畢業(yè)設(shè)計（論文）實現(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142.3 總體電路設(shè)計15第3章 軟件設(shè)計173.1主程序173.2加速子程序設(shè)計183.3減速子程序設(shè)計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 言自從單片機問世以來，在國外，它已廣泛應(yīng)用于自動控制、數(shù)據(jù)采集和處理、家用電器等各方面，同時也滲透到其它各

2、個科技領(lǐng)域。在國內(nèi)，雖然起步較晚，但由于單片機價廉物美、功能強、體積小、使用靈活方便，得到發(fā)展越來越多的發(fā)展，尤其在工業(yè)過程控制、自動化儀器等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。對推動國家的工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重大意義?，F(xiàn)代工業(yè)中絕大部分的動力裝置都是用電機來實現(xiàn)的，由于電機并不能自身對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，在以前只能用機械裝置對電機進(jìn)行調(diào)速，隨著機械調(diào)速裝置在實際應(yīng)用中暴露出來的噪音、能耗大以及易磨損、占用空間大、安裝不便等問題，人們開始把目光投向了電子調(diào)速。本設(shè)計目的就是利用pwm脈沖發(fā)生芯片來制作變頻器控制器，從來實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速控制。作為機電系統(tǒng)設(shè)計的主要部分，變頻器已成為實現(xiàn)工業(yè)自動化的主要手段之一，在各種生產(chǎn)

3、機械中有著廣泛的應(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)計可以是變頻器實現(xiàn)電控化，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，并且通過設(shè)計試驗進(jìn)一步了解mm420變頻器的結(jié)構(gòu)、使用方法和使用場合，掌握普通電參數(shù)電路的設(shè)計，學(xué)會電子控制器的軟硬件設(shè)計和調(diào)試。本說明書共分為4章，第一章課題分析與方案論證；第二章對硬件進(jìn)行了詳細(xì)的說明；第三章對系統(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)試過程中出現(xiàn)的問題，并對問題作出了分析；。設(shè)計的最終成果是能通過按鈕對電機的速度進(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、課題主要實現(xiàn)用pwm脈沖發(fā)生器控制變頻器的目的。實驗室現(xiàn)有的西門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)到控制交流電機轉(zhuǎn)速的目的，為此對于交流電機的轉(zhuǎn)速控制只要將pwm脈沖信號與實驗室現(xiàn)有的西門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)生芯片來獲得。1.2方案論證 變頻器電子控制器的設(shè)計可采用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。整機電源取12v單電源。為了把脈寬變化的方波信號轉(zhuǎn)換為大小變化的直流信號，通過電感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)出高低電平來控制sg3525的引腳2，引腳1經(jīng)r3接地，因為1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，振蕩定時電容c2為1.0uf，振蕩定時電阻用4.7k，引腳10經(jīng)電阻r6接地，軟啟動電容c3用1.0uf，11和14引腳為互補輸出端，所以任選11引腳為輸出端，為了把脈寬變化的方波信號轉(zhuǎn)換為大小變化的直流信號，通過電感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號端口。 綜合比較，選擇方案二，因為sg3525雙個管輸出，tl494適合驅(qū)動的場合它都適合,驅(qū)動場效應(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、一個直接保護保護控制而494沒有，并且在軟啟動應(yīng)用上3525比494好用。最終確定的整體方案框圖如下：單片機at89c51pwm脈沖芯片sg3525mm420變頻器三相交流電機圖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點，再說明各單元電路的設(shè)計方法，最后給出總體設(shè)計圖。2.1主要芯片簡介 2.1.1 at89c51at89c51是美國atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos8位單片機，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（perom）和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲技術(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存儲單元，功能強大at89c51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，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各個引腳功能說明如下：（1）輸入/輸出引腳：p0口：在不接外部存儲器與不擴展i/o時，可作為準(zhǔn)雙向的輸入/輸出口。在接有外部存儲器或有擴展i/o口時，該口分時復(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，已能對外提供推拉電流負(fù)載，外電路無需再接上拉電

9、阻。當(dāng)p1口作為輸入口使用時，應(yīng)先向鎖存器寫入“1”，使輸出驅(qū)動電路的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，這時多路轉(zhuǎn)接開關(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（定時計數(shù)器0外部輸入）

10、p3.5t1（定時計數(shù)器1外部輸入）p3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） （2）控制線：ale/prog：地址鎖存有效信號輸出端。ale在每個機器周期內(nèi)輸出兩個脈沖。 psen：片外程序存儲器讀選通信號輸出端，低電平有效。 rst/vpd：該引腳為單片機的上電復(fù)位和掉電保護端。rst引腳是復(fù)位信號的輸入端,復(fù)位信號是高電平有效。復(fù)位操作有上電自動復(fù)位和按鍵手動復(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。它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)震蕩器。當(dāng)采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該引

