畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）實(shí)現(xiàn)用PWM脈沖發(fā)生器控制變頻器

1、序 言1第1章 課題分析與方案論證21.1課題任務(wù)分析21.2方案論證2第2章 硬件電路42.1主要芯片簡(jiǎn)介42.1.1 at89c5142.1.2 pwm脈沖發(fā)生芯片sg352572.1.3 mm420變頻器112.2 硬件接線與設(shè)計(jì)142.3 總體電路設(shè)計(jì)15第3章 軟件設(shè)計(jì)173.1主程序173.2加速子程序設(shè)計(jì)183.3減速子程序設(shè)計(jì)19第4章 軟硬件調(diào)試204.1軟件調(diào)試204.2硬件調(diào)試224.3 結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致 謝26附錄27附錄硬件電路圖27附錄主程序源代碼28序 言自從單片機(jī)問(wèn)世以來(lái)，在國(guó)外，它已廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)采集和處理、家用電器等各方面，同時(shí)也滲透到其它各

2、個(gè)科技領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，雖然起步較晚，但由于單片機(jī)價(jià)廉物美、功能強(qiáng)、體積小、使用靈活方便，得到發(fā)展越來(lái)越多的發(fā)展，尤其在工業(yè)過(guò)程控制、自動(dòng)化儀器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對(duì)推動(dòng)國(guó)家的工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重大意義?，F(xiàn)代工業(yè)中絕大部分的動(dòng)力裝置都是用電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由于電機(jī)并不能自身對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，在以前只能用機(jī)械裝置對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，隨著機(jī)械調(diào)速裝置在實(shí)際應(yīng)用中暴露出來(lái)的噪音、能耗大以及易磨損、占用空間大、安裝不便等問(wèn)題，人們開(kāi)始把目光投向了電子調(diào)速。本設(shè)計(jì)目的就是利用pwm脈沖發(fā)生芯片來(lái)制作變頻器控制器，從來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。作為機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要部分，變頻器已成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的主要手段之一，在各種生產(chǎn)

3、機(jī)械中有著廣泛的應(yīng)用。變頻器的現(xiàn)代控制理論與技術(shù)的應(yīng)用，全數(shù)字化控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等的迅速發(fā)展，在分布式控制系統(tǒng)中擔(dān)任及其重要的角色。電子控制器的設(shè)計(jì)可以是變頻器實(shí)現(xiàn)電控化，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并且通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)一步了解mm420變頻器的結(jié)構(gòu)、使用方法和使用場(chǎng)合，掌握普通電參數(shù)電路的設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)電子控制器的軟硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試。本說(shuō)明書(shū)共分為4章，第一章課題分析與方案論證；第二章對(duì)硬件進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明；第三章對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了分析；第四章有選擇地列舉了軟硬件在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題作出了分析；。設(shè)計(jì)的最終成果是能通過(guò)按鈕對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制。第1章 課題分析與方案論證1.1課題任務(wù)分析 本

4、課題主要實(shí)現(xiàn)用pwm脈沖發(fā)生器控制變頻器的目的。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的西門(mén)子變頻器有一模擬量輸入口，在該口輸入0-10v的電壓，變頻器就可以輸出不同頻率的交流電，達(dá)到控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，為此對(duì)于交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制只要將pwm脈沖信號(hào)與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的西門(mén)子變頻器的模擬量輸入口接通即可，而pwm脈沖由pwm脈沖發(fā)生芯片來(lái)獲得。1.2方案論證 變頻器電子控制器的設(shè)計(jì)可采用pwm脈沖控制和d/a控制兩種方案，根據(jù)本課題任務(wù)書(shū)采用pwm脈沖控制方案，以下是變頻器pwm脈沖控制硬件方案。方案一：在本控制器中利用at89c51的p1.0口發(fā)出高低電平來(lái)控制tl494，并且只用到了tl494的誤差放大器i，故將誤差放

