機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（說 明 書）題 目：機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 姓 名： 石 星 雨 編號(hào)：工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012 年 5 月 20 日工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） 任 務(wù)書 石星雨 專業(yè) 機(jī)電一體化 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 2012 年 2 月 20 日設(shè)計(jì)（論文）開始日期 2012 年 2 月 26 日設(shè)計(jì)（論文）完成日期 2012 年 5 月 20 日設(shè)計(jì)（論文）題目： 機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) A 編制設(shè)計(jì)B 設(shè)計(jì)專題（畢業(yè)論文） 指 導(dǎo) 教 師 孔令雪 系(部)主 任年 月 日 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)記錄 電力工程 系 機(jī)電一

2、體化 專業(yè)，學(xué)生 2012 于年月日進(jìn)行了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯。設(shè)計(jì)題目：機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)專題（論文）題目：指導(dǎo)老師：答辯委員會(huì)根據(jù)學(xué)生提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）材料，根據(jù)學(xué)生答辯情況，經(jīng)答辯委員會(huì)討論評(píng)定，給予學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?yōu)?。答辯委員會(huì)人，出席人答辯委員會(huì)主任（簽字）：答辯委員會(huì)副主任（簽字）：答辯委員會(huì)委員：， ， ， 工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語第頁共頁學(xué)生：專業(yè) 年級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：評(píng)閱 人：指導(dǎo)教師： （簽字） 年 月 日成 績(jī)：系（科）主任： （簽字） 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與答辯評(píng)語：29 / 37機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

3、的設(shè)計(jì)摘 要提出一種新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)、閥位與速度控制原理以與各種關(guān)鍵問題的解決方法。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用機(jī)電一體化技術(shù)，將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，利用異步電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)閥門的開與關(guān)。采用單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)、變頻技術(shù)，通過置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法，實(shí)現(xiàn)了閥門的動(dòng)作速度、精確定位、閥門柔性開關(guān)以與電機(jī)轉(zhuǎn)矩等控制。該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)省去了用于控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅換向開關(guān)模塊、機(jī)械傳動(dòng)裝置和復(fù)雜、昂貴的控制柜和配電柜，具有動(dòng)作快、保護(hù)完善以與便于和計(jì)算機(jī)通訊等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際運(yùn)行表明，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定，性能可靠。關(guān)鍵詞：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥

4、門、位置控制、變頻技術(shù)、AbstractThe present paper presents a new type of electric actuators, the design of detailed introduces each functor selection and design, the valve position and speed control principle and all key the solution to the problem. The author design of large discharge and electric actuators, a

5、dopt the electromechanical integration technology, valve, servo motor, controller xed, use asynchronous motor driven directly valve opening and closing. USES the monolithic application technology, frequency conversion technology, through the built-in inverter, the fuzzy neural network control algori

6、thm, realize the valve movement speed, accurate positioning, flexible switch valve and motor torque control, etc. The electric actuators are used to control motor is omitted, the reversal of the contactor and silicon controlled directional control switch module, mechanical transmission device and co

7、mplicated or costly cabinet and distribution cabinets, have fast, protection is comparatively perfect, facilitate and computer networking, etc. Practical application shows that the actuators work stable, reliable performance.Key words：Electric actuators、valves、position control、frequency conversion t

8、echnology目 錄摘要Abstract第一章電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)與工作原理11.1 單片機(jī)11.1.1MCS-51 8031單片機(jī)部結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)21.1.2 單片機(jī)外部引腳31.2 三相PWM波發(fā)生器41.3 智能逆變模塊IPM51.3.1 智能逆變模塊IPM的用途51.3.2 IPM的結(jié)構(gòu)61.3.3 IPM的外部驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)71.3.4 IPM的保護(hù)電路設(shè)計(jì)81.3.5 IPM的緩沖電路設(shè)計(jì)91.3.6 IPM在單相全橋逆變器中的應(yīng)用101.4位置檢測(cè)電路111.5 電壓與電流檢測(cè)111.6 通訊接口131.7 時(shí)鐘電路141.7.1 DS12887主要功能簡(jiǎn)介151.7.2 原理與

9、引腳說明151.7.3 部功能161.7.4 狀態(tài)控制寄存器171.8 液晶顯示單元181.8.1 模塊工作原理181.8.2 液晶模塊的應(yīng)用201.9 程序出格自恢復(fù)電路21第二章 閥位與速度控制原理23第三章 關(guān)鍵技術(shù)問題的解決253.1 閥門柔性開關(guān)253.2電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)263.3 準(zhǔn)確定位273.4 模擬信號(hào)的隔離29結(jié)束語30參考文獻(xiàn)31第一章 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)與工作原理電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)原理。智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分?？刂撇糠种饕蓡纹瑱C(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測(cè)和報(bào)警電路等組成。執(zhí)行

10、驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺報(bào)電機(jī)和位置傳感器。系統(tǒng)工作原理：霍爾電流、電壓傳感器與位置傳感器檢測(cè)到的逆變模塊三相輸出電流、電壓與閥門的位置信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)通過8255控制PWM波發(fā)生器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速以與閥位控制。逆變模塊工作時(shí)所需要的直流電壓信號(hào)由整流電路對(duì)380V電源進(jìn)行全橋整流得到?？刂葡到y(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)。1.1 單片機(jī)MCS-51把微型計(jì)算機(jī)的主要部件都集成在一塊心片上，使得數(shù)據(jù)傳送距離大大縮短，可靠性更高，運(yùn)行速度更塊。由于屬于芯片化的微型計(jì)算機(jī)，各功能部件在芯片中的布局和結(jié)構(gòu)達(dá)最優(yōu)化，抗干擾能力加強(qiáng)，工作亦

