【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(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)了很多新知識(shí)、新方法、新觀點(diǎn)，更是對我 大學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)很好的總結(jié)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)行工程知識(shí)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(qiáng)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(shí)際問題的能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)測試，它是教學(xué)計(jì)劃中學(xué)生必修的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研、工程實(shí)踐結(jié)合的重要結(jié)合點(diǎn)。 (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(gè)新水平，縮小與世界先進(jìn)水平的差距，提高自主開發(fā)能力，滿足國民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工程建設(shè)和市場的需求。 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(jì)領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。 總結(jié) 本設(shè)計(jì)是基于 C8051 系列單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,主要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)，脈寬調(diào)制技術(shù)、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)等問題，這是一個(gè)非常實(shí)用的控制系統(tǒng)。 對于 C8051 單片機(jī)，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(shí)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(jì)數(shù)器的復(fù)位。 單片機(jī)完成信息的讀取、運(yùn)算、傳送和控制功能。 (2)系統(tǒng)的復(fù)位，通過手動(dòng)執(zhí)行中斷，程序運(yùn)行結(jié)束，停止運(yùn)行常用做故障檢測停機(jī)使用。 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(yùn)行 （ RUN） ，停止 （ STOP） ，電動(dòng) （ JOG） ，復(fù)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(shí)采用了循環(huán)右移位，并設(shè)置標(biāo)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(shí)計(jì)數(shù)，計(jì)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。 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(jìn)行故障碼顯示。狀態(tài)顯示優(yōu)先次序?yàn)椋汗收巷@示，停車顯 示和頻率顯示。 圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序框圖 顯示中斷程序 在正常運(yùn)行中，頻率的顯示是依靠定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)，定時(shí)器每隔一定的時(shí)間進(jìn)初始化 片內(nèi) RAM 初始化 SLE4520 初始化 時(shí)間控制→ 8255， 8253， 8279 T0， T1 開中斷置時(shí)間常數(shù) 返回 開始 保護(hù)現(xiàn)場 啟動(dòng) 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(shí)間常數(shù)，啟動(dòng)定時(shí)器T0，定時(shí)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。 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(jìn)行初始化為進(jìn)行件故障檢測，設(shè)置故障位和故障計(jì)數(shù)器，初始化應(yīng)清零，為實(shí)現(xiàn)可變斜率升降頻設(shè)置斜率寄存器，初始化時(shí)應(yīng)放入最低斜率值， SLE4520 的初始化成對于保護(hù)系統(tǒng)完全可靠地啟動(dòng)是開始 系統(tǒng) 初始化 啟動(dòng) A∕D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字濾波 PID 運(yùn)算 中斷 響應(yīng) 允許 INT0 中斷 修改 T1 初值 運(yùn)算結(jié)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(shè)定有重要的聯(lián)系 ， 因?yàn)樽冾l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(gè)周期后 ， 產(chǎn) 生 VG2， 從而 VT2導(dǎo)通。因此 ， 這個(gè)程序 依據(jù) PID算法的結(jié)果直接關(guān)系到供給電動(dòng)機(jī)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(dòng)定時(shí)器。 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 其程序主要 包括主程序 ， PID計(jì)算子程序和中斷處理程序。運(yùn)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。在軟件設(shè)計(jì)上，采取啟動(dòng) /運(yùn)行雙循環(huán)檢測、控制方案；故障的檢測與保護(hù)主要是利用了中斷方式對連續(xù)故障與極限故障進(jìn)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(chǔ)器中的電壓頻率函數(shù)表進(jìn)行查表，計(jì)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(shí)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(jìn)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(hù)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(dāng)有按鍵按下時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)下降沿送給該引腳，告訴 8051 芯片 外部有一個(gè)按鍵按下，應(yīng)對其進(jìn)行相應(yīng)的處理；其余三路信號給了 8051 芯片 的三個(gè)通用 I/O 口，通過編碼設(shè)定的方法給每一個(gè)按鍵分配一個(gè)獨(dú)立的代碼，以便于 8051 芯片 分辨用戶按下了哪個(gè)按鍵，不致于引起誤操作。本地操作人員可根據(jù)負(fù)載情況通過按鍵來選擇不同的 U/f 曲線，設(shè)定電動(dòng)機(jī)的期望轉(zhuǎn)速以及控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、停止等操作。