UInt sin_a_H = 255 * sin_a；
fwrite（fp，“% f ＼ n”，sin_a_H）；

｝

b.

用

Matlab

语言

［

12］

设计。 程序如下：

close all；
clear all；
ts = 0.01 ／ 180；
T = 0；
for I = 1:180；
num1 = 255 * sin（2 * pi * 50 * T）；
a（I） = round（num1）；
b = dec2hex（a（I），2）；
e = ‘0x’；
d｛I，1｝=strcat（e，b）；
T = T + ts；
end

c.

采用半周期正弦波进行

180

分频离线采样，计算

其幅值后按序排成数据表存入单片机的

EPROM

中。

2.1.2

基于最优时间的软件锁相技术的实现原理

本软件锁相技术的实现过程是由

2

个中断完成

的：正弦波读表程序周期定时器中断（定时器周期为

T

P_x

，为变化量）；捕获中断。 前者不断地从一个正弦

数据表格中依次循环读出表格数据

Data

（

x

），并记录

对应的表格地址号

x

，而后者的每次捕获中断中检查

当前由正弦波查表程序周期定时器中断读出的表格
地址号

x

，根据

x

的值和

180

差值来调整

T

P_x

，以达到

闭环锁相的目的。

这种软件锁相技术可以快速跟踪电网的频率变

化，能够在

1

个周期内跟踪上电网频 率 ， 而 且 输 出

基 准 正 弦 波 的 频 率 与 电 网 的 频 率 误 差 始终控制在

1.8

f

osc

× 10

6

%

（

f

osc

为单片机时钟频率）以内，如果单片

机 的 时 钟 频 率 大 于

18 MHz

， 那 么 输 出 基 准 正 弦 波

的频率误差将小于

0.001

，即 频 率 跟 踪 精 度 将 大 于

99.9 ％

，这完全可以满足工程精度 需要。 具体实现

框图如图

3

所示。

当第

1

次捕获中断产生时，启动正弦波读表程序

周期定时器中断，并且从正弦表格读取第

1

个数据

（即零电角度的数据

DATA

（

0

）开始读取）。

捕获中断响应边沿触发，即在电网电压过零点产

生中断。 当第

2

次捕获中断产生时，这时会出现

3

种

情况（如图

4

所示，图中

u

为与电网同频同相的方波，

u

1

为频率过大或中断周期

T

P_x

过 小 时 波 形 ，

u

2

为 同

步波形，

u

3

为频率过小或过大时波形）。

第

1

种是

u

1

波形，出现这种情况说明正弦波读

表程序周期定时器

T

P_x

过小，即捕获中断产生时读表

指针号

x ＞ 180

，这时要增大

T

P_x

的值，如式（

2

）所示：

T ′

P_x

＝ T

P_x

＋ ΔT

P_x

（

2

）

其中，

T ′

P_x

为新的周期定时器值，

ΔT

P_x

为增加的

量。

ΔT

P_x

的值可以通过以下公式计算：

ΔT

P_x

= INT

x - 180

180 x

× 10

-2

× f

osc

!

"

（

3

）

其中，

ΔT

P_x

为整数。

第

2

种 是

u

2

波 形 ，出 现 这 种 情 况 说 明 正 弦 波

读 表程序周期定时器

T

P_x

值符合要求，无需更改

T

P_x

的值。

第

3

种是

u

3

波形，出现这种情况说明正弦波读

表 程 序 周期 定 时 器

T

P_ x

过 大 ，即 捕 获 中 断 产 生 时

读表指针号

x ＜ 180

，这时要减小

T

P_x

的值。 如式（

4

）

所示：

T ″

P_x

＝ T

P_x

- ΔT ′

P_x

（

4

）

其 中 ，

T ″

P_x

为 新 的 周 期 定 时 器 值 ，

ΔT ′

P_x

为 减

少 的 量。

ΔT ′

P_x

的值可以通过以下公式计算：

ΔT ′

P_x

= INT

180 - x

180 x

× 10

-2

× f

osc

!

"

（

5

）

其中，

ΔT ′

P_x

为整数。

2.2

与电网电压信号同步的基准正弦电路程序

边 沿 捕 获 中 断 服 务 子 程 序 的 流 程 图 如 图

5

所

示。 通 过 边 沿 中 断 模 式 与 读 表 指 针 的 差 值 来 不 断

取样

u

i

正弦波 ／

方波转换

软件滤
波算法

边沿捕捉

鉴相程序

修改中断

周期 T

P_x

读入当前基
准电压相位

图

3

软件锁相技术原理框图

Fig.3 Block diagram of software phase lock technique

图

5

边沿捕获中断服务子程序流程图

Fig.5 Flowchart of edge - capture interrupt subroutine

返回

写入 T ′

P_x

，并

读表指针清零

写入 T ″

P_x

，并

读表指针清零

T ′

P_x

= T

P_x

+ ΔT

P_x

T ″

P_x

= T

P_x

- ΔT ′

P_x

x - 180 ＜ 0？

读入正弦波数据表读表指针 x

对读入的电网半周期值进行判断，以消除毛刺影响

读入 T2 定时器的值，该值为电网半周期时间值

保存状态寄存器值，清除中断向量

边沿捕捉中断服务子程序

Y

N

O

O

O

O

图

4

不同的

T

P_x

输出不同的正弦波形示意图

Fig.4 Sinusoid waveforms for different T

P_x

u

u

1

u

2

u

3

t

t

t

t

郑翔骥，等： 基于软件锁相技术的光伏并网系统基准正弦电路

第

6

期