5、大器ii的in+（16腳）接地、in-（15腳）接高電平。為保護(hù)tl494的輸出三極管，經(jīng)r3和r6分壓，在4腳加接近0.3v的間歇調(diào)整電壓。r4、r15和c2組成了相位校正和增益控制網(wǎng)絡(luò)。在本控制器中振蕩電阻和振蕩電容分別取200k和0.1f。輸出采用并取方式，取自發(fā)射級(jí)。整機(jī)電源取12v單電源。為了把脈寬變化的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為大小變化的直流信號(hào)，通過(guò)電感l(wèi)1以兩電容c6和c7進(jìn)行整流濾波，輸出端接入到mm420變頻器3號(hào)端口。方案二：在本控制器中利用at89c51的p1.0口發(fā)出高低電平來(lái)控制sg3525的引腳2，引腳1經(jīng)r3接地，因?yàn)?腳的電位與輸出脈沖寬度成反比，2腳的電位輸出脈沖寬度成

6、正比。13腳的偏置電壓由基準(zhǔn)電源輸出端16腳提供，振蕩定時(shí)電容c2為1.0uf，振蕩定時(shí)電阻用4.7k，引腳10經(jīng)電阻r6接地，軟啟動(dòng)電容c3用1.0uf，11和14引腳為互補(bǔ)輸出端，所以任選11引腳為輸出端，為了把脈寬變化的方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為大小變化的直流信號(hào)，通過(guò)電感l(wèi)1以兩電容c6和c7進(jìn)行整流濾波，輸出端接入到mm420變頻器3號(hào)端口。 綜合比較，選擇方案二，因?yàn)閟g3525雙個(gè)管輸出，tl494適合驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合它都適合,驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管性能和能力比tl494要優(yōu)秀的多。sg3525內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)輸出管是高頻的三極管,性能很好,導(dǎo)通和截止很迅速,輸出端的關(guān)斷鉗位電壓低,還不用擔(dān)心增加干擾。3525有

7、一個(gè)直接保護(hù)保護(hù)控制而494沒(méi)有，并且在軟啟動(dòng)應(yīng)用上3525比494好用。最終確定的整體方案框圖如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)at89c51pwm脈沖芯片sg3525mm420變頻器三相交流電機(jī)圖1-1 整體方案框圖 第2章 硬件電路下面先介紹涉及的硬件知識(shí)點(diǎn)，再說(shuō)明各單元電路的設(shè)計(jì)方法，最后給出總體設(shè)計(jì)圖。2.1主要芯片簡(jiǎn)介 2.1.1 at89c51at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（perom）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-5

8、1指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大at89c51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)。at89c51的引腳圖如圖2-1所示： 圖2-1 at89c51引腳圖1.at89c51各個(gè)引腳功能說(shuō)明如下：（1）輸入/輸出引腳：p0口：在不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展i/o時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向的輸入/輸出口。在接有外部存儲(chǔ)器或有擴(kuò)展i/o口時(shí)，該口分時(shí)復(fù)用為低8位的數(shù)據(jù)總線和地址總線。 p1口的字節(jié)地址位90h，位地址為90h97h。p1口只能作為通用i/o口使用，是準(zhǔn)雙向口。當(dāng)p1口作為輸出口使用時(shí)，已能對(duì)外提供推拉電流負(fù)載，外電路無(wú)需再接上拉電

9、阻。當(dāng)p1口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向鎖存器寫(xiě)入“1”，使輸出驅(qū)動(dòng)電路的fet截止。p2口：p2口的字節(jié)地址位0a0h，位地址為0a0h0a7h。在實(shí)際應(yīng)用中p2口用于為系統(tǒng)提供高位地址，。此外，p2口也可以作為通用i/o口使用，這時(shí)多路轉(zhuǎn)接開(kāi)關(guān)倒向鎖存器q端。p3口：除了作為準(zhǔn)雙向口使用外，還可以將每一位用于地二功能，而且p3口的每一條引腳都可以獨(dú)立的定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。其詳細(xì)介紹如下表。表2-1 p3口線的第二功能端口引腳第二功能p3.0rxd（串行輸入口）p3.1txd（串行輸出口）p3.2int0（外中斷0）p3.3int1（外中斷1）p3.4t0（定時(shí)計(jì)數(shù)器0外部輸入）

