基于單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、引 言電動機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，國防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動機(jī)。據(jù)資料顯示，在所有動力資源中，百分之九十以上來自電動機(jī)。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機(jī)的。電動機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時代，電動機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法，對電動機(jī)的簡單控制應(yīng)用比較多。簡單控制是指對電動機(jī)進(jìn)行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制可通過繼電器，可編程控制器和開關(guān)元件來實(shí)現(xiàn)。還有一類

2、控制叫復(fù)雜控制，是指對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進(jìn)行控制。常用的控制直流電動機(jī)有以下幾種:第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機(jī)電樞供電，通過改變電樞回路中的電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡單易行設(shè)備制造方便，價格低廉。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)電動機(jī)(也稱為旋轉(zhuǎn)變流組)，配合采用磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍(十比一至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當(dāng)電動機(jī)減速時，可以通過發(fā)電機(jī)非常容易地將電動機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給

3、電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機(jī)、電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺與調(diào)速電動機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī)、電動機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī)、電動機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn):維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護(hù)人員會造成一定的危害等。第四，1957年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有許多獨(dú)特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強(qiáng)大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快

4、、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機(jī)組(放大倍數(shù)10)高1000倍，比汞弧變流器(放大倍數(shù)1000)高10倍;在響應(yīng)快速性上，機(jī)組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級。隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對自動化的需求也越來越高，直流電動機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。例如，軍事和宇航方面的雷達(dá)天線，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對太陽得跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專用加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，塑料機(jī)械，印刷機(jī)械，繞線機(jī)，紡

5、織機(jī)械，工業(yè)縫紉機(jī)，泵和壓縮機(jī)等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤驅(qū)動器，各種光盤驅(qū)動器，繪圖儀，掃描儀，打印機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)等設(shè)備的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)，錄像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，洗衣機(jī)，冰箱，電扇等的控制。在那些對電動機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合（如數(shù)控機(jī)床，工業(yè)縫紉機(jī)，磁盤驅(qū)動器，打印機(jī)，傳真機(jī)等設(shè)備中，要求電動機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。為了適應(yīng)時代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動機(jī)控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網(wǎng)絡(luò)化，信息化，模糊化的方向不斷前進(jìn)。隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)具有開關(guān)速度快、驅(qū)動簡單

6、和可以自關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn)，克服了晶閘管的主要缺點(diǎn)。因此我國直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（pulse width modulation,簡稱PWM）方向發(fā)展。 第一章 直流電機(jī)的介紹一、直流電機(jī)概述1.直流電機(jī)的分類應(yīng)用電磁原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能互換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，統(tǒng)稱為電機(jī)。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)，稱為發(fā)電機(jī)；把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)，稱為電動機(jī)。按照產(chǎn)生或取用電能的不同，電機(jī)分為直流電機(jī)與交流電機(jī)。產(chǎn)生電能的稱為發(fā)電機(jī)，取用電能的稱為電動機(jī)。 電動機(jī)分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)兩大類。交流電動機(jī)又分為單項(xiàng)的和三相的，異步的和同步的。直流電動機(jī)按照勵磁方式的不同分為他勵如下圖（a）所示，并勵如下圖（b）所

7、示，串勵如下圖（c）所示和復(fù)勵如下圖（d）所示四種。 （a）他勵直流電機(jī) （b）并勵直流電機(jī) （c）串勵直流電機(jī) （d）復(fù)勵直流電機(jī)圖1.1.1 直流電動機(jī)的分類原理圖 交流電動機(jī)應(yīng)用較為廣泛，特別是異步電動機(jī)應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)方便、價格便宜和工作可靠等。 直流電動機(jī)是人類最早發(fā)明和應(yīng)用的一種電機(jī)，雖然目前不如交流電動機(jī)應(yīng)用廣泛，但是直流電動機(jī)有比交流電動機(jī)較為優(yōu)越的調(diào)速和啟動性能。它的調(diào)速范圍廣，平滑性、經(jīng)濟(jì)性較好，采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)更為方便；它的啟動轉(zhuǎn)矩較大。這種性能對有些機(jī)械的拖動是十分重要的，例如大型機(jī)床、電動機(jī)床、大型軋鋼機(jī)、大型起重設(shè)備等。直流電動機(jī)也有它顯