由于 TMS320LF2407 帶有 SCI 通訊接口因此可以方便的實(shí)現(xiàn) RS232 通訊，計(jì)算機(jī)與 8051 芯片 之間通過計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī) (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(dāng)8051 芯片的 SPWM 口直接接 74LS04 反相器時(shí)，反相器無法正常工作。為此，設(shè)計(jì)了 4 位的 LED 顯示電路，配合 8279 的鍵盤設(shè)置，對運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)進(jìn)行顯示和監(jiān)視。 8051 控制電路 8051 控制電路 根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選用 28F256 芯片對外部程序存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展，使片外存儲(chǔ)容量達(dá)到了 32K；由于采用了 FLASH 技術(shù)，實(shí)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(shè)定過壓與欠壓的限值，然后選擇 R R R3 的阻值來獲得適當(dāng)?shù)牟蓸与妷盒盘?，再?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(hù)電路如圖 所示。若這樣直接接 IR2132 半橋電路時(shí)，會(huì)使上、下橋臂 IGBT 同時(shí)導(dǎo)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(jìn)行主電路和控制電路的進(jìn)一步隔離。 整流電路輸出的直流電壓的脈動(dòng)成分較大，此外逆變器部分產(chǎn)生的脈動(dòng)電流及負(fù)載變化也使直流電壓脈動(dòng)，因此要加入大電容濾波環(huán)節(jié)。電容器的容量越大，負(fù)載電阻值越大，充電和放電所需要的時(shí)間越長。在電路中，當(dāng)有電壓加到電容器兩端的時(shí)候，便對電容器充電，把電能儲(chǔ)存在電容器中；當(dāng)外加電壓失去（或降低）之后，電容器將把儲(chǔ)存的電能再放出來。 換句話說，濾波的任務(wù)，就是把整流器輸出 電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近恒穩(wěn)的直流電。這種脈動(dòng)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(hù)起見，還是加上光電隔 離電路，電路如圖 所示 。設(shè)采樣時(shí)間為 Tc，光電碼盤的脈沖數(shù)為 Pn，在采樣時(shí)間內(nèi)所測到的脈沖數(shù)為 m，則 , 電機(jī)轉(zhuǎn)速 N (r/min) 為 ： N=60m/TcPn （ ） 本系統(tǒng)采用歐姆龍公司的旋轉(zhuǎn)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(jì)算法，不同的速度估計(jì)算法可 以得到不同的速度檢測性能。 轉(zhuǎn)速檢測電路 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是通過光電脈沖編碼器檢測的，電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測的正確性和精度將直接影響調(diào)速系統(tǒng)的控制精度和穩(wěn)定性。如圖 所示。它內(nèi)部設(shè)計(jì)有過流、過壓及欠壓保護(hù)、封鎖和指示網(wǎng)絡(luò)，使用戶可方便的用來保護(hù)被驅(qū)動(dòng)的 MOS 門功率管，加之內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運(yùn)用使其可用于高壓系統(tǒng)，它還可對同一橋臂上下 2 個(gè)功率器件的門極驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生 延時(shí)時(shí)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(yīng)速度快（脈沖的前沿和后沿），原副邊的絕緣強(qiáng)度高， dv/dt 共模干擾抑制能力強(qiáng)。電磁隔離 可分為 光 隔離驅(qū)動(dòng) 和 電隔離兩 種方式 。 逆變驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 一個(gè)理想的 GTR 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有以下基本性能： (1)動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，能為 GTR 柵極提供具有陡峭前后沿的驅(qū)動(dòng)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(hù)柵極不被擊穿； (4)輸入輸出信號傳輸無延時(shí)； (5)在出現(xiàn)短路、過流的情況下， 迅速發(fā)出過流保護(hù)信號，供控制回路進(jìn)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(shè)計(jì) 逆變電路 的功率器件選用 6 個(gè) GTR 和 6 個(gè)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(shè)計(jì) 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(gè)二極管組成。對輸出 SPWM 波的最小脈沖問題進(jìn)行了處理，采用匯編語言對中斷服務(wù)子程序進(jìn)行編程，使得 SPWM 波形中最小脈沖的寬度達(dá)到了3μs，這個(gè)寬 度（時(shí)間）基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)中所用 GTR 的最小開關(guān)周期。 SPWM 脈沖計(jì)算程序 SPWM 輸出程序 輸出頻率變化否 中斷服務(wù)子程序 初始化 鍵盤子程序 開始 主電路的設(shè)計(jì) 主電路為單相全橋逆變電路，主開關(guān)管采用 GTR，輸出 100V， 50400Hz頻率可調(diào)的交流電壓。當(dāng)載波比 N 發(fā)生變化時(shí)， max 的值會(huì)發(fā)生變化。在 SPWM 輸出程序中，對 PCA 特殊功能寄存器進(jìn)行設(shè)置并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器運(yùn)行，開始輸出 SPWM 波形。這樣，周而復(fù)始 ， CEX0 引腳上不斷產(chǎn)生交替的高低電平，從而在其所對應(yīng)的端口 I/O 上得到準(zhǔn)確的 SPWM 波形。 (2) SPWM 波形生成方法 利用 C8051 的 PCA 計(jì)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(wù)程序中將事先計(jì)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(jì)數(shù)器 /定時(shí)器相匹配時(shí)就得到相應(yīng)的 SPWM 波形不斷交替的高低電平。如果將相應(yīng)模塊的 I/O 線 CEXn 連接到端口 I/O，單片機(jī)相應(yīng)端口輸出電平即發(fā)生變化，這就可實(shí)現(xiàn) PWM 脈沖的高、低電平輸出。每個(gè)捕捉 /比較模塊有自己的 I/O 線 CEXn，可通過配制交叉開關(guān)寄存器 （ XBR0） 將每個(gè)模塊的 I/O 線連接到端口 I/O；每個(gè)模塊都可配制為獨(dú)立工作，有四種工作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時(shí)器、高速輸出或脈寬調(diào)制器。 C8051 實(shí)現(xiàn) SPWM 波形的原理及算法 (1) C8051F 系列單片機(jī) PCA 簡介 C8051F 系列單片機(jī)都具有一個(gè)可編程計(jì)數(shù)器陣列 PCA，以 C8051F040 為例，PCA 包含 1 個(gè)專用的 16 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器和