【正文】 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。通 過此次畢業(yè)設計，我學習了很多新知識、新方法、新觀點，更是對我 大學學習的一個很好的總結。通過畢業(yè)設計，進行工程知識和工程技能的綜合訓練，使學生一走上工作崗位就具有較強的應用生產(chǎn)現(xiàn)場正在使用和近期可能推廣使用的技術去解決工程實際問題的能力。 畢業(yè)設計是對大學四年學習的一個測試，它是教學計劃中學生必修的最后一個教學環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)教學、科研、工程實踐結合的重要結合點。 (2) 大力發(fā)展變頻調速技術，必需把我國變頻調速技術提高到一個新水平，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)濟重點工程建設和市場的需求。 頻調速技術作為高新技術、基礎技術、和節(jié)能技術，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟領域的所有技術部門中。 總結 本設計是基于 C8051 系列單片機控制的交流變頻調速系統(tǒng)的設計 ,主要介紹了變頻調速技術，脈寬調制技術、單片機程序設計等問題，這是一個非常實用的控制系統(tǒng)。 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程序執(zhí)行的時間，所以其最小脈沖問題不容忽視。從而控制電源頻率的大小。把INT0()做為外部中斷源的請求信號 , 用于計數(shù)器的復位。 單片機完成信息的讀取、運算、傳送和控制功能。 (2)系統(tǒng)的復位，通過手動執(zhí)行中斷，程序運行結束，停止運行常用做故障檢測停機使用。 圖 故障中斷服務程序程序 顯示子程序及鍵盤服務程序流程圖 圖 顯示子程序 圖 鍵盤服務程序 系統(tǒng)中通過鍵盤設置運行 （ RUN） ，停止 （ STOP） ，電動 （ JOG） ，復位（ RST）等功能 。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)值為相對應的故障值，輸出字形碼給 8279 顯示相應的故障，直到八路故障顯示完后，在重新開始檢測。 圖 顯示中斷程序 故障中斷服務程序 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，并置相應的故障位為“ 1”，以便進行故障碼顯示。狀態(tài)顯示優(yōu)先次序為：故障顯示，停車顯示和頻 率顯示。 圖 轉速調節(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 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 轉換器，采樣Un*.Un 調 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 恢復現(xiàn)場 返回 入顯示中斷服務程序。 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 RAM 中的某些單元和 SLE4520 本身進行初始化為進行件故障檢測，設置故障位和故障計數(shù)器，初始化應清零，為實現(xiàn)可變斜率升降頻設置斜率寄存器，初始化時應放入最低斜率值， 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轉換器 數(shù)字濾波 PID 運算 中斷 響應 允許 INT0 中斷 修改 T1 初值 運算結果等于給定值 必要的。 (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。 VG1產(chǎn)生半個周期后 ， 產(chǎn) 生 VG2， 從而 VT2導通。因此 ， 這個程序依據(jù) PID算法的結果直接關系到供給電動機的電源頻率的大小。 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。 (2)INT0中斷程序該程序主要用于啟動定時器。 單片機程序設計 其程序主要包括主 程序 ， PID計算子程序和中斷處理程序。運行控制循環(huán)，主要完成轉速和故障監(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。 在軟件設計上，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，對預先設置在內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，從中得到相應的時鐘頻率信號且通過 F/V 函數(shù)表的設置保證了輸出壓 /頻比為線性關系，為防止頻率突變對系統(tǒng)造成損壞， 8051 根據(jù)所設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。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，應對其進行相應的處理；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。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，設定電動機的期望轉速以及控制電機的正轉、反轉、啟動、停止等操作。由于 TMS320LF2407 帶有 SCI 通訊接口因此可以方便的實現(xiàn) RS232 通訊，計算機與 8051 芯片 之間通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。通訊主要是指計算機 (PC)與 8051 芯片 的系統(tǒng)通信，主要用來傳遞各種指令和參數(shù)。由于 8051 芯片的 SPWM 的輸出電平范圍～ ，而 CMOS 的 輸入高、低電平的門限值分別為 、 ，因此當8051 芯片的 SPWM 口直接接 74LS04 反相器時，反相器無法正常工作。為此，設計了 4 位的 LED 顯示電路，配合 8279 的鍵盤設置，對運行狀態(tài)、參數(shù)進行顯示和監(jiān)視。 