10、p3.5t1（定時(shí)計(jì)數(shù)器1外部輸入）p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） （2）控制線：ale/prog：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。ale在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)輸出兩個(gè)脈沖。 psen：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效。 rst/vpd：該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位和掉電保護(hù)端。rst引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端,復(fù)位信號(hào)是高電平有效。復(fù)位操作有上電自動(dòng)復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種方式。 （3）主電源引腳：vcc：接+5v電源正極（4）外接晶體引腳：xtal1：接外部石英晶體的一端。它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)震蕩器。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于hmos單片機(jī)，該引

11、腳接地；對(duì)于chmos單片機(jī)，該引腳作為外部震蕩信號(hào)是輸入端。xtal2：接外部石英晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是片內(nèi)震蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)。 2.主要性能參數(shù)：與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容4k字節(jié)可重擦寫(xiě)flash閃速存儲(chǔ)器1000次擦寫(xiě)周期全靜態(tài)操作：0hz24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288字節(jié)內(nèi)部ram32個(gè)可編程io口線2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式3.功能特性概述：at89c51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32 個(gè)io 口線，兩個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中

12、斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2.1.2 pwm脈沖發(fā)生芯片sg3525sg3525是電流控制型pwm控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照接反饋電流來(lái)調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙

13、環(huán)系統(tǒng)，因此，無(wú)論開(kāi)關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。1sg3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其引腳其原理圖如圖：圖2-2 sg3525原理圖圖2-3 sg3525引腳圖inv.input(引腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。noninv.input(引腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。sync(引腳3)：振蕩器外接同步信

14、號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。osc.output(引腳4)：振蕩器輸出端。ct(引腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。rt（引腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。discharge(引腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。soft-start(引腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動(dòng)電容。compensation(引腳9)：pwm比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。shutdown(引腳10)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，

15、以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。output a（引腳11）：輸出端a。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。ground(引腳12)：信號(hào)地。vc(引腳13)：輸出級(jí)偏置電壓接入端。output b（引腳14）：輸出端b。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。vcc（引腳15）：偏置電源接入端。vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。2.特點(diǎn)如下：（1）工作電壓范圍寬：835v。（2）5.1（1 1.0%）v微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100hz400khz.（4）具有振蕩器外部同步功能。（5）死區(qū)時(shí)間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。（7）具有輸入欠電壓鎖定功能。（

16、8）具有pwm瑣存功能，禁止多脈沖。（9）逐個(gè)脈沖關(guān)斷。（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）： ma(峰值)3.sg3525的工作原理sg3525 內(nèi)置了5.1v精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無(wú)須外接分壓電組。sg3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在ct引腳和discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于sg3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。sg3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5 的軟啟動(dòng)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變

17、，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的pwm比較器反向輸入端處于低電平，pwm比較器輸出高電平。此時(shí)，pwm瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過(guò)兩個(gè)或非門(mén)加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)， sg3525才開(kāi)始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則加在誤差放大器的反相輸入端上。當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致pwm比較器輸出為正的時(shí)間變長(zhǎng)，pwm瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。外

18、接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng) shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，pwm瑣存器將立即動(dòng)作，禁止sg3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。注意，shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過(guò)接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響sg3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過(guò)低，在sg3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開(kāi)始放電。此外，sg3525還具有以下功能，即無(wú)論因?yàn)槭裁丛蛟斐蓀wm脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)，pwm瑣存器

19、才被復(fù)位。2.1.3 mm420變頻器1. 變頻器簡(jiǎn)單介紹micromaster420變頻器是用于控制三相交流電動(dòng)機(jī)速度的變頻器系列.本系列有多種型號(hào),從單相電源電壓,額定功率120w到三相電源電壓,額定功率11kw可供用戶選用。本變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管（igbt）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開(kāi)關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。其主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下表所示：表 2-2 變頻器參數(shù) 輸入電壓和功率范圍1 相 ac 200240 （110%）

