基于單片機C8051F060的智能功率柜

1、基于單片機C8051F060的智能功率柜摘要簡要介紹了智能勵磁功率柜的概念及8051060單片機的特點，詳細論述了基于8051060的智能勵磁功率柜的結構、原理以及與總線通信的 實現方法。該控制方案系統(tǒng)集成度高、硬件簡單、工作可靠，具有很好的推廣價 值。關鍵詞8051060微控制器現場總線勵磁1引言隨著發(fā)電機容量的不斷增大，對勵磁系統(tǒng)的要求越來越高。國內目前使用的各類勵磁調節(jié)器都非常先進，但功率柜的制造水平卻不盡如人意，這勢必影響勵磁系統(tǒng)整體性能的提高進而妨礙整體發(fā)電系統(tǒng)性能的提高。目前，國產的勵磁功率柜普遍存在檢測功能不全、信息傳送技術、控 制和檢測技術落后等問題。為了解決這一問題，本文給出

2、了通過采用高集成度單片機C 8 0 5 1F 0 6 0實現的智能勵磁功率柜與CAN總線的通信方法，該方案具有完備的檢測、控制和通信功能。2C8051F060單片機的特點C8051FXX系列單片機是美國CYGNAL公司推出的一種與51系列單片機內核兼容的單片機。僅就筆者對C 8 0 5 1 F 0 6 0的使用實踐介紹一下其新特點1內核采用流水線結構，速度可達2 5MIP S25MHZ晶振，比普通的5 1單片機快10倍；其指令與標準系列5 1單片機兼容，因而掌握幵發(fā)過程非常容易；該芯片的JTAG調試方式支持在系統(tǒng)、全速、非 插入調試和編程，且不占用片內資源。2片上集成有 64kBFlash 4

3、352B 內部RAM 2 5 6 + 4kB，可外擴至64kB、59個I/O口、2通道16位1MSPS的可編程增益ADC、8通道10位2 0 0 kS PS可編程增益ADC、 2路12位DAC、3路模擬比較器、內部電壓基準以及片內電源監(jiān)視、降壓檢測和看門狗等功能。RAM、由于C 8 0 5 1 F 0 6 0的高集成度， 因而無需外擴ROM、AD、DA、watchdog、可編程I/O口和EEPROM用片內Flash實現，從而大大簡化了硬件電路，并為構成以C 8 0 5 1 F0 6 0為核心的單片機系統(tǒng)創(chuàng)造了條件，同時也提高了系統(tǒng)的可靠性。3片內集成有2個UART、1個SM兼容I2C和1個SP

4、I。最為便利的是，C 8 0 5 1 F 0 6 0集成了CAN總線控制器，這使得CAN總線具有幵發(fā)費用低廉、抗干擾性強、可適用于工業(yè)現場應用等 特點，并可廣泛應用于干擾環(huán)境非常嚴重的各種工業(yè)現場測控領域。C8051F060只需加上CAN總線收發(fā)電路就可掛接到CAN通信網絡上，因而大大簡化了通信系統(tǒng)的設計，減少了通信節(jié)點受干擾的概率。4可編程的16位計數器陣列PCA 有6個捕捉/比較模塊和5個通用16位計數器/定時器，這一為要求定時器/計數器具有較多的測控節(jié)點提供了方便。5C 8 0 5 1 F 0 6 0能滿足絕大多數工業(yè)測控節(jié)點的要求，能夠形成以C 8 0 5 1 F 0 6 0為核心的單

5、片機系統(tǒng)，如果配以外圍測量單元,還可形成完整的測控節(jié)點。3智能勵磁功率柜的系統(tǒng)結構智能功率柜系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。功率柜中最關鍵的部件是三相全控橋，控制此橋的核心參數為觸發(fā)角 度，該參數可由CAN總線通過調節(jié)器送出，同時送達本地柜應發(fā)的電流 值。經檢測得到的輸出電流與調節(jié)器的應發(fā)給定電流進行比較并完成PI運算，即可產生新的微調觸發(fā)角度。該觸發(fā)角度經PCA形成觸發(fā)脈沖繼而驅動三相全控橋，從而實現柜 間均流。與此同時，通過信號檢測模塊還可將柜內溫度、晶閘管通斷狀態(tài)、輸 出電流值送入微控制器，以對各參數進行計算分析，并將其與設定的閾值 進行比較，最后實時顯示測量結果，同時報警。圖3同步信號采集電路

