【導(dǎo)讀】電力拖動(dòng)系統(tǒng)的主要方式之一，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著十分重要的作用。隨著微電子技術(shù)的。捷，抗干擾能力較強(qiáng)。了一套全數(shù)字直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。并且介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功能和特性，分。析了雙閉環(huán)PID控制的調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的比例和積分系數(shù)。此外，本次設(shè)計(jì)采用了數(shù)字式速度給定和數(shù)字式測(cè)速方法，大大提高了速度控制的精度。

　　

【正文】 i s i o nS i z eA2D a t e : 7 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \電路圖 \ M y D e s i g n . d db D r a w n B y:RRRRRRRRRCCCCCCCCCT3 T5T2T1T6T4DBTLRv 圖 42 主電路 xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 25 5 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 一般典型的直流數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)主要包括控制模塊、同步信號(hào)電路、測(cè)速脈沖信號(hào)、速度反饋模塊、電流反饋電路、顯示電路、觸發(fā)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)模塊等部分?；?MCS96系列 80C196KC單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件功能總體框圖如圖 51所示。 主回路晶軋管門極觸發(fā)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)電路速度給定程序存儲(chǔ)器顯示模塊電流反饋值測(cè)速脈沖信號(hào)同步中斷模塊路觸發(fā)脈沖 圖 51 基于 80C196KC 的直流電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 控制模塊 系統(tǒng)中的控制模塊主要負(fù)責(zé)完成數(shù)字 PI 算法的實(shí)現(xiàn)，電壓、電流 A/D 轉(zhuǎn)換與高速I/O 掃描等功能是整個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)的核心，一般采用高性能的單片機(jī)構(gòu)成。單片機(jī)集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）、高速輸入口（ HSI）、高速輸出口（ HSO）等外圍電路，能夠降低硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 控制模塊部分由 80C196KC單片機(jī)和外部程序存儲(chǔ)器構(gòu)成。 xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 26 80C196KC 單片機(jī)是 Intel 公司推出的一款高性能的 CHMOS 16 位單片機(jī)，在其內(nèi)部“嵌入”了以往被認(rèn)為是“外圍”設(shè)備的多種電路，包括：時(shí)鐘發(fā)生器、多功能 I/O口、A/D 轉(zhuǎn)換器、 PWM輸出口、串行口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、監(jiān)視定時(shí)器、高速輸入輸出器、外設(shè)事務(wù)服務(wù)器等。 80C196KC的主要技術(shù)特點(diǎn)如下： （ 1） 16K字節(jié)片內(nèi) EPROM； （ 2） 448字節(jié)寄存器陣列； （ 3）寄存器 寄存器結(jié)構(gòu)； （ 4） 5個(gè) 8位 I/0口； （ 5）全雙工串行口； （ 6） 16位監(jiān)視定時(shí)器； （ 7） 4個(gè) 16位軟件定時(shí)器； （ 8）可動(dòng)態(tài)配置的八位或十六位總線寬度； （ 9） PWM(脈寬調(diào)制 )輸出； （ 10） HSI/HSO(高速輸入輸出口 )； （ 11） 10/8位具有采樣保持的 A/D轉(zhuǎn)換器； （ 12） 28個(gè) 中斷源， 18個(gè)中斷向量； （ 13）可以采用 16MHz的晶振。 可以看出， 80C196KC 不但具有豐富的硬件資源，而且運(yùn)行速度也大為提高。同樣使用 12MHz的晶振， 80C196KC 的運(yùn)算速度要比 8096 提高 1/3，使用 16MHz 的晶振，將比使用 12MHZ晶振的 8096快 1/2(因?yàn)?8096最快只能使用 12MHz晶振 )。此外， 80C196KC的六個(gè) HSO通道正好可以輸出六個(gè)觸發(fā)晶閘管的脈沖，因此我們選用它來構(gòu)成數(shù)字直流電源的控制模塊。 同步信號(hào)電路 同步信號(hào)電路是數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)重要的電路。同步信號(hào)電 路的主要任務(wù)是為數(shù)字觸發(fā)脈沖輸出提供一個(gè)同步信號(hào)作為相位基準(zhǔn)。根據(jù)該基準(zhǔn)，通過單片機(jī)計(jì)算得出移相觸發(fā)時(shí)間，進(jìn)而確定觸發(fā)角對(duì)應(yīng)的觸發(fā)脈沖形成時(shí)刻。并通過觸發(fā)脈沖輸出電路將觸發(fā)脈沖分配輸出。 