20、 v 0.123kw3 相 ac 200240 （110%） v 0.125.5kw3 相 ac 380480 （110%） v 0.3711kw輸入功率0.7輸出頻率4763 hz功率因數(shù)0650 hz變頻器效率96%97%過(guò)載能力1.5倍額定輸出電流，60s（每300s一次）投運(yùn)電流小于額定輸入電流控制方式線形u/f，二次方u/f（風(fēng)機(jī)的特性曲線），可編程u/f，磁通電流控制（fcc）pwm頻率216khz（每級(jí)調(diào)整2khz）固定頻率7個(gè)， 可編程跳轉(zhuǎn)頻率4個(gè)， 可編程頻率設(shè)定值的分辨率0.01hz，數(shù)字設(shè)定；0.01hz，串行通信設(shè)定；10位，模擬設(shè)定數(shù)字輸入3個(gè)完全可編程的帶隔離的數(shù)字

21、輸入；可切換為pnp/npn模擬輸入1個(gè)，用于設(shè)定值輸入或pi輸入（010v），可標(biāo)定；可作為第4個(gè)數(shù)字輸入使用繼電器輸出1個(gè)，可組態(tài)為30v直流5a（電阻負(fù)載）或250v交流2a（感性負(fù)載）模擬輸出1個(gè)，可編程（020ma）串行接口rs232，rs485電磁兼容性可選用emc濾波器，符號(hào)en55011a級(jí)或b級(jí)標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)直流制動(dòng)，復(fù)合制動(dòng)保護(hù)等級(jí)ip20工作溫度范圍10到+502. 工作原理根據(jù)電工學(xué)上所介紹的知識(shí)，我們知道三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：n=60f/p(1-s)式中 f電源的頻率，hzp電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)s轉(zhuǎn)差率由上面的計(jì)算公式我們可以看出，通過(guò)改變電源的電壓頻率，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s

22、,改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p，均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的速度調(diào)節(jié)。但在本次的設(shè)計(jì)中，電動(dòng)機(jī)已經(jīng)選定，故我們不可能再改變它的磁極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)差率。此次設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制就要依據(jù)此理論，利用變頻器調(diào)節(jié)輸入電動(dòng)機(jī)電源的頻率，這樣就可以達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的目的。3.mm420 ( micromaster420)系列變頻器的特點(diǎn)（1）易于安裝（2）易于調(diào)試（3）牢固的emc設(shè)計(jì)（4）可由it（中性點(diǎn)不接地）電源供電（5）對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)是快速和重復(fù)的（6）參數(shù)設(shè)置的范圍廣，確保它對(duì)廣泛的應(yīng)用對(duì)象進(jìn)行配置（7）電纜連接簡(jiǎn)便（8）采用模塊化設(shè)計(jì)，配置非常靈活（9）脈寬調(diào)制的頻率高，因而電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的噪音低（10）詳細(xì)的變頻

23、器狀態(tài)信息和信息集成功能（11）有多種可選件共用戶選用：用于pc通訊的通訊模塊，基本操作面板（bop），高級(jí)操作面板（aop），用于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)總線通訊的profibus通訊模塊4.性能特征（1）磁通電流控制（fcc），改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)和電動(dòng)機(jī)的控制特性（2）快速電流限制(fcl)功能，實(shí)現(xiàn)正常狀態(tài)下的無(wú)跳閘運(yùn)行（3）內(nèi)置的直流注入制動(dòng)（4）復(fù)合制動(dòng)功能改善了制動(dòng)特性（5）加速/減速斜坡特性具有可編程的平滑功能（6）具有比例，積分（pi）控制功能的閉環(huán)控制(7)多點(diǎn)v/f特性5.保護(hù)特性(1)過(guò)電壓/欠電壓保護(hù)(2)變頻器過(guò)熱保護(hù)(3)接地故障保護(hù)(4)短路保護(hù)(5)i2t電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)(6)ptc

