图!系统的硬件总体结构框图

计算机应用
基于 "($% 单片机的变频调速系统
宝 鸡 文 理 学 院 电 气 系 ! -/8%%- " 李 军 生
摘 要 ! 介 绍 了 一 种 以 #1%5 专 用 芯 片 和 智ห้องสมุดไป่ตู้能 功 率 模 块 ’() 为 基 础 的 6(7) 变 频 调 速 系 统 ! 它
可 以 实 现 输 出 频 率 在 % + 2% ? @ 和 载 波 频 率 在 1%% ? @ + 8% D? @ 之 间 变 化 " 有 数 条 & = 0 曲 线 # 启 动 时 间 # 载波比和调制方式等选择功能"并具有多种保护功能和人机对话功能"对参数可随时调节! 关 键 词 ! # 1%5 芯 片
!"# 硬 件 结 构
根 据 设 计 需 要 " 选 用 !"#!$% 芯 片 对 外 部 程 序 存 储 器 进 行 扩 展 " 使 片 外 存 储 容 量 达 到 了 &’( # 由 于 采 用 了
# 系统的软件设计
系 统 工 作 时 ":$13 先 完 成 对 主 电 路 电 流 %电 压 正 常与否的检测"只有在无故障时"才接收来自键盘的 控制信息! 启动前"人们按照工作的需要将对 4 D # 曲 线%启动时间%同步方式%异步方式%分段同步%载波 比%频率%载波频率等参数进行预置"设置完成后发出 运 行 命 令 ! : $@3 将 按 实 时 计 算 和 查 表 相 结 合 的 控 制 算 法 " 计 算 出 产 生 三 相 +789 波 形 的 脉 宽 和 频 率 " 然 后 将 它 们 送 到 ::> 的 控 制 寄 存 器 % 方 式 选 择 寄 存 器 % 周 期 寄 存 器 " 按 此 产 生 三 相 % 路 +789 驱 动 信 号 " 驱 动 /79 " 完 成 三 相 +789 的 逆 变 ! 根据系统的工作过程和设计需要"系统的软件编 制 主 要 采 用 模 块 化 结 构 " 由 主 程 序 和 ::> 中 断 服 务 程序组成! 其中主程序又包括初始化子程序%自检子 程序%显示子程序%键盘子程序%扫描子程序%设置子 程序%升降子程序%确认子程序%停车显示子程序%故 障显示子程序%故障处理"其流程图如图 ’ 所示!
M
自检测
正常否(
M
故障中断
故障显示
L
键扫描程序
有键否(
L
设置吗(
:1>A = % :: ’ % :1>A ’ 端 向 外 输 出 为 % 路 方 波 脉 冲 输
出! 当改变三个通道比较器的比较赋值时"就改变了 产 生 的 789 波 的 脉 宽 # 若 三 个 通 道 比 较 器 的 比 较 值 按正弦规律变化时" 输出的脉宽就按正弦规律变化" 产 生 +789 波 # 当 改 变 了 周 期 寄 存 器 的 赋 值 时 " 就 改 变 了 产 生 的 7 8 9 波 或 +7 8 9 波 的 周 期 " 从 而 实 现 了
M L
复位吗(
M
图 ’ 主程序流程图
$ 系统实验
按照上述设计方案"如图 = 模拟接线&交流电机
$ 7 8 9 B $ 1 + : 0 & ’ C %&’()*+’& C ,!- C ’ ’
即 !!- B $ 1+: D E F C %&’()*+’& C $ 7 8 9 G " 这 就 是 :A = 的 周 期 值 " 即 789 的 周 期 !
机%" 它具有高速#低功耗#过电流#短路#欠 压 #过 热 保 护 功 能 ! 实 现 元 件 的 自 保 护 ’ 驱 动 电 路 集 成 于 ’() 之中!实现控制基板与功率基板分离!切断来自功率
!"
计算机应用
高控制系统的抗干扰能力! 而 " 1 # # B !" = .$ C $ 1 + : D E ! C %&’()*+’& H 即 ," = .$ B ’ C %&’()*+’& C " 1 # # D $ 1 + : " 这 就 是 偏 置 寄 存 器 ," = .$ 的 值 " 即 789 的 关 断 死 区 补 偿 时 间 值 !