8051 控制電路 8051 控制電路 根據(jù)設計需要，選用 28F256 芯片對外部程序存儲器進行擴展，使片外存儲容量達到了 32K；由于采用了 FLASH 技術，實現(xiàn)了快速在線修改。根據(jù)所選IGBT 的規(guī)格和用戶對系統(tǒng)的性能要求，來設定過壓與欠壓的限值，然后選擇 R R R3 的阻值來獲得適當?shù)牟蓸与妷盒盘枺俳?jīng) T 型濾波器分別送入兩比較器的同相端和反相端。過壓、欠壓保護電路如圖 所示。若這樣直接接 IR2132 半橋電路時，會使上、下橋臂 IGBT 同時導通，即直通，因此在光耦輸出后面接有 CD4049 反相器， 使初始輸出狀態(tài)為低電平。 光電隔離電路 為了使控制電路和主電路可靠隔離，系統(tǒng)又另外采用了快速光耦 6N137 進行主電路和控制電路的進一步隔離。 整流電路輸出的直流電壓的脈動成分較大，此外逆變器部分產(chǎn)生的脈動電流及負載變化也使直流電壓脈動，因此要加入大電容濾波環(huán)節(jié)。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。在電路中，當有電壓加到電容器兩端的時候，便對電容器充電，把電能儲存在電容器中；當外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲存的電能再放出來。 換句話說，濾波的任務，就是把整流器輸出電壓中 的波動成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。這種脈動直流一般是不能直接用來給無線電裝供電的。本來光電脈沖編碼器的 A、 B 輸出可以直接接到 TMS320F2407 的 QEP1， QEP2 上，但為了保護起見，還是加上光電隔 離電路，電路如圖 所示 。設采樣時間為 Tc，光電碼盤的脈沖數(shù)為 Pn，在采樣時間內所測到的脈沖數(shù)為 m，則 , 電機轉速 N (r/min) 為 ： N=60m/TcPn （ ） 本系統(tǒng)采用歐姆龍公司的旋轉編碼器，型號是 E6B2CWZ6C， 1200P/R，它由 5～ 24V 供電，有三路輸出，分別為 A 相、 B 相、 Z 相 。二是速度估計算法，不同的速度估計算法可以得到 不同的速度檢測性能。 轉速檢測電路 電動機的轉速是通過光電脈沖編碼器檢測的，電機轉速檢測的正確性和精度將直接影響調速系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。如圖 所示。它內部設計有過流、過壓及欠壓保護、封鎖和指示網(wǎng)絡，使用戶可方便的用來保護被驅動的 MOS 門功率管，加之內部自舉技術的巧妙運用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對同一橋臂上下 2 個功率器件的門極驅動信號產(chǎn)生 互鎖延時時間。而且最大占空比受到限制。 電磁隔離用高頻脈沖變壓器作為隔離元件，具有響應速度快（脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強度高， dv/dt 共模干擾抑制能力強。電磁隔離 可分為 光 隔離驅動 和 電隔離兩 種方式 。 逆變驅動電路的設計 一個理想的 GTR 驅動器應具有以下基本性能： (1)動態(tài)驅動能力強，能為 GTR 柵極提供具有陡峭前后沿的驅動脈沖； (2)有足夠的輸入輸出電隔離能力； (3)具有柵壓限幅電路，保護柵極不被擊穿； (4)輸入輸出信號傳輸無延時； (5)在出現(xiàn)短路、過流的情況下， 迅速發(fā)出過流保護信號，供控制回路進行處理。 通態(tài)峰值電流： Im=2In=2= （ ） 考慮 ～ 2 倍安全系數(shù)，取電流定額為 5A。 逆變電路的設計 逆變電路的 功率器件選用 6 個 GTR 和 6 個快速續(xù)流二極管。 圖 電壓型交 直 交變頻主電路 整流電路設計 采用三相橋式不可控整流電路將交流電整流為直流電，電路如圖 左半部分由 6 個二極管組成。對輸出 SPWM 波的最小脈沖問題進行了處理，采用匯編語言對中斷服務子程序進行編程，使得 SPWM 波形中最小脈沖的寬度達到了3μs，這個寬度 （時間）基本達到實驗中所用 GTR 的最小開關周期。 SPWM 脈沖計算程序 SPWM 輸出程序 輸出頻率變化否 中斷服務子程序 初始化 鍵盤子程序 開始 主電路的設計 主電路為單相全橋逆變電路，主開關管采用 GTR，輸出 100V， 50400Hz頻率可調的交流電壓。當載波比 N 發(fā)生變化時， max 的值會發(fā)生變化。在 SPWM 輸出程序中，對 PCA 特殊功能寄存器進行設置并啟動計數(shù)器運行，開始輸出 SPWM 波形。這樣，周而復始 ， CEX0 引腳上不斷產(chǎn)生交替的高低電平，從而在其所對應的端口 I/O 上得到準確的 SPWM 波形。 (2) SPWM 波形生成方法 利用 C8051 的 PCA 計數(shù)器產(chǎn)生 SPWM 波形的基本原理是：在高速輸出并且允許 CCF 中斷方式下，不斷在 CCF 中斷服務程序中將事先計算好的 SPWM 波形的脈沖寬度累加到捕捉 /比較模塊寄存器 PCA0CPn（高 8 位 PCA0CPHn 和低 8位 PCA0CPLn）中，這樣在捕捉 /比較模塊寄存器和計數(shù)器 /定時器相匹配時就得到相應的 SPWM 波形不斷交替的高低電平。如果將相應模塊的 I/O 線 CEXn 連接到端口 I/O，單片機相應端口輸出電平即發(fā)生變化，這就可實現(xiàn) PWM 脈沖的高、低電平輸出。每個捕捉 /比較模塊有自己的 I/O 線 CEXn，可通過配制交叉開關寄存器 （ XBR0） 將每個模塊的 I/O 線連接到端口 I/O；每個模塊都可配制為獨立工作，有四種工作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時器、高速輸出或脈寬調制器。 C8051 實現(xiàn) SPWM 波形的原理及算法 (1) C8051F 系列單片機 PCA 簡介 C8051F 系列單片機都具有一個可編程計數(shù)器陣列 PCA，以 C8051F040 為例，PCA 包含 1 個專用的 16 位計數(shù)器 /定時器