單片機(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 1 頁(yè) 共 20 頁(yè)課題名稱 單片機(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)系 別 機(jī)電系 專 業(yè) 電氣工程與自動(dòng)化 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 起訖時(shí)間： 2007 年10 月1 日 2007 年11 月 20 日（共 7 周）黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 2 頁(yè) 共 20 頁(yè)目錄：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)一一 簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： .6二二 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成：變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成： .7（一）變頻器主電路（整流電路、逆變器電路）.8（二）晶閘管及功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路.8（三）PWM 脈沖形成電路.9（四）單片機(jī)控制系統(tǒng).10（五）信號(hào)檢測(cè)電路.11（六）轉(zhuǎn)速測(cè)量電路.11（

2、七）電源電路.12三三 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件組成變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件組成 .12（一）主程序.12（二）外部中斷服務(wù)程序.12（三）串行通訊子程序.13（四）高速輸入部件中斷子程序.13四四 系統(tǒng)的冗余措施系統(tǒng)的冗余措施 .14（一）輸入緩沖.14（二）輸出總線仲裁.14（三）單片機(jī)時(shí)鐘級(jí)同步的實(shí)現(xiàn).16（四）控制模塊的 VHDL 語(yǔ)言描述.17五五 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用 .18（一）系統(tǒng)工作過(guò)程如下:.18六六 設(shè)計(jì)小結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié) .19七、設(shè)計(jì)參考資料七、設(shè)計(jì)參考資料.19黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 3 頁(yè) 共 20 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告

3、題目：題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)1 本課題的來(lái)源、選題依據(jù)：本課題的來(lái)源、選題依據(jù)：在傳統(tǒng)的可調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)但直流調(diào)速系統(tǒng)在 6070 年代迅速發(fā)展起來(lái)，但其造價(jià)高，且換相環(huán)節(jié)有不足，又有換向器和電刷，在運(yùn)行中常出故障。自從 1958 年世界上第一個(gè)晶閘管（）的面市，晶閘管就以其在功率放大倍數(shù)、快速響應(yīng)性、小功耗、高效率等方面的優(yōu)越性迅速取代了機(jī)組和水銀整流器。直流調(diào)速系統(tǒng)在 6070 年代迅速發(fā)展起來(lái)，但其造價(jià)高，且換相環(huán)節(jié)有不足。與此相反，異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難。自從上世紀(jì) 80 年代初交流變頻技術(shù)出

4、現(xiàn)以來(lái)，使用變頻調(diào)速器和調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速成為可能。隨著第三代電力半導(dǎo)體器件如門(mén)極可關(guān)斷晶閘管、絕緣柵雙極晶體管的相繼出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展。在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電極傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，相繼推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)行更新?lián)Q代。這些高精度、多功能、智能化的變頻器將調(diào)速效率和精度提高到了前所未有的水平。故交變頻調(diào)速系統(tǒng)越來(lái)越成為當(dāng)今社會(huì)，猶其在倡導(dǎo)節(jié)約型中國(guó)的今天！2 2 本課題的設(shè)計(jì)（研究）意義（相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)）：本課題的設(shè)計(jì)（研究）意義（相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)）：交變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，穩(wěn)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，運(yùn)行可靠等技術(shù)性能

5、，已逐步取代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。然而目前的變頻器大部分都是線路復(fù)雜，價(jià)格昂貴，常用于大、中功率的電動(dòng)機(jī)。對(duì)于國(guó)內(nèi)占有率極大的中、小型電動(dòng)機(jī)采用這類(lèi)變頻器無(wú)疑是難以普及的。鑒于這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了此種由 8098 單片機(jī)為主控制器的，具有高度靈活性和可靠性的低價(jià)格交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中以 INTEL 公司的8098 單片機(jī)作主控制器，并且采用了功率晶體管作輸出，具有完善的電流、電壓、轉(zhuǎn)速的檢測(cè)和顯示，以及過(guò)壓，過(guò)流保護(hù)。另又增加了串行通訊口，采用兩線制 RS-485 通訊結(jié)構(gòu)?？煽客ㄓ嵕嚯x為 1.2km，并且可加上中繼來(lái)加長(zhǎng)距離。該系統(tǒng)可方便的組網(wǎng)控制或組成分布式集散控制系統(tǒng)，也可單