11、腳接地；對于chmos單片機，該引腳作為外部震蕩信號是輸入端。xtal2：接外部石英晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，它是片內(nèi)震蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時鐘時。 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flash閃速存儲器1000次擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz24mhz三級加密程序存儲器1288字節(jié)內(nèi)部ram32個可編程io口線2個16位定時計數(shù)器6個中斷源可編程串行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 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32 個io 口線，兩個16位定時計數(shù)器，一個5向量兩級中

12、斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，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。空閑方式停止cpu的工作，但允許ram，定時計數(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調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進(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，無論開關(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。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端（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)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號。根據(jù)需要，在該端與補償信號輸入端（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、號輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。osc.output(引腳4)：振蕩器輸出端。ct(引腳5)：振蕩器定時電容接入端。rt（引腳6）：振蕩器定時電阻接入端。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)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動電容。compensation(引腳9)：pwm比較器補償信號輸入端。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)斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。該端可與保護電路相連，

15、以實現(xiàn)故障保護。output a（引腳11）：輸出端a。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。ground(引腳12)：信號地。vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。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)時間可調(diào)。（6）內(nèi)置軟啟動電路。（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)時鐘信號同步，為設(shè)計提供了極大的靈活性。在ct引腳和discharge引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于sg3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。sg3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5 的軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變

17、，因此與軟啟動電容接入端相連的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，pwm瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時， sg3525才開始工作。由于實際中，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，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間變長，pwm瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。外

18、接關(guān)斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當(dāng) shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，pwm瑣存器將立即動作，禁止sg3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動過程。注意，shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響sg3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸入電壓過低，在sg3525的輸出被關(guān)斷同時，軟啟動電容將開始放電。此外，sg3525還具有以下功能，即無論因為什么原因造成pwm脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，pwm瑣存器

19、才被復(fù)位。2.1.3 mm420變頻器1. 變頻器簡單介紹micromaster420變頻器是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列.本系列有多種型號,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，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪音。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。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%過載能力1.5倍額定輸出電流，60s（每300s一次）投運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)機的特性曲線），可編程u/f，磁通電流控制（fcc）pwm頻率216khz（每級調(diào)整2khz）固定頻率7個， 可編程跳轉(zhuǎn)頻率4個， 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，用于設(shè)定值輸入或pi輸入（010v），可標(biāo)定；可作為第4個數(shù)字輸入使用繼電器輸出1個，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，可編程（020ma）串行接口rs232，rs485電磁兼容性可選用emc濾波器，符號en55011a級或b級標(biāo)準(zhǔn)制動直流制動，復(fù)合制動保護等級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，我們知道三相異步電動機的轉(zhuǎn)速計算公式為：n=60f/p(1-s)式中 f電源的頻率，hzp電動機的磁極對數(shù)s轉(zhuǎn)差率由上面的計算公式我們可以看出，通過改變電源的電壓頻率，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s

22、,改變電動機的磁極對數(shù)p，均可以實現(xiàn)對交流電動機的速度調(diào)節(jié)。但在本次的設(shè)計中，電動機已經(jīng)選定，故我們不可能再改變它的磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)差率。此次設(shè)計的電動機轉(zhuǎn)速控制就要依據(jù)此理論，利用變頻器調(diào)節(jié)輸入電動機電源的頻率，這樣就可以達(dá)到實時調(diào)節(jié)的目的。3.mm420 ( micromaster420)系列變頻器的特點（1）易于安裝（2）易于調(diào)試（3）牢固的emc設(shè)計（4）可由it（中性點不接地）電源供電（5）對控制信號的響應(yīng)是快速和重復(fù)的（6）參數(shù)設(shè)置的范圍廣，確保它對廣泛的應(yīng)用對象進(jìn)行配置（7）電纜連接簡便（8）采用模塊化設(shè)計，配置非常靈活（9）脈寬調(diào)制的頻率高，因而電動機運行的噪音低（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），高級操作面板（aop），用于進(jìn)行現(xiàn)場總線通訊的profibus通訊模塊4.性能特征（1）磁通電流控制（fcc），改善了動態(tài)響應(yīng)和電動機的控制特性（2）快速電流限制(fcl)功能，實現(xiàn)正常狀態(tài)下的無跳閘運行（3）內(nèi)置的直流注入制動（4）復(fù)合制動功能改善了制動特性（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v/f特性5.保護特性(1)過電壓/欠電壓保護(2)變頻器過熱保護(3)接地故障保護(4)短路保護(5)i2t電動機過熱保護(6)ptc

