【正文】 減速控制 是否測速 是否正轉(zhuǎn) 是否反轉(zhuǎn) 是否停止 是否加速 是否減速 Y Y Y Y Y N N N N N 北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 16 2 主程序 。 這節(jié)我們介紹單片機的程序主要包括：主程序、串口中斷程序、外部 INT0 中斷程 序、定時器 T0 中斷程序。只有硬件沒有軟件就如同是 一個人 只有身體沒有 思想 ，什么事都干不了。這一節(jié)將介紹單片機程序流程圖及匯編程序代碼，也稱軟件。如圖 27所示，計數(shù) 器 T/C0計數(shù)初值 10，計數(shù)器 T/C1 調(diào)制值為 2。當(dāng) OUT0 從低電平到高電平北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 14 的上升沿時，計數(shù)器 T/C1 就開始計數(shù)。這里值得注意的是：計數(shù)器 T/C1的計數(shù)值 n不應(yīng)大于 100，也就是說定時時間 Ton 不可以大于脈沖周期 T，否則會使 OUT1 一直輸出低電平，從而使電機失去控制。如果計數(shù)器 T/C1的計數(shù)值為 n是時，設(shè)對應(yīng)定時器時間為 Ton，當(dāng)計數(shù)值 n 越大， Ton 也越大，計數(shù)值 n 越小， Ton 也越小。如圖 26 所示， CLK 是 10kHZ 的方波，由于調(diào)制周期 T 為 10ms，所以計數(shù)器 T/C0 的初值應(yīng)賦值 100。 2 脈寬調(diào)制電路 脈寬調(diào)制電路是采用 8253 定時器 /計數(shù)器中的兩個定時器 /計數(shù) (T/C0 和T/C1)。 c) 計數(shù)過程中可改變初值。 北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 13 b) 計數(shù)過程可由 GATE 信號控制。 不用重復(fù)置數(shù)。 c) 計數(shù)過程中，外部的 GATE 觸發(fā)沿提前到來，則下一個 CLK 脈沖下降沿，計數(shù)器開始重新計數(shù)，這將使輸出單穩(wěn)脈沖比原先設(shè)定的計數(shù)值加寬了。 b) 計數(shù)過程中，若裝入新的計數(shù)初值，則當(dāng)前輸出不受影響。 (1) 方式 1的工作特點： a) 可重復(fù)觸發(fā)。 字的要求寫入計數(shù)初值。 1 8253 定時器 /計數(shù)器 [2] 8253 芯片加電后，其工作方式是不確定的，為了正常工作，要對芯片進行初始化。所以需要擴展定時器。這里需要兩個定時器，一個用于脈沖固定周期定時，一個用于脈沖寬度調(diào)節(jié)定時。此時， Q2 三極管的門極端為高電平，在電機反電動勢的驅(qū)動下Q2 三極管導(dǎo)通，電流由電機的負極，經(jīng) Q2 三極管，再經(jīng) D4 續(xù)流管，最后到達電機正極極，形成回路，起到制動作用。 電機從反轉(zhuǎn)到停止時， 為高電平， 、 、 為低電平。 電機反轉(zhuǎn)時， 為高電平， 、 、 為低電平。 GATE0就為低電平，時 8253 定時 器 /計數(shù)器的 T/C1 停止計時， OUT1 就輸出高電平使 PWM一直為高電平。則 GATE0 就為高電平，此時， Q Q的三極管的門極端都為高電平， Q3 三極管導(dǎo)通，當(dāng) PWM 為高電平時， Q2三極管也導(dǎo)通，電流由電源正極經(jīng) Q3 三極管，然后經(jīng)電機，再經(jīng) Q2 三極管，最后到達電源負極，形成回路。 為電機正轉(zhuǎn)控制口， 為電機反轉(zhuǎn)控制口， 為電 機正轉(zhuǎn)到停止時的控制口， 為電機反轉(zhuǎn)到停止時的控制口。設(shè)計時周期為 Tosc，定時器 T0 的計數(shù)個數(shù)為 m，由于旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵數(shù) Z為 5，則可以得到電機轉(zhuǎn)速與計數(shù)個數(shù) m 的關(guān)系。 當(dāng)編碼脈沖序列 N 的下降沿 到達 INT0 中斷口，單片機發(fā)生中斷，進入中斷程序，先停止定時器 T0 計數(shù)，讀出 TH0 和 TL0 的計數(shù)值，然后重新給 TH0、 TL0 賦值為 0，并啟動定時器 T0，最后退出中斷，等待下一次中斷。“ N1”、“ N2”端口是直流電動機用旋轉(zhuǎn)編碼器測出來的兩個脈沖序列，它們的相位有一定的相位差如圖 23 所示。脈沖調(diào)制的調(diào)制周期為 10ms。 圖 22 直流電機 H 型驅(qū)動電路 圖 22中，“ PWM”標(biāo)號端是可調(diào)脈沖寬度的脈沖序列，通過調(diào)節(jié)脈沖寬度，北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 10 改變電機兩端電壓的占空比，使電機兩端的電壓的平均值和流過電機電流的有效值隨脈 沖寬度的變化而變化。 