6、獨(dú)作為直接控制器來(lái)使用。電路中還采用了美國(guó)達(dá)拉斯公司最新生產(chǎn)的時(shí)鐘芯片 DS-12887，內(nèi)含 128 字節(jié)的不揮發(fā) RAM，可以記錄下電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)時(shí)的時(shí)間和電流電壓數(shù)據(jù)，供查詢使用，且滿足各種不同地場(chǎng)合。黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 4 頁(yè) 共 20 頁(yè)3 本課題的基本內(nèi)容、本課題的基本內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)，擬采用的實(shí)現(xiàn)手段（途徑）：重點(diǎn)和難點(diǎn)，擬采用的實(shí)現(xiàn)手段（途徑）：（1）交頻調(diào)速的控制（2）PID 調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)工作（3）8089 單片機(jī)的冗余技術(shù)（4）實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的融合4 4 文獻(xiàn)綜述（列出主要參考文獻(xiàn)的作者、名稱、出版社、出版時(shí)間以及與文獻(xiàn)綜述（列出主要參考文獻(xiàn)的作者、名稱、出版

7、社、出版時(shí)間以及與本課題相關(guān)的主要參考要點(diǎn)）：本課題相關(guān)的主要參考要點(diǎn)）：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) 200 例 張洪潤(rùn)，劉秀英 出版社：北京航空航天大學(xué)出版社交流調(diào)速系統(tǒng) 陳伯時(shí)等編 出版社：工業(yè)機(jī)械出版社電工與電子技術(shù)實(shí)訓(xùn) 周樂(lè)挺主編 出版社：電子工工程出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) 黃仁欣主編 出版社：清華大學(xué)出版社單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì) 沙占友等編著 出版社：北京-電子工業(yè)出版社黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 5 頁(yè) 共 20 頁(yè)指導(dǎo)教師意見(jiàn)：指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 年年 月月 日日系意見(jiàn)：系意見(jiàn)： 蓋章蓋章 年年 月月 日日黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 6 頁(yè) 共 20 頁(yè)單片機(jī)控制交流變頻調(diào)速

8、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)單片機(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：摘要：20 世紀(jì) 70 年代后，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過(guò)程自動(dòng)化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。作者：作者：嚴(yán)俊關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，變頻器，調(diào)速系統(tǒng)，冗余技術(shù)Abstract:Abstract: In the 1970s, la

9、rge-scale integrated circuits and computer control technology development and application of modern control theory, making the exchange of electric drive system gradually with a wide speed range, high-speed range, high stability speed accuracy and fast dynamic response and in a reversible four-quadr

10、ant operation with good technical performance, speed performance can be comparable with the DC electric drive. In exchange Speed technology, VVVF have absolute superiority, and its speed continuously improve performance and reliability, reduce prices, especially energy-saving effect of VVVF obvious,

11、 and easy to implement process automation, industry by industry the favored. Author:Author: Yan Jun KeyKey words:words: SCM, converter, speed control system, redundant technology一一 簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)介： 在傳統(tǒng)的可調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。但是直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格高，又有換向器和電刷，在運(yùn)行中常出故障。與此相反，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。但是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難。交流變

12、頻技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，使用變頻調(diào)速器和調(diào)節(jié)器來(lái)進(jìn)行交流電動(dòng)機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速成為可能。它具有調(diào)速范圍寬，穩(wěn)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，運(yùn)行可靠等技術(shù)性能，已逐步取代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。然而目前的變頻器大部分都是線路復(fù)雜，價(jià)格昂貴，常用于大、中功率的電動(dòng)機(jī)。對(duì)于國(guó)內(nèi)占有率黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 7 頁(yè) 共 20 頁(yè)極大的中、小型電動(dòng)機(jī)采用這類(lèi)變頻器無(wú)疑是難以普及的。鑒于這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了此種由 8098 單片機(jī)為主控制器的，具有高度靈活性和可靠性的低價(jià)格交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中以 INTEL 公司的 8098 單片機(jī)作主控制器，并且采用了功率晶體管作輸出，具有完善的電流、電壓、轉(zhuǎn)速的檢測(cè)和顯示，以及

