基于PLC的燃煤鍋爐中摻燒煤層氣的研究 ―硬件設(shè)計(jì)

1、摘 要鑒于高校電機(jī)特性測試實(shí)驗(yàn)中,大部分時(shí)間用于發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓和電樞電阻的調(diào) 節(jié),實(shí)驗(yàn)效率低,為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的電機(jī)特性測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過 電機(jī)控制用單片機(jī)構(gòu)成電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的變流器采用單相全控整流, 通過主回路的繼電器切換實(shí)現(xiàn)可逆,設(shè)計(jì)參數(shù)則從實(shí)際設(shè)備中得到。論文中首先介紹了 硬件的設(shè)計(jì),包括整流電路、電源電路、電流和轉(zhuǎn)矩信號(hào)測取電路,壓 /頻轉(zhuǎn)換和光電 隔離等電路。電機(jī)特性測試系統(tǒng)以凌陽 SPMC75F2313A 工控單片機(jī)為控制芯片構(gòu)成電 力拖動(dòng)控制系統(tǒng), 在集成開發(fā)環(huán)境 unSPIDE 下進(jìn)行軟硬件調(diào)試。 單片機(jī)系統(tǒng)通過檢測測 試所用的發(fā)電機(jī)的電流和電壓

2、估算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,并顯示。關(guān)鍵詞 :調(diào)速;電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速;測試; SPMC75F2313A ;閉環(huán)控制;AbstractIn view of the electrical characteristics of colleges and universities in the experimental test, most of the time for the excitation voltage and the regulation of the armature resistance, experimental low efficiency, to that end, we design

3、ed a microcontroller based on the testing of the electrical system. The system used by motor control microcontroller and a currentdual-speed closed-loop control system. The converter system using single-phase rectifier full control, through the main circuit of the relay switch to achieve irreversibl

4、e, from the design parameters of the actual equipment received. Papers in the first on the hardware design, including the rectifier circuit, the power circuit, current and torque measuring signals from circuit, pressure / frequency conversion and isolation, and other optoelectronic circuits. The ele

5、ctrical system of testing to IPC Sunplus SPMC75F2313A a microcontroller chip for the control of electric drive control system, the integrated development environment unSPIDE under the hardware and software debugging. SCM system, through detection test used by the current and voltage generators estim

6、ate motor torque and speed, and displays.Keywords: speed; Electrical machinery torque rotational speed; Test; SPMC75F2313A; Closed-loop control目 錄摘 要 . I Abstract . II第一章 緒論1.1 引言畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文是高等院校完成工程技術(shù)人員的基本訓(xùn)練必須重要的環(huán)節(jié),其主 要的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)課、技術(shù)理論課和專業(yè)課的知識(shí),獨(dú)立地進(jìn)行分析和 解決工程實(shí)際課題的能力, 為步入社會(huì)和完成由學(xué)生向工程技術(shù)人員的轉(zhuǎn)化打下堅(jiān)實(shí)的 基礎(chǔ)。我選電

7、機(jī)特性測試作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文課題。近年來,計(jì)算機(jī)的大量推廣應(yīng)用為自動(dòng)測試系統(tǒng)的發(fā)展開拓了新的途徑,近代電子 技術(shù)的迅速發(fā)展又為提高電機(jī)試驗(yàn)的精度和速度、 進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測試及采用新的測試方 法提供了可能性,進(jìn)一步推動(dòng)了電機(jī)測試技術(shù)的發(fā)展。在這種發(fā)展背景下,我們進(jìn)行了 智能化電機(jī)自動(dòng)測試與控制系統(tǒng)的研究。 我國目前電機(jī)行業(yè)傳統(tǒng)的人工測試方法已不適 應(yīng)于電機(jī)工業(yè)發(fā)展的需要,因此國內(nèi)一些科研單位開始研制電機(jī)微機(jī)測試系統(tǒng),目前已 有一些實(shí)用化產(chǎn)品問世,但大都存在著數(shù)據(jù)管理功能不夠完善的缺陷,其原因是這些系 統(tǒng)都以文件方式存貯數(shù)據(jù),因而對(duì)電機(jī)測試所得的大量數(shù)據(jù)管理極為不便。由于目前各高校電機(jī)實(shí)驗(yàn)室測試

8、電機(jī)機(jī)械特性都是靠手動(dòng)改變其同軸發(fā)電機(jī)的電 樞電阻和勵(lì)磁回路電阻實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)過程非常復(fù)雜,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能完成必須的實(shí) 驗(yàn)內(nèi)容,本課題設(shè)計(jì)一種與上述發(fā)電機(jī)配套的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置,實(shí)驗(yàn)人員只要選擇相應(yīng)的 功能并改變給定的大小即可得到測試電機(jī)需要的轉(zhuǎn)矩和速度。 本課題設(shè)計(jì)一種高校電機(jī) 及電力拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)室檢測電機(jī)特性專用的“電機(jī)特性測試裝置” 。該裝置以凌陽公司電機(jī) 控制型單片機(jī) SPMC75F2313A 芯片為控制核心,構(gòu)成一個(gè)電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng), 同時(shí)設(shè)有監(jiān)控顯示、控制鍵和整定電位器。系統(tǒng)中作為測試裝置動(dòng)力系統(tǒng)的電機(jī)用直流發(fā)電機(jī), 通過電機(jī)控制用單片機(jī)的檢測 控制通道構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng),雙閉環(huán)為

9、電機(jī)電流閉環(huán)控制和電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。當(dāng)需 要測試裝置提供恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)(電機(jī)特性正常工作段一般需要這樣測試 ,按給定轉(zhuǎn)矩 控制電機(jī)電流,電流環(huán)起主要作用,速度環(huán)只是限制最高轉(zhuǎn)速。當(dāng)需要測試裝置提供恒 轉(zhuǎn)速負(fù)載時(shí)(交流異步電機(jī)機(jī)械特性啟動(dòng)階段測試需要如此 ,按給定轉(zhuǎn)速控制電機(jī)轉(zhuǎn) 速,速度環(huán)作為外環(huán)起主要作用,電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)起限制最大電流和抗電壓波動(dòng)干擾的 作用。系統(tǒng)的變流器采用單相全控整流,通過主回路的繼電器切換實(shí)現(xiàn)可逆。設(shè)計(jì)參數(shù) 從實(shí)際設(shè)備得到。單片機(jī)系統(tǒng)通過檢測“測試用發(fā)電機(jī)”的電流和電壓估算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,并顯 示。單片機(jī)系統(tǒng)還要有配套電機(jī)發(fā)熱監(jiān)視和報(bào)警功能,有整個(gè)系統(tǒng)的自檢和保護(hù)功能。1

