基于 C8051 單片機(jī)的可逆直流調(diào)速數(shù)字控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘要在高度現(xiàn)代化的今天，現(xiàn)代電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，促進(jìn)了直流調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，使之成為目前活躍的調(diào)速技術(shù)。長(zhǎng)期以來，直流電動(dòng)機(jī)因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速靈活、方法簡(jiǎn)單、控制性能好等特點(diǎn)，應(yīng)用在越來越廣的領(lǐng)域中。近年來由于微型機(jī)的快速發(fā)展，國(guó)外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律。所以微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)在各個(gè)方面的性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應(yīng)用越來越廣泛。本文提出一種邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系

2、統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。利用單片機(jī)的硬件資源與軟件程序相結(jié)合，完成數(shù)字脈沖觸發(fā)、數(shù)字邏輯切換及數(shù)字反饋等方面的控制功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的可逆調(diào)速控制，提高可逆調(diào)速系統(tǒng)的精度和控制性能。用單片機(jī)取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設(shè)備。最后進(jìn)行軟件編程、調(diào)試以及計(jì)算機(jī)仿真。實(shí)時(shí)控制結(jié)果表明，本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的恒速調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高，成本低，易推廣等特點(diǎn)，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。關(guān)鍵詞：直流電動(dòng)機(jī)；調(diào)速；單片機(jī)；雙閉環(huán)；直流調(diào)速系統(tǒng)AbstractAt a height of th

3、e modernization of today，the development of modern power electronics, computer and modern control theory promotes the progress of DC speed regulation technology. For a long time, DC motor has made them to be used in many areas because of its neatly adjust, easy method and its control performance is

4、very good.As the fast development of microcomputer, AC/DC speed control system for digitization has reached the applied stage overseas. Since the hardware circuit of digital control system centered by microprocessor possesses the advantages that it has higher standardization and lower cost, and it d

5、oesnt be influenced by temperature drift of devices. Furthermore, the control software of digital control system can carry through logical judgment and sophisticated operation, and it has the control laws of optimality, adaptive trait, nonlinear and intelligence, which are different from the ordinar

6、y linear adjustability. In every aspects the function of digital control system has exceeded analog control system and is being used widely.A design method of logic non-loop-current SR system is proposed in this paper.Combing the SCM hardware resources with the software process，the system design com

7、pletes the control functions such as digital impulse spring，digital logical switch and digital feedback，achieves a reversible adjustable-speed regulating control of DC electromotor，and improves the precision and control capability of reversible adjustable-speed regulating system. the analog trigger,

8、 current regulator, rotation regulator, logical handoff and other devices were replaced by single-chip computer; and finally put through the software programmer, testing and computer simulation. The result of real time control indicates that the digital DC speed control system realized the constant

9、speed adjustability of the double closed-loop of electric current and rotate speed. This system also has the specialties such as simple structure, high control accuracy, low cost and easiness to be spread. In addition, its entire performance index is better than analog DC speed control system. As a

10、result, the digital DC speed control system could be applied into production and ordinary life to satisfy the needs of modern manufacture.Key Words：DC motor;speed control; Single-chip computer； Double closed-loop ；DC speed control system目錄摘要IAbstractII引言.11 系統(tǒng)概述 .22 系統(tǒng)方案論證和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .32.1 調(diào)速方案的選擇 .3.3

11、. .32.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .4 .43 主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算53.1 整流變壓器的設(shè)計(jì)53.1.1 變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算53.1.2 一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算53.1.3 變壓器容量的計(jì)算53.2 晶閘管元件的選擇63.2.1 晶閘管的額定電壓63.2.2 晶閘管的額定電流63.3 系統(tǒng)的保護(hù)63.3.1 過電壓保護(hù)73.3.2 電流保護(hù)83.4 主電路圖84 單片機(jī)的邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)104.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)104.1.1 C8051單片機(jī)104.2 同步信號(hào)電路114.3 觸發(fā)脈沖輸出電路144.4 顯示電路154.4.1 LCD 液晶顯示簡(jiǎn)介15

