【導讀】單片機控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)設計思想是用轉(zhuǎn)差頻率進行控制。通過改變程序來達。到控制轉(zhuǎn)速的目的。由于設計中電動機功率不大，所以整流器采用不可控電路，電容。器濾波；逆變器采用電力晶體管三相逆變器。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要由主回路，驅(qū)動電。片，CD4527比例分頻器和測速發(fā)電機等組成?；芈分杏辛藱z測保護電路就可以使整個。系統(tǒng)運行的可靠性有了保障。用工業(yè)控制計算機可謂功能強大，它有極高的速度，很強的運算能力和接口功能，控制器則恰好相反，它只能完成邏輯判斷，定時，記數(shù)和簡單的運算，由于功能太弱，

　　

【正文】 電路可通過門 1 輸出控制信號的封鎖 HEF4752 輸出的 PWM 控制信號，斷開主回路電源。 A A2接 8255 的 C 口 21 中的 PC PC5，通過 PC PC5 輸入故障信號，用以檢 測故障類型。 圖 19 過電流，過電壓保護電路 系統(tǒng)軟件的設計 程序框圖及其介紹 （ 1） 系統(tǒng)主程序 主程序框圖如圖 20 所示。先進行芯片初始化，然后，清系統(tǒng)工作區(qū)，開放 8051外部中斷，啟動軟件定時器 10ms(采樣周期 )。所以，系統(tǒng)初始化完畢，進入控制循環(huán)：顯示轉(zhuǎn)速→中斷服務（ *,nnUU和 ,SMU PI? 運算，查表求出 , , ,f f v vz x z x ）→可逆切換程序→輸出控制量→顯示轉(zhuǎn) 速。 22 圖 20 系統(tǒng)主程序框圖 （ 2） 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 O的中斷服務程序，其程序框圖如圖 21所示。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序中，完成轉(zhuǎn)速、 SMU? 的采樣，進行 PI運算，求出頻率指令信號 1fU ，然后查表求得分頻系數(shù) , , ,f f v vz x z x 。 （ 3） 增量式 PI 運算子程序 增量式 PI 運算子程序框圖如圖 22 所示，它包括按圖所示控制曲線計算轉(zhuǎn)差頻率增量 ()SUK? , 由 ()SUK? 求出轉(zhuǎn)差頻率控制量 ()SUK，再由 ()SUK求出頻率指令信號1()fUK。 23 圖 21 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序框圖 （ 4） 可逆切換程序 可逆切換程序由停車控制和可逆切換控制兩部分組成，其程序框圖如圖 23所示。系統(tǒng)的停車與工作由工作 /停車控制開關(guān)控制，其開關(guān)狀態(tài)由 PC6輸入。在可逆切換程序中，先對 PC6 進行判斷。若 PC6 = 0，表示命令停車，這時接下來判斷轉(zhuǎn)速是否為 0。若不為 0，則經(jīng) PC2 輸出“ 1”電平，使 HEF4752 的 L 端為 0，封鎖其輸出信號，使逆變器輸出為 0，電動機轉(zhuǎn)速下降。當轉(zhuǎn)速已降到 0時，經(jīng) PC3 輸出“ 1”電平信號，切換主回路電源，然后顯示停車標志“ 0000”。若 PC6 = 1，則表示繼續(xù)工作，于是轉(zhuǎn)去檢測正 /反開關(guān)狀態(tài)，進入可逆切換部分。 電動機的轉(zhuǎn)向由正 /反控制開關(guān)控制，其開關(guān)狀態(tài)由 PC7輸入。現(xiàn)以正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)為例說明切換過程。當正 /反轉(zhuǎn)開關(guān)由“正”轉(zhuǎn)到“反”時， PC7 輸入 0電平，表示反 轉(zhuǎn)，接下來判斷當前轉(zhuǎn)向是正（ CW = 1）還是反（ CW = 0），若轉(zhuǎn)向為正，表示與給定轉(zhuǎn)向不一致，需進行切換，于是經(jīng) PC2 輸出 1電平，使 HEF4752 的 L端為 0，封鎖其輸出信 24 號，使逆變器輸出為 0，電動機轉(zhuǎn)速下降。