【正文】 表 ， R0～ R5 各寄存器的內容 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 R0 FRS2 FRS1 FRS0 CFS2 CFS1 CFS0 R1 PDT6 PDT5 PDT4 PDT3 PDT2 PDT1 PDT0 R2 PDY5 PDY4 PDY3 PDY2 PDY1 PDY0 R3 AC 0 0 WS1 WS0 R4 WD15 WD14 WD13 WD12 WD11 WD10 WD9 WD8 R5 WD7 WD6 WD5 WD4 WD3 WD2 WD1 WD0 a)載波頻率設定。包括載波頻率設定、調制波頻率范圍設定、脈沖延遲時間設定、最小刪除脈寬設定、調制波形選擇、幅值控制、看門狗時間常數(shù)設定等。各控制寄存器的地址見表 。參數(shù)的設定是通過 8個暫存器 R0、 R R R R R R1 R15 來傳送的。初始化寄存器用于設定與交流電動機有關的基本參數(shù)，這些參數(shù)要在 PWM 輸出端允許輸出前設定，系統(tǒng)工作以后不允許改變。 IPM 的故障檢測信號接到 SA4828 的 SET TRIP 端，一旦 IPM 發(fā)生過流、過熱、短路和欠壓等情況，將立即切斷 SA4828 的 6 路輸出信號，使 IPM得到保護。從 RT~BB 的 6個引腳輸出響應頻率和電壓的 SPWM 控制信號，經驅動電路隔離后，分別控制智能功率模塊 IPM 的 6 個 IGBT 的導通與截止，最后在 3 個輸出端上產生對稱的三相 SPWM 電壓，以驅動交流電動機運轉。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 20 頁 共 52 頁 圖 由 SA4828 構成的變頻調速系統(tǒng)如圖 所示。 ZPPR 輸出調制波的頻率； WSS 輸出采樣波形； TRIP 為封鎖狀態(tài)， SET TRIP 有效時，該引腳為低電平表明輸出已被封鎖，可接 LED 指示燈。 RT， YT， BY 控制三相逆變橋的 3個上橋臂的開關管； RB， YB， BB控制三相逆變橋的 3 個下橋臂的開關管。 CS 為片選信號； CLK 為時鐘信號，最高頻率 ； RESET 為復位信號，禁止輸出； SET TRIP 為關斷信號，高電平時可快速關斷全部 SPWM 信號。此時，總線選擇信號 MUX 接 +5V，地址 /數(shù)據 引腳 RS 不用。 SA4828 的引腳功能 SA4828 的引腳功能如圖 ，可分為 3 類信號： a) 與單片機的接口信號。外 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 19 頁 共 52 頁 部時鐘輸入經分頻器分成設定的頻率，并生成三角形載波，三角載波與所選定的片內三種調制波形進行比較，自動生成 SPWM 輸出脈沖，然后通過脈沖刪除電路 刪除窄脈沖，通過脈沖延遲電路生成死區(qū)，從而保證橋上的管子不會在狀態(tài)轉換期間導通短路。 P3口除了作為一般的 I/O口線外，更重要的用途是它的第二功 能，如表 所示 表 P3口的第二功能定義 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入 口 ） TXD（串行輸出 口 ） INT0 (外部中斷 0) INT1 (外部中斷 1) T0（定時 /計時器 0 T1（定時 /計時器 1 WR (外部數(shù)據存儲器寫選通 ) RD (外部數(shù) 據存儲器寫選通 ) 本設計采用 P3口的第二功能 基于 SA4828的變頻器設計 SA4828 的性能特點 SA4828 是英國 MITEL 公司研制出的一種專門用于三相 SPWM 信號發(fā)生和控制的集成電路芯片，可以和單片機接口，完成對交流電動機的變頻調速。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內部上拉電阻拉高并作為輸入口。 Falsh 編程和程序校驗時 P2 口亦接收高位地址和一些控制信號。在訪問外部程序存儲器或 16位的外部數(shù)據存儲器時， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據。對端口 P2寫 ” 1” ,通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 口接受低 8位地址。 P1 口： P1 口是一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O， P1 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）四個 TTL 邏輯門電路。 