6、3.1基于PCA模塊實現的數字移相觸發(fā)三相晶閘管全控橋的工作原理及六個晶閘管的觸發(fā)脈沖相序關系如圖2所示。該PCA中包含6個基于同一16位計數器，并可作為時基的捕捉/ 比較模塊，每個模塊可構成正沿捕捉、負沿捕捉、正負沿捕捉、軟件定時 器、高速輸出、脈沖寬度調制器等6種方式。本設計中采用的是高速輸出模式，當PCA計數器與模塊的16位捕 捉/比較寄存器相匹配時，相應模塊的CEX引腳的邏輯電平將發(fā)生變化, 并引起相應中斷。觸發(fā)信號從同步信號過零點幵始計時，調節(jié)器則經CAN網將觸發(fā)角 的電角度值a同步信號周期值TSYN和脈沖寬度W發(fā)送給各功率柜。步信號采樣電路見圖3,當同步信號過零產生中斷時，PCA計

7、數器幵始計數，并根據 a W、TSYN及PCA計數頻率計算出a的對應值Ta1T a6和脈沖后沿的對應值TW1-TW6，然后將T a1T a6寫入6個模塊的16位捕捉/比較寄存器中。當捕捉寄存器的值與PCA計數器的值相符時，CEX引腳將變?yōu)楦?電平，以使相應模塊產生中斷，同時在中斷子程序中，相應的TWN被寫 入16位捕捉/比較寄存器。當其與PCA計數器值相符時，CEX引腳變?yōu)榈碗娖?，其中一路觸 發(fā)單脈沖。用門電路便可將6路單脈沖合為6路雙窄脈沖。下式為T a和TW計算方法T aN=TSYNQ+90N-1/360TCLKTWN=TSYNa+W+90N-1/360TCLK式中，N可取16,TCLK為

8、PCA計數器的計數周期。3.2通過片內F lash在線修改參數C8051F060 中F lash 的 0X00000X007F地址范圍既可用于片內6 4kBFlash，也可用于附加的128B的扇區(qū)，這可通過設置P SCTL寄存器的SFLE位來實現。由于片內F lash必須先擦除再寫入，而且應當以512B為一扇區(qū)進行，故附加的12 8B的扇區(qū)更適合用作非易失性數據的存儲。在功率柜中，通常需要在線修改的參數為PI調節(jié)器的P和I,下面 以KEILC語句為例給出在線修改參數的程序WrRexdata* pwr iteode* pr eadWDTCN=0/禁止看門狗P SCTL|=0X0/允許Flash扇

9、區(qū)寫WDTCN=0FLSCL|=0/25MHz時鐘的擦寫頻率P SCTL|=0X0/允許Flash扇區(qū)擦除pwr ite = 0x00000 x 0 0 0 0指向128B扇區(qū)pwr ite = 0/擦除F lashSCTL & =0X02/禁止擦除F lashor i=0 iV21 + /將P和I參數寫入*pwr ite + + = PSCTL & =0x01/禁止寫F lashr ead = 0x0000/讀入當前值or i1 = 0 i1V21 1+ +PI i1 =*pr ead + +CAN總線在勵磁裝置中的應用CAN總線是主要的現場總線之一。由于其低廉的幵發(fā)費用、良好的抗干擾能力，

10、CAN總線在工業(yè)測控 領域得到了廣泛應用。關于CAN總線的基本概念和接口電路，其相關內容較多，本文只介 紹如何用C8051F060實現CAN總線通信的方法。4.1C8051F060的CAN控制器結構圖4給出了C8051F060的內部CAN結構圖，由于MCU不 能直接訪問信息RAM，因此，必須通過IF寄存器與信息RAM交換數 據。信息RAM共可存儲3 2幀信息。而IF寄存器則分為IF1和IF2兩組，以分別定義為接受、發(fā)送 功能，IF的CommandRequest寄存器可用于定義訪問3 2幀信息的哪一幀，CommandMask則用于定義將一幀信息的哪一 部分傳到信息RAM中。當中斷寄存器IR為0

11、x 0 0 0 0時，表示沒有中斷發(fā)生；當其為0x00010x0020時，表示3 2幀信息的哪一幀引起中斷，而當其為0 x 8 0 0 0時，則表示狀態(tài)改變發(fā)送完成、接收完成、錯誤狀態(tài)等引起中斷。4.2CAN通信通信的初始化過程與其它CAN控制器類似，圖5給出了其發(fā)送、信 息RAM與IF通信和接收中斷子程序的框圖。4.3CAN總線在智能功率柜中的應用CAN通信系統(tǒng)由四個節(jié)點組成，其中包括一個調節(jié)器和三個功率柜。功率柜由C 8 0 5 1 F 0 6 0完成通信功能，調節(jié)器由集成了CAN協(xié)議的網卡HT1302B負責通信。調節(jié)器可將單柜應發(fā)電流值、觸發(fā)角、同步信號周期以及脈沖寬度等 參數發(fā)送給各功率柜。功率柜則將各柜的輸出電流值、導通監(jiān)視結果、柜內各點溫度反饋回 調節(jié)器。5結束語由于C 8 0 5 1 F 0 6 0的高集成度，因而只需少量外圍測量電路便可組成集控制與通信