【正文】 內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE——輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc—— +5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次逼近的基準。 8155可編程定時/計數(shù)芯片圖55 8155引腳圖Figure55 8155 pin map地址/數(shù)據(jù)線AD0～AD7（8條）：是低8位地址線和數(shù)據(jù)線的共用輸入總線，常和51單片機的P0口相連，用于分時傳送地址數(shù)據(jù)信息，當ALE=1時，傳送的是地址。I/O口總線（22條）：PA0～PAPB0～PB7分別為A、B口線，用于和外設之間傳遞數(shù)據(jù)；PC0～PC5為C端口線，既可與外設傳送數(shù)據(jù)，也可以作為A、B口的控制聯(lián)絡線。 控制總線（8條）：RESET：復位線，通常與單片機的復位端相連，復位后，8155的3個端口都為輸入方式。WR, RD：讀/寫線，控制8155的讀、寫操作。ALE：地址鎖存線，高電平有效。它常和單片機的ALE端相連，在ALE的下降沿將單片機P0口輸出的低8位地址信息鎖存到8155內(nèi)部的地址鎖存器中。因此，單片機的P0口和8155連接時，無需外接鎖存器。CE：片選線，低電平有效。IO/M：RAM或I/O口的選擇線。當=0時，選中8155的256 B RAM；當=1時，選中8155片內(nèi)3個I/O端口以及命令/狀態(tài)寄存器和定時/計數(shù)器。TIMERIN、TIMEROUT：定時/計數(shù)器的脈沖輸入、輸出線。TIMERIN是脈沖輸入線，其輸入脈沖對8155內(nèi)部的14位定時/計數(shù)器減1；為輸出線，當計數(shù)器計滿回0時，8155從該線輸出脈沖或方波，波形形狀由計數(shù)器的工作方式?jīng)Q定[6]。6 軟件設計 直流調(diào)速裝置的優(yōu)劣不僅取決于它的硬件，合理的軟件設計往往是更為重要。根據(jù)硬件電路的各個組成部分相互聯(lián)系，將各部分軟件程序最終整合成總體結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上合理地分配CPU中的各個功能，使其各部分軟件程序能夠在CPU的指導下很好的完成每一部分程序功能。整個程序由主程序，電流中斷服務程序，同步中斷服務程序組成。系統(tǒng)共設置三個中斷源：同步中斷源為高優(yōu)先級，它由同步信號電路產(chǎn)出同步脈沖由端向AT89C51申請中斷；電流中斷源為低優(yōu)先級，由AT89C51內(nèi)部定時器0定時2ms產(chǎn)生。另一個中斷源也是低優(yōu)先級，由鍵盤/顯示器接口產(chǎn)生，這樣AT89C51能及時從鍵盤接受控制命令，及時將系統(tǒng)狀態(tài)輸出顯示，鍵盤/顯示器接口的中斷信號接到AT89C51的端。 主程序設計 主程序主要功能是：上電初始化，設堆棧指針，AT89C51和主要芯片初始化，轉(zhuǎn)速顯示程序，按鍵查詢及相應的控制命令程序，轉(zhuǎn)速、電流環(huán)的PI運算程序、控制角的換算程序以及等待同步脈沖外中斷等。主程序框圖如圖61所示。圖61 主程序框圖Figure 61 Block diagram of main program主程序主要完成以下幾個方面的工作：l)對AT89C51，8155，8253，ADC809初始化， 設定堆棧指針。2)將顯示緩沖區(qū)分別存入顯示零的段碼3FH。使兩行8位數(shù)碼管都顯示零3)在檢測到有鍵按下時，跳轉(zhuǎn)到相應按鍵的程序中。無鍵按下，則等待中斷。4)轉(zhuǎn)速、電流環(huán)進行PI程序，分別取轉(zhuǎn)速給定值與轉(zhuǎn)速反饋值進行轉(zhuǎn)速環(huán)的PI調(diào)節(jié)，然后將所得的電壓信號與電流檢測值進行電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)。5)將所得的控制電壓信號換算成8253定時器2中的計數(shù)初值，來改變控制角的大小。 轉(zhuǎn)速給定程序設計轉(zhuǎn)速設定主要是對上行4位數(shù)碼管進行轉(zhuǎn)速設定及顯示，鍵盤/顯示程序主要是通過89C51對8279芯片進行操作控制，下面對轉(zhuǎn)速設定程序作詳細介紹，轉(zhuǎn)速設定是直流調(diào)速中必要的一個數(shù)字量，如果沒有轉(zhuǎn)速給定信號，那么就無法進行轉(zhuǎn)速環(huán)的PI調(diào)節(jié)控制，更不要說進行電流環(huán)的運算。轉(zhuǎn)速給定通過按動該參鍵進入到轉(zhuǎn)速的設定程序中，否則將無法改變轉(zhuǎn)速給定值。