13、過(guò)壓，過(guò)流保護(hù)。另又增加了串行通訊口，采用兩線制 RS-485 通訊結(jié)構(gòu)?？煽客ㄓ嵕嚯x為 1.2km，并且可加上中繼來(lái)加長(zhǎng)距離。該系統(tǒng)可方便的組網(wǎng)控制或組成分布式集散控制系統(tǒng)，也可單獨(dú)作為直接控制器來(lái)使用。電路中還采用了美國(guó)達(dá)拉斯公司最新生產(chǎn)的時(shí)鐘芯片 DS-12887，內(nèi)含 128 字節(jié)的不揮發(fā) RAM，可以記錄下電動(dòng)機(jī)過(guò)流過(guò)壓保護(hù)時(shí)的時(shí)間和電流電壓數(shù)據(jù)，供查詢使用。二二 變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成：變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成： 8098 單片機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。圖 1 8098 單片機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖由系統(tǒng)框圖所示，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件是由變頻調(diào)速主電路（整流電路、逆變器電路） 、

14、可控硅及功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路、脈沖形成電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速測(cè)量和電源電路等七大環(huán)節(jié)組成黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 8 頁(yè) 共 20 頁(yè)（一）變頻器主電路（整流電路、逆變器電路）（一）變頻器主電路（整流電路、逆變器電路）變頻器主電路為交直交電壓型變頻器電路。整流器由 6 個(gè)晶閘管組成三相可控橋式整流電路，將三相交流電整流后再由電容濾波，為變頻調(diào)速主回路提供直流電源，且經(jīng)由這 6 個(gè)晶閘管控制的導(dǎo)通與截止來(lái)實(shí)現(xiàn)電源的軟開(kāi)關(guān)。逆變器功率元件由 VT1 至 VT6 支功率晶體管組成。VD1 至 VD6 支二極管組成功率晶體管的保護(hù)部分。由于采用二極管不可控整流產(chǎn)生恒定直流電源，功率因

15、數(shù)問(wèn)題用這種方法就可以解決。用 PWM 逆變器，輸出電壓是一系列脈沖，調(diào)節(jié)脈沖寬度就可以調(diào)節(jié)輸出電壓值。假如脈沖寬度按正弦分布，則輸出電壓中諧波可以大大減少。諧波減少的成度還取決于逆變器功率開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率。因此，PWM 逆變器中很少采用像晶閘管之類(lèi)開(kāi)關(guān)頻率低的半控型器件作為開(kāi)關(guān)器件，而是采用開(kāi)關(guān)頻率高的全控型器件如 GTR、GTO 、MOSFET 、IGBT 等。同時(shí)調(diào)頻調(diào)壓都集中在逆變器一側(cè)，控制也簡(jiǎn)化了。因此，這種結(jié)構(gòu)成為當(dāng)前中小型交直交變頻器中普遍采用的一種結(jié)構(gòu)形式。由于 PWM 逆變器具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以在中小型變頻器中得到普遍采用。電壓型 PWM 變頻器主電路的原理圖如圖 2 所示。交

16、直交變頻器主要適用于中小功率、轉(zhuǎn)速較高、負(fù)載較平穩(wěn)的場(chǎng)合。圖 2 變頻器主電路原理圖（二）晶閘管及功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路（二）晶閘管及功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路晶閘管驅(qū)動(dòng)電路采用型號(hào)為 MOC3021 的 6 支光電耦合器件組成，該器件是雙向晶閘管輸出型的光電耦合器，作用是隔離單片機(jī)主控系統(tǒng)和觸發(fā)外部的晶閘管。功率晶體管基級(jí)驅(qū)動(dòng)電路采用 MPD1203 厚膜集成電路，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)可靠性。MPD1203 集成電路集光電隔離與驅(qū)動(dòng)電路于一身，為 GTR 提供正或負(fù)的基級(jí)電流，控制 GTR 的導(dǎo)通或關(guān)斷。它與軟件結(jié)合形成所謂軟開(kāi)關(guān)。黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 9 頁(yè) 共 20 頁(yè)（三）（三）PWMP