常見的 PWM 驅(qū)動系統(tǒng)的主電路 (功率放大器 )結(jié)構(gòu)有： H 型和 T 型。 北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 9 圖 21 看門狗電路 直流電機硬件電路設(shè)計 直流電機驅(qū)動 在電機控制系統(tǒng)中，速度調(diào) 節(jié)主要通過改變電樞電壓的大小來實現(xiàn)。用計數(shù)器實現(xiàn)看門狗電路的好處在于控制時限定是明確，有利于軟件的編程。 如果程序跑飛，則最大可能是從 口不能按時發(fā)出復(fù)位計數(shù)器的脈 沖，4060 便一直計數(shù)直到 Q13 有計數(shù)值輸出，其高電平脈沖輸出 2 和上電復(fù)位 1 通過或門電路去復(fù)位 AT89C51 單片機。單片機正常工作時，只要在 內(nèi)從 口送出一個負脈沖，便可復(fù)位看門狗，使看門狗電路對系統(tǒng)不起作用。由計數(shù)器 4060 和一個 NPN 晶體管組成。看門狗的基本功能是這樣的 :在計算機運行時 ,獨立于 CPU 之外的看門狗通過檢測計算機的狀態(tài)信號 ,監(jiān)視微機的運行 ,一旦發(fā)現(xiàn) CPU 的運行不正常 (出現(xiàn)程序跑飛、死循環(huán)等情況 ),它就會發(fā)出復(fù)位信號 ,強制計算機重新 啟動。 下面介紹一種看門狗電路的設(shè)計方法。若失控的程序進入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技 術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。 CPU 取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。 北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 8 第 2章 單片機硬件與軟件設(shè)計 隨著計算機技術(shù)尤其是單片微型機技術(shù)的發(fā)展， 由于 單片機則具有快速及靈活的控制特點 ，所以 人們已越來越多地采用單片機來對一些工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、流量 、 壓力 、電機 等參數(shù)進行檢測和控制 。如果當(dāng)被測轉(zhuǎn)速由 n1 變?yōu)?n2 時，引起計數(shù)值改變了一個字，則該測速方法的分辨率是 12Q N N?? (14) Q 越小，說明該測速方法的分辨率能力越強 。 如圖 18 T 法測速 (13) 式 中 M2 為 PLG 每轉(zhuǎn)輸出的脈沖個數(shù)。 周期法測速 在編碼器兩個相鄰輸出脈沖的時間間隔內(nèi)，用一個計數(shù)器對已知頻率為 f0高頻時鐘脈沖進行計數(shù)，并由此計算轉(zhuǎn)速，這里測速時間緣于編碼器輸出脈沖的周期，所以稱周期法，也稱為 T 法測速。再增加光柵數(shù)將大大增加轉(zhuǎn)速編碼器的制作難北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 6 度和成本。采用簡單的鑒相路就可以分辨出轉(zhuǎn)向， 如圖 17所示。為了獲得轉(zhuǎn)速的方向，可增加一對發(fā)光與接收裝置，使兩對發(fā)光與接收裝置錯開光柵節(jié)距地 1/4，測兩組脈沖序列 A 和 B 的相位相差 90。通過光柵的作 用，持續(xù)不斷地開放或封閉光通路，因此，在接收裝置的輸出端便得到頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波脈沖序列，從而可以計算轉(zhuǎn)速。絕對式編碼器常用于檢查轉(zhuǎn)角，若需得到轉(zhuǎn)速信號，必須多轉(zhuǎn)角進行微分處理。旋轉(zhuǎn)編碼器可分為絕對式和增量式兩種。因此必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖儞Q，將雙極性的電壓信號轉(zhuǎn)換為單極性電壓信號，經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量送入微機， 如圖 14 所示 : 圖 14 測速發(fā)電機轉(zhuǎn)換電路 (2) 數(shù)字測速：數(shù)字測速具有測速精度高、分辨能力強、受器件影響小等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于調(diào)速要求高、調(diào)速范圍大的調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)。所以在控制功率三極管導(dǎo)通時，要采用特定的保護外圍電路，以提高調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和安全性。 