24、電動(dòng)機(jī)保護(hù)2.2 硬件接線與設(shè)計(jì)2.2.1 pwm脈沖芯片電路設(shè)計(jì)pwm脈沖芯片電路主要是為了輸出波形好的pwm脈沖，輸入給變頻器的3腳，從而來(lái)控制交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖為所設(shè)計(jì)的電路：圖2-4 pwm脈沖芯片電路圖1com和-v腳設(shè)計(jì)說(shuō)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，sg3525芯片1腳與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2+v腳設(shè)計(jì)說(shuō)明由于人為改變sg3525 的1腳或2腳電位, 即可改變輸出脈沖寬度, 完成對(duì)輸出脈寬的控制。因?yàn)?腳電位與輸出脈沖寬度成反比,而2腳電位與輸出脈沖寬度成正比，而1腳已與9腳構(gòu)成跟隨器，所以通過(guò)改變2腳的電壓來(lái)改變輸出脈沖的寬度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸

25、出電壓的控制。25,6,7腳設(shè)計(jì)說(shuō)明2.10腳外部關(guān)斷信號(hào)設(shè)計(jì)說(shuō)明該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止，所以要通過(guò)電阻接地，使該端處于低電平狀態(tài)，確保信號(hào)的輸出。2.1其它引腳設(shè)計(jì)說(shuō)明2.2.2 單片機(jī)at89c51電路設(shè)計(jì)該電路中主要是設(shè)計(jì)的單片機(jī)的外部的晶振電路，復(fù)位電路，為軟件設(shè)計(jì)加減速時(shí)提供下降沿脈沖的外部中斷電路。圖為所設(shè)計(jì)的電路4.4單片機(jī)的復(fù)位電路圖4-2復(fù)位電路在系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，有時(shí)可能對(duì)系統(tǒng)需要進(jìn)行復(fù)位，為了避免對(duì)硬件系統(tǒng)經(jīng)常加電和斷電造成的損害，設(shè)計(jì)了的復(fù)位電路。如圖4-2所示。這種電路的設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中需要復(fù)位時(shí)，只需使開(kāi)關(guān)閉合，在rst端就會(huì)出現(xiàn)一定時(shí)間的高電平信號(hào)

26、，從而使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)位。4.5單片機(jī)系統(tǒng)的晶振電路單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能進(jìn)行工作。mcs-51系列單片機(jī)內(nèi)部都有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)的內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片機(jī)的工作速度。圖4-3就是內(nèi)部時(shí)鐘工作方式的電路圖，這是一種常用的方式。這種方式是外接振蕩源，本設(shè)計(jì)就采用這種外接晶振的方法。圖4-3單片機(jī)內(nèi)部晶振電路連接圖4.5單片機(jī)系統(tǒng)外部中斷電路運(yùn)行時(shí)，p3.1口處于低電平狀態(tài)，當(dāng)按下鈕子開(kāi)關(guān)時(shí)，s1斷開(kāi)，+5v電源，電阻r1，p3.1構(gòu)成回路，p3.1口處于高電平狀態(tài)。松開(kāi)鈕子開(kāi)關(guān)后，p3.1口又處于低電平狀態(tài)，一次下降沿脈沖完成。p3.2

27、口下降沿脈沖完成過(guò)程與p3.1一樣。其中r1選5.1k。2.3 總體電路設(shè)計(jì)在pwm脈沖芯片sg3525中1腳電位與輸出脈沖寬度成反比,而2腳電位則與輸出脈沖寬度成正比.所以可通過(guò)改變1腳或2腳的電壓來(lái)控制輸出脈沖的寬度。在本設(shè)計(jì)中采用的是改變2腳的電壓來(lái)控制輸出的。圖為所設(shè)計(jì)的總體電路。圖2-5 總體電路圖 第3章 軟件設(shè)計(jì)軟件的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在整體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi)ram資源，劃分功能模塊，然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)，最后連接起來(lái)成為一個(gè)完整應(yīng)用程序，與硬件相結(jié)合完成相應(yīng)功能。主程序的組成是通過(guò)分別調(diào)用各子程序組成總體系統(tǒng)功能，能很直