12、4.4.2 LCD 接口設(shè)計(jì)184.5 速度給定電路184.6 看門狗MAX813L194.6.1 MAX813L芯片及其引腳204.6.2 硬件電路圖204.7 脈沖信號(hào)反饋模塊215 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)235.1 光電編碼器測(cè)速的軟件設(shè)計(jì)235.2 顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)275.3 觸發(fā)脈沖的軟件設(shè)計(jì)275.4 邏輯無環(huán)流控制296 系統(tǒng)的數(shù)字PI控制306.1.1 直流電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速306.1.2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的分析306.1.3 比例、積分系數(shù)初值的確定31結(jié) 論33致謝.34參考文獻(xiàn).35附錄A.36引言生產(chǎn)中有許多機(jī)械要求既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常需要快速起動(dòng)和制動(dòng)，即需要可逆

13、調(diào)速系統(tǒng)。由模擬電路實(shí)現(xiàn)的可逆調(diào)速系統(tǒng)，線路復(fù)雜，調(diào)整困難，可靠性低，缺乏靈活的控制。因此，這里給出一種基于單片機(jī)的邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用全數(shù)字電路，實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈沖觸發(fā)、數(shù)字轉(zhuǎn)速給定檢測(cè)和數(shù)字PI算法等功能，由軟件實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)及邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，具有不同于一般模擬電路的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改靈活方便。 因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、適應(yīng)溫度范圍寬、易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，所以在電氣傳動(dòng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中受到重視和普遍應(yīng)用。利用單片機(jī)邏輯功能強(qiáng)和軟件靈活的優(yōu)點(diǎn)，不僅可使很多控制硬件軟件化，便于參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整，而

14、且可以同時(shí)對(duì)系統(tǒng)工作中的各種信息數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷、檢測(cè)和及時(shí)處理，加強(qiáng)了實(shí)時(shí)維護(hù)和提高了控制系統(tǒng)的可靠性。它的發(fā)展趨勢(shì)將是向大容量、高性能化、外圍電路內(nèi)裝化等方面發(fā)展。 在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域，由于直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無勵(lì)磁損耗調(diào)速性能好等諸多特點(diǎn)，一直被人們所青睞，但其相應(yīng)的控制系統(tǒng)卻一直采用的是傳統(tǒng)的復(fù)雜的電子線路形式它或多或少存在可靠性差、成本高、抗干擾能力差等缺點(diǎn)；隨著電力電子技術(shù)的不斷的發(fā)展，單片機(jī)功能的不斷提高，基于單片機(jī)專用芯片控制的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)控制的全數(shù)字化、智能化、本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)專用芯片作為主控制器構(gòu)成單片機(jī)控制的全數(shù)字化高性能調(diào)速系統(tǒng)，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作可

15、靠、抗干擾能力強(qiáng)、控制精度高、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。1 系統(tǒng)概述智能化已被公認(rèn)為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，可逆直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用也已成為趨勢(shì)。在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多生產(chǎn)機(jī)械不僅要求電力拖動(dòng)系統(tǒng)能夠調(diào)速，而且能夠可逆運(yùn)轉(zhuǎn)，例如可逆式軋機(jī)的可逆軋制，龍門刨床工作臺(tái)的往返運(yùn)動(dòng)，礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)和電梯的提升和下降，電力機(jī)車的前進(jìn)和后退等等，有些生產(chǎn)機(jī)械雖不要求可逆運(yùn)行，但也要求能快速電氣制動(dòng)。如連軋機(jī)主轉(zhuǎn)動(dòng)及其開卷機(jī)，卷取機(jī)等，只有改變其拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，才可以產(chǎn)生電氣制動(dòng)力矩，以滿足快速壓制時(shí)速度調(diào)節(jié)要求。這些都需要可逆系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。隨著微電子技術(shù)，微處理機(jī)以及計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展，使調(diào)速控制的各種功能幾乎均可通

16、過微處理機(jī)，借助軟件來實(shí)現(xiàn)。即從過去的模擬控制向模擬-數(shù)字混合控制發(fā)展,最后實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。數(shù)字化系統(tǒng)中，除具有常規(guī)的調(diào)速功能外，還具有故障報(bào)警，診斷及顯示等功能，同時(shí)，數(shù)字系統(tǒng)通常具有較強(qiáng)的通信能力。國(guó)外一些電氣公司都有成系列的與模擬調(diào)整系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的全數(shù)字交、直流調(diào)速裝置產(chǎn)品可供選用，新開發(fā)的調(diào)速系統(tǒng)幾乎全是數(shù)字式的。根據(jù)目前的發(fā)展，展望未來，可逆直流調(diào)速系統(tǒng)必將向高性能指標(biāo)方面發(fā)展，朝調(diào)試手段更先進(jìn)，控制、通訊功能更豐富的發(fā)面邁進(jìn)，尤其是它的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)還可以得到進(jìn)一步的提高。 2 系統(tǒng)方案論證和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主電路采用兩組晶閘管三相全控橋整流電路反并聯(lián)供電方案，控制電路由軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的