在訪問外部數(shù)據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低 8位）和數(shù)據總線復用，在訪問期間激活上拉電阻。 TAL2：振蕩器反向放大器輸出端。 Flash 存儲器編程時，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 VPP，前提是編程時也使用+12V 編程電壓 VPP。為使 CPU 僅訪問外部程序存儲器地址為 0000H~FFFFH， EA端必須保持低電平（接地）。在此期間，當訪問外部數(shù)據存儲器時，將跳過兩次 SENP 信號。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ALE 禁止位無效。 如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）中的 8EH單元的 D0 位置“ 1”，可禁止ALE 操作。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。 RST：復位輸入，當振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機 復位。 圖 AT89C52 引腳圖 1. 芯片引腳描述引腳功能說明： VCC：電源電壓。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 16 頁 共 52 頁 單片機的選擇與外圍電路設計 單片機 89C51 簡介 AT89C52是 美國 ATMEL公司生產的低電壓、高性能的 CMOS8位單片機，與標準 MCS51指令系統(tǒng)及 8052 產品引腳兼容，芯片內置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術生產，并且具有邏輯加密的功能。 啟動 MAX155： 給 WR引腳一個低電平 ， MAX155 就同時對 8個通道進行采樣和保持 ，并依次對 0～ 7個通道進行轉換，在這個過程中 ， MAX155 的引腳 BU SY 為低電平并一直保持到轉換結束。由于本系統(tǒng)需要同步采集 4通道的數(shù)據 ， 因此選擇 MAX155 的硬接線工作方式。 在使用中 MAX155 有 2 種工作方式可選 ： 開放電路工作方式 (open circuit mode)和硬接線工作方式 (hardw ire/mode)。 表 多路選擇器結構 引腳 輸入 功能 D0～ D2/ A0～ A2 0 或 1 A0～ A2 針對不同的結構選擇多路選擇器通道 ， 或選擇 ADC RAM地址 D3/ PD 0 正常工作 1 功率下降模式 D4/ INH 0 WR 變高時 ， 轉換開始 1 WR 變 高時 ， 禁止轉換 ， 將轉換類型控制字裝載到結構寄存器 ， 選定多路選擇器結構 D5/ BIP 0 對由 A0～ A2 指定的通道進行單極性轉換 ， 輸入范圍 0～VREF 1 對由 A0～ A2 指定的通道進行雙極性轉換 ， 輸入范圍 VREF～ + VREF 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 15 頁 共 52 頁 引腳 輸入 功能 D6/ DIFF 0 A0～ A2 指定的通道構成單端結構 1 A0～ A2 指定的通道構成差分結構 D7/ ALL 0 對構造好的所有通道進行轉換 ， 在連續(xù)的 RD 脈沖作用下從構造好的最低通道開始讀數(shù)據 1 僅對 A0～ A2 指定的通道轉換 ， 一個單獨的 RD 脈沖讀轉換結果 MAX155 的主要性能特點 a) 最高輸入頻率為 5MHz， 此時每通道的轉換時間為 s； b) 單極性或雙極性輸入； c) 單端輸入或差動輸入； d) +15 V 內部參考電壓； e) 單極性 + 5 V 或雙極性177。寫信號上升沿啟動轉換并更 新通道結構寄存器 ， 下降沿對輸入信號采樣 BUSY 正在轉換時 ， BUSY低電平 ； 轉換結束 ， BUSY高 電平 CLK 外部時鐘輸入端。 Vss 接地 ， + 5V 單電源工作 ， 可工作在單 / 雙極性狀態(tài) ， 進行單端或差分轉換 ； Vss 接 5V ， 177。 表 MAX155部分引腳功能 名 稱 功 能 AIN3～ 0 AIN7～ 4 采樣模擬輸入通道 3～ 0 、 7～ 4 MODE 多路選擇器和轉換器模式結構控制端。 MAX155 還具有電路簡單、接口方便、同時采樣、造價低、轉換快等明顯優(yōu)點 ， 是構成相位靈敏的數(shù)據采集系統(tǒng)的首選方案。 5V 供電。