28、觀的看出主程序所要完成的功能，首先是初始化各模塊，之后調(diào)用各子程序，初始化部分主要有初始化一些寄存器和標(biāo)志位等。3.1電機(jī)加減速程序設(shè)計(jì)3.1.1主程序 主程序流程圖如圖3-1所示。從下面主程序看出，主程序的組成是通過(guò)分別調(diào)用各子程序組成總體系統(tǒng)功能，能很直觀的看出主程序所要完成的功能，首先是初始化各模塊，之后調(diào)用加速的子程序，調(diào)用減速的子程序，最后又轉(zhuǎn)到主程序來(lái)回循環(huán)。初始化部分主要有初始化一些寄存器、標(biāo)志位等。寄存器的初始化主要是初始化執(zhí)行程序時(shí)用到的部分ram空間，防止程序執(zhí)行時(shí)帶來(lái)混亂。標(biāo)志位初始化是對(duì)打開(kāi)中斷專設(shè)的位標(biāo)志，初始化過(guò)程中標(biāo)志位ea， ex0，ex1， it0， it1全

29、部置1，即外部中斷0，外部中斷0都打開(kāi)，且以低電平脈沖方式觸發(fā)。主程序的為p1.0輸出pwm波，先賦相同的值給兩寄存器r1，r2，然后p1.0輸出低電平，低電平寬度延時(shí)，延時(shí)長(zhǎng)為r1中的值，再p1.0輸出高電平，高電平寬度延時(shí)，延時(shí)長(zhǎng)為r2中的值。這樣就得到了p1.0輸出的pwm波。開(kāi)始初始化外部中斷int0標(biāo)志位初始化外部中斷int1標(biāo)志位寄存器初始化p1.0輸出低電平低電平寬度延時(shí)p1.0輸出高電平高電平寬度延時(shí)圖3-1 主程序流程圖3.1.2加速子程序加速子程序的設(shè)計(jì)實(shí)際上就是增大輸出電壓，也就是增大脈寬延時(shí)或減小脈間延時(shí)，所以只要增加r2的值或減小r1的值即可。而本加速程序是在增加r2

30、的值同時(shí)減小r1的值，這樣程序框圖設(shè)計(jì)如下：加速中斷入口r1值加1r2值減1返回主程序圖3-2 加速中斷圖3.1.3減速子程序減速子程序的設(shè)計(jì)實(shí)際上就是減小輸出電壓，也就是減小脈寬延時(shí)或增大脈間延時(shí)，所以只要增加r1的值或減小r2的值即可。而本加速程序是在增加r1的值同時(shí)減小r2的值，這樣程序框圖設(shè)計(jì)如下：加速中斷入口r1值加1r2值減1返回主程序圖3-3 減速中斷圖3.2電機(jī)轉(zhuǎn)速定時(shí)程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：在數(shù)控車(chē)床中，加工某一零件時(shí)，首先用車(chē)刀粗加工零件，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速400r/min，時(shí)間約為12分鐘45秒，然后再精加工零件，主軸電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000 r/min，時(shí)間約為1分40秒，最后由切斷刀切

31、斷工件，主軸轉(zhuǎn)速為200 r/min，時(shí)間約為4分24秒。利用變頻器控制三相異步交流電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)仿真上述車(chē)床加工工件是主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速的過(guò)程。相關(guān)參數(shù)計(jì)算：在上面電機(jī)加減速設(shè)計(jì)硬件調(diào)試過(guò)程中，可以通過(guò)改變單片機(jī)產(chǎn)生高低電平的延時(shí)，來(lái)為sg3525的2腳提供一個(gè)可變的模擬電壓，從而改變sg3525輸出電壓的大小。經(jīng)最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定，在給sg3525加上20v電源后，單片機(jī)給sg3525輸入0-5v電壓，sg3525可以0-10v的輸出電壓，剛好在變頻器所需要的電壓范圍之內(nèi)。所以通過(guò)以上的設(shè)計(jì)要求，可以算出單片機(jī)產(chǎn)生高低電平的延時(shí)比，以及定時(shí)時(shí)間。當(dāng)變頻器3口接入10v電壓時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速最大，最大轉(zhuǎn)速