11、相對(duì)穩(wěn)定。因此，在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中，使用單片機(jī)是最理想的選擇。單片機(jī)屬于典型的嵌入式系統(tǒng)，所以它是低端控制系統(tǒng)最佳器件。MCS-51的開發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富，介紹其功能特性書籍和開發(fā)軟件隨處可取，只需配備一臺(tái)PC（個(gè)人電腦對(duì)電腦的配置基本上無要求），一臺(tái)仿真編程器即可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)，早期的開發(fā)軟件多使用DOS版本，隨著Windows視窗軟件的普與，現(xiàn)在幾乎都使用Windows版本，并且軟件種類繁多，琳瑯滿目，在眾多的單片機(jī)品種中，C51的環(huán)境資源是最豐富的，這給C51用戶帶來極大的便利。選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機(jī)，它主要通過并行8255口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理：接收系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)

12、矩、閥門開啟、關(guān)閉與閥門開度等設(shè)定信號(hào)，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號(hào)；處理IPM發(fā)出的故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測(cè)信號(hào)；提供顯示電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號(hào)，向控制系統(tǒng)反饋信號(hào)。1.1.1MCS-51 8031單片機(jī)部結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)CPU(運(yùn)算器)（控制器）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAMP1P2程序存儲(chǔ)器ROMEPROMMP1P3串行口定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器（SFR）圖1.1為INTER MCS-51 8031單片機(jī)部結(jié)構(gòu)圖1、中央處理單元（8位）:數(shù)據(jù)處理、測(cè)試位，置位，復(fù)位,位操作;2、只讀存儲(chǔ)器（4KB或8KB）:永久

13、性存儲(chǔ)應(yīng)用程序，掩模ROM、EPROM、EEPROM;3、隨機(jī)存取存（128B、128B SFR）:在程序運(yùn)行時(shí)存儲(chǔ)工作變量和資料;4、并行輸入/輸出口（I / O）（32條）:作系統(tǒng)總線、擴(kuò)展外存、I / O接口芯片;5、串行輸入/輸出口（2條）:串行通信、擴(kuò)展I / O接口芯片;6、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（16位、加1計(jì)數(shù)）:計(jì)滿溢出、中斷標(biāo)志置位、向CPU提出中斷請(qǐng)求，與CPU之間獨(dú)立工作;7、時(shí)鐘電路:振、外振;8、中斷系統(tǒng):五源中斷、2級(jí)優(yōu)先。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：MCS-51系列單片機(jī)為哈佛結(jié)構(gòu)（而非普林斯頓結(jié)構(gòu)）1、ROM：4KB2、RAM：128B3、外ROM：64KB4、外RAM：64KB5、I

14、/ O線： 32根（4埠，每埠8根）6、定時(shí)/計(jì)數(shù)器：2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器7、串行口：全雙工，2 根8、寄存器區(qū)：工作寄存器區(qū)、在128B RAM中，分4個(gè)區(qū)，9、中斷源：5源中斷，2級(jí)優(yōu)先10、堆棧：最深128B11、布爾處理機(jī)：位處理機(jī)，某位單獨(dú)處理12、指令系統(tǒng)：五大類，111條。1.1.2 單片機(jī)外部引腳MCS-51 8031單片圖1.2為INTER MCS-51 8031單片機(jī)外部引腳結(jié)構(gòu)圖1、主電源引腳：Vss、Vcc。2、外接晶振引腳：XTAL1 、 XTAL2。3、控制或復(fù)位引腳： RST / VPD 兩個(gè)機(jī)器周期高電平，單片機(jī)復(fù)位。P0-P3 口：輸出高電平SP ：

15、07HSFR、PC： 清0不影響RAM狀態(tài)，機(jī)器從0地址開始執(zhí)行。ALE / PROG ：地址鎖存控制端提供1/6 fosc振蕩頻率，輸入編程脈沖EPROMPSEN：外部程序存的讀選通信號(hào)端。EA / VPP：EA = 1 ，訪問部程序存當(dāng)PC值超過ROM圍（0FFFH）時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)執(zhí)行外部存的程序EA = 0 ， 只訪問外部程序存。對(duì)8751機(jī)，可施加21V編程電源（Vpp）4、輸入/輸出引腳：P0-P3：四個(gè)I / O口，每口8線，共同32線。1.2 三相PWM波發(fā)生器三相PWM波發(fā)生器PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照

16、不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)，并存入存，然后通過查表與必要的計(jì)算產(chǎn)生PWM波，這種方法占用的存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號(hào)，保證微處理器有足夠的時(shí)間進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測(cè)、保護(hù)、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口，芯片部包含了波形、頻率、幅值等控制信息的功能特點(diǎn):控制技術(shù)是通過控制電路按一定規(guī)律來控制開關(guān)管的通斷,以得到一組等幅而不等寬的矩形脈沖波形并使其逼近正弦電壓波形。其方法有模擬方法和數(shù)字方法兩種，其中模擬方法的電路比較復(fù)雜,且有溫漂現(xiàn)象，會(huì)影響

17、精度,降低系統(tǒng)的性能。數(shù)字方法則是按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各切換點(diǎn)并將其存入存,然后通過查表與必要的計(jì)算生成波，因此數(shù)字方法受存影響較大,且與系統(tǒng)精度之間存在著矛盾。是英國公司生產(chǎn)的全數(shù)字化三相發(fā)生器，它頻率圍寬、精度高，并可與微處理器進(jìn)行接口,同時(shí)能夠完成外圍控制功能,因而可實(shí)現(xiàn)智能化。中的每相輸出控制電路均由脈沖取消和脈沖延時(shí)電路構(gòu)成。脈沖取消電路用于去掉脈沖寬度小于取消時(shí)間的脈沖，以保證最小輸出脈沖寬度大于器件的開關(guān)周期。延時(shí)電路可保證死區(qū)間隔，其作用是在改變?nèi)我幌嘀袃蓚€(gè)開關(guān)器件的狀態(tài)時(shí)提供一個(gè)較短的延遲時(shí)間，以使這段時(shí)間里的兩個(gè)開關(guān)都處于關(guān)狀態(tài)，從而防止在轉(zhuǎn)換瞬間橋臂開關(guān)元件出現(xiàn)