8、著的缺點(diǎn)：一是制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高；二是運(yùn)行時由于電刷與換向器之間容易產(chǎn)生火花，可靠性較差，維護(hù)較麻煩。人們雖然做過很多研究工作來改善交流電動機(jī)的性能，但還不能全部用交流拖動來代替直流拖動。應(yīng)而在某些機(jī)械拖動中，仍需用直流電動機(jī)。直流發(fā)電機(jī)過去是直流電的主要電源之一，廣泛的用在電解、電鍍、充電等設(shè)備中，也用作同步電動機(jī)的勵磁和直流電動機(jī)的電源。由于晶閘管整流技術(shù)日益發(fā)展，在某些場合已經(jīng)取代直流發(fā)電機(jī)。電動機(jī)除了較多的用作動力外，隨著生產(chǎn)自動化的需要，在自動控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中還用到一些控制電機(jī)和特殊的電機(jī)。例如測速發(fā)電機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)等。從理論上講，電機(jī)既可作為發(fā)電機(jī)還可作為電動機(jī)，即具有可

9、逆性。2.直流電機(jī)的運(yùn)行原理1）直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖1.2.1直流電機(jī)的物理模型圖其中，固定部分有磁鐵，這里稱為主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個小圓圈是為了方便的表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的)圖1.2.1表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換

10、向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。在換向片上放置著一對固定不動的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。2）直流電機(jī)的基本工作原理圖1.2.2直流電機(jī)的基本工作原理圖對圖1.2.1所示的直流電機(jī)，如果去掉原動機(jī)，并給兩個電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方

11、向是dcba，從電刷 B 流出。此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。這就是直流電動機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。  實(shí)用中的直流電動機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個線圈構(gòu)成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動，繞組形式同發(fā)電機(jī)。3）直流電機(jī)的調(diào)速原理眾所周知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為: （11）式中:U-電樞端電壓I-電樞電流R-電樞電路總電阻-每極磁通量K-與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)由上式（2-1）可知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制

12、方法有三種:(1)調(diào)節(jié)電樞電壓U。改變電樞電壓從而改變轉(zhuǎn)速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)快，適用于要求大范圍無級平滑調(diào)速的系統(tǒng);(2)改變電機(jī)主磁通中只能減弱磁通，使電動機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬恒功率調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)較慢，雖能無級平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍小;(3)改變電樞電路電阻R在電動機(jī)電樞外串電阻進(jìn)行調(diào)速，只能有級調(diào)速，平滑性差、機(jī)械特性軟、效率低。改變電樞電路電阻的方法缺點(diǎn)很多，目前很少采用:弱磁調(diào)速范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用;因此，自動調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)壓調(diào)速為主，這也是論文中設(shè)計(jì)系統(tǒng)所采用的方法。改變電樞電壓主要有三種方式:旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止變流裝置、脈寬調(diào)制（PWM）變換器(或稱直流斬

13、波器)。(l) 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組用交流電動機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組以獲得可調(diào)直流電壓，簡稱G-M系統(tǒng)，國際上統(tǒng)稱Ward-Leonard系統(tǒng)，這是最早的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。G-M系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，但系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、效率低、運(yùn)行有噪音、維護(hù)不方便。(2) 20世紀(jì)50年代，開始用汞弧整流器和閘流管組成的靜止變流裝置取代旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，但到50年代后期又很快讓位于更為經(jīng)濟(jì)可靠的晶閘管變流裝置。采用晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)，通過控制電壓的改變來改變晶閘管觸發(fā)控制角。進(jìn)而改變整流電壓Ud的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。V-M在調(diào)速性能、可靠

14、性、經(jīng)濟(jì)性上都具有優(yōu)越性，成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。(3) 脈寬調(diào)制 (PWM)變換器又稱直流斬波器，是利用功率開關(guān)器件通斷實(shí)現(xiàn)控制，調(diào)節(jié)通斷時間比例，將固定的直流電源電壓變成平均值可調(diào)的直流電壓，亦稱DC-DC變換器。絕大多數(shù)直流電動機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM來控制電動機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。3.直流電機(jī)的調(diào)速控制方法1）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)組成圖1.3.1 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)ASR-轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR-電流調(diào)節(jié)器 TG-測速發(fā)電機(jī)TA-電流互感器 UPE-電力電子變換器 Un*-轉(zhuǎn)速給定電壓Un-轉(zhuǎn)速反饋電壓

15、 Ui*-電流給定電壓 Ui-電流反饋電壓為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實(shí)行嵌套連接，如圖1.3.1所示。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制電力電子變換器UPE。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。4. P.I.D控制簡要介紹 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而

16、成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 比例（P）控制: 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-state error）。 積分（

17、I）控制: 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)（System with Steady-state Error）。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 微分（D）控制: 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正