10、.2 直流電機(jī)調(diào)速方式直流電機(jī)調(diào)速方式主要有調(diào)壓調(diào)速、弱磁調(diào)速、電樞串電阻調(diào)速三類。其中只有弱 磁調(diào)速方法的轉(zhuǎn)速高于額定轉(zhuǎn)速,故在要求調(diào)速范圍較寬、不經(jīng)常逆轉(zhuǎn)、對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)間要 求不高的場合, 常把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速結(jié)合起來應(yīng)用。 主要優(yōu)點(diǎn)是 :調(diào)節(jié)功率小, 控制 方便, 能量損耗小, 調(diào)速平滑性較高。 調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速可以通過脈寬調(diào)制技術(shù) (PWM實(shí)現(xiàn),針對(duì)寬調(diào)速范圍,要求能在額定轉(zhuǎn)速以上和額定轉(zhuǎn)速以下進(jìn)行大范圍調(diào)速,在額 定轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)時(shí), 可采用 PWM 調(diào)壓調(diào)速方法, 具有較硬的機(jī)械特性, 組成閉環(huán)以后, 調(diào)試等也非常方便 ; 在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)節(jié)時(shí)采用弱磁調(diào)速方法, 但在設(shè)計(jì)時(shí)須考慮如下

11、幾 個(gè)問題。(1 存在機(jī)械特性偏軟的問題,須結(jié)合轉(zhuǎn)速閉環(huán)的方法改善系統(tǒng)的機(jī)械特性。(2 存在飛車的危險(xiǎn),限制最小弱磁非常重要。在供電電壓不變時(shí),最小弱磁限定 為常數(shù),當(dāng)電壓波動(dòng)時(shí),最小弱磁限制為一條隨供電電壓變化的曲線。(3 為防止電壓過低時(shí),電機(jī)的工作電流增大,須設(shè)計(jì)電流截止負(fù)反饋。(4 為防止起動(dòng)、停止電流過大,須考慮軟起動(dòng)、軟關(guān)斷保護(hù)系統(tǒng)。綜上所述,控制系統(tǒng)需具有軟起動(dòng),軟關(guān)斷,最小弱磁限制,轉(zhuǎn)速閉環(huán) PI 調(diào)節(jié), 電流截止負(fù)反饋和工作異常保護(hù)等功能。1.3 直流電機(jī)的起動(dòng)直流電機(jī)的接線方式如下圖 1-1所示 圖 1-1 直流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)狀態(tài)下運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)接線圖圖中各部分說明如下:(1 .

12、MD 和 Lf 為被測直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組和勵(lì)磁繞組,使用 RTDJ32直流并勵(lì) 電動(dòng)機(jī),接成他勵(lì)方式使用。(2 . “直流電機(jī)勵(lì)磁電源”和“直流電機(jī)電樞電源”分別取自實(shí)驗(yàn)臺(tái)左邊電源控 制屏中部的相應(yīng)電源輸出端。(3 . “磁粉制動(dòng)器”和“光電碼盤”在電機(jī)導(dǎo)軌左端,他們與被測試電機(jī)同軸連 接。(4 . “轉(zhuǎn)矩檢測、控制及顯示”和“轉(zhuǎn)速檢測及顯示”是實(shí)驗(yàn)臺(tái)上最左端掛箱 RTZN12-3的功能,實(shí)驗(yàn)時(shí)該掛箱通過專用九芯電纜與電機(jī)導(dǎo)軌左端的磁粉制動(dòng)器等連 接,并把磁粉制動(dòng)器勵(lì)磁繞組引到本掛箱的“轉(zhuǎn)矩輸出”端或“轉(zhuǎn)矩給定”端。(5 . “ R1”使用 RTDJ37掛箱最上端的電阻器,兩只電阻串聯(lián)使用,

13、可調(diào)范圍為 “ 01800” 。(6 . “ R2” 使用 RTDJ37掛箱中間的電阻器, 兩只電阻串聯(lián)使用, 可調(diào)范圍為 “ 0 180” 。(7 . “ A1”和“ A2”分別使用 RTZN02掛箱中間和下端的電流表。(1 . 起動(dòng)前的準(zhǔn)備 把勵(lì)磁回路電阻 R1調(diào)到最小, 電樞回路電阻 R2調(diào)到最大, 電樞回路電源調(diào)到最低(逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底 ,關(guān)閉電樞回路電源。把 RTZN12-3掛箱上 的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)到最低(逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底 。(2 . 通電觀察 接通實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源(閉合實(shí)驗(yàn)臺(tái)左側(cè)面的電源總開關(guān) ,按下起動(dòng) 按鈕,觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)有無異常,尤其注意各電表顯示是否正常。(3 . 勵(lì)磁回路通電 打開勵(lì)磁

14、回路電源, 相應(yīng)電流表應(yīng)顯示超過 100mA 的電流。 注意:在以下操作中都應(yīng)保證勵(lì)磁電源是接通的,不再贅述。(4 . 試起動(dòng) 在電樞電源調(diào)到最小和電樞回路電阻 R2最大的雙重保險(xiǎn)下接通電 樞電源, 這時(shí)電機(jī)應(yīng)慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)。 如果轉(zhuǎn)速顯示負(fù)值, 先關(guān)閉電源, 將電機(jī)勵(lì)磁接線端 (或 電樞接線端正負(fù)極對(duì)調(diào),然后再接通電源。把電樞電壓調(diào)到額定值 220V ,電機(jī)應(yīng)能 高速度運(yùn)轉(zhuǎn)。觀察有無異常。(5 . 電樞回路串電阻起動(dòng) 在保證電樞回路串入全部“ 180”電阻的情況下, 突然接通已調(diào)到額定值的電樞電壓,然后再逐漸減小電樞回路電阻到“ 0” 。(6 . 降壓起動(dòng) 把電樞回路電阻切除(減小到“ 0” ,電

15、樞電源電壓調(diào)到最低, 然后打開電樞電源,逐漸升高電壓到額定值。1.4直流電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的機(jī)械特性測試按圖 1-2接線 圖 1-2 直流電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下機(jī)械特性測定實(shí)圖中各部分說明如下:(1 .MD 和 Ldf 為被測直流電動(dòng)機(jī)的電樞繞組和勵(lì)磁繞組,使用 RTDJ34直流并 勵(lì)電動(dòng)機(jī),接成他勵(lì)方式使用。額定電壓 220V ,電流 1.1A ,轉(zhuǎn)速 1500rpm 。(2 .MG 和 Lgf 為作測試設(shè)備使用的直流電機(jī)的電樞繞組和勵(lì)磁繞組, 使用 RTDJ34直流復(fù)勵(lì)發(fā)電機(jī),接成他勵(lì)方式使用。與被測電機(jī)同軸連接。(3 . 電阻 R1=900,選用 RTDJ37上端的電阻。 R2=360=1