同步信號(hào)的獲取方法有下面兩種： （ 1）同步信號(hào)獲取方法一是用圖 52 所示電路中最后一個(gè)異或門輸出的脈沖送到單xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 27 片機(jī)的外部中斷引腳，實(shí)現(xiàn)每 。下面介紹具體方法。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 9 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \電路圖 \硬件電路設(shè)計(jì) . d db D r a w n B y:123ABC4561 7B7 4A L S 8 61231 7A7 4A L S 8 63 6152 2 4911 12107 8 1 1315145423121 6AL M 1 391231 8A7 4L S 8 6+ 12 VS1S2S3761U 1 6BL M 1 399814U 1 6CL M 1 39I N T+ 12 V+ 12 V 圖 52 同步信號(hào)電路圖 圖中，同步變壓器與主變壓器一樣接成 Y/Y12 接法，同步電壓先由二級(jí) RC 濾波電路濾除電源干擾，并通過調(diào)整 R值實(shí)現(xiàn) 30o移 相，使三個(gè)相同步電壓分別與晶閘管電源三相線電壓保持同相位。三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器 LM339 變?yōu)?S1， S2， S3，三個(gè)方波信號(hào)，若以“ 1”表示高電平，以 60o為單位時(shí)間，則 S1， S2， S3 的波形在電源一個(gè)正弦波周期 (6 個(gè)相帶 )內(nèi)分別組成 6種態(tài)： 001101100110010011， 80C196KC 通過 P1 口讀入 S1， S2， S3 的狀態(tài)，就可以分析判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路的晶閘管觸發(fā)脈沖的組號(hào)。為了便于軟件處理，電源狀態(tài)用字碼表示，例如 S1， S2， S3 為011，則電源狀態(tài)字碼 值 S1， S2， S3為 3. 對(duì)于晶閘管三相全控橋電路，一個(gè)周波有 6 個(gè)自然換向區(qū)。進(jìn)入每個(gè)換向區(qū) (60o相帶 )要同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)晶閘管，并按一定的順序，每隔 60o依次發(fā)出脈沖觸發(fā)晶閘管。因此，要使單片機(jī)的觸發(fā)操作具有與電源嚴(yán)格同步的時(shí)序，還得由硬件產(chǎn)生與三相電源自然換向點(diǎn)同步的申請(qǐng)中斷的同步脈沖序列信號(hào)，這個(gè)同步脈沖序列的間隔是 60o，它可以在主電路線電壓的每個(gè)自然換相點(diǎn)通過 80C196KC 的外部中斷引腳 EXTINTI 向 CPU 申請(qǐng)中斷，結(jié)合前述讀入的 S1， S2， S3 狀態(tài)字碼值，實(shí)現(xiàn)同步認(rèn)相判斷，可準(zhǔn)確地確定當(dāng) 前的自然換向區(qū)應(yīng)該輸出哪個(gè)腳的脈沖。這個(gè)同步中斷信號(hào)可以利用己經(jīng)產(chǎn)生的 S1， S2， S3信號(hào)得到。只要將三個(gè)方波信號(hào)異或，可以產(chǎn)生一個(gè)邊沿與線電壓自然換向點(diǎn)對(duì)齊的方波信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)過一個(gè) RC 電路和異或門處理，或者用一個(gè) 74LS123 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 28 可得到一定脈寬的同步中斷信號(hào)。由同步電路產(chǎn)生的這些有關(guān)電壓的波形如圖 53 （ 2）同步信號(hào)獲取方法二與方法一基本相似，把電壓比較器后面的異或門電路都去掉即可。該方法用 S1， S2， S3 輸出的脈沖信號(hào)作為同步信號(hào)。軟件用查詢方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)每讀到 S1， S2， S3 有 跳變，就去觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。單片機(jī)根據(jù)讀到的不同的 S1， S2， S3的值，來決定該觸發(fā)哪一個(gè)管子，觸發(fā)順序如表 51所示。 圖 53 同步電壓波形圖 表 51 晶閘管觸發(fā)順序表 S1 1 1 1 0 0 0 S1 0 1 1 1 1 0 S3 1 0 0 0 1 1 xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 29 被觸發(fā)晶閘管 1 2 3 4 5 6 觸發(fā)脈沖輸出電路 觸發(fā)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)模塊的作用是將由控制模塊中 HSO輸出的移相觸發(fā)脈沖經(jīng)過功率放大器放大，再經(jīng)過脈沖變壓器隔離，變成可以直接觸發(fā)晶閘管的門極信號(hào)，加到主回路的 晶閘管門極上。 圖 54是單片機(jī)與六路晶閘管觸發(fā)電路的連線圖， SCR1為第一路晶閘管觸發(fā)電路，具體電路見圖 55，其余五路與第一路相同。 晶閘管的觸發(fā)可以采用寬脈沖觸發(fā)和雙窄脈沖觸發(fā)兩種方式。用寬脈沖觸發(fā)，觸發(fā)可靠性高，適用面寬，但容易使脈沖變壓器飽和，因此要求脈沖變壓器的鐵心體積比較大；用雙窄脈沖電路觸發(fā)晶閘管，雖然脈沖次數(shù)比寬脈沖觸發(fā)多一倍，但是可以減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵心體積。 