【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 可逆PWM變換器的輸出平均電壓為 (34)如果定義占空比，電壓系數(shù)則在雙極式可逆變換器中調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為0～1相應(yīng)的。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓是正負(fù)脈寬相等的交變脈沖電壓，它并不等于零，從這里也可以看出電流也是交變的。因?yàn)榇嬖谡?fù)脈寬相等條件，對(duì)交變電流的平均值而言，它的值也等于零，因而平均轉(zhuǎn)矩是不產(chǎn)生，雙極式控制有個(gè)很大的缺點(diǎn)就是它會(huì)徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗。雖然這個(gè)缺點(diǎn)無法避免，但是它的好處還是很明顯的，那就是高頻微震電流存在于電動(dòng)機(jī)停止時(shí)，正是因?yàn)檫@一點(diǎn)，正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)被有效的消除了，“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用因此而得名。 雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。 2）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 3）電流一定連續(xù)。 4）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。 檢測(cè)回路利用光電編碼器將轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。 光電編碼器 編碼器是一種轉(zhuǎn)換裝置，它能把直線位移或角位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。前者成為碼尺，后者稱碼盤。編碼器如果按照讀出方式來分的話可以分為非接觸式和接觸式兩種。非接觸式的接受敏感元件是磁敏元件或光敏元件，光敏元件時(shí)常常使用以不透光區(qū)和透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“0”還是“1”；接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸絕緣區(qū)或?qū)щ妳^(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“0”還是“1”。同理，編碼器如果按照工作原理來分的話可分為絕對(duì)式和增量式兩種。絕對(duì)式編碼器的特點(diǎn)為一個(gè)確定的數(shù)字碼對(duì)應(yīng)每一個(gè)位置，因此它的示值與測(cè)量的中間過程無關(guān)，而只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)。增量式編碼器與絕對(duì)式編碼器原理一點(diǎn)也不相同，它的原理是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，然后用脈沖的個(gè)數(shù)來表示位移的大小。通過比較增量式和絕對(duì)式的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)，我們可以確定本設(shè)計(jì)可以采用增量式光電編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號(hào)，如圖36所示。增量式編碼器最大的優(yōu)勢(shì)是專門用來測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角位移的累計(jì)量。下面我們這里以三相編碼器為例來介紹增量式編碼器的結(jié)構(gòu)及其工作原理。圖36 編碼器原理圖圓盤上有規(guī)則地刻有不透光和透光的線條是增量式光電編碼器非常顯著地特點(diǎn)，在圓盤兩側(cè)分別安放光敏元件和發(fā)光元件。一旦當(dāng)圓盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件輸出的脈沖是這樣形成的，光敏元件接受的光增量會(huì)隨透光線條同步變化，它輸出的波形經(jīng)過整形后便形成了脈沖。碼盤上有向標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈z相輸出一個(gè)脈沖。碼盤提供相位相差90176。的兩路脈沖信號(hào),并以此來判斷旋轉(zhuǎn)方向。復(fù)位計(jì)數(shù)器采用編碼盤輸出的z相脈沖，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次計(jì)數(shù)器。將A、B兩相脈沖中任何一相輸入計(jì)數(shù)器中，均可使計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。用D觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q來判斷編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向。D觸發(fā)器的時(shí)鐘端和D輸入端分別接整形后的A、B兩相輸出信號(hào)，采用A相脈沖的上升沿來觸發(fā)D觸發(fā)器的CLK端。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是這樣確定的，由于A、B兩相的脈沖相位相差90176。，當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前B相脈沖90176。，則D觸發(fā)器總是在B脈沖為低電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí)Q輸出端輸出為低電平。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，B相脈沖超前A相脈沖90176。，觸發(fā)器總是在B脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí)D觸發(fā)器的輸出端Q輸出為高電平。為了在較寬的速度范圍內(nèi)獲得快速和高精度的數(shù)字測(cè)速，選用轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)本設(shè)計(jì)采用每轉(zhuǎn)1024線的光電編碼器，它產(chǎn)生的測(cè)速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比列關(guān)系，微機(jī)對(duì)該頻率信號(hào)采用M/T法測(cè)速處理。