16、80+180,選用 RTDJ37中間的電阻和 RTDJ09上端的電阻。 R3=3600=1800+1800, 選用 RTDJ10上端和中間的電阻。 R4=810=450+180+180,選用 RTDJ10下端的電阻(兩只 900并聯(lián) 、 RTDJ09中間的電阻和下端的電阻。(4 . 直流電流表 A1和 A3選用兩只 RTZN02中的小量程電流表, A2和 A4選用 其大量程電表。(5 . “直流電機(jī)勵(lì)磁電源”和“直流電機(jī)電樞電源”分別取自實(shí)驗(yàn)臺(tái)左邊電源控 制屏中部的相應(yīng)電源輸出。(6 . 發(fā)電機(jī)電樞回路里可并聯(lián)一只直流電壓表,用 RTZN02上端的電壓表。第二章 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)

17、選型凌陽 75F 工控單片機(jī)(以下稱 SPMC75F 系列單片機(jī)是凌陽科技公司設(shè)計(jì)開發(fā)的 高性能 16位通用 MCU ,具有很強(qiáng)的抗干擾能力,寬的溫度工作范圍,豐富易用的資源 以及優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。 SPMC75F 系列單片機(jī)采用凌陽科技設(shè)計(jì)開發(fā)的 16位單片機(jī)芯片,其 內(nèi)核采用凌陽科技自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 unSP(Microcontroller and Signal Processor微處理器, 簡寫為 unSP 。它是繼 SPCE061A 之后,凌陽科技在 16位單片機(jī)產(chǎn)品方面的最新產(chǎn)品, 屬于工業(yè)控制級(jí)單片機(jī)。SPMC75F 系列單片機(jī)作為高性能的 16位 MCU 平臺(tái),擁有多種功能模塊,包括高

18、性能的 CPU 內(nèi)核,高效易用的中斷系統(tǒng),可編程的 I/O口,模擬量測量用的 ADC ,外 部通信用的同步與異步串行接口,普通的定時(shí)記數(shù)器等常見的硬件模塊;以及多功能捕 獲比較模塊, BLDC 電機(jī)驅(qū)動(dòng)專用位置偵測接口,兩相增量編碼器接口,能產(chǎn)生各種電 機(jī)驅(qū)動(dòng)波形的 PWM 發(fā)生器等特殊硬件模塊。同時(shí), SPMC75F 系列單片機(jī)可以完成諸 如家電用變頻驅(qū)動(dòng)器,標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)變頻驅(qū)動(dòng)器,變頻電源,多環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等復(fù)雜的應(yīng) 用。在本設(shè)計(jì)中選用 SPMC75F2313A 型單片機(jī), 42引角封裝,用 PWM 波形發(fā)生功能 控制整流電路的導(dǎo)通角 的大小, 用捕獲比較模塊檢測經(jīng)過壓頻轉(zhuǎn)換后的電壓和電流的

19、頻率從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的測量,利用標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)接口(SPI 輸出轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的值 驅(qū)動(dòng) LED 顯示,利用 SPMC75F2313A 的按鍵中斷功能實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入。2. 錯(cuò)誤!未找到引用源。 單片機(jī)接口與外圍電路2. 錯(cuò)誤!未找到引用源。 .1 SPMC75系列單片機(jī)用于電機(jī)控制SPMC75系列單片機(jī)是由凌陽科技 (sunplusTeehnologyCO., Ltd. 設(shè)計(jì)開發(fā)的 16位微控制器芯片,具有變頻專用的 PWM 發(fā)生模塊,其內(nèi)核采用凌陽科技自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的林 nsP 微處理器。 SPMC75系列單片機(jī)繼承了凌陽的漢 nsP 系列單片機(jī)內(nèi)核所獨(dú) 具的處理能力,具備了 DSP 芯片的內(nèi)核特色

20、,它以工業(yè)控制等級(jí)作為基本的標(biāo)準(zhǔn),擁 有優(yōu)良的抗干擾能力 ; 而在控制方面, SPMC75系列單片機(jī)從 I/O端口到定時(shí)器資源,都 強(qiáng)化了控制能力,尤其是電機(jī)控制方面的能力。SPMC75系列單片機(jī)的 UO 端口都具備直接驅(qū)動(dòng) LED 的能力,可以穩(wěn)定、可靠地 對(duì)外圍電路、 芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這使得 SPMC75系列單片機(jī)從一般的使用到端口控制功能 的應(yīng)用,其驅(qū)動(dòng)能力都顯得游刃有余。另外, SPMC75系列單片機(jī)是以工業(yè)控制等級(jí)的 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的,可在一 40 85的環(huán)境下可靠地工作,可以廣泛應(yīng)用于各種 工業(yè)控制產(chǎn)品、家電產(chǎn)品等。SPMC75系列單片機(jī)的定時(shí)器是最具特色的,共擁有 6個(gè) 16

21、位定時(shí)器 (以 SPMC 75F2313A 為例 ,除了兩個(gè)通用的定時(shí)器外,其余四個(gè)特殊功能定時(shí)器則是專門針對(duì)電 機(jī)控制而設(shè)計(jì)的。這三個(gè)特殊功能定時(shí)器分別屬于三種類型,如 MCP 定時(shí)器在 PWM 信號(hào)發(fā)生方面的功能非常強(qiáng)大,有三相六路的 PWM 輸出,可輸入多種類型的 PWM 信 號(hào),用于交流變頻控制、直流變頻控制非常合適 ;PDC 定時(shí)器擁有完整的周期、脈寬捕 獲 (CaPttire功能, 可以作為無刷直流電機(jī) (BLDCM位置偵測模塊, 或作為增量式編碼盤 的接口,直接提供了檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置的接口模塊 ; 而 TPM 定時(shí)器為多功能定時(shí)器, 也一樣提供了獨(dú)立的 16位 PWM 信號(hào)輸入

22、、捕獲功能,擁有完成的 CCP 功能。對(duì)于不需要變頻控制的小功率直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)來說, SPMC75系列單片機(jī)也是 非常適合的。如 SPMC75F2313A 最多可有 n 路獨(dú)立占空比設(shè)置的 PWM 輸入端口,可 以靈活配置來控制電機(jī) ;6通道的 10位 ADC 輸入通道。 可以檢測傳感器信號(hào), 或檢測系 統(tǒng)當(dāng)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的大小 ; 而三個(gè)特殊功能定時(shí)器都具備周期、 脈寬捕獲功能, 適用于 有編碼盤的電機(jī)速度檢測或者一些信號(hào)的檢測2. 錯(cuò)誤!未找到引用源。 .2 SPMC75F2313A的芯片特性(1 高性能的 16位內(nèi)核凌陽 16位林, nSP 處理器 (IsA1.2指令集 ; 具有 2