然后判斷 電動機轉(zhuǎn)速是否為 0。當轉(zhuǎn)速未降到 0時，不開放 L 端，電動機轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降。一旦轉(zhuǎn)速降到 0，則經(jīng) PC1 輸出 0電平至 CW 端，經(jīng) PC2輸出 0 電平，開放 L 端，于是 HEF4752 輸出相序為 U、 W、 V的 PWM 控制信號，逆變器重新開始工作，輸出相序為 U、 W、 V，使電動機反向啟動，至此，切換過程結(jié)束。從反轉(zhuǎn)到 正轉(zhuǎn)的切換過程與上述過程相仿，不再贅述。 圖 22 增量式 PI運算子程序框圖 25 圖 23 可逆切換程序 （ 5）故障處理程序 故障處理程序即為 8051 外部中斷服務程序，其程序框圖如圖 24所示。 圖 25 故障處理程序 26 部分子程序 對于 0809 的編程，采用軟件延時的方法 Main: MOV R1, DATA MOV DPTR, 7FF8H MOV R7, 08H LOOP: MOVX @DPTR, A MOV R6, 0AH DLAY: NOP NOP NOP DJNZ R6,DLAY MOVX A,@DPTR MOV @R1,A INC DPTR INC R1 DJNZ R7,LOOP ???? 對于 8253 編程，計數(shù)器工作在方式 3 MOV DPTR, 7FFFH MOV A,0B6H MOVX @DPTR, A MOV DPTR, 7FFFH MOV A, 32H MOVX @DPTR, A CLR A MOVX @DPTR, A ????? 對于 8255 編程。工作在方式 0， A 口作為輸入， B， C 口作為 輸出 。 MOV A,90H MOV DPTR,0FF7FH 27 MOVX @DPTR, A MOV DPTR,0FF7CH MOVX A,@DPTR MOV DPTR,0FF7DH MOV A,DATA1 MOVX @DPTR,0FF7EH MOV A,DATA2 MOVX @DPTR,A 系統(tǒng)抗干擾措施 變頻調(diào)速系統(tǒng)長期運行于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，并且變頻器本身內(nèi)部的主電路功率開關(guān)元件工作在大電流的高頻通斷狀態(tài)，因此也可產(chǎn)生高頻電磁輻射，因而抗干擾措施是必不可少的。本系統(tǒng)在軟件、硬件兩方 面采取了抗干擾措施。 在主電路中，在逆變器的交流輸入端、整流電路后及逆變電路交流輸出端均設有濾波電路，以消除來自外部的噪音干擾及逆變電路本身的干擾。 在控制電路中主要在去了如下抗干擾措施： 1) 電源系統(tǒng)抗干擾措施，在電源輸入端設電源濾波器：電源變壓器采用抗干擾性能好的屏蔽變壓器；主機部分采用單獨的穩(wěn)壓電路，采用 78 和 79 系列三端穩(wěn)壓塊，輔以 pi 型濾波電路；外圍電路采用單獨的電源供電。 2) 采用屏蔽保護措施，以隔離空間輻射，對噪音特別大的部件（如電抗器 Ld 等）用金屬盒罩起來，以減少對單片機等部分 的干擾。對容易受干擾的模擬電路、數(shù)字電路加設屏蔽金屬罩并接地，使干擾信號被短路接地。 3) 過程通道抗干擾措施，在輸入 /輸出口中全部采用高速光電偶和器件（如 4N30等）來切斷模擬電路和單片機數(shù)字電路之間的電路聯(lián)系，并且所有傳輸線均采用雙絞線。 4) 印制電路板抗干擾措施，設計時主要從盡量控制噪音源，盡量減少噪音的傳播和耦合，盡量減少噪音的吸收三個方面考慮設計印制電路板和布線，具體措施如下： ? 堅硬之電路板設計分為 3 個區(qū)，模擬電路區(qū)（易受干擾）、數(shù)字電路區(qū)（易受干擾，同時又是干擾源）、功率驅(qū)動區(qū)（干擾源）來減少噪音的傳播和 耦合。 ? 印制電路板設計采用并聯(lián)一點接地法，單點節(jié)點源， 3個電路的電源線、地線由該點分三路引出。接地線盡量粗，構(gòu)成閉合回路。 28 ? 對于轉(zhuǎn)速檢測、電流檢測、電壓檢測等重要的信號線，盡量做的粗而短，并在其兩側(cè)加上保護線；對于通過扁平電纜引出的信號，采用地線 信號 地線的結(jié)構(gòu)。 ? 每個集成電路芯片的電源和地之間加一個去耦電容，電容選用了高頻特性好的獨石電容或瓷片電容。 