18、比關(guān)系。 自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。如下圖所

19、示。 圖1.4.1模擬PID控制系統(tǒng)原理圖第二章 主電路的介紹一、三相橋式不可控整流1基本原理某一對二極管導(dǎo)通時，輸出電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，該線電壓既向電容供電，也想伏在供電。當(dāng)沒有二極管導(dǎo)通時，由電容向負(fù)載放電，按指數(shù)規(guī)律下降。 圖2.1.1 三相橋式不可控整流電路1）主要數(shù)量關(guān)系1）輸出電壓平均值在（2.342.45）之間變化2）輸出電流平均值為：=/R二極管電流平均值為的1/3，即 =/3=/33）二極管承受的電壓二極管承受的最大反向電壓為線電壓的峰值，為。二、PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù) 圖2.2.1 PWM控制的基本原理示意圖脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電

20、路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。簡而言之，PWM是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時候即是直流供電被加到負(fù)載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。PWM的一個優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。

21、讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。 對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。采樣控制理論中有一個重要結(jié)論:沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時,其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦

22、波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出率。1.直流電機(jī)PWM控制原理1)PWM調(diào)速系統(tǒng)的選擇PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流,低速特性好；同樣,由于開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好,動態(tài)抗干擾能力強(qiáng),可以獲得很寬的頻帶；開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài),主電路損耗小,裝置效率高。比可控硅整流調(diào)速系統(tǒng)先進(jìn)。直流電機(jī)的PWM制可以采用多種方式實(shí)現(xiàn)，總體可以分成硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)兩類。隨著集成芯片工藝和功能水平的不對提高，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多種可準(zhǔn)確發(fā)生PWM 波形控制直流電機(jī)調(diào)速的芯片，如SG3525、TL49

23、4等，這些芯片簡單易用適合于單獨(dú)的系統(tǒng)使用。現(xiàn)在電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制,是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后，整個調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,操作維護(hù)方便,電動機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)速精度可達(dá)到較高水平,靜動態(tài)各項(xiàng)指標(biāo)均能較好地滿足工業(yè)生產(chǎn)中高性能電氣傳動的要求。由于單片機(jī)性能優(yōu)越,具有較佳的性能價格比,所以單片機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。因此，我們選用單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的控制核心。在許多單片機(jī)的測控系統(tǒng)中，需要PWM功能實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速控制。對此出路只有兩條：要么就選用具有PWM功能的單片機(jī)，要么就是采用軟件模擬的方法實(shí)現(xiàn)PWM輸出。對于前著來說，雖然現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了不少具

24、有PWM功能的新型單片機(jī)，但是它們的價格一般都比較高，并且它們開發(fā)器的價格目前也比較高。還有的是，目前我國應(yīng)用最多的一種單片機(jī)系列是美國Intel公司的8位高檔單片機(jī)MCS51系列，這個系列里機(jī)型多種，性能特點(diǎn)不錯，加上我們學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程是該類型的單片機(jī)，應(yīng)用相對順手。因而，本設(shè)計(jì)還是選用51系列單片機(jī)采用軟件模擬的方法實(shí)現(xiàn)PWM輸出。2.PWM脈沖波的產(chǎn)生通過以正玄波或矩形波為其波與三角波進(jìn)行比較，取三角波與基波相交交點(diǎn)處制晶閘管的關(guān)斷與開通從而得到相應(yīng)的PWM脈沖波形。在8051單片機(jī)內(nèi)，將4KW的電機(jī)額定值轉(zhuǎn)速1500r/min通過單片機(jī)內(nèi)部程序換算成基準(zhǔn)電壓。并將要達(dá)到的轉(zhuǎn)速通過鍵盤

25、輸入單片機(jī)通過單片機(jī)內(nèi)設(shè)置的系統(tǒng)程序使之成為標(biāo)準(zhǔn)的三角波，然后進(jìn)行基波與三角波比較，在三角波與基波電壓的交點(diǎn)處控制定時器的定時溢出和計(jì)數(shù)在此情況下就產(chǎn)生了一定寬度的脈沖波形。若要改變轉(zhuǎn)訴則需在鍵盤上輸入所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速通過單片機(jī)內(nèi)指令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)大小的三角波后與基準(zhǔn)電壓比較后。得到相應(yīng)轉(zhuǎn)速下的脈沖當(dāng)量，來控制IGBT晶閘管的導(dǎo)通時間，達(dá)到改變電動機(jī)輸入電壓的目的。圖2.4.1 在給定轉(zhuǎn)速變化時由單片機(jī)轉(zhuǎn)化的不同三角波對應(yīng)的觸發(fā)脈沖1)雙閉環(huán)反饋信號進(jìn)入單片機(jī)內(nèi)的調(diào)制(1)電流負(fù)反饋電流檢測元件檢測到電動機(jī)前端電流大小后通過光電耦合將電流信號輸入A/D轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的脈沖信號當(dāng)量與入的確定轉(zhuǎn)速脈沖在80