18、共通（兩個(gè)開關(guān)在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間造成直通短路）現(xiàn)象。在軟件的主程序中初始化命令和控制命令的參數(shù)計(jì)算與設(shè)置主要用來確定頻率調(diào)節(jié)圍、死區(qū)時(shí)間、輸出電壓幅值和中心頻率等。軟啟動(dòng)決定著系統(tǒng)開機(jī)時(shí)輸出電壓由低逐漸升高的緩變過程。電壓、頻率調(diào)整主要是將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算處理后去控制輸出的電壓和頻率。過載保護(hù)程序的作用是在外接負(fù)載達(dá)到額定負(fù)載的時(shí),能使系統(tǒng)在延時(shí)一段時(shí)間后關(guān)閉，以達(dá)到關(guān)斷輸出的目的。短路保護(hù)程序可在外接負(fù)載大于額定負(fù)載時(shí),立即關(guān)閉系統(tǒng)。由于本電路采用單片機(jī)與三相集成電路來進(jìn)行設(shè)計(jì),因而其控制電路大為簡(jiǎn)化,器件減少，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)也進(jìn)一步降低了成本,提高了可靠性。1.3 智能逆變模塊IPMIPM（I

19、ntelligent Power Module）,即智能功率模塊，不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動(dòng)電路集成在一起。而且還藏有過電壓，過電流和過熱等故障檢測(cè)電路，并可將檢測(cè)信號(hào)送到CPU。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動(dòng)電路以與快速保護(hù)電路構(gòu)成。即使發(fā)生負(fù)載事故或使用不當(dāng)，也可以保證IPM自身不受損壞。IPM一般使用IGBT作為功率開關(guān)元件，藏電流傳感器與驅(qū)動(dòng)電路的集成結(jié)構(gòu)。IPM以其高可靠性，使用方便贏得越來越大的市場(chǎng)，尤其適合于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的變頻器和各種逆變電源，是變頻調(diào)速，冶金機(jī)械，電力牽引，伺服驅(qū)動(dòng)，變頻家電的一種非常理想的電力電子器件。1.3.1 智能逆變模塊IPM的用途智能逆變模塊IPM為了

20、滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機(jī)電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要適用功率小于55kW的三相異步電機(jī)，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為075。經(jīng)計(jì)算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路、制動(dòng)電路于一體，并置過電流、短路、欠電壓和過熱保護(hù)以與報(bào)警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)器件。智能功率模塊(Intelligent Power Module,IPM)以開關(guān)速度快、損耗小、功耗低、有多種保護(hù)功能、抗干擾能力強(qiáng)、無須采取防靜電措施、體積小等優(yōu)點(diǎn)在電力電子領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。以PM200DSA060型IPM為例。介紹I

21、PM應(yīng)用電路設(shè)計(jì)和在單相逆變器中的應(yīng)用。1.3.2 IPM的結(jié)構(gòu)IPM由高速、低功率IGWT、優(yōu)選的門級(jí)驅(qū)動(dòng)器與保護(hù)電路構(gòu)成。其中,IGBT是GTR和MOSFET的復(fù)合,由MOSFET驅(qū)動(dòng)GTR,因而IPM具有GTR高電流密度、低飽和電壓、高耐壓、MOSFET高輸入阻抗、高開關(guān)頻率和低驅(qū)動(dòng)功率的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)部功率電路配置情況,IPM有多種類型,如PM200DSA060型：IPM為D型(部集成2個(gè)IGBT)其部功能框圖如圖1-3所示,部結(jié)構(gòu)如圖1-4所示。有驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路,保護(hù)功能有控制電源欠壓鎖定保護(hù)、過熱保護(hù)、過流保護(hù)和短路保護(hù),當(dāng)其中任一種保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)。IPM將輸出故障信號(hào)FO。圖1.3

22、IPM的部功能框圖圖1.4 IPM的部結(jié)構(gòu)IPM部電路不含防止干擾的信號(hào)隔離電路、自保護(hù)功能和浪涌吸收電路。為了保證IPM安全可靠。需要自己設(shè)計(jì)部分外圍電路。1.3.3 IPM的外部驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)IPM的外部驅(qū)動(dòng)電路是IPM部電路和控制電路之間的接口,良好的外部驅(qū)動(dòng)電路對(duì)以IPM構(gòu)成的系統(tǒng)的運(yùn)行效率、可靠性和安全性都有重要意義。由IPM部結(jié)構(gòu)圖可見器件本身含有驅(qū)動(dòng)電路所以只要提供滿足驅(qū)動(dòng)功率要求的PWM信號(hào)、驅(qū)動(dòng)電路電源和防止干擾的電氣隔離裝置即可。但是IPM對(duì)驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓的要求很嚴(yán)格：驅(qū)動(dòng)電壓圍為135V165V電壓低于135V將發(fā)生欠壓保護(hù)電壓高于165V可能損壞部部件;驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率為5

23、Hz-20kHz,且需采用電氣隔離裝置。防止干擾：驅(qū)動(dòng)電源絕緣電壓至少是IPM極間反向耐壓值的2倍(2Vces);驅(qū)動(dòng)電流達(dá)19mA一26mA;驅(qū)動(dòng)電路輸出端的濾波電容不能太大這是因?yàn)楫?dāng)寄生電容超過100pF時(shí)。噪聲干擾將可能誤觸發(fā)部驅(qū)動(dòng)電路。圖1.5所示是一種典型的高可靠性IPM外部驅(qū)動(dòng)電路方案。來自控制電路的PWM信號(hào)經(jīng)R1限流再經(jīng)高速光耦隔離并放大后接IPM部驅(qū)動(dòng)電路并控制開關(guān)管工作,FO信號(hào)也經(jīng)過光耦隔離輸出。其中每個(gè)開關(guān)管的控制電源端采用獨(dú)立隔離的穩(wěn)壓。15V電源,且接1只10F的退耦電容器(圖中未畫出)以濾去共模噪聲。Rl根據(jù)控制電路的輸出電流選取如用DSP產(chǎn)生PWM則R1的阻值可

