【正文】 過計算機的通用串行總線 (USB)接口與 8051 芯片 的串行通訊接口 (SCI)相連。 鍵盤輸入和輸出顯示是人機接口的主要部分，是操作人員對電動機進行控制和顯示系統(tǒng)運行狀況的主要途徑。本地操作人員可根據(jù)負載情況通過按鍵來選擇不同的 U/f 曲線，設(shè)定電動機的期望轉(zhuǎn)速以及控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動、停止等操作。本系統(tǒng)的鍵盤部分包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動、停止、上升、下降以及功能鍵等七 種 按鍵。所 有按鍵經(jīng)可編程邏輯器件 GAL16V8 處理后輸出四路信號，其中一路給了 8051 芯片 的外部中斷 1 引腳，當(dāng)有按鍵按下時，將產(chǎn)生一個下降沿送給該引腳，告訴 8051 芯片 外部有一個按鍵按下，應(yīng)對其進行相應(yīng)的處理；其余三路信號給了 8051 芯片 的三個通用 I/O 口，通過編碼設(shè)定的方法給每一個按鍵分配一個獨立的代碼，以便于 8051 芯片 分辨用戶按下了哪個按鍵，不致于引起誤操作。 第 五 章 系統(tǒng)的軟件設(shè) 計 單片機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計的總體方案是：在運行中，為使調(diào)速系統(tǒng)安全可靠地工作，采取了啟動前故障檢測和啟動以后繼續(xù)進行監(jiān)視與檢測。 在軟件設(shè)計上，采取啟動 /運行雙循環(huán)檢測、控制方案；故障的檢測與保護主要是利用了中斷方式對連續(xù)故障與極限故障進行監(jiān)視；頻率控制的方法： ADC0809 將得到頻率設(shè)定的數(shù)字量輸送給 8051，則 8051 以該數(shù)量作為地址指針，對預(yù)先設(shè)置在內(nèi)存儲器中的電壓頻率函數(shù)表進行查表，計算求出 8253 中 0通道和 1通道的分頻值，從中得到相應(yīng)的時鐘頻率信號且通過 F/V 函數(shù)表的設(shè)置保證了輸出壓 /頻比為線性關(guān)系，為防止頻率突變對系統(tǒng)造成損壞， 8051 根據(jù)所設(shè)置的升降頻繁控制進行頻率變化，軟件規(guī)定：頻率穩(wěn)定后， 8253 的輸出狀態(tài)不變， 8051 只從事系統(tǒng)的檢測，保護和顯示等管理工作。這個循環(huán)主要是完成逆變器啟動前對主電路電流、電壓正常與否的檢測，只有在一切正常時，才能發(fā)出允許啟動標志，并查詢外輸入狀態(tài)。運行控制循環(huán)，主要完成轉(zhuǎn)速和故障監(jiān)控及顯示， 8051 在初始化后置 PC2為 1，低電流繼電器得電、接觸器吸合，使主電路與電源接通。并不斷測量電壓，當(dāng)電壓整流輸出不穩(wěn)態(tài)值時，電阻 R 串接在電路中，從而可減少合閘瞬時主電路中出現(xiàn)的大電流沖擊；當(dāng)電壓整流輸出穩(wěn)態(tài)值時，使 PC3為 1，使得 KM 得電吸合，短接電阻 R。 單片機程序設(shè)計 其程序主要包括主 程序 ， PID計算子程序和中斷處理程序。 (1)程序主要完成各接口芯片的初始化 ， 給相應(yīng)的內(nèi)存單元賦初值。 (2)INT0中斷程序該程序主要用于啟動定時器。當(dāng)交流電壓信號由負到正，過零時 ， 外部響應(yīng)中斷 ， 執(zhí)行 INT0中斷服務(wù)程序 ， 啟動 T0計數(shù)。 T0中斷程序該程序用于控制整流電路中可控硅晶閘管的移相角 α變化由于整流電路的整流輸出電壓 V0=(α≤60)， 所以改變 α可改變直流電壓的大小。 T1中斷程序該程序主要通過控制逆變電路中可控硅晶閘管的導(dǎo)通、關(guān)斷時間 ， 從而改變交流電源的頻率。因此 ， 這個程序依據(jù) PID算法的結(jié)果直接關(guān)系到供給電動機的電源頻率的大小。 (3)于設(shè)置 T0初始值的問題：在實際運用中 ， 給 T0一個初始值 ， 使得當(dāng) T0在溢出時 ， CPU通過 VG1讓 VT 1導(dǎo)通。 VG1產(chǎn)生半個周期后 ， 產(chǎn) 生 VG2， 從而 VT2導(dǎo)通。為了保證這一過程中時間差的實現(xiàn) ， 為 T0設(shè)定的初始值必須要符合條件 ， 即 ： 這一時間間隔在允許范圍內(nèi)要盡可能小。 (4) 于修改 T1初始值的問題：變頻電源的頻率 f與 T1初始值 Xi的設(shè)定有重要的聯(lián)系 ， 因為變頻電源的頻率由壓力與給定壓力的信號差決定。同時根據(jù) PID運算結(jié)果進行運算 ， 直到 壓力與給定值相同。 