在單電源 + 5V 供電時 ， MAX155 可工作于單極或雙極性、單端或差分等形式的轉換電路中。 AD轉換器 MAX155 MAX155 簡述 美國 MAXIM 公司推出的高速、 8 位、多通道模數(shù)轉換器 (ADCs) MAX155 有 8 個模擬輸入通道 ， 每個通道都帶有自己的跟蹤 /保持電路 ， 所有的跟蹤保持采樣可同時進行，在同一時刻采樣 ， 消除了輸入通道采樣定時的不同 ， 克服了多路模數(shù)轉換器并行工作時高速數(shù)據采集系統(tǒng)硬件開銷大、一致性差等問題。 若 A 相短 路時，由如圖 所示的電路單相運行時的電壓和電流向量圖可以看出aI =3 hI ， bI =cI = 3 hI ， aU =0， bU = cU = 3 hU 相應這些值也加于電壓測量回路中，電壓信號變壓器原邊電壓也增高至 3 倍，即弧壓信號（或正比于弧壓測量回路電流信號）增高至 3 倍，因為 bI =cI = 3 hI ，顯然 B相和 C 相的電弧電流信 號也增高 3 倍，即弧流測量回路的比較電流信號（或正比于弧流信號）增高 3 倍， B 相 C 相的測量比較環(huán)節(jié)無輸出電壓，可見一相處于短路狀態(tài)是電爐做對稱運行中最惡劣的狀態(tài)，三相電流同時增加，而 B相和 C 相測量比較環(huán)節(jié)無任何電壓輸出，去起動調節(jié)器去消除短路狀態(tài)，這樣往往造成高壓開關跳閘。 2) ∵變壓器 B2副邊電壓為 10V，電流為 1A 則 2wU =10 =22V 根據功率傳遞原理： 1 10= 2wI 12 （ ） 2wI = 2wR =22/=49? ∴ 2wR 取 49? 電阻。可取電流信號變壓器副邊電壓為 10V，額定電流為 1A。 b) 電流信號變壓器 由設計任務書可知，電弧爐副邊電流為 6800A、 11800A 兩檔電流。 測量環(huán)節(jié)主要參數(shù)計算及元件選型 a) 電壓信 號變壓器 由設計任務書可知，電弧爐副邊電壓為 380V， 220V 兩擋電壓。因此，電弧電流的調節(jié)范圍，在此情況下，位于 minI 和 maxI 之間。如在繼續(xù)抬高電極，則電弧熄滅。同樣，當電弧變長時，則電弧電流減少， RU 減少， P點順 2RU 曲線上移到 T點，則 pU （＝ 1RU － 2RU ）的值為 T與之間的坐標差，該值是一個負值，顯然 pU ＝ 1RU － 2RU 就是測量環(huán)節(jié)對弧長變化的測量結果，該值也是測量環(huán)節(jié)的輸出。在 P 點 1RU ＝ 2RU ， pU ＝ 1RU －2RU =0，所以測量環(huán)節(jié)無輸出。依靠短接 R 局部電阻值的方法來保證無論電爐變壓器在哪一級電壓下工作， 2R 上的電壓降均為設計值。為了保證這一要求，在電爐變壓器二次電壓變換時，降壓電阻 R的組織必須跟著調整。在忽略各參數(shù)影響的情況下，電路回路電阻 2R 上的直流電壓 2RU 正比于電弧電壓 hU 。 由于電流互感器 LHQ和電流信號變壓器 1B 的鐵心均不飽和，所以電流信號回路負載電路 1R 上的電壓降 1RU 正比例于電弧電流 hI ，即 1RU 與電弧電流 hI 呈線性關系，如圖 所示。電弧電壓信號取出部分是由降壓電阻 R、電壓信號變壓器 2B 、橋式整流器 2GZ 及負載電阻2R 等組成。 電弧電極調節(jié)器的測量環(huán)節(jié)原理 如圖 ，本系統(tǒng)采用平衡測量電路。全波橋式的輸出雖然都為 ，前者所用二極管元件的數(shù)量少，但相同輸出電壓條件下，它所承受的反向阻斷電壓卻高于一倍，因而在全波整流電路中變壓器有兩個電壓位 U的繞組相串聯(lián)，他們一起把反向電壓加于關斷的二極管上。 本 科 畢 業(yè) 設 計 第 6 頁 共 52 頁 圖 系統(tǒng)硬件組成框圖 信號測量與給定環(huán)節(jié) 信號選取的理論依據 信號選取通常有四種形式 1. 取電弧電流信號 ， 即電流控制 2. 取電弧電壓信號 ， 即電壓控制 3. 取弧流和弧壓的差值 ， 即差值控制 4. 取弧流和弧壓的乘積 ， 即功率控制 目前 ， 可控硅 電極調節(jié) 器多采用差值控制，因此本設計也采取差值控制，這是因為煉鋼過程中，電弧在大電流系統(tǒng)中把電能轉化成熱能它的作用相當于一電阻，那么就可以用弧壓和弧流的比值恒定即可維持電弧等效電阻，從而維持弧長恒定，目前可控硅電極調節(jié)器都采用差值控制就是基于這種原理。 此外，單片機接 收到通過鍵盤輸入的給定的電弧電流值信號，可以迅速動作，改變電極位置，達到預定電弧電流值。單片機通過顯示芯片 MAX7219可以實時的顯示當前電弧電流和電壓值。 本設計研究一種以單片機為核心的智能化