24、為330。R2根據(jù)IPM驅(qū)動(dòng)電流選值,一方面應(yīng)盡可能小以避免高阻抗IPM拾取噪聲另一方面又要足夠可靠地控制IPM?？稍?k68k選取。C1為2端與地間的O1F濾波電容器,PWM隔離光耦的要tPLH<O8F,trm<08F,CMR>10kVs,可選用HCPIA503型、HCPIA504型、PS204l型(NEC)等高速光耦,且在光耦輸入端接1只O1的退耦電容器(圖中未畫出)。FO輸出光耦可用低速光耦(如PC817)。IPM的部引腳功能如表1所示。圖1.5 IPM的外部驅(qū)動(dòng)電路和引腳連接示意圖圖1.5的外部接口電路直接固定在PCB上且靠近模塊輸入腳以減少噪聲和干擾PCB上布線的距

25、離應(yīng)適當(dāng),避免開關(guān)時(shí)干擾引起的電位變化。另外,考慮到強(qiáng)電可能造成外部驅(qū)動(dòng)電路到IPM引線的干擾,可以在引腳14間,3-4間,4-5間根據(jù)干擾大小加濾波電容器。1.3.4 IPM的保護(hù)電路設(shè)計(jì)由于，IPM本身提供的保護(hù)電路不具備自保護(hù)功能所以要通過外圍硬件或軟件的輔助電路將部提供的：FO信號(hào)轉(zhuǎn)換為封鎖IPM的控制信號(hào)關(guān)斷IPM,實(shí)現(xiàn)保護(hù)。1. 硬件IPM有故障時(shí),FO輸出低電平,通過高速光耦到達(dá)硬件電路,關(guān)斷PWM輸出,從而達(dá)到保護(hù)IPM的目的。具體硬件連接方式如下：在PWM接口電路前置帶控制端的3態(tài)收發(fā)器(如74HC245)。PWM信號(hào)經(jīng)過3態(tài)收發(fā)器后送至IPM接口電路IPM的故障輸出信號(hào)FO

26、經(jīng)光耦隔離輸出送入與非門。再送到3態(tài)收發(fā)器使能端OE。IPM正常工作時(shí)與非門輸出為低電平。3態(tài)收發(fā)器選通;IPM有故障時(shí)。與非門輸出為高電平。3態(tài)收發(fā)器所有輸出置為高阻態(tài)。封鎖各個(gè)IPM的控制信號(hào)關(guān)斷IPM實(shí)現(xiàn)保護(hù)。2. 軟件IPM有故障時(shí)FO輸出低電平,FO信號(hào)通過高速光耦送到控制器進(jìn)行處理。處理器確認(rèn)后。利用中斷或軟件關(guān)斷IPM的PWM控制信號(hào)從而達(dá)到保護(hù)目的。如在基于DSP控制的系統(tǒng)中利用事件管理器中功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)引腳(PDPINT)中斷實(shí)現(xiàn)對(duì)IPM的保護(hù)。通常1個(gè)事件管理器嚴(yán)生的多路PWM可控制多個(gè)IPM工作其中每個(gè)開關(guān)管均可輸出FO信號(hào),每個(gè)開關(guān)管的FO信號(hào)通過與門當(dāng)任一開關(guān)管有故障時(shí)

27、輸出低電平,與門輸出低電平將該引腳連至PDPINT,由于PDPINT為低電平時(shí)DSP中斷,所有的事件管理器輸出引腳均被硬件設(shè)置為高阻態(tài),從而達(dá)到保護(hù)目的。以上2種方案均利用IPM故障輸出信號(hào)封鎖IPM的控制信號(hào)通道因而彌補(bǔ)了IPM自身保護(hù)的不足,有效地保護(hù)了器件。1.3.5 IPM的緩沖電路設(shè)計(jì)在IPM應(yīng)用中,由于高頻開關(guān)過程和功率回路寄生電感等疊加產(chǎn)生的didt、dvdt和瞬時(shí)功耗會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生較大的沖擊,易損壞器件因此需設(shè)置緩沖電路(即吸收電路),目的是改變器件的開關(guān)軌跡,控制各種瞬態(tài)過壓,降低器件開關(guān)損耗保護(hù)器件安全運(yùn)行。圖1-6為常用的3種IPM緩沖電路。圖1-6(a)為單只無感電容器構(gòu)

28、成的緩沖電路,對(duì)瞬變電壓有效且成本低,適用于小功率IPM。圖1-6(b)為RCD構(gòu)成的緩沖電路,適用于較大功率IPM緩沖二極管D可箝住瞬變電壓,從而抑制由于母線寄生電感可能引起的寄生振蕩。其RC時(shí)間常數(shù)應(yīng)設(shè)計(jì)為開關(guān)周期的13,即r=T3=13f。圖1-6(c)為P型RCD和N型RCD構(gòu)成的緩沖電路,適用于大功率IPM。功能類似于圖1-6(b)所示的緩沖電路,其回路電感更小。若同時(shí)配合使用圖1-6(a)所示的緩沖電路。還能減小緩沖二極管的應(yīng)力,緩沖效果更好。圖1.6 常用的IMP緩沖電路在圖1.6中,當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)負(fù)載電流經(jīng)緩沖二極管向緩沖電容器充電,同時(shí)集電極電流逐漸減少,由于電容器二端的電

