变频器主控制电路的中心是一个高性能的微处理器。微处理器不断进步的轨迹反映了变频器的发展历程。

1．控制手段的发展

电力电子器件的产生，使电子控制技术广泛参与到电气运行领域，电力电子装置成为弱电控制强电的纽带，常用的电子控制分为两类：由模拟电子电路构成的模拟控制和由数字电子电路构成的数字控制，前者用于连续控制，后者用于逻辑控制。早期的SCR变流电路，大部分采取的是模拟控制电路。在此期间，数字电路飞速发展，结构复杂而功能齐全的数字控制系统逐渐发展为控制专用的计算机，而各种控制规律软件化的实施又使通用计算机走进自动控制领域。在此基础上，大规模集成电路微处理器的出现，把电子控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制已成为现代自动控制系统中控制器的主要形式。

2．微机数字控制的优越性

以微处理器为核心的数字控制的优越性表现在以下几个方面：

(1)控制器的硬件电路集成化，标准化程度高，体积小，成本低，可靠性高。

(2)控制软件可以按需要更换、修改或移植，灵活性大。

(3)消除了模拟控制中温度飘移的影响，稳定性好。

(4)信息存储、监控、故障诊断以及分级控制能力不断提高。

(5)随着CPU运算速度和存储容量的发展，各种新型的复杂控制方案都能够实现。

数字控制所面临的问题，如模拟量数字化时产生的量化误差，数据按采样周期离散后对控制实时性的影响，均可以通过提高微处理器的运行速度和增加位数来解决。

3．单片机的应用

20世纪70年代中期以后，变频器控制广泛使用单片机。单片机的最大优点是，用同一芯片可以进行种种条件判断，作出其相适应的处理。8XCl96M×系列微处理器是新型通用变频器中广泛应用的芯片，8XC196M×系列处理器芯片包括80Cl96MC、80C196MD.80C196MH等，是Intcl公司生产的三相电动机变频器调速控制专用高性能CHMOS16位微处理器。8XC196MX芯片采用规则采样法产生PWM波形，属双极调制，三相脉宽调制由软件编程计算并分别送到其肉部的三相SPWM发生器的比较输出寄存器进行控制。

因为8XC196M×芯片是把CPU与PWM波发生器等功能集成在一起，硬件电路大大简化，进一步提高了系统的抗干扰能力和可靠性，除具有16位CPU的通用功能和SPWM波形直接输出能力外，芯片内部还有独特的外部设备传输服务器PTS(PeripheralTransacti。nServer)、事件处理阵列EPA(EventProcessorArray)等，这些功能使其容易用编码器、速度传感器等作反馈检测元件构成速度环和纯数字电流环，省去了一些硬件处理电路，提高了响应速度。

由于采用了单片机控制，出现了更小型化、可靠性更高的廉价变频器。随着单片机产品的增加，其质量也在不断得到改进，性能不断提高，主要表现在指令执行周期的缩短和CPU位数增加方面。

4．数字信号处理器(DSP)

为了提高运算速度，在20世纪80年代初期出现了数字信号处理器(DSP)，其中采取了一系列措施．包括改变集成电路结果，提高时钟频率，支持浮点运算，采用指令列排队方式以提高运行效率，集成了硬件乘法器使乘法运算也能在一个指令周期内完成等。因此，它可以采用先进的控制算法来估计系统参数，以适应屯动机加载、温度及能耗的变化。

利用DSP芯片可以构成数字电流环，以有效地减少电动机转矩波动，其运算功能可以用于功率因数校正，从而更有效地实现电能与机械能的转换，减小电动机消耗的总能量。

在DSP芯片中还集成了为电动机控制而优化的事件管理器、可同时完成采样的双工A/D转换器、并行的电动机电流读数转换与通信接口、外围传感器及快闪存储器或R()M，从功能上看，它提供的脉宽调制PWM及I/O接口可以用于驱动各种类型的电动机。开始DSP只用作提高运算的协处理器，本身的I/O接口很少，不适于单独作控制器的单片机使用。随着产品性能的提高，其控制能力逐步扩大，已经成为一类高速单片机。

5．简指令集计算机CRISC)

RISC在20世纪80年代后期问世，是计算机体系结构上的一次革命，使微处理器在运行性能上获得了质的飞跃。在RISC以前，微处理器的进步往往只靠改进硬件的工艺，来提高时钟频率和处理速度。PISC则把着眼点放在常用基本指令的执行效率上，依靠硬件与软件的优化组合来提高速度。

在RISC中，扬弃了某些运算复杂而用处不大的指令，省出这些指令所占用的硬件资源，以提高简单指令的运行速度，提高软件运行的总体效率。此外，RISC是一种矢量处理器，在一个给定周期内，能并行执行多条指令，因而不能再简单地用指令执行时间来衡量运算速度，而改为“每秒百万条指令”(MIPS-MegaInstructionsPerSecond)，以往的微处理器指令执行时间为1μs时，其速度就是IMIPS。

早先用的MCS系列单片机的速度在10年内提高了10倍，TMS320系列的DSP在6年内提高了近5倍，而自RISC诞生以来，在不到10年内，其工作速度已从2～3MIPS上升到1000MIPS，1995年即相当于每秒10亿次，从根本上改变了微处理器所包含的意义和应用的范围。表1-3列出了部分公司生产的几种RISC昀特色和性能。

6．高级专用集成电路(ASIC)

能完成特定功能的初级专用集成电路早已商品化，20世纪90年代以来新开发的现代高级专用集成电路，其功能往往能够包括一种特定的控制系统。例如德国IAM（应用微电子研究所）1994年推出的VECON，是一个交流伺服系统的单片机矢量控制器，包含控制器、能完成矢量运算的DSP协处理器、PWM定时器及其他外围和接口电路，都集成在一个芯片之内，使其可靠性大为提高，而成本大为降低。开发各种新一代的ASIC已成为世界上各大电气公司竞争的热点。