32、為1450 r/min變頻器輸入電壓的大小即sg3525輸出的電壓為u1，單片機(jī)輸出給sg3525的電壓為u2，單片機(jī)產(chǎn)生高低電平的延時(shí)比為a/b（假設(shè)a+b=100）。粗加工時(shí)， 由得由得由得，則定時(shí)長(zhǎng)該設(shè)計(jì)中使用定時(shí)器0以工作方式2定時(shí)。而該定時(shí)方式最大定時(shí)時(shí)間為131ms，遠(yuǎn)小于765s，所以采用定時(shí)器和寄存器循環(huán)累加定時(shí)，當(dāng)使用一個(gè)寄存器累加時(shí)，定時(shí)時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為所以因使用兩個(gè)寄存器循環(huán)累加的方法，則此時(shí)定時(shí)時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為所以第2個(gè)寄存器的累加次數(shù)應(yīng)為精加工時(shí)， 由得v由得v由得，則定時(shí)長(zhǎng)該設(shè)計(jì)中使用定時(shí)器0以工作方式2定時(shí)。而該定時(shí)方式最大定時(shí)時(shí)間為131ms，遠(yuǎn)小于765s，所以采用定時(shí)器

33、和寄存器循環(huán)累加定時(shí)，當(dāng)使用一個(gè)寄存器累加時(shí)，定時(shí)時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為所以因使用兩個(gè)寄存器循環(huán)累加的方法，則此時(shí)定時(shí)時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為所以第2個(gè)寄存器的累加次數(shù)應(yīng)為切斷加工時(shí)， 由得由得由得，則定時(shí)長(zhǎng)該設(shè)計(jì)中使用定時(shí)器0以工作方式2定時(shí)。而該定時(shí)方式最大定時(shí)時(shí)間為131ms，遠(yuǎn)小于765s，所以采用定時(shí)器和寄存器循環(huán)累加定時(shí)，當(dāng)使用一個(gè)寄存器累加時(shí)，定時(shí)時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為所以因使用兩個(gè)寄存器循環(huán)累加的方法，則此時(shí)定時(shí)時(shí)長(zhǎng)最長(zhǎng)為所以第2個(gè)寄存器的累加次數(shù)應(yīng)為第4章 軟硬件調(diào)試單片機(jī)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)總體設(shè)計(jì)，完成了硬件和軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。通過(guò)軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運(yùn)行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計(jì)的那樣正常工作是常見(jiàn)的事，

34、經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯(cuò)誤，這是軟件和硬件開(kāi)發(fā)者經(jīng)常遇見(jiàn)的，這就需要通過(guò)調(diào)試來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的已經(jīng)在pc機(jī)上用模擬開(kāi)發(fā)軟件進(jìn)行了檢測(cè)和調(diào)試，并運(yùn)行成功，最后進(jìn)行實(shí)物圖的硬件組裝與調(diào)試，這樣就給開(kāi)發(fā)者在提供了方便。4.1軟件調(diào)試本設(shè)計(jì)是用wave軟件調(diào)試的，完全用仿真軟件在pc機(jī)上程序進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)試。調(diào)試過(guò)程中單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、各寄存器狀態(tài)、端口狀態(tài)等都可以在指定的窗口區(qū)域顯示出來(lái)，以確定程序運(yùn)行有無(wú)錯(cuò)誤。目標(biāo)程序糾錯(cuò)：該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時(shí)就完成。一般來(lái)說(shuō)，仿真軟件能為用戶輸入的程序指令糾錯(cuò)，包括書(shū)寫(xiě)格式、標(biāo)號(hào)未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址

35、溢出等錯(cuò)誤。整體程序調(diào)試：即把各子程序整體連起來(lái)進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)的功能顯示。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運(yùn)行時(shí)是否破壞現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)據(jù)緩沖單元是否發(fā)生沖突，標(biāo)志位的建立和清除在設(shè)計(jì)上是否失誤，堆棧是否溢出，輸入輸出狀態(tài)是否正常等。用軟件模擬器調(diào)試不需任何在線仿真器，也不需要用戶樣機(jī)，直接就可以在pc機(jī)上開(kāi)發(fā)和調(diào)試。調(diào)試和修改完畢后可以直接使用編程器將軟件固化在目標(biāo)系統(tǒng)rom中，然后投入運(yùn)行。軟件調(diào)試過(guò)程如下圖：圖4-1 軟件調(diào)試過(guò)程圖圖4-2 軟件調(diào)試過(guò)程圖圖4-3 軟件調(diào)試過(guò)程圖4.2硬件調(diào)試焊接電路板如圖4-4所示單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開(kāi)的，許多硬