26、51設(shè)置程序內(nèi)比較后輸出準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)速脈沖信號控制IGBT得到準(zhǔn)確電壓。(2)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋測速電機(jī)的輸出電壓U與轉(zhuǎn)速N存在一定的線性關(guān)系即U = f ( n )當(dāng)測速電機(jī)輸出電壓為U時通過光電偶合A/D轉(zhuǎn)換得到回饋速度相應(yīng)脈沖得到準(zhǔn)確脈沖值。由P3.0輸出通過光電偶合輸出給IGBT，調(diào)節(jié)電壓。在本設(shè)計(jì)中，對電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，產(chǎn)生PWM調(diào)速控制的基本流程圖為下圖所示： 圖2.4.2 PWM控制的基本流程圖 第三章 有關(guān)數(shù)值的確定一、參數(shù)計(jì)算1.直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)對于直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的選擇常采用：1）電樞電路串電阻調(diào)速；2）勵磁電路串電阻調(diào)速；3）電樞電路調(diào)壓調(diào)速。（1）電樞電路串電阻調(diào)速：因其串入電樞回路的

27、電阻是恒定的即在調(diào)速過程中調(diào)速是間斷的，所以調(diào)速不能達(dá)到理想的無級調(diào)速。且串入的電阻要消耗電源提供的電能使部分電能發(fā)熱浪費(fèi)在電阻上同時增加了電機(jī)的的溫升影響電機(jī)正常工作。使調(diào)速不經(jīng)濟(jì)。但他可有效的解決起動電壓與起動電流超過額定值的現(xiàn)象。從而省略了其動與制動電路。而對于本次設(shè)計(jì)因要達(dá)到寬泛的調(diào)速范圍所以電樞電路串電阻調(diào)速在此不能選用。（2）勵磁電路串電阻的弱磁調(diào)速：因其與電樞回路串電阻調(diào)速方式類似，即磁場不能均勻變化，而是在某一范圍內(nèi)做跳躍式變化所以同樣不能達(dá)到無級調(diào)速。又因Ea/Ce¢ 又由于¢的減少會使N的增加，使得電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行，而本次設(shè)計(jì)的要求是在額定轉(zhuǎn)速以下

28、的調(diào)速，所以勵磁回路串電阻不適用于本次設(shè)計(jì)。（3）電樞回路調(diào)壓調(diào)速：即變相的電樞電路串電阻調(diào)速，只不過不需要再串入電阻所以能量無須消耗作功的其他部分。調(diào)壓調(diào)速一般均采用晶閘管組成的調(diào)壓系統(tǒng)不僅在調(diào)壓過程中解決線性調(diào)速的問題。且在主電路添加了保護(hù)電路及起動制動，正反轉(zhuǎn)電路。使得電路達(dá)到一路使得系統(tǒng)更方便與經(jīng)濟(jì)。所以本次設(shè)計(jì)采用電樞回路調(diào)壓調(diào)速。2.調(diào)壓調(diào)速電動機(jī)的選取要采用調(diào)壓調(diào)速的電動機(jī)應(yīng)選用他勵式，保持勵磁不變只改變電樞電路的電壓，電路如圖3.1.2所示。 圖3.1.2 調(diào)壓調(diào)速電機(jī)模型 N=U/CenRaT/CeCtØ2 （31）3電機(jī)參數(shù)： 型號I212 功率：4kW 電壓：2

29、20V 電流:22.7A 轉(zhuǎn)速:1500r/min 勵磁方式：他勵勵磁電壓：220V 勵磁電流：0.63A電樞電阻：0.84.電機(jī)的起動：起動時在電樞電路中串接幾級電阻或變阻器R把IQ限制在電樞額定電流IA（1.52.5）倍內(nèi)。即 IQ=UN/RA+RQ （32） =（1.52.5）IAN 由上式可得：220/0.8+RQ=（1.52.5）22.7A RQ=（3.08 5.67）1）啟動電阻又因?yàn)楸緢D為電阻三級切除法，所以R1=R2=R3=13Rq,R1=R2=R3=13(3.085.67)=(1.031.89).因電阻阻值是恒值所選對應(yīng)值色環(huán)電阻為（黑黑棕金黑黑紅金） VD1作用是防止電源突