17、功能，取代傳統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)用一臺(tái)單片機(jī)及外部擴(kuò)展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等，從而使可逆直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。2.1 調(diào)速方案的選擇調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)調(diào)速的質(zhì)量。根據(jù)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)選擇最優(yōu)方案，以確保系統(tǒng)能夠正常，穩(wěn)定地運(yùn)行。2.1.1 系統(tǒng)控制對(duì)象的確定本次設(shè)計(jì)選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)Z3-51型，額定功率5.5KW，額定電壓220V，額定電流30.3A，額定轉(zhuǎn)速1500r/min。 2.1.2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇變電壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流

18、器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng)，用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組，以獲得可調(diào)的直流電壓。適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、效率低、維護(hù)不便。靜止的可控整流器，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)直流靜止可控整流器又稱V-M系電壓。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM，用恒定直流或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和特點(diǎn)選V-M系

19、統(tǒng) 。2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)把握系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)的功能，選擇最適合設(shè)計(jì)要求的虛擬控制電路。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際，選擇轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)。電機(jī)轉(zhuǎn)速通過光電脈沖轉(zhuǎn)換器的計(jì)數(shù)，再直接連到單片機(jī)。交流側(cè)電流通過電流互感器的作用，經(jīng)采樣，A/D轉(zhuǎn)換連到單片機(jī)。2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快

20、的起動(dòng)過程。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速是用邏輯切換裝置封鎖不工作組晶閘管的觸發(fā)脈沖，開放工作組晶閘管的觸發(fā)脈沖，在任何時(shí)候不準(zhǔn)兩組晶閘管都有脈沖，從而切斷了產(chǎn)生環(huán)流的通路，實(shí)現(xiàn)了無環(huán)流控制。與有環(huán)流系統(tǒng)比較，省去了均衡電抗器，沒有環(huán)流損耗，設(shè)備體積和成本均有降低。缺點(diǎn)是存在切換死區(qū)，快速性不如有環(huán)流可逆系統(tǒng)。但是，對(duì)于切換快速性

21、要求不高的設(shè)備，它的應(yīng)用是很廣泛的。在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)既能正轉(zhuǎn)，又能反轉(zhuǎn)，而且常常還需要快速地啟動(dòng)和制動(dòng)，邏輯無環(huán)流直流可逆調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)即可較好地實(shí)現(xiàn)這些功能，并具有較好的動(dòng)態(tài)性能和能量利用率。3 主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。3.1 整流變壓器的設(shè)計(jì)工業(yè)供電電壓為AC 380V，而電動(dòng)機(jī)的額定電壓為220V，所以必須通過降壓變壓器使之達(dá)到系統(tǒng)要求。本設(shè)計(jì)采用的是直流電機(jī)，故還須通過整流電路使之變成連續(xù)的直流電壓。 3.1.1

22、變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會(huì)造成延遲角加大，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即： （3-1） 式中A-理想情況下，=0時(shí)整流電壓與二次電壓之比，即；B-延遲角為時(shí)輸出電壓與之比，即電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)；11.2考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；表查可得 A=2.34；取=0.5；角考慮10裕量，則 B=0.985則代入式中得=230V。電壓比K=U1/U2=380/230=1.65。3.1.2 一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算表查可得 KI1=0.816， KI2=0.816I1=1.05KI1I/K=23.6A I2=

23、KI2I=25A3.1.3 變壓器容量的計(jì)算S1=m1U1I1；S2=m2U2I2；S=1/2(S1+S2)；式中m1、m2 -次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；S1=m1U1I1=338023.6=26.904 KVAS2=m2U2I2=323025=17.250 KVAS=1/2(S1+S2)=1/2（26.904+17.250）=22.077 KVA3.2 晶閘管元件的選擇整流電路采用晶閘管全控橋電路。由于它具有單向?qū)щ娦裕辉试S電流反向，對(duì)過電壓過電流敏感，在低速運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)通角很小等缺點(diǎn)。結(jié)合課題提供的參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)木чl管型號(hào)是十分重要的。3.2.1 晶閘管的額定電壓晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電