23、種低功耗模式 :Wai/Standby;具有 片內(nèi)低電壓檢測電路 ; 片內(nèi)基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生模塊 ; 其最高系統(tǒng)頻率 Fck:24MHz (2 片內(nèi)存儲(chǔ)器32K 字 (3216bit 的 Flash ,主要用作程序和常數(shù)表的永久存放 ;2K 字 (2Kx16bit的 SRAM(包括堆棧區(qū) (3 工作溫度 :一 40 85(4 10位 ADC 模塊可編程的轉(zhuǎn)換速率,最大轉(zhuǎn)換速率 1o0K 治 ps; 有 6個(gè)外部輸入通道 ; 可與 PDC 或MCP 等定時(shí)器聯(lián)動(dòng),實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制中的電參量測量(5 串行通訊接口通用異步串行通訊接口田 ART 和標(biāo)準(zhǔn)外圍接口 (SPD33(6 (LQFP44/31(

24、sDIP42個(gè)通用輸入輸出腳(7 可編程看門狗定時(shí)器(8 內(nèi)嵌在線仿真電路 ICE 接口 :可實(shí)現(xiàn)在線仿真、調(diào)試和下載(9 相位捕獲定時(shí)器 PDC PDC(Phase Detection Contral具有兩個(gè) PDC 定時(shí)器 (PDCI和 PDCO; 可同時(shí)處理三路捕獲輸入 ; 可產(chǎn)生三路戶 WM 輸出 (中心對(duì)稱或邊沿方式 ; 具有 BLOCM 驅(qū)動(dòng)的專用位置偵測接口 ; 有兩相增量碼 盤接 口,支持四種工作模式,擁有四倍頻電路 ; 具有 16位定時(shí) l 計(jì)數(shù)器功能(10 MCP(Motor Control PWM定時(shí)器具有一個(gè) MCP 定時(shí)器阿 CP4; 能產(chǎn)生三相六路可編程的 PWM

25、波形 (中心對(duì)稱或邊 沿方式 等 ; 提供 PWM 占空比值同步載入邏輯 ; 可選擇與 PDC 的位置偵測變化同步,實(shí) 現(xiàn)與 PDC 的聯(lián)動(dòng),非常適合電機(jī)控制 ; 可編程的硬件死區(qū)插入功能,死區(qū)時(shí)間可設(shè)定 ; 可編程的錯(cuò)誤和過載保護(hù)邏輯 ; 具有 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器功能(11 TPM定時(shí)器具有一個(gè) TPM 定時(shí)器 (TPMZ;屬于增強(qiáng)型的 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器, 有兩個(gè)獨(dú)立的捕獲 比較模塊,可同時(shí)處理兩路捕獲輸入,可以產(chǎn)生兩路 PWM 波形 (中心對(duì)稱或邊沿方式 從前面介紹的 SPMC75系列單片機(jī)的特點(diǎn)和芯片資源可以看出, 它作為電機(jī)控制用 的 MCU 是非常適合的。 SPMC75系列單片

26、機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器 DSP(如 TI 的 TMS 32OF24O7A 等芯片 相比在功能上毫不遜色,而在易用性及性價(jià)比上則更勝一籌。 SPMC75系列單片機(jī)目前有 SPMC75F2313A 和 SPMC75F2413A 兩個(gè)型號(hào),兩者的區(qū)別 僅僅在于硬件資源上 :后者在沁數(shù)量、 MCP 定時(shí)器數(shù)量等方面較前者有增加,且具有同 時(shí)對(duì)兩個(gè)電機(jī)進(jìn)行變頻控制的能力。本課題根據(jù)實(shí)際需要選用的是價(jià)格更為便宜的 SPMC75F2313A 芯片, 其性能指標(biāo)及硬件資源已完全可以滿足構(gòu)建單個(gè)無刷直流電機(jī)調(diào) 速系統(tǒng)的要求。2. 錯(cuò)誤!未找到引用源。 .3 SDIP42單片機(jī)的接口功能描述及外圍器件: 78 9 表

27、 2-1引腳類型說明: P= 電源; O= 輸出; I/O= 輸入 /輸出; PL= 下拉式輸入; PH= 上 拉式輸入。IOA11、 IOB5、 IOB6、 IOB7端口的復(fù)用功能在 SPMC75F2313A 當(dāng)中是沒有的。 SPMC75單片機(jī)芯片:如圖 2-1所示:圖 2-1外圍電路包括系統(tǒng) SV 模擬和數(shù)字電源、內(nèi)核電源的濾波電路 (即 VDDL 部分,接 上電容到地即可 、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換參考電源、振蕩電路 (SPMC75F2313A的最高運(yùn)行頻率為 24MHz ,本設(shè)計(jì)外部外接 6MHz 的晶體,然后會(huì)由芯片內(nèi)部的PLL 倍頻電路將系統(tǒng)頻率倍頻到 24MHz 和復(fù)位電路。電路分別如圖 a

28、 、 b 、 c 、 d 、 e 所示 2.3數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)電路用于系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及電機(jī)轉(zhuǎn)速顯示。如圖所示,電路用兩片 74HC595串行輸入并 行輸出的鎖存器構(gòu)成顯示驅(qū)動(dòng)接口,顯示的段驅(qū)動(dòng)信號(hào)和位選信號(hào)均由 74HC595提供, 圖中的 8550三極管作擴(kuò)流開關(guān)使用,為數(shù)碼管和 LED 提供公共極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 SPMC75F2313A 通過時(shí)序模擬的方式將顯示所需數(shù)據(jù)送入 74HC595并顯示出來,通信 時(shí)序如圖所示。所有信號(hào)均是低有效,即點(diǎn)亮某段 LED 則相應(yīng)的位選信號(hào)和段驅(qū)動(dòng)信 號(hào)都需為零。 SPMC75F23I3A 每隔 2ms 傳送一次數(shù)據(jù), 一次 13位。 高 5位為位選信號(hào), 低

29、8位為相應(yīng)的段驅(qū)動(dòng)信號(hào)。發(fā)光二極管表示電機(jī)運(yùn)行、停止、錯(cuò)誤等狀態(tài)。數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件,其基本單元是發(fā)光二極管。1、數(shù)碼管的分類數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管, 八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光 二極管單元(多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示 ;按能顯示多少個(gè)“ 8”可分為 1位、 2位、 4位等等 數(shù)碼管;按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是 指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM的數(shù)碼管。 共陽數(shù)碼管在應(yīng)用 時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí),相應(yīng)字段就 點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí),相應(yīng)字段就不亮。 。

30、共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光 二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM的數(shù)碼管。 共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到地線 GND 上,當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí),相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。10當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí),相應(yīng)字段就不亮。2、數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式數(shù)碼管要正常顯示,就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼,從而顯示出我們要 的數(shù)字,因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同,可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng):靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼 都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng),或者使用如 BCD 碼二 -十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單,顯示