29、壓不能突變所以有效地限制了IGBT集電極電壓上升率dvdt。也避免了集電極電壓和集電極電流同時(shí)達(dá)到最大值。IGBT集電極母線電感、電路與其元件部的雜散電感在IGBT開通時(shí)儲(chǔ)存的能量,這時(shí)儲(chǔ)存在緩沖電容器中。當(dāng)IGBT開通時(shí),集電極母線電感以與其他雜散電感又有效地限制了IGBT集電極電流上升率didt同樣也避免了集電極電壓和集電極電流同時(shí)達(dá)到最大值。此時(shí),緩沖電容器通過外接電阻器和IGBT開關(guān)放電,其儲(chǔ)存的開關(guān)能量也隨之在外接電阻器和電路、元件部的電阻器上耗散。如此,便將IGBT運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的開關(guān)損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路最后在相關(guān)電阻器上以熱的形式耗散,從而保護(hù)IGBT安全運(yùn)行。圖1.6中的電阻值和電容

30、值按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取：如PM200DSA060的電容值為0221xF-047xF,耐壓值是IGBT的11倍-15倍,電阻值為1020,電阻功率按P=fCU2xlO-6計(jì)算,其中f為IGBT工作頻率,u為IGBT的工作峰值電壓。C為緩沖電路與電阻器串聯(lián)電容。二極管選用快恢復(fù)二極管。為了保證緩沖電路的可靠性,可以根據(jù)功率大小選擇封裝好的圖1-6所示的緩沖電路。另外,由于母線電感、緩沖電路與其元件部的雜散電感對(duì)IPM尤其是大功率IPM有極大的影響,因此愈小愈好。要減小這些電感需從多方面人手：直流母線要盡量地短;緩沖電路要盡可能地靠近模塊;選用低電感的聚丙烯無極電容器、與IPM相匹配的快速緩沖二極管與無感

31、泄放電阻器。1.3.6 IPM在單相全橋逆變器中的應(yīng)用圖1-7所示的單相全橋逆變電路主要由逆變電路和控制電路組成。逆變電路包括逆變?nèi)珮蚝蜑V波電路,其中逆變?nèi)珮蛲瓿芍绷鞯浇涣鞯淖儞Q濾波電路濾除諧波成分以獲得需要的交流電;控制電路完成對(duì)逆變橋中開關(guān)管的控制并實(shí)現(xiàn)部分保護(hù)功能。圖1.7 單相全橋逆變電路圖中的逆變?nèi)珮蛴?個(gè)開關(guān)管和4個(gè)續(xù)流二極管組成,工作時(shí)開關(guān)管在高頻條件下通斷開關(guān)瞬間開關(guān)管電壓和電流變大,損耗大,結(jié)溫升高,加上功率回路寄生電感、振蕩與噪聲等極易導(dǎo)致開關(guān)管瞬間損壞,以往常用分立元件設(shè)計(jì)開關(guān)管的保護(hù)電路和驅(qū)動(dòng)電路,導(dǎo)致電路龐大且不可靠。筆者采用一對(duì)PM200DSA060雙單元IPM模塊

32、分別代替圖中Vl、D1、V2、D2組合和V3、D3、v4、D4組合構(gòu)成全橋逆變電路,利用DSP對(duì)IPM的控制,完成了中頻率20kW、230V逆變器的設(shè)計(jì)和調(diào)試,采用了如上所述的驅(qū)動(dòng)電路、中的緩沖電路和基于DSP控制的軟件IPM保護(hù)電路。設(shè)計(jì)實(shí)踐表明：使用IPM可簡(jiǎn)化系統(tǒng)硬件電路、縮短系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間、提高可靠性、縮小體積,提高保護(hù)能力。1.4位置檢測(cè)電路位置檢測(cè)電路的位置檢測(cè)電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準(zhǔn)確的位置信號(hào)。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用繞線電位器、差動(dòng)變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動(dòng)變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受

33、到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點(diǎn)的，壽命也不可能很長(zhǎng)，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點(diǎn)的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點(diǎn)。1.5 電壓與電流檢測(cè)檢測(cè)電壓、電流主要是為了計(jì)算電機(jī)的力矩，以與變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率圍為050Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測(cè)IPM輸出的三相電流，對(duì)于IPM輸出電壓的檢測(cè)采用分壓電路。圖1.8 IPM輸出電流和電壓檢測(cè)IPM的主要特點(diǎn)：IPM是將主開關(guān)器件、續(xù)流二極管、驅(qū)

34、動(dòng)電路、過電流保護(hù)電路、過熱保護(hù)電路和短路保護(hù)電路以與驅(qū)動(dòng)電源不足保護(hù)電路、接口電路等集成在同一封裝，形成的高度集成的智能功率集成電路。它的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在控制功能、保護(hù)功能和接口功能方面。 (1)驅(qū)動(dòng)電路：在IPM部設(shè)置了高性能的驅(qū)動(dòng)電路，具有出現(xiàn)故障后自動(dòng)軟關(guān)斷IGBT的功能，同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)緊湊，驅(qū)動(dòng)電路與IGBT之間距離極短，抗干擾能力強(qiáng)，輸出阻抗又很低，不需要加反偏壓，簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路電源，僅需提供1組下橋臂的公共電源和3組上橋臂的獨(dú)立“浮地”電源。 (2)欠電壓保護(hù)每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路都具有欠電壓(W)保護(hù)功能。無論什么原因，只要驅(qū)動(dòng)電路電源電壓認(rèn)c低于欠電壓閡值yuv時(shí)間超過10ms，IPM就

35、會(huì)關(guān)斷，同時(shí)輸出一個(gè)故障報(bào)警信號(hào)。 (3)過熱保護(hù)：UM部絕緣基板上設(shè)有溫度傳感器，當(dāng)溫度超過過熱斷開闊值時(shí)，IPM部的保護(hù)電路就會(huì)阻止門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，不接受控制輸入信號(hào)，直至過熱現(xiàn)象消失，保護(hù)器件不受損壞，同時(shí)輸出過熱故障信號(hào)。當(dāng)溫度下降到過熱復(fù)位網(wǎng)值時(shí)，電路自動(dòng)恢復(fù)正常工作。 (4)過電流、短路保護(hù)：IPM中的IGBT電流傳感器是射極分流式，采樣電阻上流過的電流很小，但與流過開關(guān)器件上的電流成正比例關(guān)系，從而取代了大功率電阻、電流互感器、霍爾電流傳感器等電流檢測(cè)組件。如果UM中任意一IGBT的C極電流大于過電流動(dòng)作電流時(shí)間超過10LLs時(shí)，UM將軟關(guān)斷，并且輸出過電流報(bào)警信號(hào)。 (5)制動(dòng)電