36、件故障在軟件調(diào)試時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，但通常要先排除系統(tǒng)中明顯的硬件故障。調(diào)試工作可以分為五步：線路檢查：根據(jù)硬件邏輯設(shè)計(jì)圖，仔細(xì)檢查樣機(jī)線路是否連接正確，并核對(duì)元器件的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時(shí)可用萬(wàn)用表檢測(cè)線路通斷情況。電源調(diào)試：樣機(jī)的第一次通電測(cè)試很重要，若樣機(jī)中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。調(diào)試的方法有兩種：一種是斷開(kāi)樣機(jī)穩(wěn)壓電源的輸出端，檢查空載時(shí)電源工作情況；另一種是拔下樣機(jī)上的主要集成芯片，檢查電源的負(fù)載能力（用假負(fù)載）。確保電源無(wú)故障并性能符合設(shè)計(jì)要求。通電檢查：在確保電源良好前提下，接通電源。最好在電源與其余電路之間串接一個(gè)電流表。若接通后電流很大，必須立即切斷電源。

37、電源大得超出正常范圍，說(shuō)明電路中有短路或故障。通電檢查的主要目的是看系統(tǒng)是否存在短路或由元器件損壞、裝配錯(cuò)誤引起的電流異常。檢查芯片的邏輯關(guān)系是否出錯(cuò)：加電后檢查各芯片插座上相關(guān)引腳的電位，仔細(xì)測(cè)量相應(yīng)的輸入輸出電平是否正常。單片機(jī)系統(tǒng)大都是數(shù)字邏輯電路，使用電平檢查法可首先查出邏輯設(shè)計(jì)是否正確，選用器件和連接關(guān)系是否符合要求等。 調(diào)試變頻器及電機(jī)：先手動(dòng)設(shè)置變頻器的參數(shù)，確定p0010=1; p0100=0; p0700=2;p1000=2;p1080=5hz;p1082=50hz;p1120=10s;p1121=10s;p3900=1，將sg3525的14腳的電壓輸入到變頻器的3輸入端，按

38、動(dòng)電路板上的加減速按鈕，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化是否達(dá)到預(yù)想的要求。圖4-4 焊接電路板圖4.3 結(jié)論硬件系統(tǒng)關(guān)系到所要設(shè)計(jì)的電子產(chǎn)品好壞，如系統(tǒng)抗干擾性等，所以要合理的安排盡量減少干擾提高性能。單片機(jī)是很容易受干擾的控制器，當(dāng)采用外部晶振時(shí)，應(yīng)盡量讓其靠近單片機(jī)減少對(duì)其干擾，防止程序亂飛現(xiàn)象。同時(shí)還可以采用隔離等方式減少干擾，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞很大部分來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)，所以我們要有動(dòng)手的好習(xí)慣。軟件設(shè)計(jì)是核心部分，具有多樣化，靈活性高，易移植等優(yōu)點(diǎn)，要深深理會(huì)各指令的含義才能更加熟練應(yīng)用，中斷的合理利用可以減少cpu利用資源，具有執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)用到定時(shí)器中斷以減少對(duì)cpu的占用，更好的處理其他功能。軟件的設(shè)計(jì)大部分采用模塊化設(shè)計(jì)的方法以方便調(diào)試，并使其可讀性大大增強(qiáng)，方便更改和移植。在這次設(shè)計(jì)中我學(xué)到了很多，也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，也難免有錯(cuò)誤之處，敬請(qǐng)?zhí)岢?！參考文獻(xiàn)1 李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機(jī)基礎(chǔ)（第3版）m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.2 徐愛(ài)鈞，彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言c51應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社，1998.3 王幸之等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999.4