31、亮度高,缺點(diǎn)是占用 I/O端口多,如驅(qū)動(dòng) 5個(gè)數(shù) 碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40根 I/O端口來驅(qū)動(dòng), 要知道一個(gè) 89S51單片機(jī)可用的 I/O端口才 32個(gè)呢: ,實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),增加了硬件電路的復(fù)雜 性。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng):數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之 一,動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a , b , c , d , e , f , g , dp 的同名端連在 一起, 另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路, 位選通由各自獨(dú)立的 I/O線控制,當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí),所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼,但究竟是那個(gè)數(shù) 碼管會(huì)顯

32、示出字形,取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制,所以我們只要將需要 顯示的數(shù)碼管的選通控制打開,該位就顯示出字形,沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過 分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM 端,就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動(dòng)態(tài)驅(qū) 動(dòng)。在輪流顯示過程中,每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 12ms ,由于人的視覺暫留現(xiàn)象及 發(fā)光二極管的余輝效應(yīng),盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮,但只要掃描的速度足夠 快,給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù),不會(huì)有閃爍感,動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示 是一樣的,能夠節(jié)省大量的 I/O端口,而且功耗更低。3、數(shù)碼管參數(shù)8字高度:8字上沿與下沿的距離。比外型高度小。通常用英寸來表示

33、。范圍一般 為 0.25-20英寸。長 *寬 *高:長數(shù)碼管正放時(shí),水平方向的長度;寬數(shù)碼管正放時(shí),垂直方 向上的長度;高數(shù)碼管的厚度。時(shí)鐘點(diǎn):四位數(shù)碼管中,第二位 8與第三位 8字中間的二個(gè)點(diǎn)。一般用于顯示時(shí)鐘 中的秒。4、數(shù)碼管應(yīng)用數(shù)碼管使用的電流與電壓電流:靜態(tài)時(shí), 推薦使用 10-15mA ; 動(dòng)態(tài)時(shí), 16/1動(dòng)態(tài)掃描時(shí), 平均電流為 4-5mA , 峰值電流 50-60mA 。電壓:查引腳排布圖,看一下每段的芯片數(shù)量是多少?當(dāng)紅色時(shí),使用 1.9V 乘以 每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù);當(dāng)綠色時(shí),使用 2.1V 乘以每段的芯片串聯(lián)的個(gè)數(shù)。11恒流驅(qū)動(dòng)與非恒流驅(qū)動(dòng)對(duì)數(shù)碼管的影響(1 顯示效果:

34、由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件,其正向壓降的分散性很大,并且還與溫 度有關(guān),為了保證數(shù)碼管具有良好的亮度均勻度,就需要使其具有恒定的工作電流,且 不能受溫度及其它因素的影響。另外,當(dāng)溫度變化時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片還要能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電 流的大小以實(shí)現(xiàn)色差平衡溫度補(bǔ)償。(2 安全性:即使是短時(shí)間的電流過載也可能對(duì)發(fā)光管造成永久性的損壞, 采用恒流驅(qū)動(dòng)電路后 可防止由于電流故障所引起的數(shù)碼管的大面積損壞。另外,我們所采用的超大規(guī)模集成電路還具有級(jí)聯(lián)延時(shí)開關(guān)特性,可防止反向尖峰 電壓對(duì)發(fā)光二極管的損害。超大規(guī)模集成電路還具有熱保護(hù)功能,當(dāng)任何一片的溫度超過一定值時(shí)可自動(dòng)關(guān) 斷,并且可在控制室內(nèi)看到故障顯示

35、。5、數(shù)碼管亮度不均勻的原因關(guān)于亮度一致性的問題是一個(gè)行業(yè)內(nèi)的常見問題。有二個(gè)大的因素影響到亮度一致性。一是使用原材料芯片的選取,一是使用數(shù)碼管時(shí)采取的控制方式。(1 原材料 -芯片的 VF 和亮度和波長是一個(gè)正態(tài)分布,即使篩選過芯片, VF 和亮度和波長已在一個(gè)很小的范圍了,生產(chǎn)出來的產(chǎn)品還是 在一個(gè)范圍內(nèi),結(jié)果就是亮度不一致。(2 要保證數(shù)碼管亮度一樣,在控制方式選取上也有差別最好的辦法是恒流控制,流過每一個(gè)發(fā)光二極管的電流都是相同的,這樣發(fā)光二極 管看起來亮度就是一樣的了。如恒壓控制,則導(dǎo)致 VF 不相同的發(fā)光二極管分到的電流 不相同,所以亮度也不同。當(dāng)然以上二個(gè)條件是相輔相成的。怎樣測

36、量數(shù)碼管引腳,分共陰和共陽 ?找公共共陰和公共共陽首先,我們找個(gè)電源(3到 5伏和 1個(gè) 1K (幾百的也歐的 也行的電阻, VCC 串接個(gè)電阻后和 GND 接在任意 2個(gè)腳上,組合有很多,但總有 一個(gè) LED 會(huì)發(fā)光的找到一個(gè)就夠了, ,然后用 GND 不動(dòng), VCC (串電阻逐個(gè)碰剩下 的腳,如果有多個(gè) LED (一般是 8個(gè) ,那它就是共陰的了。相反用 VCC 不動(dòng), GND 逐個(gè)碰剩下的腳,如果有多個(gè) LED (一般是 8個(gè) ,那它就是共陽的。也可以直接用數(shù) 字萬用表,紅表筆是電源的正極,黑表筆是電源的負(fù)極。如圖 2-2: 圖 2-22.4 鍵盤電路用于對(duì)電機(jī)發(fā)出起動(dòng)、停止等指令。電機(jī)

37、如圖所示,電路由 4個(gè)按鍵和與之相對(duì)應(yīng)的上拉電阻組成。如圖所示,單片機(jī)的 IA4-IA7接口與鍵盤電路相連,在鍵盤上按鍵按下時(shí),電路接 通,相應(yīng)線上電位改變觸發(fā)相應(yīng)中斷,是單片機(jī)開始調(diào)用相應(yīng)子程序來完成鍵盤掃描以 及鍵值輸入。如圖:2-3圖 2-32.5電源電路電源共有兩個(gè) 15V 和 5V 。 15V 電源有正負(fù) 15V 之分,分別由 7815和 7915兩個(gè)芯 片所構(gòu)成。 5V 電源只有正 5V ,由芯片 7805所構(gòu)成。電路如附圖所示,由變壓器輸出的交流電壓經(jīng) D1D4整流, C1、 C2濾波得到一 直流電壓,其中變壓器雙電源的中心抽頭作為公共接地端,然后分別把該直流電壓正負(fù) 極接入 7