只有先按下該參鍵，才能通過左右移動鍵來控制顯示位，通過上下鍵控制顯示值的大小，在沒有按下確定鍵時，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速給定值是不會改變的，系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制程序仍以原來設定的值進行計算，但當前上行數(shù)碼管仍顯示設定值。當按下確定鍵后，跳出轉(zhuǎn)速設定程序，同時將轉(zhuǎn)速設定值進行16進制的轉(zhuǎn)化。為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)控制準備。轉(zhuǎn)速設定程序框圖如圖62所示。圖62 轉(zhuǎn)速設定程序Figure 62 Speed setup process 中斷服務程序設計中斷服務程序中，主要包括過三部分：l)過零檢測(觸發(fā)脈沖的發(fā)送)：2)轉(zhuǎn)速檢測；3)電流檢測等； 其中優(yōu)先級從高到低的排序應該是這個順序，過零檢測程序(觸發(fā)脈沖的發(fā)送)應該是最重要的，優(yōu)先級應該最高；其次是轉(zhuǎn)速檢測和電流檢測程序，它們的優(yōu)先級等同。這里采用三個中斷口，兩個外部中斷INT0和INT1，一個內(nèi)部中斷定時器0中斷。其中過零檢測程序(觸發(fā)脈沖的發(fā)送)應用外部中斷INT0和定時器0中斷相結(jié)合的方式完成的觸發(fā)脈沖的發(fā)送程序：應用外部中斷INTI完成的轉(zhuǎn)速檢測和電流檢測程序。這里先介紹過零檢測程序(觸發(fā)脈沖的發(fā)送)。 轉(zhuǎn)速檢測程序設計轉(zhuǎn)速檢測程序的設計在控制系統(tǒng)中也是十分重要的。轉(zhuǎn)速檢測的是否準確直接關(guān)系到調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)劣。根據(jù)硬件電路中介紹：轉(zhuǎn)速檢測主要利用8253的計數(shù)器0和計數(shù)器l。用計數(shù)器1定時采樣時間，這里定時lms，工作頻率為2MHz，換算成計數(shù)初值是十進制2000．用計數(shù)器0負責檢測在單位采樣時間內(nèi)的轉(zhuǎn)速脈沖。轉(zhuǎn)速脈沖由脈沖發(fā)生器器發(fā)出，方波信號，低壓幅值。當定時時間到后，讀取計數(shù)器0中的脈沖數(shù)。轉(zhuǎn)速檢測后，要作為轉(zhuǎn)速環(huán)的反饋信號，進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；還要根據(jù)轉(zhuǎn)速的檢測值，刷新當前轉(zhuǎn)速的顯示。具體操作見轉(zhuǎn)速檢測程序圖64。圖64 轉(zhuǎn)速檢測框圖Figure 64 Block diagram of speed detection 觸發(fā)脈沖發(fā)送程序設計這段程序的設計主要是根據(jù)可控整流的原理，每路觸發(fā)脈沖間隔60176。相角，每個晶閘管導通120176。，從過零點開始定時，通過改變對8253定時器2計數(shù)初值的設定，改變控制角的大小，進而改變整流電壓的輸出，實現(xiàn)調(diào)速的目的．利用外部中斷INT0的中斷程序，響應8253計數(shù)器2的中斷請求，發(fā)出第一路雙脈沖T1T6，同時啟動內(nèi)部定時器O中斷，進行定時60176。所對應的時問(根據(jù)工業(yè)頻率50Hz，換算后60176。)，然后系統(tǒng)在連續(xù)響應定時器0的中斷請求，每隔60176。時間發(fā)送一次觸發(fā)脈沖，等6路脈沖發(fā)送完成后，重新開始新一輪的脈沖發(fā)送。若要改變整流電壓的輸出，時刻改變8253計數(shù)器2內(nèi)部初值就可以，等到新一輪的過零檢測脈沖啟動8253計數(shù)器2后，計數(shù)初值就換成重新設定的。觸發(fā)脈沖的發(fā)送程序框圖如圖63所示。圖63 觸發(fā)脈沖發(fā)送程序框圖Figure 63 Block diagram of the trigger pulse sent procedures在介紹程序之前，先介紹一下用到的存儲器地址及功能；3lH：脈沖發(fā)送的次序數(shù)地址；50H：存放控制角對應定時時間換算成8253計數(shù)初值后的低8位；51H：放控制角對應定時時間換算成8253計數(shù)初值后的高8位；TH0：定時囂0的高8位值0F2H．