36、路:IPM中設(shè)有IGBT組成的制動(dòng)電路。當(dāng)UM接收到制動(dòng)信號(hào)后，通，接在制動(dòng)端BN的制動(dòng)電阻吸收電能，制動(dòng)電路工作。 (6)使用方便制動(dòng)電路中的IGBT導(dǎo)UM采用瓷絕緣結(jié)構(gòu)，直接安裝在散熱板上；直流輸入(P、N)、制動(dòng)單元輸出(B)和變頻輸出端子直接用螺釘連接；輸入、輸出控制端子并排成一列，可用通用插座連接。所以主接線端子和控制端子都可直接拆卸，不需烙鐵焊接，非常方便。1.6 通訊接口為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232部有兩個(gè)完全一樣的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的RS232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)

37、換成TTL電平給8031，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。MAX232簡(jiǎn)介：使MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,用+5v單電源供電。 圖1.9 MAX232芯片結(jié)構(gòu)引腳介紹：第一部分是電荷泵電路:由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。 第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道:由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。 其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T

38、2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電:15腳GND、16腳VCC（+5v）。 主要特點(diǎn)：1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2、只需要單一 +5V電源供電。3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-。4、功耗低，典型供電電流5mA。5、部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器。6、部集成兩個(gè)RS-232C接收器。1.7 時(shí)

39、鐘電路時(shí)鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計(jì)算時(shí)所需要的時(shí)間以與日歷。文中選用時(shí)鐘電路DS12887。DS12887部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長(zhǎng)期保存的數(shù)據(jù)。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡(jiǎn)單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)中。采用DS12887芯片設(shè)計(jì)的時(shí)鐘電路無需任何外圍電路和器件，并具有良好的微機(jī)接口。DS12887芯片具有微功耗，外圍接口簡(jiǎn)單，精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各種需要較高精度的實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)中。1.7.1 DS12

40、887主要功能簡(jiǎn)介（1）含一個(gè)鋰電池，斷電后運(yùn)行十年以上不丟失數(shù)據(jù)。 （2）計(jì)秒，分，時(shí)，天，星期，日，月，年，并有閏年補(bǔ)嘗功能。 （3）二進(jìn)制數(shù)碼或BCD碼表示時(shí)間，日歷和定鬧。 （4）12小時(shí)或24小時(shí)制，12小時(shí)時(shí)鐘模式帶有PM和AM指示，有夏令時(shí)功能。 （5）Motorola和Intel總線時(shí)序選擇。 （6）有128個(gè)字節(jié)RAM單元與軟件接口，其中14個(gè)字節(jié)作為時(shí)鐘和控制寄存器，114字節(jié)為通用RAM，所有RAM單元數(shù)據(jù)都具有掉電保護(hù)功能。 （7）可編程方波信號(hào)輸出。 （8）中斷信號(hào)輸出（IRQ）和總線兼容，定鬧中斷，周期性中斷、時(shí)鐘更新周期結(jié)束中斷可分別由軟件屏蔽，也可分別進(jìn)行測(cè)試。

41、 1.7.2 原理與引腳說明DS12887部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14字節(jié)時(shí)鐘和控制單元，114字節(jié)用戶非易失RAM，十進(jìn)制/二進(jìn)制累加器，總線接口電路，電源開關(guān)寫保護(hù)單元和部鋰電池等部分組成。DS12887引腳分配： Vcc：直流電源+5V電壓。當(dāng)5V電壓在正常圍時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng)Vcc低于4.25V,讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng)Vcc下降到3V以下時(shí)，RAM和計(jì)時(shí)器供電被切換到部鋰電池。 MOT（模式選擇）：MOT引腳接到Vcc時(shí)，選擇MOTOROLA-p.htm" target="_blank" title="MOTORO

42、LA貨源和PDF資料">MOTOROLA時(shí)序，當(dāng)接到GND時(shí)，選擇Intel時(shí)序。 SQW（方波信號(hào)輸出）：SQW引腳能從實(shí)時(shí)鐘部15級(jí)分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào)，其輸出頻率可通過對(duì)寄存器A編程改變。 AD0-AD7（雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線）：總線接口，可與Motorola微機(jī)系列和Intel微機(jī)系列接口。 AS（地址選通輸入）：用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。 DS（數(shù)據(jù)選通或讀輸入）：DS/RD引腳有兩種操作模式，取決于MOT引腳的電平，當(dāng)使用Motorola時(shí)序時(shí)，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，

43、DS指示DS12887驅(qū)動(dòng)雙向總線的時(shí)刻；在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇Intel時(shí)序時(shí)，DS稱作（RD），RD與典型存貯器的允許信號(hào)（OE）的定義一樣。 R/W（讀/寫輸入）：R/W引腳也有兩種操作模式。選Motorola時(shí)序時(shí)，R/W是低電平信號(hào)時(shí)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢珼S為高電平時(shí)，R/W高電平指示讀周期，R/W信號(hào)一低電平信號(hào)，稱為WR。在此模式下，R/W引腳與通用RAM的寫允許信號(hào)（WE）的含義一樣。 CS（片選輸入）：在訪問DS12887的總線周期，片選信號(hào)必須保持為低。 IRQ（中斷申請(qǐng)輸入）：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷的條件滿足時(shí)，I