38、815的腳和 7915的腳。在輸出端就可得到穩(wěn)定的電壓, 圖 2-4圖 2-52.6 74HC95芯片74HC5 95芯片是 74系列芯片的一種 ,具有速度快、功耗小、操作簡單的特點(diǎn) , 可以很方便地用于單片機(jī)接口進(jìn)行驅(qū)動(dòng) LED 的操作。七段發(fā)光二極管顯示器, 又叫 LED 顯示器, 因其價(jià)格低廉、功耗較小和性能可 靠等優(yōu)點(diǎn), 在各種儀器儀表中得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在市場上出售的專用 LED 驅(qū)動(dòng)器 種類有很多, 且大多數(shù)功能較多, 但價(jià)格相應(yīng)地也較高, 如果用在低成本的簡單系統(tǒng)中, 不僅是一種資源的浪費(fèi), 而且增加了產(chǎn)品的成本。用 74HC595芯片驅(qū)動(dòng) LED 有以下特點(diǎn) : 速度較快,

39、功耗較小, LED 的數(shù)目多少隨意, 既可以控制共陰極的 LED 顯示器, 也可以控制共陽極的 LED 顯示器, 可以軟件控制 LED 的亮度, 還可以在 必要的時(shí)候關(guān)斷顯示 (數(shù)據(jù)保留 , 以減小功耗, 并可隨時(shí)喚醒顯示。用它設(shè)計(jì)的電 路, 不僅軟硬件設(shè)計(jì)簡單, 而且功耗低, 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng), 占用的 I/O口線較少, 是 一種造價(jià)低廉, 應(yīng)用靈活的設(shè)計(jì)方案。74HC595的使用說明 74HC595內(nèi)含 8位串入、串 /并出移位寄存器和 8位三態(tài)輸出 鎖存器。 寄存器和鎖存器分別有各自的時(shí)鐘輸入 (SCLK和 SLCK , 都是上升沿有效。 當(dāng) SCLK 從低到高電平跳變時(shí), 串行輸入數(shù)據(jù) (S

40、DA 移入寄存器 ; 當(dāng) SLCK 從低到高 電平跳變時(shí), 寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器。 清除端 (CLR 的低電平只對(duì)寄存器復(fù)位 (QS為低電平 , 而對(duì)鎖存器無影響。 當(dāng)輸出允許控制 (EN 為高電平時(shí), 并行輸出 (Q0 Q7 為高阻態(tài), 而串行輸出 (QS 不受影響。 74HC595最多需要 5根控制線, 即 SDA 、 SCLK 、 SLCK 、 CLR 和 EN 。其中 CLR 可以直接接到高電平, 用軟件來實(shí)現(xiàn)寄存器 清零 ; 如果不需要軟件改變亮度, EN 可以直接接到低電平, 而用硬件來改變亮度。 把其余三根線和單片機(jī)的 I/O口相接, 即可實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 的控制。數(shù)據(jù)從 SDA

41、 口送入 74HC595, 在每個(gè) SCLK 的上升沿, SDA 口上的數(shù)據(jù)移入寄存器, 在 SCLK 的第 9個(gè)上升沿, 數(shù)據(jù)開始從 QS 移出。如果把第一個(gè) 74HC595的 QS 和第二個(gè) 74HC595的 SDA 相接, 數(shù)據(jù)即移入第二個(gè) 74HC595中, 照此一個(gè)一個(gè)接下去, 可接任意多 個(gè)。數(shù)據(jù)全部送完后, 給 SLCK 一個(gè)上升沿, 寄存器中的數(shù)據(jù)即置入鎖存器。此時(shí) 如果 EN 為低電平, 數(shù)據(jù)即從并口 Q0Q7輸出, 把 Q0Q7與 LED 的 8段相接, LED 就可以實(shí)現(xiàn)顯示了。要想軟件改變 LED 的亮度, 只需改變 EN 的占空比就行了。如圖 2-6所示: 圖 2-6

42、第三章 轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)3.1電機(jī)運(yùn)行的切換控制繼電器的種類很多,因而也有不同的分類方法。一般把繼電器分為直流電磁繼電器、直流電磁繼電器、舌簧繼電器、時(shí)間繼電器和 固態(tài)繼電器五種。若按照用途分有啟動(dòng)繼電器、中間繼電器、步進(jìn)繼電器、限時(shí)繼電器 以及溫度繼電器等。一般有將功率在 25W 以下的繼電器稱為小功率繼電器,把功率在 25 100W 之間的繼電器稱為中功率繼電器,功率在 100W 以上的繼電器稱為大功率繼 電器。按繼電器工作的時(shí)間來分,又把動(dòng)作時(shí)間小于 50ms 的繼電器稱為快速繼電器, 動(dòng)作時(shí)間在 50ms 1s 之間的繼電器稱為標(biāo)準(zhǔn)繼電器, 動(dòng)作時(shí)間大于 1s 的繼電器稱為延

43、時(shí)繼電器。由于我們?cè)O(shè)計(jì)中所用的就是電磁繼電器, 所以下面我介紹以下電磁繼電器在我們?cè)O(shè) 計(jì)中的功能:電磁繼電器是繼電器中應(yīng)用最早、最廣泛的一種繼電器。電磁繼電器一般由鐵心、 電磁線圈、銜鐵、復(fù)位彈簧、觸點(diǎn)、支座及引腳等組成。電磁繼電器的工作原理并不復(fù)雜,它主要時(shí)利用電磁感應(yīng)原理而工作的。當(dāng)線圈通 以電流時(shí),線圈便產(chǎn)生磁場,線圈中間的 鐵心被磁化產(chǎn)生磁力,從而使銜鐵在電磁吸 力的作用下吸向鐵心,此時(shí)銜鐵帶動(dòng)支桿將板簧推開,使兩個(gè)常閉的觸點(diǎn)斷開。當(dāng)斷開 繼電器線圈的電流時(shí),鐵心便失去磁性,銜鐵在板簧的 作用下恢復(fù)初始狀態(tài),觸點(diǎn)則 又閉合。我們?cè)O(shè)計(jì)中選擇了兩個(gè)電磁繼電器來控制電機(jī)。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)開啟繼電

44、器 1,當(dāng)反 轉(zhuǎn)時(shí)開啟繼電器 2,我們所選用繼電器時(shí)時(shí)根據(jù)以下原則來選用的:(1線圈使用電源的選擇:一般情況下,在電路設(shè)計(jì)時(shí)大都采用直流繼電器,也 可以根據(jù)控制電路的特點(diǎn)來考慮繼電器使用電源的種類。 其次要考慮繼電器所消耗的功 率,如果供給繼電器線圈的功率較大,而且由足夠的地方安裝,又對(duì)繼電器的重量沒有 什么特殊要求,則可選用一般小型繼電器;如果設(shè)計(jì)中供給繼電器線圈的功率較小,且 所有設(shè)備是便攜式的,則可選用一般超小型繼電器;對(duì)于微型電子裝置來說,則應(yīng)選用 微型繼電器。我們?cè)O(shè)計(jì)中繼電器所使用的電源為 5V 電源,所以選用小型繼電器。 (2繼電器額定工作電壓的選擇 在使用繼電器時(shí),首先要考慮繼電