17、WM 脈沖形成電路脈沖形成電路正弦 PWM 脈沖信號(hào)采用大規(guī)模集成電路 HEF4752 產(chǎn)生，它是專門(mén)設(shè)計(jì)用來(lái)產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號(hào)的大規(guī)模集成電路。HEF4752 集成電路輸出 3 對(duì)互補(bǔ)的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)波形，由它們?nèi)ヲ?qū)動(dòng)三相逆變橋功率元件產(chǎn)生對(duì)稱的三相輸出。當(dāng)控制端為低電平時(shí)，輸出波形適宜驅(qū)動(dòng)晶體管逆變器，當(dāng)控制輸入端 I 為高電平時(shí)，適宜于驅(qū)動(dòng)晶體管逆變器。輸入端 CW 用于控制相序。當(dāng) CW 為高電平時(shí)，相序?yàn)?RYB,當(dāng) CW 為低電平時(shí)，相序?yàn)?RBY，用于控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)輸入端為低電平時(shí)，封鎖所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)輸出，它的作用除了起停電機(jī)外，還可方便地用于過(guò)流保護(hù)。為了避免逆變橋

18、中同一相上下 2 支開(kāi)關(guān)元件同時(shí)導(dǎo)通引起短路，在它們切換時(shí)，插入互鎖推遲間隔，以確保有足夠的換相時(shí)間。在 HEF4752 集成電路中，由推遲間隔選擇端和時(shí)鐘輸入 OCT 一齊決定推遲間隔的長(zhǎng)短。當(dāng)為高電平時(shí)，推遲間隔時(shí)間b=16/Foct(s); 當(dāng)為低電平時(shí)，b=8/Foct(s)。 三相 PWM 輸出波形的頻率、電壓和每周期的脈沖數(shù)，分別由 3 個(gè)時(shí)鐘輸入FCT，VCT，OCT 決定。它的輸入由 8098 單片機(jī)改變計(jì)數(shù)常數(shù)，經(jīng)可編程計(jì)數(shù)器8254 輸出方波信號(hào)獲得。采用專用 PWM 芯片 HEF 4752,使系統(tǒng)可靠性好，應(yīng)用方便，編程簡(jiǎn)單。在大規(guī)模集成電路 HEF4752 控制電路中采

19、用載頻信號(hào) Uc 與參考信號(hào) Ur 相比較的方法產(chǎn)生基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這里采用單極性等腰三角形；Ur采用可變的直流電壓。在 Ur 與 Uc 波形的交點(diǎn)處發(fā)生調(diào)制信號(hào)，部分脈沖調(diào)制波形如下圖所示。圖 3 PWM 脈沖形成過(guò)程 黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 10 頁(yè) 共 20 頁(yè)（四）單片機(jī)控制系統(tǒng)（四）單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖如圖 4 所示。圖 4 單片機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖從圖 4 可知，本系統(tǒng)由 8098，EPROM2764，RAM6264 和 74LS373 構(gòu)成主體部分。外圍擴(kuò)展有鍵盤(pán)和數(shù)碼顯示接口芯片 8279、并行輸入輸出芯片 8255、時(shí)鐘芯片 DS12887、定時(shí)器計(jì)數(shù)器接口芯

20、片 8254、雙四選一模擬開(kāi)關(guān) 4052、鎖存器74LS373 和串行 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)通訊驅(qū)動(dòng)接口芯片 75176 構(gòu)成一個(gè)完整的變頻調(diào)速中心控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)內(nèi)由 8279 構(gòu)成了 32 位數(shù)碼管顯示和四乘五鍵盤(pán)矩陣。32 位數(shù)碼顯示分別顯示 6 位時(shí)間、4 位給定轉(zhuǎn)速、4 位實(shí)際轉(zhuǎn)速、4 位運(yùn)行頻率、2 位運(yùn)行指示和 1 個(gè) 3 位的運(yùn)行電壓、3 個(gè) 3 位的運(yùn)行電流。鍵盤(pán)矩陣分別有 0 至 9 共 10個(gè)數(shù)字鍵和 8 個(gè)功能鍵與 2 個(gè)備用鍵。 并行輸入輸出接口 8255 的c7 與c6 兩個(gè)口作為雙四選一開(kāi)關(guān) 4052 的控制信號(hào)。A 口作為輸入口，用光電耦合器隔離，輸入 8 路狀態(tài)