之所以要保證轉(zhuǎn)速檢測(cè)的快速性和精度，是因?yàn)檗D(zhuǎn)速檢測(cè)的快速性和精度對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能影響極大。 M/T法測(cè)速原理 M/T法測(cè)速原理是在對(duì)時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的同時(shí)對(duì)光電編碼器輸出的測(cè)速脈沖數(shù)也進(jìn)行計(jì)數(shù)。原理如圖37：圖37 M/T法測(cè)速原理測(cè)速時(shí)間由測(cè)速脈沖來同步，即由圖37電路實(shí)現(xiàn)等于整個(gè)脈沖周期。設(shè)從圖37上a點(diǎn)開始，計(jì)數(shù)器分別對(duì)和計(jì)數(shù)，到達(dá)b點(diǎn)，預(yù)計(jì)的測(cè)速時(shí)間到，微機(jī)發(fā)出停機(jī)指令，但因?yàn)椴灰欢ㄇ『玫扔谡麛?shù)個(gè)編碼輸出脈沖周期，所以計(jì)數(shù)器仍對(duì)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，直到c點(diǎn)時(shí)，可以利用下一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖上升沿（即c點(diǎn)）觸發(fā)數(shù)字測(cè)速硬件電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。這樣，代表了個(gè)測(cè)速脈沖周期的時(shí)間。設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為，光電編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出p個(gè)脈沖，則電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為： (35) 由于M/T法的計(jì)數(shù)值和都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時(shí)，相當(dāng)于M法測(cè)速，最低速時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入T法測(cè)速。因此，M/T法測(cè)速能適用的轉(zhuǎn)速范圍比較大，是目前廣泛應(yīng)用的一種測(cè)速方法。希望在低速獲得高精度測(cè)速值，于是利用光碼盤A，B兩相輸出在相位上互差90176。的二路脈沖經(jīng)異或門二倍頻再送入的計(jì)數(shù)器。這時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)算公式修改為： (36) 鍵盤及顯示電路鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳誦命令等功能，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過多占用CPU的工作時(shí)間。鍵盤/顯示模塊的核心控制器采用Intel公司的8279。如圖12所示。它是一種專用智能芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)段式數(shù)碼顯示和鍵盤輸入控制。正是因?yàn)樗哂羞@兩種功能，它能減輕CPU的負(fù)擔(dān)，并且可以大大簡(jiǎn)化單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),所以本設(shè)計(jì)使用這個(gè)芯片。下面是它功能的一些簡(jiǎn)單介紹: （1）常規(guī)情況下,能同時(shí)管理64個(gè)物理鍵和16個(gè)八段數(shù)碼管；（2）能按FIFO(先進(jìn)先出)方式實(shí)現(xiàn)8個(gè)鍵值的緩沖； （3）能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按鍵的“去抖”和重鍵處理；（4）能以中斷或查詢兩種方式工作； （5）與微處理器接口簡(jiǎn)單。其引腳定義如下: DB0～DB7:雙向數(shù)據(jù)總線 RL0～RL7: 檢測(cè)輸入線 SL0～SL3: 矩陣掃描線 IRQ:中斷請(qǐng)求信號(hào) /RD、/WR:讀寫選通信號(hào) /CS:片選信號(hào) /BD: 顯示消隱信號(hào) CLK:時(shí)鐘信號(hào) RESET:復(fù)位信號(hào) SHIFT: 擴(kuò)展鍵位的換檔信號(hào),帶上拉電阻 CTRL/STB: 控制鍵輸入/選通信號(hào)輸入,帶上拉電阻 A0:命令/狀態(tài)或數(shù)據(jù)識(shí)別信號(hào)A=1,為寫命令或讀狀態(tài)。 A=0,為數(shù)據(jù)采用4*4式鍵盤，分?jǐn)?shù)字部分和控制部分，如圖下表所示。數(shù)字部分用來輸入給定轉(zhuǎn)速，控制部分用來控制電機(jī)的運(yùn)行。0123456789取消確認(rèn)測(cè)速停車 圖38顯示器圖 輸入給定轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：（1）轉(zhuǎn)速不足四位時(shí)，在前面加撥0湊夠四位；（2）轉(zhuǎn)速輸入錯(cuò)誤時(shí)，按取消鍵，顯示器清空，重新輸入值；（3）轉(zhuǎn)速輸入完成后，按確認(rèn)鍵。 采用共陰極的發(fā)光二極管構(gòu)成可以顯示4位十進(jìn)制的顯示器，運(yùn)行中顯示當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速值。如上圖示。8279與單片機(jī)、鍵盤和顯示器的外圍總接線如圖39示。 圖 39顯示器/鍵盤驅(qū)動(dòng)電路由于8279芯片有自動(dòng)分時(shí)掃描功能，所以它可與CPU同時(shí)工作，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且接口方便，顯示穩(wěn)定，程序簡(jiǎn)單，可靠性高。 電源電路采用78系列芯片產(chǎn)生+5V、+15V。電路圖如圖310：圖310 78系列的電源電路 78XX,XX就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓45V,三端穩(wěn)壓集成電路電子產(chǎn)品非常常見，用的比較多的有負(fù)電壓輸出的79系列和正電壓輸出的78系列。從名字上可見，穩(wěn)壓用的三端IC集成電路都是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，引腳輸出只有三條，分別是接地端、輸出端和輸入端。 