24、電動機保護2.2 硬件接線與設(shè)計2.2.1 pwm脈沖芯片電路設(shè)計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，從而來控制交流異步電動機的轉(zhuǎn)速。圖為所設(shè)計的電路：圖2-4 pwm脈沖芯片電路圖1com和-v腳設(shè)計說開環(huán)系統(tǒng)中，sg3525芯片1腳與補償信號輸入端（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2+v腳設(shè)計說明由于人為改變sg3525 的1腳或2腳電位, 即可改變輸出脈沖寬度, 完成對輸出脈寬的控制。因為1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，所以通過改變2腳的電壓來改變輸出脈沖的寬度，從而實現(xiàn)對輸

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

26、，從而使單片機實現(xiàn)復(fù)位。4.5單片機系統(tǒng)的晶振電路單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能進(jìn)行工作。mcs-51系列單片機內(nèi)部都有一個時鐘振蕩電路，只需外接晶振源，就能產(chǎn)生一定頻率的時鐘信號送到單片機的內(nèi)部的各個單元，決定單片機的工作速度。圖4-3就是內(nèi)部時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)計就采用這種外接晶振的方法。圖4-3單片機內(nèi)部晶振電路連接圖4.5單片機系統(tǒng)外部中斷電路運行時，p3.1口處于低電平狀態(tài)，當(dāng)按下鈕子開關(guān)時，s1斷開，+5v電源，電阻r1，p3.1構(gòu)成回路，p3.1口處于高電平狀態(tài)。松開鈕子開關(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程與p3.1一樣。其中r1選5.1k。2.3 總體電路設(shè)計在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.所以可通過改變1腳或2腳的電壓來控制輸出脈沖的寬度。在本設(shè)計中采用的是改變2腳的電壓來控制輸出的。圖為所設(shè)計的總體電路。圖2-5 總體電路圖 第3章 軟件設(shè)計軟件的設(shè)計是設(shè)計控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在整體設(shè)計和硬件設(shè)計的基礎(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，最后連接起來成為一個完整應(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電機加減速程序設(shè)計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)行程序時用到的部分ram空間，防止程序執(zhí)行時帶來混亂。標(biāo)志位初始化是對打開中斷專設(shè)的位標(biāo)志，初始化過程中標(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，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，延時長為r1中的值，再p1.0輸出高電平，高電平寬度延時，延時長為r2中的值。這樣就得到了p1.0輸出的pwm波。開始初始化外部中斷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p1.0輸出高電平高電平寬度延時圖3-1 主程序流程圖3.1.2加速子程序加速子程序的設(shè)計實際上就是增大輸出電壓，也就是增大脈寬延時或減小脈間延時，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、的值同時減小r1的值，這樣程序框圖設(shè)計如下：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)計實際上就是減小輸出電壓，也就是減小脈寬延時或增大脈間延時，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的值同時減小r2的值，這樣程序框圖設(shè)計如下：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電機轉(zhuǎn)速定時程序設(shè)計設(shè)計要求：在數(shù)控車床中，加工某一零件時，首先用車刀粗加工零件，主軸電機轉(zhuǎn)速400r/min，時間約為12分鐘45秒，然后再精加工零件，主軸電機轉(zhuǎn)速為1000 r/min，時間約為1分40秒，最后由切斷刀切

31、斷工件，主軸轉(zhuǎn)速為200 r/min，時間約為4分24秒。利用變頻器控制三相異步交流電機轉(zhuǎn)速來仿真上述車床加工工件是主軸電機的轉(zhuǎn)速的過程。相關(guān)參數(shù)計算：在上面電機加減速設(shè)計硬件調(diào)試過程中，可以通過改變單片機產(chǎn)生高低電平的延時，來為sg3525的2腳提供一個可變的模擬電壓，從而改變sg3525輸出電壓的大小。經(jīng)最終實驗結(jié)果確定，在給sg3525加上20v電源后，單片機給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)。所以通過以上的設(shè)計要求，可以算出單片機產(chǎn)生高低電平的延時比，以及定時時間。當(dāng)變頻器3口接入10v電壓時，電機的轉(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，單片機輸出給sg3525的電壓為u2，單片機產(chǎn)生高低電平的延時比為a/b（假設(shè)a+b=100）。粗加工時， 由得由得由得，則定時長該設(shè)計中使用定時器0以工作方式2定時。而該定時方式最大定時時間為131ms，遠(yuǎn)小于765s，所以采用定時器和寄存器循環(huán)累加定時，當(dāng)使用一個寄存器累加時，定時時長最長為所以因使用兩個寄存器循環(huán)累加的方法，則此時定時時長最長為所以第2個寄存器的累加次數(shù)應(yīng)為精加工時， 由得v由得v由得，則定時長該設(shè)計中使用定時器0以工作方式2定時。而該定時方式最大定時時間為131ms，遠(yuǎn)小于765s，所以采用定時器