21、量。B 口作為輸出口，經(jīng) MC1413 隔離驅(qū)動(dòng)后，經(jīng)過(guò)繼電器輸出 7 路開(kāi)關(guān)量。這一部分主要是作為擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)使用。 DS12877 是一片內(nèi)帶鋰電池、晶振的時(shí)鐘芯片。它可以為系統(tǒng)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。在電動(dòng)機(jī)電流過(guò)大保護(hù)時(shí)可以記錄下時(shí)間。并且此芯片內(nèi)有 128 字節(jié)的不掉電 RAM，可以在停電后保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。所以把系統(tǒng)運(yùn)行中的一些參數(shù)儲(chǔ)存在這里，如鍵盤(pán)輸入的給定轉(zhuǎn)速、最大電流等。 8254 是 1 個(gè)內(nèi)含 3 路 16 位可編程計(jì)數(shù)器定時(shí)器。8098 單片機(jī)定時(shí)對(duì)頻率給定信號(hào)進(jìn)行采樣，根據(jù) A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果或鍵盤(pán)的設(shè)定，或從上位機(jī)通過(guò)串行通訊口設(shè)定的轉(zhuǎn)速，經(jīng)軟件處理為適合 8254 可編程計(jì)

22、數(shù)器的計(jì)數(shù)常數(shù)。8254裝入由單片機(jī)送出的計(jì)數(shù)常數(shù)后便產(chǎn)生相應(yīng)頻率的方波信號(hào)。單片機(jī)一旦改變送出的計(jì)數(shù)常數(shù)，就可以改變 8254 輸出的方波信號(hào)的頻率。這個(gè)方波信號(hào)作為PWM 芯片 HEF4752 的時(shí)鐘輸入 FCT。因此，調(diào)節(jié)頻率給定信號(hào)，也就是改變了8254 的計(jì)數(shù)常數(shù)，也即改變了 HEF4752 的時(shí)鐘輸入 FCT 的頻率，從而改變逆變黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 11 頁(yè) 共 20 頁(yè)器輸出的頻率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。 雙四選一模擬開(kāi)關(guān) 4052 是作為 8098 模擬輸入的擴(kuò)展來(lái)使用的。因?yàn)?098 有 4 路 10 位的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入，其中的 ACH4 與 ACH5 通過(guò)外接可調(diào)模擬

23、電壓作為頻率給定和 V/F 調(diào)節(jié)。ACH6 與 ACH7 通過(guò) 4052 擴(kuò)展為 8 路模數(shù)轉(zhuǎn)換。其中 4 路接一個(gè)電壓與 3 個(gè)電流信號(hào)，另 4 路可根據(jù)不同需要作不同的用途。8098 單片機(jī)通過(guò) 74LS373 鎖存與 74LS274 驅(qū)動(dòng)后控制整流晶閘管與 HEF4752 的腳、24 腳來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟?？刂婆c正反轉(zhuǎn)控制。 75176 是 RS-485 標(biāo)準(zhǔn)的通訊驅(qū)動(dòng)芯片。在 2400 波特時(shí)有效距離為 1200m，用于系統(tǒng)中有上位機(jī)時(shí)，8098 單片機(jī)與上位機(jī)之間的通訊。上位機(jī)可通過(guò)串行口向單片機(jī)下達(dá)開(kāi)關(guān)機(jī)等命令與各種運(yùn)行參數(shù)，也可隨時(shí)得到現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)控制。

24、8098 單片機(jī)的輔助輸入輸出電路是由 8255 組成的并行輸入輸出接口和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路未用完的模擬輸入口組成。主要是為了保證系統(tǒng)的靈活性。（五）信號(hào)檢測(cè)電路（五）信號(hào)檢測(cè)電路 信號(hào)檢測(cè)電路主要完成電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集。這部分工作分別由相應(yīng)的傳感器完成。比較理想的是采用霍爾器件的電流、電壓傳感器和霍爾轉(zhuǎn)速傳感器。由于這一部分早已成為商品模塊，有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，只存在不同應(yīng)用的選型問(wèn)題，所以在這里不再一詳述。（六）轉(zhuǎn)速測(cè)量電路（六）轉(zhuǎn)速測(cè)量電路 轉(zhuǎn)速成測(cè)量電路與信號(hào)檢測(cè)電路通常在一起，它們都是通過(guò)對(duì)信號(hào)的采集，再經(jīng)過(guò)各級(jí)運(yùn)放完成對(duì)信號(hào)的 PID 閉環(huán)控制。如下圖 5 所示：圖