軟件抗干擾措施 單片機應用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依賴硬件解決，也采取必要的軟件抗干擾措施，具體措施如下： 1) 采用指令冗余設計，在程序的關(guān)鍵地方插入一 些空指令（ NOP），失控的程序遇到該指令后，轉(zhuǎn)入正常的運行軌道，保證接下來的指令完整的執(zhí)行，不被拆散。插入方法如下： ? 各種轉(zhuǎn)移指令前插入 NOP 指令 ? 在較重要的指令前（如中斷操作、堆棧設置等）插入 NOP 指令 ? 每隔若干條指令插入 NOP 指令 2) 設置程序指針陷阱，在每個程序后面或程序段后，插入 NOP、 NOP、 NOP、NOP、 。JMP— START 指令。設置軟件陷阱后，一旦單片機受干擾，使程序指針混亂，執(zhí)行一段程序后，就會落入程序陷阱，回到初始化程序開始執(zhí)行，從而避免系統(tǒng)死機。 3) 當程序彈飛到一個零時構(gòu)成的死循環(huán)中，指令冗 余和軟件陷阱也無能為力之時，系統(tǒng)將會“死機”。為了防止這種情況發(fā)生，系統(tǒng)采用了“看門狗（ watchdog）”技術(shù)，watchdog 實際上不依賴于 CPU 單獨的定時器，系統(tǒng)正常運行時必須每隔一定時間清一次 watchdog,當程序插入死循環(huán)后將不能按時清 watchdog,watchdog 將產(chǎn)生溢出信號，該溢出信號將 CPU 復位或向 CPU 請求中斷，將程序拉出死循環(huán)。 4) 對于控制系統(tǒng)的變量，采用循環(huán)采樣和重復輸出方式可提高系統(tǒng)檢測的準確性和控制的可靠性。 5) 設置電機啟 /停、正 /反轉(zhuǎn)等輸入狀態(tài)寄存器，當檢測到的實際輸出狀態(tài)與 設置輸出狀態(tài)不符時，將輸出狀態(tài)的寄存器的內(nèi)容重新輸出來予以糾正。 6) 設置自檢程序，在單片機內(nèi)的特定位或誒村單元設狀態(tài)標志，在系統(tǒng)運行時不間斷循環(huán)測試，以保證系統(tǒng)信息儲存、傳輸、運算的可靠性。 29 實習小結(jié) 計 算機控制技術(shù)作為我們的專業(yè)課之一，雖然在大三開學初我對這門課并沒有什么興趣，覺得那些算法程序枯燥乏味，但在這次課程設計后我發(fā)現(xiàn)自己在一點一滴的努力中對計算機控制技術(shù)的興趣也在逐漸增加。 微控 是 我們 綜合學習的一個難得的機會，同時它也是檢驗 對單片機、微機原理接口技術(shù)等課程綜合 學習水平的一個機會。在 此次課 程設計中涉及到的知識面很廣，經(jīng)過 查閱大量的資料，從中吸取對設計有幫助的東西來達到一個優(yōu)化的目的。在設計過程中肯定有 以前沒有學習過的新知識需要 自學，這就需要耐心，需要刻苦的鉆研和推敲，特別是對于各部分的銜接是經(jīng)過論證后得出的。 通過 這次 課程 設計，真正的學習到了不少東西，特別是對于自己動腦思考問題，動手解決問題的能力無疑是上了一個臺階，讓自己知道了從事技術(shù)方面的學生扎實的基本功是必不可少的，對于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和加強得引起高度的重視，光課堂的學習是不夠的，通過自學是提高的一個途徑，能夠?qū)⑺鶎W到的知識和自學的新知識 柔和在一起已證明了我們具有一定的能力。當然了，方案肯定能再次得到優(yōu)化，這是以后在學習 工作中需要考慮的問題。 30 參考文獻 [1] 陳杰 ,黃鴻．傳感器與檢測技術(shù) [M].北京：高等教育出版社， 2021． [2] 何希才 .傳感器技術(shù)與應用 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,2021. [3] 王幸之 .AT89 系列單片機原理與接口技術(shù) [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,2021. [4] 鄭學堅 周斌 .微型計算機原理及應用 [M].北京：清華大學出版社， 2021. [5] 楊寧 胡學軍 .單片機與控制技術(shù) [M]. 北京航空航天大學出版社 [6] 王建華 黃河清 .計算機控制技術(shù) [M]. 高等教育出版社 31 附錄一