45、器所在電路中的工作電源電壓,繼電器工作電壓應(yīng)等于這一電壓,或者電路電源電壓為繼電器工作電 壓的 80%, 也可以保證繼電器正常工作, 但千萬不能使電路中的電源電壓大于繼電器的 額定工作電壓,否則容易損壞繼電器線圈。(3觸點(diǎn)容量的選擇 首先應(yīng)根據(jù)繼電器所控制的電路特點(diǎn)來確定觸點(diǎn)的數(shù)量及 形式,再以觸點(diǎn)控制電路中電流的種類、電壓及電流的大小來選擇觸點(diǎn)容量的大小。觸 點(diǎn)容量的大小時(shí)反映加在觸點(diǎn)上的電壓和通過觸點(diǎn)電流的能力一般觸點(diǎn)的負(fù)載不應(yīng)超 過觸點(diǎn)的容量。例如一只繼電器的容量標(biāo)稱為 DC24/10A,那么這只繼電器的觸點(diǎn)只能 工作在直流電壓為 24V 的電路中,通過觸點(diǎn)的電流最大可以到 10A ,若

46、超過這一規(guī)定, 就由可能燒壞觸點(diǎn)。如圖 3-1圖 3-1(4應(yīng)根據(jù)實(shí)際電路對(duì)被控對(duì)象動(dòng)作的時(shí)間要求,選擇繼電器的動(dòng)作時(shí)間和釋放 時(shí)間。也可以在繼電器電路中附加電子元器件來加速或延緩繼電器的動(dòng)作及釋放時(shí)間, 以滿足不同的要求。圖 2-8(a 所示電路時(shí)附加 RC 加快繼電器動(dòng)作時(shí)間的電路,當(dāng)輸 入電壓時(shí),瞬時(shí)電流可從電容器 C 上通過,使繼電器動(dòng)作加快。當(dāng)電流穩(wěn)定后,從電容 器 C 不再起作用,此時(shí)流過繼電器的電流由電阻器 R 確定。在圖 2-8(b 中,電感器 L 串入繼電器回路,它可以使時(shí)間常數(shù)增大,延緩磁通的增長過程,從而可使繼電器的動(dòng) 作時(shí)間延長。圖 2-8(c 所示電路時(shí)繼電器并聯(lián)二極

47、管電路,當(dāng)斷開電源時(shí),繼電器線 圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢的電流可經(jīng)二極 VD 環(huán)流,延遲繼電器的釋放時(shí)間。圖 2-8(d 所 示電路時(shí)繼電器并聯(lián) RC 電路,當(dāng)斷開電源時(shí),繼電器線圈中的電流經(jīng) RC 放電,使電 流緩慢,從而可延長銜鐵的釋放時(shí)間。 3.2 光電耦合器光電耦合器根據(jù)檢測模式的不同可分為如下幾種:(1反射式光電耦合器將發(fā)光器與光敏器件置于一體內(nèi),發(fā)光器發(fā)射的光被檢測 物反射到光敏器件。(2透射式光電耦合器將發(fā)光器與光敏器件置于相對(duì)的兩個(gè)位置,光速也是在兩 個(gè)相對(duì)的物體之間,穿過發(fā)光器與光敏器件的被檢測物體阻斷光速,并啟動(dòng)受光器。 (3聚焦式光電耦合器將發(fā)光器與光敏器件聚焦于特定距離,只有

48、當(dāng)被檢測物 體出現(xiàn)在聚焦焦點(diǎn)時(shí),光敏器件才會(huì)接受到發(fā)光器發(fā)出的光速。這是我們?cè)O(shè)計(jì)中所 用的光電隔離及驅(qū)動(dòng)器件:如圖 2-5所示:圖 3-23.3 LM331變頻器這種輸入通道結(jié)結(jié)構(gòu)與一般 A/D轉(zhuǎn)換器前向通道結(jié)構(gòu)相似,只不過是將 A/D轉(zhuǎn)換 器改換成 V/F轉(zhuǎn)換器。如圖所示。傳感器一般都是模擬量小信號(hào)電流或電壓輸出,經(jīng)過 信號(hào)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)成能滿足 V/F轉(zhuǎn)換器輸入要求的大電壓信號(hào)。 V/F轉(zhuǎn)換器把這些模擬輸 入電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)餓 TTL 頻率信號(hào),經(jīng)光電耦合后送如計(jì)算機(jī)。同樣可以送入 I/O口、 計(jì)數(shù)器輸入端或中斷源輸入端上。在這類通道中,信號(hào)調(diào)節(jié)器及其前端電路皆為模擬電 路。如圖 3-3所示。圖

49、 3-3使用 V/F轉(zhuǎn)換器用作模 /數(shù)轉(zhuǎn)換具有獨(dú)特的特點(diǎn)。 V/F轉(zhuǎn)換器具有良好的精度、 線性 和積分輸入特性,常能提供其他類型轉(zhuǎn)換器無法達(dá)到的性能在前向通道中,如果采用數(shù)字量傳感器,可以使前向通道成為全數(shù)字通道。如果采 用 V/F轉(zhuǎn)換器代替普通的 A/D轉(zhuǎn)換器,可以大大簡化前向通道。采用 V/F轉(zhuǎn)換器與計(jì) 算機(jī)接口有下列優(yōu)點(diǎn):接口簡單、占用計(jì)算機(jī)資源少。對(duì)于一路模擬信號(hào)只要占用一個(gè)輸入通道。 頻率信號(hào)輸入靈活?？梢暂斎雴纹瑱C(jī)或微處理器的任何一根 I/O口線或作為中斷源 輸入、計(jì)數(shù)輸入等抗干擾性能好。頻率測量本身是一個(gè)計(jì)數(shù)過程。 V/F轉(zhuǎn)換過程是對(duì)輸入信號(hào)的不斷 積分,因而能對(duì)噪聲或變化的輸入

50、信號(hào)進(jìn)行平滑。另外, V/F轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)接口很同意 采用光電隔離。便于遠(yuǎn)距離傳輸。它可以調(diào)制在射頻信號(hào)上,進(jìn)行無線傳播,實(shí)現(xiàn)遙測。調(diào)制成光 脈沖,可用光線傳輸,不受電磁干擾LM331A/LM331電壓 /頻率轉(zhuǎn)換器系列作為一種簡單的廉價(jià)電路很適用于用作模 /數(shù) 轉(zhuǎn)換器、精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、長時(shí)間積分器、線性頻率調(diào)制或解調(diào)及其它功能電路。 LM131A/LM231A/LM331A可得到只有昂貴的電壓 /頻率轉(zhuǎn)換器才會(huì)具有的高水平的精 度溫度特性。另外 LM131還十分適用于低電源電壓的數(shù)字系統(tǒng),在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 中可作為廉價(jià)的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換部件。用電池的電壓 /頻率轉(zhuǎn)換器輸出的頻率可方便地通過光