30、然斷開時電動機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)將瞬間高壓反饋回主電路從而燒壞電子元器件，選取額定正向平均電流IF IF=(1.52)IOM/1.57 IF=(1.52)22.7/1.57=(21.6828.92)A IF選取25A額定電壓 Urrm=(23)Udm （33）圖為調(diào)速是在電源額定電壓220V以下調(diào)速所以Udm=220V則 Urrm=(23)220V Urrm=(440660)VUrrm選取500V圖L1與C1組成低通濾波器，由低通濾波器在整流后使用且根據(jù)自動檢測靜態(tài)測量要求f1(010Hz)即 可得 （34）電源要想拖動電動機(jī)必須克服電動機(jī)的損耗，所以只有在電源電壓U>44V時電動機(jī)才能啟動。

31、 由L=K(1-K)和電機(jī)工作在連續(xù)導(dǎo)通工作模式下所以ILB=(iomax-iomix)在連續(xù)工作模式的末端iomix=0則有ILB=iomax即ILB=22.7=11.35A,給定T=100ms則L=100220211.350.2 (1-0.2)=155.05mH由=0.016 可得LC=0.000254故可知 C=2.540.0001155.050.001=1.64mF。5. Vd2續(xù)流二極管Urrn=(23)Udm （35） Urrm=(23) 220 取其值為500V IF=(1.52)Idm/1.5T=(1.52)22.7/1.57=(21.6828.92)A 取IF=25A。6.

32、IGBT參數(shù)選?。?額定電流Ic實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮到一些因素影響Ic的取值留有余地，如輸出電壓脈動=20% Ic=222.7(1+20%)=77.03A，取Ic為80A。因電源電壓為恒壓220V，則器件額定電壓600V。L2,L3整流后抑制電流的度化；C3濾波，穩(wěn)壓。 L2：由UL=LdiLdt WL=,因整流完后得到的波形為正玄波下半部分的反上的波形則Uc= （36） Uc= Uc=Uc= =198.17V。在電感中耗能為 220-198.17。7.RV壓敏電阻標(biāo)準(zhǔn)電壓U1mA： 因U1Ma=1.3V，V=220V 所以有 U1mA=1.3220v=404.46V整流橋及其保護(hù)算法：由整流輸出

33、Ud=220V Ia=22.7AUd= （37）=得U2=220V/=94V。則得變壓器輸入相電壓為94V則一次側(cè)電壓為額定的電網(wǎng)電壓380V/220V則變壓器一次二次側(cè)匝數(shù)比為110:47為-Y型連接。8.VD4整流二極管 UTM=U2=2.45U2=539V IdT平均值=Td/3=7.57A IT有效值=Id=13.1A由于VD4 VD5 VD6 VD7 VD8 VD9為同類型所以UTM IdT IT 上同R4 C3 過電壓保護(hù) 經(jīng)過整流的電源電壓為100HZ.選取Cs為100mF.則WC=CsU2cc/2=100mF2202/2=2420j由電容儲能在F一次導(dǎo)通將能量消耗于R4上 得

34、Wc=IU2cc /R4由T=1/100Hz=0.01sR4=0.012202/Wc 得R4=0.2。9. L8 和R5 過電流保護(hù)給定Ls為50mH則WL=L2Im2/2=50Mh22.72/2=12.88J由WL=TIm2R 得R=WL/(TIm2)得R=2.5。10.勵磁回路： 由于勵磁回路電流為0.63A.則變壓器二次側(cè)電流有效值 I2=Id=0.8160.63=0.51A流過二極管的平均電流IdJ 有效 IT Id=1/3Id=1/30.63=0.21AIT=(1/3)Id=x0.63=0.36A UTM=539V。第四章 控制回路的介紹一、反饋及控制回路1.測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)是一

35、種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī),它的功能是將機(jī)械轉(zhuǎn)速信號變換成電壓信號,并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比.測速發(fā)電機(jī)在自動控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中應(yīng)用甚廣,主要作校正元件和計(jì)算元件使用.按電流種類的不同,測速發(fā)電機(jī)分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類。本次設(shè)計(jì)采用直流測速發(fā)電機(jī)，下面簡單介紹直流測速電機(jī)。直流測速發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理：直流測速發(fā)電機(jī)實(shí)際就是一種微型直流發(fā)電機(jī),由裝有磁極的定子,可以轉(zhuǎn)動的電樞和換向器等組成.按磁極方式的不同,可分為電磁極(他勵式)和永磁式兩種直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理與一般直流發(fā)電機(jī)基本相同.它與直流伺服電動機(jī)正好是互為可逆的兩種運(yùn)行方式.原理電路如下圖所式。 圖4