因?yàn)樗哂袃纱蟊容^突出的優(yōu)勢(shì)，首先電路內(nèi)部有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，其次它所需的外圍元件極少，所以采用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源。三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓是由該系列集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面的數(shù)字表示的，如7909表示輸出電壓為負(fù)9V，7806表示輸出電壓為正6V。 另外，集成穩(wěn)壓IC型號(hào)中的78或79后面有時(shí)還會(huì)有一個(gè)L或M，如79L24或78M12，字母有它固有的含義，它是用來區(qū)別封裝形式和輸出電流等，其中78M系列最大輸出電流為1A，78L系列的最大輸出電流為100mA。當(dāng)然，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用還有一些事項(xiàng)要稍加注意，比如針對(duì)大功率的條件下，必須在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器，小功率的話就不需考慮這個(gè)問題了。另外，還會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)壓管溫度過高的情況，這時(shí)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能將變差，此時(shí)穩(wěn)壓管損壞也很有可能出現(xiàn)。4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PWM實(shí)現(xiàn)方式 調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在產(chǎn)生PWM脈沖的實(shí)現(xiàn)上比較方便。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器是PWM信號(hào)軟件實(shí)現(xiàn)的核心，就定時(shí)器而言，選用不同的單片機(jī)，它定時(shí)器的特點(diǎn)一般都會(huì)不同，就算是相同型號(hào)的單片機(jī)，如果它選擇的定時(shí)器工作方式不同，或者選用的晶振不同，那么它定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系也會(huì)不相同。那么，定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系是第一要確定下來的東西?，F(xiàn)在假如定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為位，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為，那么定時(shí)時(shí)間與定時(shí)器初值的關(guān)系為： （41） 式中，個(gè)機(jī)器周期的時(shí)鐘數(shù)； 定時(shí)器定時(shí)初值。 一般情況下，機(jī)型不同，的值就會(huì)不同。在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，常常是由已選擇的具體的機(jī)型，然后給出它相應(yīng)的值。而在本次設(shè)計(jì)中我們選用的是晶體振蕩器的頻率為12MZ的單片機(jī)，那么它的。綜上所述，我們知道要想控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，我們需要控制占空比，而要達(dá)到控制占空比的目的，我們僅僅只需通過設(shè)定不同的定時(shí)初值來改變占空比就行了。 PWM產(chǎn)生程序includedefine uchar unsigned charuchar num。sbit PWM=P1^0。void init(){ TMOD=0x01。 TH0=(65536500)/256。 TL0=(65536500)%256。 EA=1。 ET0=1。 TR0=1。}void T0_timer() interrupt 1{ TH0=(65536500)/256。 TL0=(65536500)%256。 num++。}void main(){ init()。 while(1) { if(num==4) { PWM=~PWM。 num=0。 } }} 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 主程序——完成系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)刷新顯示、鍵盤處理、與上位計(jì)算機(jī)和其他外設(shè)通信等功能，總的來說，它主要完成一些實(shí)時(shí)性要求不高的功能，如圖41。初始化子程序——主要是完成一些系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化和硬件器件工作方式的設(shè)定等工作，如圖42。有鍵按下嗎？系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)通信刷新顯示鍵處理主程序YN系統(tǒng)初始化設(shè)定定時(shí)器、PWM、數(shù)字測(cè)速工作方式參數(shù)及變量初始化返回設(shè)定I/O、通信接口及顯示、鍵盤工作方式圖41 主程序流程圖 圖42 初始化子程序 主程序主要要完成的任務(wù)是三個(gè)方面：變量的初始化、內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1測(cè)速和鍵盤/顯示芯片8279。 此程序共有2個(gè)中斷源：外部中斷0，用于電機(jī)故障處理；外部中斷1，用于鍵盤輸入處理。 中斷程序設(shè)計(jì)外部中斷0模塊設(shè)計(jì) 外部中斷0是故障中斷，優(yōu)先級(jí)最高。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)向CPU申請(qǐng)中斷。響應(yīng)中斷后封鎖PWM輸出，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。外部中斷1模塊設(shè)計(jì)外部中斷1是鍵盤輸入中斷，高優(yōu)先級(jí)。當(dāng)鍵盤有輸入值時(shí)，8279向CPU申請(qǐng)中斷。讀取鍵值，按其實(shí)際功能進(jìn)行操作。內(nèi)部定時(shí)器T0溢出中斷設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速測(cè)定為M/T式編碼盤測(cè)