24、壓，乘以（23）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（23），整流電路形式為三相全控橋，而 ，則=（23）=11271690V，取 1600V3.2.2 晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值 大于實(shí)際流過管子電流最大有效值 ，即，考慮（1.52）倍的裕量式中K -電流計(jì)算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點(diǎn)：當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。由表查得 K=0.368，考慮1.52倍的裕量(1.52) 0.36830.3=16

25、.7222.3A，取22A 故選晶閘管的型號(hào)為 KP22-16。3.3 系統(tǒng)的保護(hù)晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行。3.3.1 過電壓保護(hù)不能從根本上消除過電壓的根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護(hù)的基本思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量；用儲(chǔ)能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。實(shí)用中常視需要在電路的不同部位選用不同的方法，或者在同一部位同時(shí)用兩種不同保護(hù)方法。其中有交流側(cè)過壓保

26、護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)（1） 交流側(cè)過電壓保護(hù)本設(shè)計(jì)采用阻容保護(hù)，如圖3.1所示。圖3.1 交流側(cè)保護(hù)電路S=22.007KVA， U2=230V C2S/2= 21022077/2302=8.35 F選取10F的鋁電解電容器。R 6.92/S = 6.92302/22077=16.53（2）直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。=（1.8-2.2）=(1.8-2.2) 220=396-484V選MYL1-20型壓敏電阻3.3.2 電流保護(hù)快速熔斷器的斷流時(shí)間短

27、，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施。快速熔斷器可以安裝在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。（1）交流側(cè)快速熔斷器的選擇I2=25A(2）電壓和電流上升率的限制電壓上升率：正相電壓上升率較大時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。造成電壓上升率過大的原因一般有兩點(diǎn)：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于晶閘管換相時(shí)相當(dāng)于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成過大。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個(gè)橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使其降低。電流上升率：導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。因此對(duì)晶閘管的電流上升率必須有

28、所限制。產(chǎn)生過大的原因一般有：晶閘管導(dǎo)通時(shí)，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側(cè)保護(hù)電容充電；直流側(cè)負(fù)載突然短路等等。所以為了防止飽和，每個(gè)橋臂上串聯(lián)一個(gè)30H的電感。3.4 主電路圖圖3.2 主電路4 單片機(jī)的邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖4.1所示包括C8051單片機(jī)、同步信號(hào)電路、測(cè)速脈沖信號(hào)反饋電路、電流反饋電路、顯示電路、觸發(fā)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)電路。4.1.1 C8051單片機(jī)C8051單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片（SoC），具有與8051兼容的高速CIP-51內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼

29、容，片內(nèi)集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬、數(shù)字外設(shè)及其他功能部件；內(nèi)置FLASH程序存儲(chǔ)器、內(nèi)部RAM，大部分器件內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的RAM，即XRAM。C8051單片機(jī)具有片內(nèi)調(diào)試電路，通過4腳的JTAG接口可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。片上系統(tǒng)是隨著半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，集成度越來越高，對(duì)嵌入式控制技術(shù)可靠性要求越來越高而產(chǎn)生的新概念，C8051單片機(jī)是功能最強(qiáng)大的8位單片機(jī)之一。C8051單片機(jī)的主要技術(shù)特點(diǎn)如下： 具有高速的、與8051全兼容的微控制器內(nèi)核； FLASH存儲(chǔ)器可實(shí)現(xiàn)在線編程和用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)； 工作電壓典型值為3V； 全系列芯片均為工業(yè)級(jí)；

30、 片內(nèi)JTAG仿真電路提供全速、非插入式的電路內(nèi)仿真，支持?jǐn)帱c(diǎn)單步觀察點(diǎn)、運(yùn)行和停止等調(diào)試命令，支持存儲(chǔ)器和寄存器校驗(yàn)和修改； 有2個(gè)比較器和2個(gè)12位DAC； 4個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 圖4.1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖4.2 同步信號(hào)電路同步信號(hào)電路是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)重要的電路。同步信號(hào)電路的主要任務(wù)是為數(shù)字觸發(fā)脈沖輸出提供一個(gè)同步信號(hào)作為相位基準(zhǔn)。根據(jù)該基準(zhǔn)，通過單片機(jī)計(jì)算得出移相觸發(fā)時(shí)間，進(jìn)而確定觸發(fā)角對(duì)應(yīng)的觸發(fā)脈沖形成時(shí)刻。并通過觸發(fā)脈沖輸出電路將觸發(fā)脈沖分配輸出。（1）同步信號(hào)獲取方法是用圖4.2所示電路中最后一個(gè)異或門輸出的脈沖送到單片機(jī)的外部中斷引腳，實(shí)現(xiàn)每3.3ms中斷一次。