單片機(jī) HSO通道的輸出脈沖經(jīng)光耦隔離，驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管來控制脈沖變壓器。脈沖變壓器的輸出分別接晶閘管的門極和 陰極，控制晶閘管的開通和關(guān)斷。 E XT I NTHS O . 0HS O . 1HS O . 2HS O . 3HS O . 4HS O . 580 C 196 KCS C R 1 觸發(fā)電路5 路觸發(fā)電路與 S C R 1觸發(fā)電路相同同步中斷信號(hào) 圖 54 同步觸發(fā)結(jié)構(gòu)框圖 xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 7 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \電路圖 \ M y D e s i g n . d db D r a w n B y:U 2 3O P T O I S O 1R 2 4R E S 2R 2 3R E S 2R 1 9R E S 2 C 2 4C A PD 1 5D I O D ED 1 6D I O D ED 1 4D I O D EQ4N P N D A R45 39V C CH S O . 5+ 24 + 24 圖 55 晶閘管觸發(fā)電路 顯示模塊 顯示模塊主要完成控制參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，有的控制器還支持操作人員通過顯示界面對(duì)參數(shù)、程序的修改，可以作為一種簡(jiǎn)單的人機(jī)接口使用。一般顯示模塊采用簡(jiǎn)易按鈕和顯示屏構(gòu)成，與控制器之間通過串行接口等方式連接。 LCD液晶顯示簡(jiǎn)介 液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 本系統(tǒng)采用深圳市天助科技有限公司的液晶顯示器 FM1602，它是字符型液晶模塊是一種用 5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為 1行 16個(gè)字、 2行 16 個(gè)字、 2行 20個(gè)字等等，這里采用常用的 2行 16個(gè)字的 1602液晶模塊 ，外型尺寸： 122*44，黃綠屏， LED背光， IC： KS0076。 （ 1） 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，其中 : 第 1腳： VSS為地電源 第 2腳： VDD接 5V正電源 第 3腳： V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”， 使用時(shí)可以通過一個(gè) 10K的電位器調(diào)整對(duì)比度 第 4腳： RS為寄存器選擇，高電平時(shí) 選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器 xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 31 第 5腳： RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng) RS為高電平 RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù) 第 6腳： E端為使能端，當(dāng) E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令 第 7～ 14腳： D0～ D7為 8位雙向數(shù)據(jù)線 第 15～ 16腳：空腳 1602 液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（ CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了 160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字，英文字母的大小寫，常用的符號(hào)等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“ A”的代碼是 01000001B（ 41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“ A”。 （ 2） 1602的指令系統(tǒng) 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器的控制指令，現(xiàn)分別介紹如下： 表 52 開 /關(guān)指令 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 D C B （ 1）開 /關(guān)指令： D屏幕的 ON/OFF 設(shè)定， C 光標(biāo)的 ON/OFF 設(shè)定， B光標(biāo)閃爍設(shè)定。當(dāng) D=1 時(shí)屏幕 ON， D=0 時(shí)屏幕 OFF； C=1 時(shí)光標(biāo) ON， C=0 時(shí)光標(biāo) OFF； B=1 時(shí)光標(biāo)閃爍，B=1時(shí)光標(biāo)不閃爍。 表 53 光標(biāo)返回第一字符位置 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X （ 2）光標(biāo)返回第一字符的位置：但是所有屏幕上字符并不會(huì)被清除。 表 54 清顯示 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 xxx畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 32 （ 3）清顯示：清除屏幕并回到屏幕左上角。 表 55 進(jìn)入模式設(shè)定 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0