图 ! 系统的硬件总体结构框图
系统的干扰’高度集成!减小配线电感’内设干扰滤 波器! 防止元件误工作! 提高元件工作的可靠性!提 高主电路的抗干扰能力"
&’& 保 护 电 路 及 抗 干 扰 措 施 系 统 中 除 了 ’() 的 自 保 护 功 能 外 ! 还 设 计 有 电 源
欠压#过压#过载的极限保护电路!经过检测#比较# 光电隔离等环节以实现对欠压# 过压# 过载的保护" 所 有 保 护 都 经 与 门 送 到 # 1%5 的 #34"( 端 ! 同 时 送 到 锁存器保存! 以备显示和检查" 若发生故障!使
L
设置子程序
显示
返回
M
运行吗(
L
运 行 子程序
显示
返回
M
停车吗(
L
停 车 子程序
停车显 示
返回
789 波 或 +789 波 的 调 频 与 调 宽 的 控 制 ! 从 上 面 的 分
析 可 以 看 出 ":;@3 单 片 机 产 生 +789 波 的 基 本 原 理 是 建 立 在 对 称 规 则 生 成 法 的 基 础 上 " 利 用 其 内 部 的 ::> 单元和相应的软件配合共同完成的" 从而使系统用很 少的机时就能完成控制的需要! 若功率元件的开关频 率 为 # 789 " 关 断 时 间 为 " 1## " 则 根 据 前 面 的 分 析 可 得 $
& 系统的硬件与功能概述
变频调速系统的硬件总体结构框图如图 8 所示" 它主要由逆变器主电路#单片机控制系统及各种检测 保护电路组成"
&’! 主 电 路
主电路采用的是交A直B交电压源结构!其中整流 桥 与 逆 变 桥 都 是 模 块 形 式 ! 选 取 智 能 功 率 模 块 ’() &
() 81 #6C< 2 < 作 为 主 开 关 管 $ 适 用 于 8 D7 ! 1 " 的 电 动
开始 初始化
#)*+, 技 术 "实 现 了 快 速 在 线 修 改 ! 为 实 现 人 机 对 话 "
采 用 " ’ - . 实 现 可 编 程 并 行 / 0 1 口 的 扩 展 " 设 置 了 23 个 按 键 " 它 们 是 $ 设 置 键 %4 0 # 曲 线 键 % 启 动 时 间 键 % 同 步方式键%异步方式键%分段同步键%载波比键%频率 键%上升键%下降键%确认键%运行键%停车键%复位键 " 来进行运行状态和参数的设置与 更改! 为此"设计了 3 位 的 )56 显 示 电 路 " 配 合 "’-. 的 键 盘 设 置 " 对 运 行 状 态%参数进行显示和监视!
:7> 把 来 自 晶 振 两 分 频 的 时 钟 脉 冲 信 号 送 到 受 周 期
寄存器控制的预分频单元" 经预分频单元再分频"构 成 需 要 的 +789 波 的 基 准 频 率 ! 然 后 " 送 到 被 赋 予 一 定 周 期 值 的 =% 位 比 较 定 时 器 !" = # 比 较 定 时 器 !" = 对基准脉冲信号进行计数"首先按每个状态周期增 = 计数"当与赋值相等时"再按每个状态周期减 = 计数 或刷新重新计数"这样一来把时钟脉冲转化为一定周 期 的 三 角 波 " 构 成 生 成 +789 波 的 载 波 ! 再 送 到 被 赋 予 不 同 比 较 值 的 三 个 通 道 比 较 器 :: < % :: = % :: ’ 进 行比较"各通道将输入的三角波形按比较值的大小调 制 为 两 路 相 同 周 期 % 相 位 相 差 约 为 ="< ? 且 具 有 一 定 死 区差异&死区时间由偏置寄存器提供’的方波脉冲输 出 " 经 接 口 控 制 逻 辑 单 元 从 :: @ % :1>A @ % :: = %
显示
/, 0 /12 ,$-.