31、下面介紹具體方法。圖4.2 同步電路圖圖中，同步變壓器與主變壓器一樣接成Y/Y-12接法，同步電壓先由二級(jí)RC濾波電路濾除電源干擾，并通過調(diào)整R值實(shí)現(xiàn)30o移相，使三個(gè)相同步電壓分別與晶閘管電源三相線電壓保持同相位。三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器LM339變?yōu)镾1， S2， S3，三個(gè)方波信號(hào)，若以“1”表示高電平，以60o為單位時(shí)間，則S1， S2， S3的波形在電源一個(gè)正弦波周期(6個(gè)相帶)內(nèi)分別組成6種態(tài)：001-101-100-110-010-011，C8051通過P0口讀入S1，S2， S3的狀態(tài)，就可以分析判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路的晶閘管觸發(fā)脈沖的組號(hào)。為了便于軟件處理，電源狀態(tài)

32、用字碼表示，例如S1， S2， S3為011，則電源狀態(tài)字碼值S1， S2， S3為3. 數(shù)字無環(huán)流邏輯控制是根據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出值的正負(fù)來選擇正組或負(fù)組晶閘管，根據(jù)主電路的電流是否為零進(jìn)行相應(yīng)切換并記憶工作組的工作狀態(tài)。通過轉(zhuǎn)矩極性檢測(cè)及零電流檢測(cè)做出相應(yīng)邏輯判斷，釋放一組晶閘管，閉鎖另一組晶閘管，它們的器件結(jié)構(gòu)是相同的。對(duì)于正組或反組晶閘管三相全控橋電路，一個(gè)周波有6個(gè)自然換向區(qū)。進(jìn)入每個(gè)換向區(qū)(60o相帶)要同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)晶閘管，并按一定的順序，每隔60o依次發(fā)出脈沖觸發(fā)晶閘管。因此，要使單片機(jī)的觸發(fā)操作具有與電源嚴(yán)格同步的時(shí)序，還得由硬件產(chǎn)生與三相電源自然換向點(diǎn)同步的申請(qǐng)中斷的同步脈沖序列

33、信號(hào)，這個(gè)同步脈沖序列的間隔是60o，它可以在主電路線電壓的每個(gè)自然換相點(diǎn)通過C8051的外部中斷引腳向CPU申請(qǐng)中斷，結(jié)合前述讀入的S1，S2，S3狀態(tài)字碼值，實(shí)現(xiàn)同步認(rèn)相判斷，可準(zhǔn)確地確定當(dāng)前的自然換向區(qū)應(yīng)該輸出哪個(gè)腳的脈沖。這個(gè)同步中斷信號(hào)可以利用己經(jīng)產(chǎn)生的S1，S2，S3信號(hào)得到。只要將三個(gè)方波信號(hào)異或，可以產(chǎn)生一個(gè)邊沿與線電壓自然換向點(diǎn)對(duì)齊的方波信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)過一個(gè)RC電路和異或門處理，或者用一個(gè)74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即可得到一定脈寬的同步中斷信號(hào)。由同步電路產(chǎn)生的這些有關(guān)電壓的波形如圖4.3單片機(jī)根據(jù)讀到的不同的S1， S2， S3的值，來決定該觸發(fā)哪一個(gè)管子，觸發(fā)順序如表

34、4.1所示。圖4.3 同步電壓波形圖表4.1 晶閘管觸發(fā)順序表S1111000S2011110S3100011被觸發(fā)晶閘管1#2#3#4#5#6#4.3 觸發(fā)脈沖輸出電路圖4.4是單片機(jī)與正組或反組六路晶閘管觸發(fā)電路的連線圖，SCR1為第一路晶閘管觸發(fā)電路，具體電路見圖4.5，其余五路與第一路相同。晶閘管的觸發(fā)可以采用寬脈沖觸發(fā)和雙窄脈沖觸發(fā)兩種方式。用寬脈沖觸發(fā)，觸發(fā)可靠性高，適用面寬，但容易使脈沖變壓器飽和，因此要求脈沖變壓器的鐵心體積比較大。用雙窄脈沖電路觸發(fā)晶閘管，雖然脈沖次數(shù)比寬脈沖觸發(fā)多一倍，但是可以減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵心體積。單片機(jī)的輸出脈沖經(jīng)光耦隔離，驅(qū)動(dòng)