經(jīng)上面分析可得，單極式可逆 PWM 變換器在不同工作狀態(tài)下的導(dǎo)通器件和電流回路與方向，如表 11所示。 單極式控制可逆 PWM 變換器的輸出平均電壓為 0ndsTUUT? (12) 單極式控制可逆 PWM 變換器具有制動能力，若電機從正轉(zhuǎn)到停止時，轉(zhuǎn)向控制三極管 VT VT3 都截止了，此時使 Ub2 為正 VT2 導(dǎo)通，在反電動式的作用下VT2 導(dǎo)通，電流由 A 端經(jīng) VT2，在經(jīng) VD4 到 B端，最到電機形成回路，達到制動的目。 (a) (b) 圖 13 電機運行三極管導(dǎo)通情況 VT1 為控制正轉(zhuǎn)三極管， VT2 為控制反轉(zhuǎn)三極管，當(dāng) VT2 截止 VT4 導(dǎo)通電機正轉(zhuǎn)，在 0 ≤ t ≤ Ton 期間， Ub4 為正 VT4 導(dǎo)通 ,電流 Id 經(jīng) VT1 到電機，然后經(jīng) VT4 流通形成回路，電機兩端電壓 Uab = +Us ；在 Ton ≤ t ≤ T 期間，Ud4 為負或零 VT4 截止，直流電機兩端沒有電壓，也沒有電流，電機只能靠慣性轉(zhuǎn)動。 VT VT3的導(dǎo)通控制電機的轉(zhuǎn)向。下面以 H 北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 3 型結(jié)構(gòu)為例說明 PWM單極式驅(qū)動的電路工作原理，如圖 12示。它采用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，其工作原理是：在固定的脈沖周期內(nèi)，通過改變“接通脈沖”的寬度，使直流電機電樞上電壓的“占空比”改變，從而改變電樞電壓的平均值，控制電機的轉(zhuǎn)速 [1]。改變ρ有三種方法：第一種就是保持開關(guān)管導(dǎo)通時間 T1不變，使其關(guān)斷時間 T2在 0 到∞ 之間變化，這叫定寬調(diào)頻；第二種就是使開關(guān)管關(guān)斷時間 T2不變，使其導(dǎo)通時間 T1在 0 到∞ 之間變化，這叫調(diào)寬調(diào)頻；第三種就是保持開關(guān)管導(dǎo)通和截止的總時間 (也就是周期 )T 一定，使管子導(dǎo)通時間 T1在 0 到 T 間變化，這叫定頻調(diào)寬。設(shè)定輸入電壓 Ud不變，ρ越大， 電機電樞端的平均電壓 Ua 越大，反之也成立。則電機電樞端的平均電壓 Ua 為 (11)式 。PWM 斬波器工作原理電路及其輸出波形如圖 11 所示 [1]。直流斬波電路用 PWM 斬波器實現(xiàn)。 PWM 控制原理 (a) (b) 圖 11 PWM 斬波器工作原理電路及 其輸出波形 直流斬波的功能是將某一直流電變?yōu)榱硪恍枰墓潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直北方民族大學(xué)學(xué) 士學(xué)位論文 直流電機遠程測控系統(tǒng)的設(shè)計 2 流電。近年來，直流斬波器或脈寬調(diào)制 (PWM)控制技術(shù)已成為自動控制領(lǐng)域的熱點之一。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進步，電力電子技術(shù)飛速發(fā)展，使直流電機的傳動技術(shù)得到改進，以往普遍采用的三種基本調(diào)速方法 : (1) 改變電樞的供電電壓； (2) 改變電樞回路總電阻； (3) 改變勵磁磁通。 RS485 I 目 錄 第 1 章 直流調(diào)速驅(qū)動和測速設(shè)計 ....................................... 1 直流脈寬調(diào)速驅(qū)動電路 ......................................... 1 PWM 控制原理 ........................................... 1 PWM 調(diào)速系統(tǒng) ........................................... 2 直流電機轉(zhuǎn)速測量 ............................................ 4 旋轉(zhuǎn)編碼器 ............................................. 5 周期法測速 ............................................. 6 第 2 章 單片機硬件與軟件設(shè)計 ......................................... 8 看門狗電路 .................................................. 8 直流電機硬件電路設(shè)計 ........................................ 9 直流電機驅(qū)動 ............