44、RQ處于高阻態(tài)。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。 RESET（復(fù)位輸出）：當(dāng)該腳保持低電平時(shí)間大于200ms，保證DS12887有效復(fù)位。1.7.3 部功能地址分配 ：DS12887的地址由114字節(jié)的用戶RAM存放。10字節(jié)的存放實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)間，日歷和定鬧RAM與用于控制和狀態(tài)的4字節(jié)特殊寄存器組成，幾乎所有的128個(gè)字節(jié)直接讀寫。 時(shí)間，日歷和定鬧單元：時(shí)間和日歷信息通過讀相應(yīng)的存字節(jié)來獲取，時(shí)間，日歷和定鬧通過寫相應(yīng)的存字節(jié)設(shè)置或初始化，其字節(jié)容可以是二進(jìn)制或BCD形式。時(shí)間可選擇12小時(shí)制或24小時(shí)制，當(dāng)選擇12小時(shí)制時(shí)，小時(shí)字節(jié)的高門為邏輯“1”代表PM。時(shí)間，日歷和定鬧字節(jié)

45、是雙緩沖的，總是可訪問的。每秒鐘這10個(gè)字節(jié)走時(shí)1秒，檢查一次定鬧條件，如在更新時(shí)，讀時(shí)間和日歷可能引起錯(cuò)誤，三個(gè)字節(jié)的定鬧字節(jié)有兩種使用方法。第一種，當(dāng)定鬧時(shí)間寫入相應(yīng)時(shí)，分，秒，定鬧單元，在定允許鬧位置高的條件下，定鬧中斷每天準(zhǔn)時(shí)起動(dòng)一次。第二種，在三個(gè)定鬧字節(jié)中插入一個(gè)或多個(gè)不關(guān)心碼。不關(guān)心碼是任意從O0到FF的16進(jìn)制數(shù)。當(dāng)小時(shí)字節(jié)的不關(guān)心碼位置位時(shí)，定鬧為小時(shí)發(fā)生一次；同樣，當(dāng)小時(shí)和分鐘定鬧字節(jié)置不關(guān)心位時(shí)，每分鐘定鬧一次；當(dāng)三個(gè)字節(jié)都置不關(guān)心位時(shí)，每秒中斷一次。非易失RAM ：在DS1288中，114字節(jié)通用非易失RAM不專用一任何特殊功能，它們可被處理器程序用作非易失存，在更新周

46、期也可訪問。中斷 ：RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘加RAM向處理器提供三個(gè)獨(dú)立的，自動(dòng)的中斷源。定鬧中斷的發(fā)生率可編程，從每秒一次到每天一次，周期性中斷的發(fā)生率可從500ms到122s選擇。更新結(jié)束中斷用于向程序指示一個(gè)更新周期完成。中斷控制和狀態(tài)位在寄存器B和C中，本文的其它部分將詳細(xì)描述每個(gè)中斷發(fā)生條件。 晶振控制位 ：DS12887出廠時(shí)，其部晶振被關(guān)掉，以防止鉭電池在芯片裝入系統(tǒng)前被消耗。寄存器A的BIT4-BIT6的其它組合都是使晶振關(guān)閉。 方波輸出選擇 ：15級(jí)分頻抽頭中的13個(gè)可用于15選1選擇器，選擇分頻器抽頭的目的是在SQW引腳產(chǎn)生一個(gè)方波信號(hào)，其頻率由寄存器A的RS0-RS3位設(shè)置。SQW

47、頻率選擇器與周期中斷發(fā)生器共有15選1選擇器，一旦頻率選擇好，通過用程序控制方波輸出允許位SQWE來控制SQW引腳輸出的開關(guān)。 周期中斷選擇 ：周期中斷可在IRQ腳產(chǎn)生500ms一次到每122s一次的中斷，中斷步率同樣由寄存A確定，它的控制位為寄存器B中的PIE位。DS12887每一秒執(zhí)行一次更新周期，保證時(shí)間、日歷的準(zhǔn)確。更新周期還比較每一定鬧字節(jié)與相應(yīng)的時(shí)間字節(jié)，如果匹配或三個(gè)字節(jié)都是不關(guān)心碼，則產(chǎn)生一次定鬧中斷。 1.7.4 狀態(tài)控制寄存器DS12887有4個(gè)控制寄存器，它們?cè)谌魏螘r(shí)間都可訪問，即使更新周期也不例外。 寄存器A UIP：更新周期正在進(jìn)行位。當(dāng)UIP為1，更新轉(zhuǎn)換將很快發(fā)生

48、，當(dāng)UIP為0，更新轉(zhuǎn)換至少在244s不會(huì)發(fā)生。DV0、DV1、DV2：用于開關(guān)晶振和復(fù)位分頻鏈。這些位的010唯一組合將打開晶振并充許RTC計(jì)時(shí)。 RS3、RS2、RS1、RS0：頻率選擇位，從15級(jí)頻率器13個(gè)抽頭中選一個(gè)，或禁止分頻器輸入。選擇好的抽頭用于產(chǎn)生方波（SQW引腳）輸出和周期中斷，用戶可以： 1、用PIE位允許中斷。 2、用SQWE位允許并用一樣的頻率。1.8 液晶顯示單元控制系統(tǒng)中的各種信息都要顯示出來，以便操作者觀察當(dāng)前控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行結(jié)果。液晶顯示單元是為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話功能，選用MGLS240128液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別

49、對(duì)閥門、力矩、限位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。這樣就能更好的實(shí)行人機(jī)信息交換，更加清楚地了解當(dāng)前機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，便于人們的操作。在目前諸多的顯示器件中，液晶顯示器以其具有工作電壓低、功耗低、顯示信息量大、壽命長(zhǎng)、不產(chǎn)生電磁輻射污染、可以顯示復(fù)雜的文字與圖形等優(yōu)點(diǎn)，而在各種儀器儀表、電子設(shè)備、移動(dòng)通訊與家用電器中得到了廣泛的應(yīng)用。液晶顯示模塊是即“Liquid Crystal Display Module”，簡(jiǎn)稱“LCM”，是一種將液晶顯示器件、連接件、集成電路、PCB線路板、背光源、結(jié)構(gòu)件裝配在一起的組件。主要完成液晶顯示器的連接功能。