36、.1.1 直流測速發(fā)電機(jī)的原理電路工作時,直流測速發(fā)電機(jī)加他勵磁,當(dāng)轉(zhuǎn)子在伺服電動機(jī)或其他電動機(jī)拖動下以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時,電樞繞組切割磁通而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢：E=Cen.空載時，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓就是電樞感應(yīng)電動勢：Uo=E=Cen.只要磁通一定，輸出電壓Uo與轉(zhuǎn)速n成正比。負(fù)載時，若電樞電阻為Ra，負(fù)載電阻為Rl，不計(jì)電刷和換向器間的接觸電阻，則直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓為： Uo=Ea-RaI=Ea-Uo/RLRa （41） Uo=n=Cn （42） 式中 C-直流測速發(fā)電機(jī)輸出特性的斜率，。從式（88）可知，只要,Ra和Rl都保持不變，負(fù)載時直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓Uo仍與轉(zhuǎn)速n成正比。改

37、變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向，輸出電壓的極性隨之改變。測速發(fā)電機(jī)參數(shù)：型號ZCF321;勵磁電壓100BV;電樞電壓V;負(fù)載電阻1000;轉(zhuǎn)速1500;輸出電壓不對稱度不大于3%;輸出電壓線性誤差不大于±3%;質(zhì)量不大于1.7Kg。2.按鍵及顯示介紹：1）鍵盤簡介鍵盤接口用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和控制命令輸入，常見的鍵盤設(shè)備包括BCD撥碼盤、獨(dú)立式鍵盤、矩陣式鍵盤等，基于矩陣式鍵盤的優(yōu)點(diǎn)顯著此次設(shè)計(jì)我們采用矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤： 矩陣式鍵盤是指有若干個按鍵組成的開關(guān)按鍵。3行4列矩陣式鍵盤連接圖如下所示。這種鍵盤適合采取動態(tài)掃描的方式進(jìn)行識別，即如果采用低電平掃描，會送必須被上拉為高電平；如

38、果采用高電平掃描，則回送線需被下拉為低電平。下圖給出了低電平掃描的電路。這種鍵盤的優(yōu)點(diǎn)是使用較少的I/O口線可以實(shí)現(xiàn)對較多鍵的控制。 圖4.1.2 3行4列矩陣式鍵盤連接圖 2）顯示部分LED數(shù)碼管顯示器常用的工作方式有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種方式。下面主要介紹動態(tài)顯示這種會顯示方式。動態(tài)顯示方式:動態(tài)顯示方式是指一位一位的輪流點(diǎn)亮顯示器（稱為掃描），即每個數(shù)碼管的位選被輪流選中多個數(shù)碼管共用一組段選，段選數(shù)據(jù)僅對位選選中的數(shù)碼管有效。對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)也與點(diǎn)亮?xí)r間與間隔時間的比例有關(guān)。通過調(diào)整電流和時間參數(shù)可以既保證亮度，又保證顯示。若顯示

39、器的位數(shù)不大于8位，則顯示器的公共端只需一個8位口進(jìn)行動態(tài)掃描（稱為掃描口），控制每位顯示器所顯示的字形也需要一個8位口（稱為段碼輸出）。下圖為采用8155實(shí)現(xiàn)動態(tài)現(xiàn)實(shí)的電路圖： 圖4.1.3 采用8155實(shí)現(xiàn)顯示的電路圖在該系統(tǒng)中，使用了8155的PA和PB，PA作為掃描口，PB作為段碼輸出口。8155的PA和PB都工作在基本輸出方式下進(jìn)行掃描，PA的高4位依次置1，依次選中了從左至右的顯示器。圖中使用了ULN2803作為段碼輸出驅(qū)動，ULN2803具有8路驅(qū)動，只需一片即可驅(qū)動8位段碼。但ULN2803是反向驅(qū)動，所以在段數(shù)據(jù)表中的字形碼應(yīng)與共陽極數(shù)碼管的字形碼相同。3.光電耦合光電耦合一

40、般制成管式成雙列直插式結(jié)構(gòu),由于發(fā)光器件和光敏器件被相互絕緣地分置于輸入和輸出回路,故可實(shí)現(xiàn)兩回路間的電氣隔離.光電耦合器即可用來傳遞模擬信號也可作為開關(guān)器件使用,也就是它具有變壓器和繼電器的功能從測速發(fā)電機(jī)及霍爾電流傳感器測出的模擬信號不能直接送入AD0809芯片，解決方案是用光電隔離實(shí)現(xiàn)強(qiáng)電到弱電的保護(hù)，下圖即為這一過程的實(shí)現(xiàn)電路圖： 圖4.1.4 光電耦合電路圖由計(jì)算得,光電耦合應(yīng)選擇型號:GD211A 表4-1-4最大工作電流Ifm=50A正向壓降UF=1.1V反向耐壓UR5V反向漏電流IR50A暗電流ID0.1光電流IL=250A電流傳輸比0.20.5隔離電阻1011極間耐壓UIS0