圖 主程序框圖 初始化程序 初始化程序除完成 8051 的中斷源， 825 825初始化外，還需要對 8031片內(nèi) RAM 中的某些單元和 SLE4520 本身進行初始化為進行件故障檢測，設(shè)置故障位和故障計數(shù)器，初始化應(yīng)清零，為實現(xiàn)可變斜率升降頻設(shè)置斜率寄存器，初始化時應(yīng)放入最低斜率值， SLE4520 的初始化成對于保護系統(tǒng)完全可靠地啟動是開始 系統(tǒng) 初始化 啟動 A∕D轉(zhuǎn)換器 數(shù)字濾波 PID 運算 中斷 響應(yīng) 允許 INT0 中斷 修改 T1 初值 運算結(jié)果等于給定值 必要的。 圖 初始化程序流程圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序即為 軟件定時器 0 的中斷服務(wù)程序，其程序框圖如下所示在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序中，完成給定，轉(zhuǎn)速的采樣，進行 PI 運算，求出頻率指令信號 Uf1，然后查表分頻求得系數(shù) Zf， X f ， Zv， Xv。 圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序框圖 顯示中斷程序 在正常運行中，頻率的顯示是依靠定時中斷實現(xiàn)，定時器每隔一定的時間進初始化 片內(nèi) RAM 初始化 SLE4520 初始化 時間控制→ 8255， 8253， 8279 T0， T1 開中斷置時間常數(shù) 返回 開始 保護現(xiàn)場 啟動 A ∕ D 轉(zhuǎn)換器，采樣Un*.Un 調(diào) PI子程序求頻率信 號 置命令時間常數(shù)，啟動定時器T0，定時25ms 由 Uf1 查 表 得 Xf Zf 恢復(fù)現(xiàn)場 返回 入顯示中斷服務(wù)程序。顯示主要的內(nèi)容如下：停車時顯示停車標志，故障時顯示對應(yīng)的故障碼，正常運行時顯示逆變輸出頻率。狀態(tài)顯示優(yōu)先次序為：故障顯示，停車顯示和頻 率顯示。正常運行時主要顯示頻率和 CPU 監(jiān)測工作運行情況。 圖 顯示中斷程序 故障中斷服務(wù)程序 主電路的過流送至 8051 并發(fā)出信號，封鎖 HEF4752V 脈沖輸出，切斷主電路電源， 8051 通過 8255 的 PC4 得到故障記憶，并置相應(yīng)的故障位為“ 1”，以便進行故障碼顯示。該中斷源的優(yōu)先級最高。將八路故障輸出信號送到 8031 的 P1口，讀入 P1 口的狀態(tài)于 A 中，并判 斷，判斷時采用了循環(huán)右移位，并設(shè)置標志位 8031 是低電平，移位后，判斷 CY 是否為零，若為零則有故障并同時計數(shù)，計數(shù)值為相對應(yīng)的故障值，輸出字形碼給 8279 顯示相應(yīng)的故障，直到八路故障顯示完后，在重新開始檢測。設(shè)置故障標志位 CY： CY=0，有故障； CY=1，無故障。 圖 故障中斷服務(wù)程序程序 顯示子程序及鍵盤服務(wù)程序流程圖 圖 顯示子程序 圖 鍵盤服務(wù)程序 系統(tǒng)中通過鍵盤設(shè)置運行 （ RUN） ，停止 （ STOP） ，電動 （ JOG） ，復(fù)位（ RST）等功能 。 鍵盤的使用方法及有關(guān)設(shè)計說明： (1)鍵盤完成的功能為：系統(tǒng)啟動，當(dāng)按下啟動鍵后，單片機才能執(zhí)行指令，程序運行。 (2)系統(tǒng)的復(fù)位，通過手動執(zhí)行中斷，程序運行結(jié)束，停止運行常用做故障檢測停機使用。 (3)能方便地對兩個模擬調(diào)節(jié)參數(shù)修改或顯示 (4)頻率顯示鍵 當(dāng)按鍵 04H 鍵為 0N 時，顯示器兩位輸出頻率，低兩位顯示給定頻率 . 當(dāng)按鍵 04H 鍵為 0FF 時，顯示器高兩位表示正反轉(zhuǎn)，顯示頻率表示輸出頻率 . (5)系統(tǒng)復(fù)位時，按下復(fù)位鍵后，整個系統(tǒng)停止工作 . 控制電路 控制部分是以 MCS51系列 8位單片機的典型產(chǎn)品 8051為核心 , 配以輸入輸出控制接口和相應(yīng)的外圍電路組成 。 單片機完成信息的讀取、運算、傳送和控制功能。在本系統(tǒng)中用 。把INT0()做為外部中斷源的請求信號 , 用于計數(shù)器的復(fù)位。把 片機的輸出端 , 輸出信號經(jīng)驅(qū)動器電路放大 ,用于控制逆變 電路中可控硅晶閘管的通斷。從而控制電源頻率的大小。 最小脈沖問題分析 由于硬件原因，任何微控制器都不能輸出寬度無限小的脈沖，這就使得理想SPWM 脈沖序列中小于一定寬度的窄脈沖不能正常輸出，即最小脈沖問題。 對于 C8051 單片機，它的 PCA 所能輸出的最小脈沖取決于其中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時間，所以其最小脈沖問題不容忽視。