【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現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，已經滲透到經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，計數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，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 返回 開始 保護現場 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，啟動定時器T0，定時25ms 由 Uf1 查 表 得 Xf Zf 恢復現場 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器，初始化應清零，為實現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產生半個周期后 ， 產 生 VG2， 從而 VT2導通。因此 ， 這個程序依據 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字量輸送給 8051，則 8051 以該數量作為地址指針，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 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。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)、參數進行顯示和監(jiān)視。 8051 控制電路 8051 控制電路 根據設計需要，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，實現了快速在線修改。根據所選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 的阻值來獲得適當的采樣電壓信號，再經 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，光電碼盤的脈沖數為 Pn，在采樣時間內所測到的脈沖數為 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，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器運行，開始輸出 SPWM 波形。這樣，周而復始 ， CEX0 引腳上不斷產生交替的高低電平，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 計數器產生 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 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 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器陣列 PCA，以 C8051F040 為例，PCA 包含 1 個專用的 16 位計數器 /定時器