41、>500極間電容CIS0<2最高頻率fM>400KHz4.模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般步驟原理：A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換過程須通過取樣、保持、量化和編碼四個步驟完成。1)采樣和保持 采樣（也稱取樣）是將時間上連續(xù)變化的信號轉(zhuǎn)換為時間上離散的信號，即將時間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量,其過程如圖圖4.1.5 A/D轉(zhuǎn)換的采樣過程圖4.1.5所示。圖中ui(t)為輸入模擬信號，S(t)為采樣脈沖，u0(t)為取樣輸出信號。2)量化和編碼a.將采樣后的樣值電平歸化到與之接近的離散電平上，這個過程稱為量化。b.量化后，需用二進(jìn)制數(shù)碼來表示

42、各個量化電平，這個過程稱為編碼。量化與編碼電路是A/D轉(zhuǎn)換器的核心組成部分。3)AD0809的邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見下圖）。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 圖4.1.6 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809引腳及說明：ADC0809是CMOS集成工藝制成的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換芯片。分辨率10位，轉(zhuǎn)換時間100S，輸入模擬電壓范

43、圍0至6.5V，片內(nèi)含8通道多路開關(guān)，鎖存邏輯控制調(diào)制器，具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，能與微機(jī)兼容，輸出電平與TTL、CMOS兼容。單電源+5V6.5V工作。引腳排列見圖8.20所示，各引腳功能為：(1) IN0IN7（第15 腳，第2628腳）：8路模擬量輸入腳，可以從8個腳輸入0V至+5V待轉(zhuǎn)換模擬電。(2) CLOCK（第10腳）：時鐘CP輸入端，ADC0809只有在CP信號同步下,才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。時鐘頻率的上限是640KHz。(3）ALE（第22腳）：地址鎖存允許端。當(dāng)ALE=1時地址鎖存和譯碼部分把上面所述的CBA的值輸入和譯碼并接通IN0IN7之一。當(dāng) ALE=0時，把CBA的值鎖

44、存起來。(4）START（第6腳）：當(dāng)其取上升沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下降沿時，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。(5）VDD(第11腳)：電源輸入端：+5V +6.5V。(6）GND（第13腳）：地(7）VREF（+）（第12腳）/ VREF(-)（第16腳）：分別為基準(zhǔn)電壓的高電平/低電平端。(8）EOC（第7腳）：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端。EOC=0，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，輸出數(shù)據(jù)不可信。EOC=1表示轉(zhuǎn)換已完成，輸出數(shù)據(jù)可信。(9）D0D7（第8、14、15、1721腳）：轉(zhuǎn)換所得八位輸出數(shù)據(jù)，B7是最高位，BO是最低位。(10）OE（第9腳）：允許輸出端。OE端控制輸出鎖存

45、器的三態(tài)門。當(dāng)OE=1時，轉(zhuǎn)換所得的數(shù)據(jù)送到B0B7端，當(dāng)OE=0時，B0B7腳對外呈高阻狀態(tài)。(11）A、B、C（第2523腳）：通道地址輸入端。例如當(dāng)CBA=001時，模擬量IN1輸至ADC0809，CBA=010時,IN2輸入ADC0809依次類推。圖4.1.7 ADC0809管腳分布圖5. 80C51單片機(jī)引腳簡介80C51單片機(jī)的40個引腳大致可分為4類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。（如下圖所示） 圖4.1.8 Mcs-51單片機(jī)引腳圖1) 電源(1)VCC:芯片電源，接+5V；(2)VSS:接地端；2)時鐘:XTAL1、XTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。3)控制線:控制

46、線共有4根(1)ALE/PROG:地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖a)ALE功能：用來鎖存P0口送出的低8位地址b)PROG功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。(2)PSEN:外ROM讀選通信號。(3)RST/VPD:復(fù)位/備用電源。a)RST（RESET）功能：復(fù)位信號輸入端。b)VPD功能：在Vcc掉電情況下，接備用電源。(4)EA/Vpp:內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。a)EA功能：內(nèi)外ROM選擇端。b)Vpp功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，施加編程電源Vpp。4)I/O線80C51共有4個8位并行I/O端口：P0、P