解決該問題的具體方法有： （ 1） 采用匯編語言編寫中斷服務(wù)子程序并且應(yīng)用最精簡省時的指令，減小最小脈沖的寬度； （ 2） 在計算 SPWM 波脈沖寬度時，對寬度小于 PCA 所能輸出最小寬度的脈沖進行修 正，使它們的寬度為最小脈沖的寬度； （ 3） 限制調(diào)制比 M，使 SPWM 脈沖序列中不會含有過多的小脈沖。 總結(jié) 本設(shè)計是基于 C8051 系列單片機控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 ,主要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)，脈寬調(diào)制技術(shù)、單片機程序設(shè)計等問題，這是一個非常實用的控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的設(shè)計主要包括硬件和軟件設(shè)計兩個部分。 頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)、和節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。我國以后在變頻調(diào)速技術(shù)方面應(yīng)積極做的工作如下 : (1) 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì)量，獲 得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 (2) 大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，必需把我國變頻調(diào)速技術(shù)提高到一個新水平，縮小與世界先進水平的差距，提高自主開發(fā)能力，滿足國民經(jīng)濟重點工程建設(shè)和市場的需求。 (3) 規(guī)范我國變頻調(diào)速技術(shù)方面的標準，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實現(xiàn)規(guī)?；藴驶a(chǎn)。 畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個測試，它是教學(xué)計劃中學(xué)生必修的最后一個教學(xué)環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)教學(xué)、科研、工程實踐結(jié)合的重要結(jié)合點。它的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問題，建立正確的 設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序和方法。通過畢業(yè)設(shè)計，進行工程知識和工程技能的綜合訓(xùn)練，使學(xué)生一走上工作崗位就具有較強的應(yīng)用生產(chǎn)現(xiàn)場正在使用和近期可能推廣使用的技術(shù)去解決工程實際問題的能力。 畢業(yè)設(shè)計對我們來說是一件相對龐大而瑣碎的工作 ,要綜合運用各種學(xué)過和沒學(xué)過的東西。通 過此次畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)習(xí)了很多新知識、新方法、新觀點，更是對我 大學(xué)學(xué)習(xí)的一個很好的總結(jié)。在設(shè)計過程中，我進一步加深了對電力電子的學(xué)習(xí) ； 煉了我的學(xué)習(xí)能力、分析問題與解決問題的能力，也鍛煉了我克服困難的勇氣和決心。這些都為我以后的工作奠定了良好 的基石，因此我感到收獲很大。 參考文獻 [1] 李 良仁 . 變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京： 電子 工業(yè)出版社， 2021 [2] 王兆安 ，張 明勛 . 同步電動機調(diào)速系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2021 [3] 顏世鋼 . 電力電子技術(shù)問答 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2021 [4] 和 超 .交流變頻調(diào)速技術(shù) [M].北京 ： 北京航天航空大學(xué) 出版社， 2021 [5] 高學(xué)民 .電力電子與交流技術(shù) [M].山東 ： 山東科學(xué)技術(shù) 出版社， 2021 [6] 陳國呈 . 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