51、電隔離,從而提供了良好的 共模抑制能力。LM131/LM231/LM331使用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路,在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi) 和低到 4.0伏電源電壓下都有極高的精度。精密定時(shí)電路具有低的偏置電流, 100kHz 電壓 /頻率轉(zhuǎn)換所需的高速響應(yīng)也沒有退化現(xiàn)象。輸出可驅(qū)動(dòng) 3個(gè) TTL 負(fù)載,高壓輸出 可達(dá) 40V ,而且可以防止 Vcc 的短路。性能特點(diǎn):最大線性度為 0.01%;雙電源或單電源工作,單電源可在單 5V 電源下工作;脈沖輸出與所有邏輯形式兼容;最佳溫度穩(wěn)定性,最大值為 正負(fù) 50ppm/攝式度;小功耗, 5V 以下典型值為 15Mm ;寬的動(dòng)態(tài)范圍, 10kHz 滿量程頻率下

52、最小值 100Db ;滿量程頻率范圍:1Hz 100Hz ;電路功能及電路圖LM331V/F轉(zhuǎn)換電路可作為計(jì)算機(jī)模擬電壓輸入通道,它將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖頻 率信號(hào),輸出頻率嚴(yán)格正比于輸入電壓。通過一根 I/O口線或作為中斷源,計(jì)數(shù)輸入。 符合 TTL 標(biāo)準(zhǔn),采用光電耦合,具有良好的抗干擾能力,適用于遠(yuǎn)距離傳輸。V/F轉(zhuǎn)換輸入通道基本結(jié)構(gòu),如圖 2-2所示。 圖 3-4電路工作原理 LM331引腳如圖 2-3和下表 2-1所示。片內(nèi)能隙基準(zhǔn)電路產(chǎn)生 1. 9V直流電壓送到 2腳,并鉗位在 1. 9V上。當(dāng) 2腳外接圖 2LM331引腳 RS+RS,后形成 基準(zhǔn)電流 i=1. 9/(RS+RS,

53、表3-1 圖 3-53.4 運(yùn)算放大器1、運(yùn)算放大器一般可分為通用型、精密型、低噪聲型、高速型、低電壓低功率型、 單電源型等幾種。2、運(yùn)算放大器的基本參數(shù):單 /雙電源工作電壓、電源電流、輸入失調(diào)電壓、輸入 失調(diào)電流、輸入電阻、轉(zhuǎn)換速率、差模輸入電阻、失調(diào)電流溫漂、輸入偏置電流、偏置 電流溫漂、差模電壓增益、共模電壓增益、單位增益帶寬、電源電壓抑制、差模輸入電 壓范圍、 共模輸入電壓范圍、 輸入噪聲電壓、 輸入噪聲電流、 失調(diào)電壓溫漂、 建立時(shí)間、 長時(shí)間溫漂等。不同的運(yùn)算放大器參數(shù)差別很大,使用運(yùn)算放大器前需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)的分析。 下面時(shí)運(yùn)算放大器的主要參數(shù)及計(jì)算公式:直流參數(shù)(1 開環(huán)差

54、模電壓增益 UD A開環(huán)差模電壓增益簡稱開環(huán)增益, 它是指運(yùn)算放大器在沒有外加反饋環(huán)路且工作在低頻時(shí)的增益,即 =od A (/-+-U U U式中:U 運(yùn)算放大器輸出電壓變化量+U 運(yùn)算放大器同相端輸入電壓-U 運(yùn)算放大器反相端輸入電壓一個(gè)理想的運(yùn)算放大器, 其開環(huán)增益應(yīng)為無窮大。 但運(yùn)算放大器很少使用開環(huán)使用, 一般都要加反饋電路,因此該參數(shù)主要用來說明運(yùn)算精度。 UD A 越大,越穩(wěn)定,運(yùn)算精 度也就越高。(2 輸入失調(diào)電壓 IO U UIO 理想的運(yùn)算放大器,當(dāng)輸入電壓 0=-+U U 時(shí),輸出電壓 00=U 。但對(duì)于 實(shí)際的運(yùn)算放大器,由于種種原因,當(dāng) 0=-+U U 時(shí), 00U

55、。反過來講,如果想要 使 00=U ,則必須在輸入端加上一個(gè)很小的補(bǔ)償電容 IO U ,這個(gè)電壓就稱為失調(diào)電壓。 顯然,這個(gè)電壓越小,表示運(yùn)算放大器的性能越好。(3 輸入失調(diào)電壓溫度系數(shù)在一定溫度范圍內(nèi), 輸入失調(diào)電壓的變化量與溫度變化量的比值定義為輸入失調(diào)電 壓的溫度系數(shù),一般表示為1212/ ( (/T T T U T U T U IO IO IO U IO -=式中: (1T U IO 溫度為 1T 時(shí)的輸入失調(diào)電壓;22(2T U IO 溫度為 2T 時(shí)的輸入失調(diào)電壓。通用型運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓溫度系數(shù) UIO 為C V 0/ 2010(-;高精度運(yùn)算 放大器約為C V 0/1。

56、(4 輸入失調(diào)電壓 IO I當(dāng)運(yùn)算放大器直流輸出為零時(shí),兩輸入端輸入偏置電流之差稱為輸入失調(diào)電流。它 一般為零點(diǎn)幾微安至微安。(5 輸入偏置電流 IB I當(dāng)運(yùn)算放大器直流輸出為零時(shí), 兩個(gè)輸入端靜態(tài)偏置電流的平均值稱為輸入偏置電 流,即2/21IB IB IB I I I +=雙極型三極管作為輸入級(jí)的集成預(yù)算放大器的輸入偏置電流 IB I 為 10nA 10A ; 場效應(yīng)三極管作為輸入級(jí)的集成運(yùn)算放大器的輸入偏置電流 IB I 一般小于 1nA 。(6 共模抑制比 CMR K 理想的運(yùn)算放大器, 對(duì)于共模輸入電壓不會(huì)產(chǎn)生輸出電壓, 就是說, 只要,-+=U U , 00=U 。但實(shí)際上,同相輸入端和反相輸入端的電壓不可能完全相同,因此也就不能完 全抵消共模輸入電壓。如果以 jcm U 為共模輸入電壓,且 -+=u u U jcm ;而輸出電壓為,則共模電壓增益為oCM jCM CM U U A /=如果對(duì)應(yīng)的開環(huán)增益為,則共模抑制比為CM U D CMR A A K /=若以分貝表示,則CM U D CMR A A dB K /lg 20 (=一般希望越大越好,通常為 CMR K 為 70 80dB 。(7最大輸出電壓 OPP U最大輸出電壓時(shí)指在一定的負(fù)載和非線性條件下, 集成運(yùn)算放大器輸出的最大電壓 幅度。(8最大共模輸入電壓 ICM U如果不斷增加運(yùn)