锁存
单片机
4") ! 82 :; 4<) ! 三 个 82 位 定 时 器 = 计 数 器 ! 一 个 专
用 于 产 生 (7) 信 号 的 82 位 捕 捉 = 比 较 单 元 ! 一 个 8% 位定时比较单元!四个 , 位 ’ = < 接口$其中包括 , 路 模 拟 输 入 和 2 路 (7) 输 出 % ! 一 个 8% 位 " = > 转 换 器 ! 一 个 81 位 看 门 狗 定 时 单 元 和 4# 振 荡 器 看 门 狗 电 路 ! 两 级 共 8/ 个 中 断 源 ! 最 大 操 作 频 率 达 5% )?@ " 捕 捉 = 比 较 单 元 ##9 是 # 1%5 独 具 的 优 点 ! 这 一 设 置 大 大 简 化 了 用 于 产 生 (7) 波 形 的 控 制 软 件 和 外 部 硬 件 " 系 统 一 旦 运 行 ! 可 以 产 生 独 立 的 三 相 2 路 (7) 波 或 6(7) 波 ! 只 有 在 改 变 (7) 波 的 占 空 比 和 周 期 时 才 受 #(9 的 控 制 ! 还 可 以 通 过 编 程 选 择 不 同 的 (7) 控制方式!实现在线编程控制"
欠压 过流 过压 保护
#34"( # 1%5
键盘
! 控 制 芯 片 " #$% 的 介 绍
# 1%5 芯 片 是 德 国 西 门 子 公 司 在 ,%18 单 片 机 基 础
上推出的!专用于变频器控制#低功耗#多功能#大容 量 的 , 位 单 片 机 " 它 包 括 一 个 , 位 #(9 ! /12 字 节
#34"( 为 低 电 平 ! 通 过 控 制 ##9 的 初 始 化 寄 存 器 ! 使
端 口 控 制 逻 辑 处 于 封 锁 状 态 ! 无 (7) 信 号 输 出 ! 逆 变 器 停 止 工 作 ’ 然 后 ! 再 通 过 ##9 的 控 制 寄 存 器 #3 #<E 的状态字! 使接受中断! 保存原始状态进入硬件复 位!进行故障判断和故障代码显示!以便维修" 另 外 ! 在 # 1%5 内 部 由 于 有 一 个 81 位 看 门 狗 定 时 单 元 和 4# 振 荡 器 看 门 狗 电 路 ! 分 别 对 软 件 和 晶 振 源 频 率 进 行 监 控 ! 若 发 生 程 序 跑 飞 和 死 机 现 象 ! 通 过 81 位 定 时 器 控 制 ! #(9 自 动 转 入 复 位 状 态 和 休 闲 状 态 等 待 ’ 若 晶 振 源 频 率 低 于 4# 振 荡 器 的 频 率 ! 通 过 4# 振 荡 器 看 门 狗 电 路 控 制 ! 使 #(9 自 动 转 入 复 位 状 态 和 休 闲 状 态 等 待 ’ 防 止 数 据 丢 失 和 #(9 非 正 常 运 行 ! 提
! " $ %&’( 波 的 实 现 原 理 +789 波 是 控 制 /79 芯 片 按 变 频 要 求 进 行 工 作 的
控 制 信 号 " 它 主 要 由 : ;<3 内 部 的 =% 位 捕 捉 0 比 较 单 元 和 :7> 配 合 控 制 产 生 ! 其 基 本 原 理 为 $ :7> 由 数 据 总线和内部地址总线通过暂存锁存器向周期寄存器% 控制寄存器%方式选择寄存器%初始化寄存器写入命 令字和数据"完成对三相正弦表的幅值%周期的设置 和特殊功能寄存器及相关器件的初始化! 工作时"
6(7)
变频调速
捕 捉 = 比 较 单 元 $ ##9 %
’() "# $$% & ) *+
随着变频调速应用的日益广泛!相关技术的日益 成熟! 人们不仅对变频调速系统的性能要求越来越 高!而且对控制芯片的功能要求越来越多!对功能开 关元件的智能化要求越来越高!对系统的抗扰能力要 求越来越高!以满足生产的需求并适应不同的工作环 境 " 为 此 ! 本 文 介 绍 了 一 种 主 电 路 采 用 智 能 模 块 ’() ! 控 制 芯 片 采 用 西 门 子 公 司 生 产 的 电 机 专 用 芯 片 # 1%5 的 6(7) 变 频 调 速 系 统 的 研 究 和 设 计 "
=@@ 8 " 电 流 @ I %3 * ’ " 经 过 多 次 反 复 实 验 " 结 果 表 明 $
电 机 输 出 频 率 在 ;J%@,K 变 化 时 " 启 动 运 行 平 稳 " 性 能 可 & 下 转 第 ’3 页 ’
!!
计算机应用
放像机上各功能按键的按 动$ 采用这种方法的控制 单元组成如图 - 所示$ 它 由两部分组成# 虚线左边 的部分基本等同于电视机 的控制单元# 但缺少了对 遥控器信号的接收和解码 部分$ 为了降低成本#多台 录放像机可用一种控制单 元但各输出接口具有不同 的地址$ 对录像机的控制也 不再模拟遥控器#而是直接 短路相应的功能按键$ 一般 功能键均是一个无锁的开 关#按动某键#则此键对应 地 开关闭合#而且此开关一端接地$ 这样#如果想通过 接口控制开关实际上让开关的上端接地即可$