位完成瞬间可防止输出误动作，8xC196MC 不具备该功能；⑥弱点：虽有 8 组 128 B 通用寄存器，但同时仅可用一个 ALU，存在“瓶颈”现象，此点性能不如 8xC196MC 系列。

图4-19 8xC196MC 结构原理图

（3）SH7000 系列——日立公司专为交流电动机伺服系统设计的单片微处理器，一般伺服系统所需的位置、速度与电流控制环及 PWM 波形生成器均可由该系列芯片完成。特点：①CPU 指令采用精简指令集计算机（RISC）方式，执行速度快，基本指令执行时间仅为一个系统时钟周期；②通用寄存器为 32 位并带硬件乘法器，16×16 位乘法仅需 3 个系统时钟周期；③内存容量大，达 4 GB；④A/D 转换时间短，仅 6.7 μs。

为便于对比，将这三种微处理器系列的主要性能指标列入表4-1。

表4-1 三种新型微处理器的主要性能比较