25、 5 信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)速測(cè)量原理方框圖黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 12 頁(yè) 共 20 頁(yè)（七）電源電路（七）電源電路 電源是系統(tǒng)極其重要的一部分，是基礎(chǔ)的基礎(chǔ)。由于關(guān)于電源部分的設(shè)計(jì)早已成型，故而在本文中沒(méi)有出現(xiàn)。 三三 變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件組成變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件組成 變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件主要由主程序、外部中斷服務(wù)程序、顯示子程序、串行通訊子程序、鍵盤(pán)輸入子程序和高速輸入部件中斷子程序等組成。各程序模塊功能如下:（一）主程序（一）主程序 主程序的作用是首先完成各個(gè)部件的初始化工作，設(shè)定好各個(gè)中斷向量，為各個(gè)部件以后的工作做好基礎(chǔ)。然后就不停的進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，同時(shí)等待各中斷的到來(lái)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服

26、務(wù)子程序。主程序框圖如圖 6 所示。圖 6 主程序框圖（二）外部中斷服務(wù)程序（二）外部中斷服務(wù)程序 外部中斷服務(wù)程序的功能比較簡(jiǎn)單，只視作為電動(dòng)機(jī)停止的控制。當(dāng)外部中斷發(fā)生時(shí)，首先通過(guò) 74LS373 使可控整流器關(guān)斷，然后清除 8254 中的數(shù)據(jù)來(lái)黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 13 頁(yè) 共 20 頁(yè)關(guān)斷功率晶體管。完成停止電動(dòng)機(jī)的過(guò)程。外部中斷服務(wù)程序框圖如圖 7 所示。（三）串行通訊子程序（三）串行通訊子程序 串行通訊子程序用在有上位機(jī)或數(shù)臺(tái)機(jī)器聯(lián)用時(shí)。該子程序框圖如圖 8 所示。圖 7 外部中斷服務(wù)程序框圖（四）高速輸入部件中斷子程序（四）高速輸入部件中斷子程序 高速輸入部件中斷子程序的作

27、用是管理好 4 個(gè)輸入中斷。當(dāng)輸入中斷發(fā)生時(shí)，根據(jù)不同引腳中斷的發(fā)生，由不同的處理子程序分別完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量，鍵盤(pán)的中斷輸入，時(shí)鐘的更新等工作。高速輸入部件中斷子程序框圖如圖 9 所示。圖 8 串行通訊子程序框圖黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 14 頁(yè) 共 20 頁(yè)圖 9 高速輸入部件中斷子程序框圖四四 系統(tǒng)的冗余措施系統(tǒng)的冗余措施整個(gè)冗余設(shè)計(jì)的電路被置于一個(gè)核心控制模塊中。圖中 8089 單片機(jī)1、2、3 被假定為冗余的三個(gè)單片機(jī)，它們的輸入總線并聯(lián)，接收核心控制模塊中輸入緩沖的輸出。輸出總線分別接到模塊的輸出總線仲裁器。核心控制模塊包括輸入緩沖、輸出總線仲裁、電源控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、復(fù)位電路和報(bào)警控

28、制輸出六個(gè)部分。（一）輸入緩沖（一）輸入緩沖為了消除輸入端并聯(lián)輸入阻抗帶來(lái)的影響，在輸入端增加了一級(jí)緩沖器，減小外圍電路的影響。采用輸入緩沖，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和外圍電路的輸入隔離。（二）輸出總線仲裁（二）輸出總線仲裁黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 15 頁(yè) 共 20 頁(yè)該總線仲裁是建立在所有單片機(jī)在時(shí)鐘級(jí)上同步的基礎(chǔ)上，通常采用總線表決法。對(duì)不同輸出總線被當(dāng)作出錯(cuò)而封止，所有的輸出皆不相同同是失敗狀態(tài)，無(wú)表決輸出。表決的實(shí)現(xiàn)當(dāng)然不能采用軟件比較，以三個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的一位為例介紹表決方法。假設(shè)位輸入變量 X1、X2、X3，輸出 Q，狀態(tài)指示：正常N、X1 出錯(cuò) E1、X2 出錯(cuò) E2、X3 出錯(cuò) E3。