50、本文介紹圖形液晶顯示模塊就是精電公司生產(chǎn)的、藏控制器的液晶顯示模塊。中國電子網(wǎng) dzsc./data/html/2007-4-19/22365.html圖1.10 8031單片機(jī)與MGLS240128模塊接口1.8.1 模塊工作原理1、基本功能圖形液晶顯示模塊由控制器、列驅(qū)動(dòng)器、行驅(qū)動(dòng)器以與與外部設(shè)備的接口等幾部分組成，它既能顯示字符（包括中文和西文字符），又能顯示圖形，還能夠?qū)⒆址c圖形混合顯示。其主要參數(shù)如下：點(diǎn)陣數(shù)：×；點(diǎn)尺寸：×；視屏尺寸：×；漢字字體：×，×；背光：或；電源：；工作溫度圍： 。2、引腳功能圖形液晶顯示模塊的引腳說明如表

51、所示。該模塊對(duì)液晶顯示的控制和驅(qū)動(dòng)都由模塊部的芯片與電路來完成，因此它與外部的連接只有數(shù)據(jù)線和控制線。主控通過這些數(shù)據(jù)線和控制線來設(shè)置所需要的顯示方式，其它功能均由模塊自動(dòng)完成。表1.1MGLS240128T模塊的引腳功能管 腳 號(hào)管 腳 名 稱功 能 描 述1FG框架地2GND電源地3VCC電源電壓4NC未用5WR寫控制信號(hào)，低電平有效6RD讀控制信號(hào)，低電平有效7CS片選信號(hào)，低電平有效8C/D通道選通信號(hào)，C/D1為表示指令，C/D為0表示數(shù)據(jù)通道9RST復(fù)位信號(hào)，低電平有效1017DB07數(shù)據(jù)總線，三態(tài)18FS字體選擇，F(xiàn)S為0選擇8×8字體，F(xiàn)S為1選擇8×6字體

52、3、指令系統(tǒng)圖形液晶顯示模塊本身藏控制器，它最大的特點(diǎn)是具有獨(dú)特的硬件初始設(shè)置功能，由于顯示驅(qū)動(dòng)所需的參數(shù)（如占空比系數(shù)、驅(qū)動(dòng)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)行以與字符的字體選擇等）均由引腳電平來設(shè)置，因此的初始化在上電時(shí)就已基本設(shè)置完成。除此之外，它還具有很強(qiáng)的軟件控制能力，也就是由主控通過接口寫入液晶模塊的指令來實(shí)現(xiàn)模塊控制。軟件控制主要集中于顯示功能的設(shè)置上。該模塊的常用指令如表1.2所列。表1.2MGLS240128T模塊的常用指令設(shè)置指令名稱控制狀態(tài)指 令 代 碼CDRDWRD7D6D5D4D3D2D1D0讀狀態(tài)字111S7S6S5S4S3S2N1S0地址指令設(shè)置11000100N2N1N0顯示區(qū)域設(shè)置

53、110010000N1N0顯示方式設(shè)置1101000CGN2N1N0顯示狀態(tài)設(shè)置1101001N3N2N1N0光標(biāo)自動(dòng)讀寫設(shè)置11011000N2N1N0數(shù)據(jù)自動(dòng)讀寫設(shè)置110101100N1N0數(shù)據(jù)一次讀寫設(shè)置11011000N2N1N0屏讀（一字節(jié)）設(shè)置11011100000屏讀（一行）設(shè)置11011101000位操作1101111N3N2N1N0數(shù)據(jù)寫操作010數(shù) 據(jù)數(shù)據(jù)讀操作001數(shù) 據(jù)1.8.2 液晶模塊的應(yīng)用液晶顯示模塊與計(jì)算機(jī)的接口時(shí)序采用時(shí)序。下面以單片機(jī)為例說明其接口方法。它與單片機(jī)的接口方法分為直接訪問方式和間接控制方式。直接訪問方式是把液晶模塊作為存儲(chǔ)器接在的數(shù)據(jù)線、地址

54、線和控制線上，同時(shí)把它的數(shù)據(jù)總線接在的口上，片選以與寄存器選擇信號(hào)線由口提供，讀寫操作由單片機(jī)的讀寫操作信號(hào)控制。這種方式是以訪問存儲(chǔ)器的方式訪問液晶顯示模塊，具體連接如圖1.10（）所示。間接控制方式則不使用單片機(jī)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，而是利用它的口來實(shí)現(xiàn)與顯示模塊的聯(lián)系。即將液晶顯示模塊的數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的口連接作為數(shù)據(jù)總線，另外三根時(shí)序控制信號(hào)線通常利用的口中未被使用的口來控制。這種訪問方式不占用的存儲(chǔ)器空間，它的接口電路與時(shí)序無關(guān)，其時(shí)序完全靠軟件編程實(shí)現(xiàn)。接口方式如圖1.10（）所示。1.9 程序出格自恢復(fù)電路隨著單片機(jī)性能的提高和功能的增強(qiáng)，嵌入式式單片機(jī)得到了廣泛地應(yīng)用。然而有時(shí)單片機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)電、磁干擾比較大或電壓溫度波動(dòng)大等惡劣的環(huán)境中作時(shí)，會(huì)使單片機(jī)程序飛逸或出現(xiàn)死機(jī)而不能完成正工常的控制，造成經(jīng)濟(jì)損失。雖然MCS-51 8031單片機(jī)部帶有程序監(jiān)視定時(shí)器WDT(Watch Dog Timer,俗稱看門狗定時(shí)器 )或片器件復(fù)位定時(shí)器DRT(Device Reset Timer),但其定時(shí)時(shí)間一般都比較短, 有時(shí)在編制程序時(shí)難以照顧到它。因此我設(shè)計(jì)出一種實(shí)用的單片機(jī)系統(tǒng)程序運(yùn)行監(jiān)視復(fù)位電路程序出格自恢復(fù)電路。程序出格自恢復(fù)電路是為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)地恢復(fù)正