35、達(dá)林頓管來控制脈沖變壓器。脈沖變壓器的輸出分別接晶閘管的門極和陰極，控制晶閘管的開通和關(guān)斷。圖4.4 同步觸發(fā)結(jié)構(gòu)框圖圖4.5 晶閘管觸發(fā)電路4.4 顯示電路4.4.1 LCD 液晶顯示簡(jiǎn)介液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用深圳市天助科技的液晶顯示器FM-1602，它是字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里采用常用的2行16個(gè)字的1602液晶模塊 ，外型尺寸：122*44，黃綠屏，LED背光，IC：KS0076

36、。（一）1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令第714腳：D0D

37、7為8位雙向數(shù)據(jù)線第1516腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字，英文字母的大小寫，常用的符號(hào)等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A” 。（二）1602 的指令系統(tǒng) 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器的控制指令，現(xiàn)分別介紹如下：表4.2 開/關(guān)指令RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000001DCB（1）開/關(guān)指令： D屏幕的ON/OFF設(shè)定，C光標(biāo)的ON/OFF設(shè)定，

38、B光標(biāo)閃爍設(shè)定。當(dāng) D=1 時(shí)屏幕ON，D=0時(shí)屏幕OFF；C=1時(shí)光標(biāo)ON，C=0時(shí)光標(biāo)OFF；B=1時(shí)光標(biāo)閃爍，B=1時(shí)光標(biāo)不閃爍。表4.3 光標(biāo)返回第一字符位置RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0000000001X（2）光標(biāo)返回第一字符的位置：但是所有屏幕上字符并不會(huì)被清除。表4.4 清顯示RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000000001（3）清顯示：清除屏幕并回到屏幕左上角。表4.5 進(jìn)入模式設(shè)定RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/DS（4）進(jìn)入模式設(shè)定：設(shè)定進(jìn)入模式為移動(dòng)光標(biāo)或是移動(dòng)顯示字

39、符，這個(gè)設(shè)定在數(shù)據(jù)的寫入/讀取時(shí)進(jìn)行。設(shè)I/D=1時(shí)光標(biāo)向右移動(dòng)，設(shè)定I/D=0時(shí)光標(biāo)向左移動(dòng)。S設(shè)為1光標(biāo)跟顯示字符一起移動(dòng)，光標(biāo)跟字符在同一位置；設(shè)為0則光標(biāo)會(huì)移到下一個(gè)位置。移動(dòng)光標(biāo)或是移動(dòng)顯示字符（光標(biāo)不動(dòng)）并不會(huì)改變RAM中的內(nèi)容。S/C=1時(shí)移動(dòng)顯示字符光標(biāo)不動(dòng)，S/C=0時(shí)光標(biāo)跟著顯示字符一起移動(dòng)；R/L=1時(shí)向右移，R/L=0時(shí)向左移。表4.6 功能設(shè)定RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000001DLNFXX（5）功能設(shè)定：設(shè)定數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（DL），顯示的行數(shù)（N），每個(gè)字符的點(diǎn)數(shù)（F）。DL=1時(shí)為每個(gè)字符8位，DL=0時(shí)為每個(gè)字符4位；N=1時(shí)為兩行，

40、N=0時(shí)為一行；F=1時(shí)為5*10點(diǎn)，F(xiàn)=0時(shí)為5*7點(diǎn)。表4.7 置字符發(fā)生存貯器地址RSR/WDB7DB6DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00001字符發(fā)生存貯器地址（ACG）（6）置字符發(fā)生存貯器地址：設(shè)定CG RAM的地址，CG RAM的數(shù)據(jù)在地址設(shè)定后送出數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。表4.8 置字?jǐn)?shù)據(jù)存貯器地址RSR/WDB7DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址（ADD） （7）置字?jǐn)?shù)據(jù)存貯器地址：設(shè)定DD RAM的地址，當(dāng)?shù)刂吩O(shè)定后則下一個(gè)數(shù)據(jù)將會(huì)顯示在剛才設(shè)定的地址上，屏幕上兩行的的起始地址分別從80及C0開始。4.4.2 LCD 接口設(shè)