29、真值表如表 1 所示，位仲裁單元如圖2 所示。表表 1 1 真值表真值表X1X2X3QE1E2E300000000010001010001001111001000100101101011010011111000顯然以上位單片機(jī)用數(shù)字電路難實(shí)現(xiàn)，后面給出整體的 VHDL 語(yǔ)言描述?？偩€仲裁由多個(gè)這樣的位單元組成，個(gè)數(shù)由單片機(jī)輸出總線的最大數(shù) n 決定。仲裁器除了 n 根輸出線，同時(shí)還對(duì)每個(gè)位單元的狀態(tài)位進(jìn)行邏輯組合輸出正常、出錯(cuò)、失敗三個(gè)狀態(tài)指示。失敗信號(hào)也用作報(bào)警保護(hù)控制輸出，或重新復(fù)位輸出。失敗輸出有效時(shí)輸出失效。黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 16 頁(yè) 共 20 頁(yè)在 8089 單片機(jī)的系統(tǒng)中

30、，如果將仲裁器的三個(gè)總線某一時(shí)刻輸入看作為 n位二進(jìn)制變量 X，Y，Z。FPGA 技術(shù)的發(fā)展，使得設(shè)計(jì)中的比較、決策等數(shù)字電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)變得非常容易，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)明可靠。如果采用中規(guī)模集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的話，將相當(dāng)煩瑣和復(fù)雜。在此不再詳細(xì)分析（三）單片機(jī)時(shí)鐘級(jí)同步的實(shí)現(xiàn)（三）單片機(jī)時(shí)鐘級(jí)同步的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有單片機(jī)必須達(dá)到時(shí)鐘級(jí)的同步。同一時(shí)鐘是實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步的第一步。時(shí)鐘發(fā)生電路在控制模塊內(nèi)產(chǎn)生并送到各單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端，要求單片機(jī)可外接時(shí)鐘輸入。時(shí)鐘同步并不容易， 8089 系列單片機(jī)上電后振蕩器起振輸出，ALE 脈沖由時(shí)鐘經(jīng)分頻電路得到，一旦形成，機(jī)器周期脈沖和時(shí)鐘脈沖相位關(guān)系固定，不受復(fù)位電路影

31、響，直到電源掉電為止。第二步是實(shí)現(xiàn)機(jī)器周期脈沖同步，8089 一個(gè)機(jī)器周期包括 6 個(gè)狀態(tài)周期，每個(gè)狀態(tài)周期包括 2 個(gè)節(jié)拍，對(duì)應(yīng) 2 個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍有效期。也就是說(shuō)一個(gè)機(jī)器周期包括 12 個(gè)振蕩周期，指令工作在時(shí)鐘節(jié)拍上，同時(shí)更是同步工作在機(jī)器周期上。不論是單字節(jié)指令還是雙字節(jié)指令，指令周期均是機(jī)器周期的 1、2、4 倍。要同步單片機(jī)節(jié)拍，必須同步機(jī)器周期?？紤]到上電時(shí)間上可能產(chǎn)生的差異，采用先上電后加時(shí)鐘脈沖的方法。上電時(shí)確保時(shí)鐘輸入端沒(méi)有干擾脈沖引入，黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 17 頁(yè) 共 20 頁(yè)所有單片機(jī)上電后的內(nèi)部分頻電路起始點(diǎn)一致，然后加入時(shí)鐘脈沖，各單片機(jī)獲得同步的機(jī)器周期。第三