47、1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號（屬控制總線）。6.8155芯片介紹 8155是一種可編程并行接口芯片，除了具有IO接口擴(kuò)展功能之外，8155還具有RAM擴(kuò)展功能和定時/計(jì)數(shù)器擴(kuò)展功能。因此，若系統(tǒng)中要求同時擴(kuò)展上述資源，則可以考慮擴(kuò)展并行接口芯片8155。1）8155的引腳定義8155的引腳定義如圖4.1.9所示。 圖4.1.9 8155芯片管腳分布2）8155主要包括如下片內(nèi)資源。（1) 256B的靜態(tài)RAM（2) 兩個可編程的8位并行IO端口A口，B口和一個可編程的6位并行IO端口C口；（3) 一個可編程的14位減法計(jì)數(shù)器TC。3）81

48、55的引腳功能如下： D0D7: 地址/數(shù)據(jù)線。 IO/ : 輸入，用于選擇IO或RAM。 ：輸入，片選信號。 ALE ：地址鎖存線，高電平有效。它常和單片機(jī)的ALE端相連，在ALE的下降沿將單片機(jī)P0口輸出的低8位地址信息鎖存到8155內(nèi)部的地址鎖存器中。因此，單片機(jī)的P0口和8155連接時，無需外接鎖存器。： 輸入，讀取通信號，低電平有效。：輸入，寫選通信號，低電平有效。T1： 輸入，8155內(nèi)部減法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖輸入。T0： 輸出，8155內(nèi)部減法計(jì)數(shù)器的輸出信號線。RESET： 輸入，復(fù)位控制信號，高電平有效。PA0PA7： 8位并行IO口線。PB0PB7： 8位并行IO口線。PC0

49、PC7： 6位并行IO口線。Vcc/Vss： 電源/底線，8155使用單一5電源。 表4-1-6 8155芯片在系統(tǒng)中主要管腳的分配管腳名稱管腳序號作用或功能PA0PA32124鍵盤輸入的列掃描PA4PA72528數(shù)碼管顯示器的位選信號PB0PB72936數(shù)碼顯示器段碼輸出PC0PC23739鍵盤輸入的行掃描D0D71219地址/數(shù)據(jù)線，與單片機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換二、軟件流程圖1.模數(shù)轉(zhuǎn)換流程 (圖a)2.鍵盤控制流程 (圖b) （a）模數(shù)轉(zhuǎn)換流程 (b) 鍵盤控制流程 圖4-2-1 軟件流程圖第五章 電路中保護(hù)單元的介紹一、保護(hù)電路1.過電流保護(hù)由于電力電子器件管芯體積小，熱容量大，特點(diǎn)是

50、在高電壓，大電流應(yīng)用時，結(jié)溫必須受到嚴(yán)格的控制，當(dāng)晶閘管中流過大于額定直的電流時，熱量來不及散失，是的結(jié)溫速速升高，最總將導(dǎo)致階層被燒壞。 產(chǎn)生過電流的原因多種多樣，如交流裝置本身功率器件損壞，驅(qū)動電路發(fā)生故障，控制系統(tǒng)發(fā)生故障，交流電壓過高，過低或者缺項(xiàng)，等等。過電流保護(hù)方法有幾種：（1）快速熔斷器保護(hù)快速熔斷器是最簡單最有效的過電流保護(hù)器件?？焖偃蹟嗥鞯娜垠w是由銀質(zhì)熔絲埋于石英沙內(nèi)。它與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在通常的短路過電流時，熔斷時間小于20ms,可在晶閘管損壞之前熔斷。選擇快速熔斷器時要注意：1）快速熔斷器的額定電壓應(yīng)大于線路正常工作電壓有效值。2）快速熔斷器的額定電流應(yīng)大于或等于熔體的額定電流。2.過電壓保護(hù)過電壓保護(hù)措施：（1）操作過電壓的保護(hù) 針對形成過電壓的不同原因.可以采用不同的擬制方法.如減少過電壓源，使過電壓幅值哀減；擬制過電壓、能量上升的速率，延緩已產(chǎn)生的能量消耗速度，并增加其消散的途徑，采用電子線路進(jìn)行保護(hù)。最常用的是在回路中接入吸收能量的元件，稱吸收回路或緩從回路。 圖 5.1.1 吸收關(guān)斷過電壓的電路上圖所示的組容元件是用于吸收晶閘管關(guān)斷時的過電壓，圖中L為回路漏感，電容C起主要的吸收尖峰過電壓能量的作用，為了防止LC串聯(lián)諧振時在電容兩端產(chǎn)生更高的諧振電壓，在電容回路中串入阻尼電阻R