41、計(jì)本測(cè)控儀采用 C8051單片機(jī)作為 MCU 來控制 1602液晶顯示，如圖 4.6所示。該模塊與 MCU 的接口采用間接訪問方式，就是通過單片機(jī)的 I/O口來控制液晶的顯示。利用 C8051 單片機(jī)的 RD 口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)口。 圖4.6 液晶與 MCU 的硬件接口圖由于該液晶模塊是2行16個(gè)字的顯示模塊，第一行用來顯示給定速度，第二行用來顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。4.5 速度給定電路速度給定采用一個(gè)44鍵盤輸入。鍵盤按其工作原理可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。按其結(jié)構(gòu)中分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。鍵盤的擴(kuò)展也可以通過一些特殊功能的數(shù)字芯片，如各種移位寄存器等實(shí)現(xiàn)。雖然程序較為復(fù)雜，但占用的單片機(jī)的

42、接口較少。簡(jiǎn)單的鍵輸入電路每一個(gè)鍵都要占一位I/O線，當(dāng)按鍵較多時(shí)，顯得I/O利用率不高。在這種情況下，可采用矩陣式鍵盤機(jī)構(gòu)。本文采用這種非編碼44矩陣式鍵盤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且使用靈活。圖4.7 鍵盤與單片機(jī)接口電路原理圖4.6 看門狗MAX813L工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)”。究其原因是CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯(cuò)。這時(shí)，CPU執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。為使這種 “跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”的程序自動(dòng)恢復(fù)，重新正常工作，一種有效的辦法

43、是采用硬件“看門狗”技術(shù)。用看門狗監(jiān)視程序的運(yùn)行。若程序發(fā)生“死機(jī)”，則看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。4.6.1 MAX813L芯片及其引腳一、芯片特點(diǎn)（1） 加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為200ms。（2） 獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1.6s內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖?。?） 1.25V門限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或5V以外的電源監(jiān)控。二、MAX813L的引腳及功能MAX813L芯片引腳排列見圖4.8圖4.8 MAX813L芯片各引腳功能及工作原理（1）手動(dòng)復(fù)位輸入端（MR）當(dāng)該端輸入低電平保持140ms以

44、上，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào)。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動(dòng)。MR與TTL/CMOS兼容。（2）工作電源端（VCC）：接+5V電源。（3）電源接地端（GND）：接0V參考電平。（4）電源故障輸入端（PFI）當(dāng)該端輸入電壓低于1.25V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖剑?）電源故障輸出端（PFO）電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?。?）看門狗信號(hào)輸入端（WDI）程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。若超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳

45、由高電平變?yōu)榈碗娖健＃?）復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。（8）看門狗信號(hào)輸出端（WDO）正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖健?.6.2 硬件電路圖圖4.9給出了MAX813L在單片機(jī)系統(tǒng)中的接線路圖。此電路可以實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位；本電路巧妙地利用了MAX813L的手動(dòng)復(fù)位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”，WDO端電平由高到低，當(dāng)WDO變低超過140ms，將引起MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清0和使WDO引腳

46、變成高電平。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按鈕使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位脈沖，由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖MR端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開關(guān)抖動(dòng)。 C8051RSET P2.1圖4.9 MAX813L與C8051硬件實(shí)現(xiàn)電路圖4.7 脈沖信號(hào)反饋模塊采用光電式碼盤傳感器對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)量準(zhǔn)確度高。光電式碼盤是一種非接觸性光電傳感器，它具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快、可靠性高和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。我們應(yīng)用光碼盤測(cè)試原理, 完成了直流電機(jī)測(cè)速裝置設(shè)計(jì)(工作原理如圖4.10所示)。其裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)速準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。圖4.10 工作原理圖圖4.11 測(cè)速脈沖電路由

47、于采用了光電式碼盤作為傳感器，其速度轉(zhuǎn)換電路，如圖4.11所示，發(fā)光二極管LED發(fā)出紅外光，透過遮光板TLP的圓孔照射光敏三極管T1，使其迅速由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通，如此反復(fù)形成光脈沖信號(hào)，經(jīng)T2的放大，再由74LS04反向整形后送給單片機(jī)。利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器功能,對(duì)信號(hào)進(jìn)行固定周期性采樣，T1口和傳感裝置連接，對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。該測(cè)速電路充分利用單片機(jī)，完成一系列的數(shù)據(jù)采樣、處理，最后計(jì)算得到較準(zhǔn)確的速度值并顯示該速度。5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5.1 光電編碼器測(cè)速的軟件設(shè)計(jì)本文采用M/I法對(duì)脈沖進(jìn)行測(cè)速。具體方法如下： 在圖5.1中，T為實(shí)際檢測(cè)時(shí)間，T0是一固定不變的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的上升