33、和寄存器循環(huán)累加定時，當(dāng)使用一個寄存器累加時，定時時長最長為所以因使用兩個寄存器循環(huán)累加的方法，則此時定時時長最長為所以第2個寄存器的累加次數(shù)應(yīng)為切斷加工時， 由得由得由得，則定時長該設(shè)計中使用定時器0以工作方式2定時。而該定時方式最大定時時間為131ms，遠(yuǎn)小于765s，所以采用定時器和寄存器循環(huán)累加定時，當(dāng)使用一個寄存器累加時，定時時長最長為所以因使用兩個寄存器循環(huán)累加的方法，則此時定時時長最長為所以第2個寄存器的累加次數(shù)應(yīng)為第4章 軟硬件調(diào)試單片機系統(tǒng)經(jīng)過總體設(shè)計，完成了硬件和軟件設(shè)計開發(fā)。通過軟件和硬件相結(jié)合系統(tǒng)即可運行。但編制好的程序或焊接好的線路不能按預(yù)計的那樣正常工作是常見的事，

34、經(jīng)常會出現(xiàn)一些硬件、軟件上的錯誤，這是軟件和硬件開發(fā)者經(jīng)常遇見的，這就需要通過調(diào)試來發(fā)現(xiàn)錯誤并加以改正。調(diào)試可分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。本設(shè)計系統(tǒng)的已經(jīng)在pc機上用模擬開發(fā)軟件進(jìn)行了檢測和調(diào)試，并運行成功，最后進(jìn)行實物圖的硬件組裝與調(diào)試，這樣就給開發(fā)者在提供了方便。4.1軟件調(diào)試本設(shè)計是用wave軟件調(diào)試的，完全用仿真軟件在pc機上程序進(jìn)行檢測和調(diào)試。調(diào)試過程中單片機運行狀態(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，以確定程序運行有無錯誤。目標(biāo)程序糾錯：該階段工作通常在目標(biāo)程序編輯時就完成。一般來說，仿真軟件能為用戶輸入的程序指令糾錯，包括書寫格式、標(biāo)號未定義或多重定義、轉(zhuǎn)移地址

35、溢出等錯誤。整體程序調(diào)試：即把各子程序整體連起來進(jìn)入到綜合電路調(diào)試，看是否能實現(xiàn)預(yù)計的功能顯示。在這階段若發(fā)生故障，可以考慮各子程序在運行時是否破壞現(xiàn)場，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，直接就可以在pc機上開發(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，然后投入運行。軟件調(diào)試過程如下圖：圖4-1 軟件調(diào)試過程圖圖4-2 軟件調(diào)試過程圖圖4-3 軟件調(diào)試過程圖4.2硬件調(diào)試焊接電路板如圖4-4所示單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是分不開的，許多硬

36、件故障在軟件調(diào)試時才能發(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)計圖，仔細(xì)檢查樣機線路是否連接正確，并核對元器件的型號、規(guī)格和安裝是否符合要求，必要時可用萬用表檢測線路通斷情況。電源調(diào)試：樣機的第一次通電測試很重要，若樣機中存在電源故障，則加電后將造成器件損壞。調(diào)試的方法有兩種：一種是斷開樣機穩(wěn)壓電源的輸出端，檢查空載時電源工作情況；另一種是拔下樣機上的主要集成芯片，檢查電源的負(fù)載能力（用假負(fù)載）。確保電源無故障并性能符合設(shè)計要求。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、裝配錯誤引起的電流異常。檢查芯片的邏輯關(guān)系是否出錯：加電后檢查各芯片插座上相關(guān)引腳的電位，仔細(xì)測量相應(yīng)的輸入輸出電平是否正常。單片機系統(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：先手動設(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、動電路板上的加減速按鈕，觀察電機的轉(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。單片機是很容易受干擾的控制器，當(dāng)采用外部晶振時，應(yīng)盡量讓其靠近單片機減少對其干擾，防止程序亂飛現(xiàn)象。同時還可以采用隔離等方式減少干擾，硬件系統(tǒng)設(shè)計的好壞很大部分來源于經(jīng)驗，所以我們要有動手的好習(xí)慣。軟件設(shè)計是核心部分，具有多樣化，靈活性高，易移植等優(yōu)點，要深深理會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，本設(shè)計用到定時器中斷以減少對cpu的占用，更好的處理其他功能。軟件的設(shè)計大部分采用模塊化設(shè)計的方法以方便調(diào)試，并使其可讀性大大增強，方便更改和移植。在這次設(shè)計中我學(xué)到了很多，也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，也難免有錯誤之處，敬請?zhí)岢?！參考文獻(xiàn)1 李廣弟，朱月秀，冷祖祁.單片機基礎(chǔ)（第3版）m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2010.2 徐愛鈞，彭秀華.單片機高級語言c51應(yīng)用程序設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，1998.3 王幸之等.單片機應(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