TL0: 定時器0的低8位值0FBH；程序如下：INT0: PUSH ACC :進棧保護 PUSH DPH PUSH DPL JNB M1 ：=1時，響應INT0中斷 MOV TH0, 0F2H : 重裝計數(shù)初值 MOV TL0， 0FBH SETB TR0 ：啟動內(nèi)部定時器T0 MOV A， 21H ：第一路雙脈沖T1T6 MOV DPTR， 0DF01H ：8155PA口地址 MOVX @DPTR ， A ：發(fā)第一路脈沖M1： POP DPL :出棧 POP ACC ： RET1 ：中斷返回T0： PUSH ACC ：進棧保護 PUSH DPH ： PUSH DPL ： MOV A， 31H ：取觸發(fā)脈沖發(fā)送次序數(shù) MOV DPTR， TAB1 ：取發(fā)送脈沖首地址 MOVC A， @A+DPTR ：取對應的觸發(fā)脈沖 MOV DPTR 0DF01H ：8155PA口地址 MOVX @DPTR， A ：發(fā)送觸發(fā)脈沖 MOV A， 31H ： INC A ， ： 發(fā)送次序數(shù)加一 CJNE A， 06，BB ：看6個脈沖是否發(fā)送完 CLR TR0 ：關(guān)定時器T0 MOV A， 01H ： BB： MOV 31H， A ： MOV TH0， 0F2H ：重新轉(zhuǎn)載計數(shù)初值 MOV TL0， 0FBH : POP DPL POP DPH :出棧 POP ACC : RET1 TAB1：DB 21H，03H，06H，0CH，18H，30H :觸發(fā)脈沖表7 技術(shù)經(jīng)濟分析首先直流調(diào)速和交流調(diào)速相比,雖然其制造工藝復雜,生產(chǎn)成本高, 維修困難, 需備有直流電源才能使用。但因直流調(diào)速具有寬廣的調(diào)速范圍, 平滑的調(diào)速特性,較高的過載能力和較大的起動、制動轉(zhuǎn)矩, 使用壽命長，經(jīng)濟性好。因此被廣泛地應用于調(diào)速性能要求較高的場合。在工業(yè)生產(chǎn)中, 需要高性能速度控制的電力拖動場合, 直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用, 高精度金屬切削機床, 大型起重設備、軋鋼機、礦井卷揚、城市電車等領(lǐng)域都廣泛采用直流電動機拖動。特別是晶閘管—直流電動機拖動系統(tǒng),具有自動化程度高、控制性能好、起動轉(zhuǎn)矩大, 易于實現(xiàn)無級調(diào)速，使用壽命長，所以相對經(jīng)濟性好等優(yōu)點而被廣泛應用在現(xiàn)代化生產(chǎn)當中。其次從直流調(diào)速系統(tǒng)的供電方式而言采用晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)簡稱VM系統(tǒng), 需要一可控直流電源為直流電動機電樞供電。具有放大倍數(shù)大、快速性好、效率高、經(jīng)濟性好、體積小、控制方便、運行噪聲小等優(yōu)點。 而和直流斬波器調(diào)速系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)變流機組直流調(diào)速系統(tǒng)相比, 又具有功率器件少、線路簡單、調(diào)速范圍寬、快速響應好、效率和功率因數(shù)高等優(yōu)點。在工業(yè)生產(chǎn)上, 早期應用的是發(fā)電機 電動機(GM) 調(diào)速系統(tǒng), 隨著電子技術(shù)的發(fā)展, 晶閘管相位控制直流調(diào)速系統(tǒng)獲得越來越廣泛的應用。晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)有可逆調(diào)速和不可逆調(diào)速兩種。不可逆直流調(diào)速系統(tǒng)只適用于不要求改變電動機轉(zhuǎn)向或不要求經(jīng)常改變電動機轉(zhuǎn)向, 同時在停車時對快速性又無特殊要求的生產(chǎn)機械, 如車床、鏜床等。然而往往在工業(yè)生產(chǎn)過程中, 某些生產(chǎn)機械是要求電動機既能夠頻繁正反轉(zhuǎn)又能快速起動、制動, 如龍門刨床、可逆軋鋼機等, 所以這些生產(chǎn)機械就需要采用可逆直流調(diào)速系統(tǒng)。另外由于本設計采用的的是數(shù)字控制直流調(diào)速的系統(tǒng)，電流檢測，速度檢測完全是數(shù)字控制的所以相對使用壽命長，從工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)、長久、安全方面考慮數(shù)字控制的邏輯無環(huán)流直流調(diào)速系統(tǒng)的經(jīng)濟性好、安全、可靠。8 結(jié)論本文詳細地介紹了一種基于單片機的直流調(diào)速裝置，從硬件電路到軟件程序的設計都有詳細的介紹。裝置包括了轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速顯示、轉(zhuǎn)速檢測、電流檢測和觸發(fā)電路等部分，基本涵蓋了目前已有直流調(diào)速裝置的幾大部分。設計主要是根據(jù)現(xiàn)有直流調(diào)速控制系統(tǒng)的原理，采用單片機AT89C51代替了昂貴的數(shù)字控制器。在電路設計上可以做如下改進：轉(zhuǎn)速