48、沿到來時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)T0，由兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖M1和高頻脈沖數(shù)M2計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)T0結(jié)束時(shí)，Ml停止計(jì)數(shù)，M2繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的下一個(gè)上升沿到來時(shí)，M2停止計(jì)數(shù)，則可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖5.1 M/T法檢測(cè)轉(zhuǎn)速原理圖 （5-1）式中-高頻計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)的頻率；本系統(tǒng)中為C8051內(nèi)定時(shí)器T1的時(shí)鐘信號(hào)，由于采用1 6MHz晶振，=1MHz；P-光電脈沖編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，P=600 16 -倍頻次數(shù)。 將和P的參數(shù)代入上式，得 （5-2）轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)被送到C8051的HSI0引起上升沿中斷，此時(shí)開始定時(shí)T0，同時(shí)記下計(jì)數(shù)器T1的值，T2開始對(duì)HSI1接收到的轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)，并關(guān)閉HSI0中斷

49、。當(dāng)定時(shí)T0到時(shí)，開啟HSI0中斷，停止計(jì)數(shù)，等待HSI0的上升沿。當(dāng)上升沿到來時(shí)，讀取計(jì)數(shù)器T1的值，計(jì)算兩次計(jì)數(shù)器T1的差值得到高頻脈沖數(shù)，這樣就完成了一次轉(zhuǎn)速測(cè)量周期。由此根據(jù)式(5-2)即可計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。下面介紹一下如何在程序中具體實(shí)現(xiàn)。(1)因?yàn)橐谲浖〞r(shí)器2的第一次中斷中進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的PID計(jì)算，所以測(cè)速?gòu)倪@里開始。首先允許HSI0中斷，然后設(shè) HSI中斷模式為每個(gè)脈沖的正跳變引起中斷。(2)轉(zhuǎn)速脈沖引起HSI0中斷，如果是第一次中斷則記下當(dāng)前時(shí)間作起始時(shí)間ST，設(shè)軟件定時(shí)器1中斷時(shí)間T0，關(guān)HSI0中斷，啟動(dòng)HSI數(shù)據(jù)有效對(duì)計(jì)數(shù)；如果是第二次中斷則把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間

50、FT。(3)啟動(dòng)HSI數(shù)據(jù)有效中斷后，每一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿都會(huì)引起HSI數(shù)據(jù)有效中斷，在每一次HSI數(shù)據(jù)有效中斷程序中，讓計(jì)數(shù)變量增加1。 圖5.2 HSI0中斷 /HIS數(shù)據(jù)有效中斷(4)過了T0時(shí)間后，軟件定時(shí)器1產(chǎn)生中斷。在中斷程序中開HSI0中斷(允許HSI0中斷)，關(guān)HSI數(shù)據(jù)有效中斷(停止對(duì)計(jì)數(shù))。見圖5.2(5)下一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖來時(shí)，就引起HSI0中斷。這個(gè)中斷是第二次HSI0中斷，把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間FT。見圖5.2然后用公式 (5-2)計(jì)算轉(zhuǎn)速。至此，轉(zhuǎn)速測(cè)量結(jié)束。圖5.3 軟件定時(shí)中斷子程序5.2 顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)顯示部分的程序是采用軟件定時(shí)中斷來完成的，多少時(shí)間顯示

51、一次可在軟件中設(shè)定。圖5.3是軟件定時(shí)中斷子程序。PID計(jì)算也是在軟件定時(shí)中斷子程序中完成的。5.3 觸發(fā)脈沖的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，用定時(shí)器1作為HSO的時(shí)間基準(zhǔn)，觸發(fā)角和脈寬的控制都是靠HSO的定時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器1在系統(tǒng)中作實(shí)時(shí)時(shí)鐘用，其時(shí)鐘信號(hào)來自內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生電，每8個(gè)狀態(tài)周期計(jì)數(shù)加1，C8051的狀態(tài)周期由振蕩器信號(hào)2分頻后獲得，采用16MHz晶振，其狀態(tài)周期為125ns。這時(shí)HSO的時(shí)間分辨力，也就是定時(shí)器1的時(shí)間分辨力為ls。圖5.4 觸發(fā)脈沖順序圖那么，1o所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)值為 （5-3）把觸發(fā)角和脈寬所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，寫入HSO時(shí)間寄存器，靠HSO的定時(shí)功能來控制角度的大小。(1)同步中斷子程序?yàn)榱丝煽?/p>