32、步是同步指令周期。指令的同步需要依靠復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘脈沖正常輸入和分頻電路正常工作的情況下，復(fù)位操作是在復(fù)位端加上至少 2 個(gè)機(jī)器周期的復(fù)位電平而實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位信號(hào)由核心控制器發(fā)出送至每片單片機(jī)。復(fù)位后，統(tǒng)一了片內(nèi)主要寄存器內(nèi)容，所有單片機(jī)程序從起始位置開(kāi)始執(zhí)行。單片機(jī)時(shí)鐘級(jí)同步的實(shí)現(xiàn)主要依靠電源控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、復(fù)位電路三部分硬件。1 1 電源控制電源控制三個(gè)單片機(jī)的供電電源由控制模塊控制。主控遠(yuǎn)件需要保證足夠電流容量，可采用功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)。不能采用繼電器在，以避免觸點(diǎn)電源跳變。2 2 時(shí)鐘產(chǎn)生時(shí)鐘產(chǎn)生晶體振蕩器輸出脈沖作為單片機(jī)時(shí)鐘，中間增加可控的緩沖級(jí)。緩沖級(jí)可以增加時(shí)鐘信號(hào)

33、的輸出負(fù)載能力，并可被控制模塊控制。3 3 復(fù)位電路復(fù)位電路三個(gè)單片機(jī)的復(fù)位端并聯(lián)接至同一個(gè)復(fù)位端。復(fù)位信號(hào)在信號(hào)極性和脈沖寬度上滿足單片機(jī)復(fù)位要求，驅(qū)動(dòng)能力滿足多單片機(jī)需要。復(fù)位電路同樣是受控于控制模塊，用以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)同步。4 4 報(bào)警與控制報(bào)警與控制不同狀態(tài)下核心控制模塊有不同的信號(hào)輸出，異常狀態(tài)同時(shí)也是報(bào)警信號(hào)。正常狀態(tài)輸出綠燈，出錯(cuò)狀態(tài)輸出黃燈，失敗狀態(tài)輸出紅燈。黃燈輸出時(shí)系統(tǒng)可以暫時(shí)繼續(xù)工作，等到系統(tǒng)空閑或許可時(shí)進(jìn)行糾錯(cuò)。紅燈輸出時(shí)系統(tǒng)立即進(jìn)黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文第 18 頁(yè) 共 20 頁(yè)入保護(hù)狀態(tài)，輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，需要時(shí)可以馬上糾錯(cuò)，恢復(fù)系統(tǒng)。系統(tǒng)恢復(fù)需要對(duì)控制模塊進(jìn)行復(fù)位，

34、復(fù)位脈沖可以是自身的失敗狀態(tài)輸出，也可以是出錯(cuò)脈沖輸出和其他信號(hào)的組合邏輯?？刂颇K的復(fù)位，實(shí)際是對(duì)8089 單片機(jī)重新進(jìn)行時(shí)序?qū)R和復(fù)位單片機(jī)程序。（四）控制模塊的（四）控制模塊的 VHDLVHDL 語(yǔ)言描述語(yǔ)言描述本控制模塊主要采用 VHDL 語(yǔ)言進(jìn)行描述。主要是設(shè)定為 8 位地址、信號(hào)出錯(cuò)、失敗輸出復(fù)位、時(shí)鐘輸入-電源、時(shí)鐘、復(fù)位輸出，給出出錯(cuò)信號(hào)，不同的出錯(cuò)情況，總線過(guò)程結(jié)束，等待外部復(fù)位啟動(dòng)，失敗輸出，停止電源、時(shí)鐘、復(fù)位輸出，設(shè)定幾秒后輸出電源信號(hào)和輸出時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位信號(hào)回到高電平，后輸出復(fù)位信號(hào)。由于專業(yè)知識(shí)有限，不能編寫(xiě)程序控制。五五 變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用 本文所述的變頻調(diào)速系統(tǒng)可靈活應(yīng)用于各種不同場(chǎng)合，下面以自來(lái)水恒壓供水控制系統(tǒng)為例來(lái)說(shuō)明其應(yīng)用特點(diǎn)。自來(lái)水供水系統(tǒng)一個(gè)重要的指標(biāo)是供水管網(wǎng)供水壓力的穩(wěn)定度。因?yàn)槊刻斓牟煌瑫r(shí)刻用水量不同，供水管網(wǎng)供水壓力變化很大。在以往是采取專人值守，人工調(diào)節(jié)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)壓力的穩(wěn)定，因此存在很大的缺陷