1、數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3.1所示包括80C196KC單片機(jī)、同步信號(hào)電路、測(cè)速脈沖信號(hào)反饋電路、電流反饋電路、顯示電路、觸發(fā)脈沖輸出驅(qū)動(dòng)電路。80C196KC單片機(jī)80C196KC單片機(jī)是Intel公司推出的一款高性能的CHMOS 16位單片機(jī)，在其內(nèi)部“嵌入”了以往被認(rèn)為是“外圍”設(shè)備的多種電路，包括：時(shí)鐘發(fā)生器、多功能I/O口、A/D轉(zhuǎn)換器、PWM輸出口、串行口、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、監(jiān)視定時(shí)器、高速輸入輸出器、外設(shè)事務(wù)服務(wù)器等。80C196KC的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：16K字節(jié)片內(nèi)EPROM； 448字節(jié)寄存器陣列；寄存器-寄存器結(jié)構(gòu)； 5個(gè)8位I/0口；

2、全雙工串行口； 16位監(jiān)視定時(shí)器； 4個(gè)16位軟件定時(shí)器；可動(dòng)態(tài)配置的八位或十六位總線寬度；PWM(脈寬調(diào)制)輸出； HSI/HSO(高速輸入輸出口)；28個(gè)中斷源，18個(gè)中斷向量；可以采用16MHz的晶振。圖3.1 控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖可以看出，80C196KC不但具有豐富的硬件資源，而且運(yùn)行速度也大為提高。同樣使用12MHz的晶振，80C196KC的運(yùn)算速度要比8096提高1/3，使用16MHz的晶振，將比使用12MHZ晶振的8096快1/2(因?yàn)?096最快只能使用12MHz晶振)。此外，80C196KC的六個(gè)HSO通道正好可以輸出六個(gè)觸發(fā)晶閘管的脈沖，因此我們選用它來構(gòu)成數(shù)字式直流電源

3、的控制系統(tǒng)。同步信號(hào)電路同步信號(hào)電路是數(shù)字式直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)重要的電路。同步信號(hào)電路的主要任務(wù)是為數(shù)字觸發(fā)脈沖輸出提供一個(gè)同步信號(hào)作為相位基準(zhǔn)。根據(jù)該基準(zhǔn)，通過單片機(jī)計(jì)算得出移相觸發(fā)時(shí)間，進(jìn)而確定觸發(fā)角對(duì)應(yīng)的觸發(fā)脈沖形成時(shí)刻。并通過觸發(fā)脈沖輸出電路將觸發(fā)脈沖分配輸出。同步信號(hào)的獲取方法有下面二種：（1）同步信號(hào)獲取方法一是用圖3.2所示電路中最后一個(gè)異或門輸出的脈沖送到單片機(jī)的外部中斷引腳，實(shí)現(xiàn)每3.3ms中斷一次。下面介紹具體方法。 圖3.2 同步電路圖圖中，同步變壓器與主變壓器一樣接成Y/Y-12接法，同步電壓先由二級(jí)RC濾波電路濾除電源干擾，并通過調(diào)整R值實(shí)現(xiàn)30o移相，使三個(gè)相同

4、步電壓分別與晶閘管電源三相線電壓保持同相位。三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器LM339變?yōu)镾1， S2， S3，三個(gè)方波信號(hào)，若以“1”表示高電平，以60o為單位時(shí)間，則S1， S2， S3的波形在電源一個(gè)正弦波周期(6個(gè)相帶)內(nèi)分別組成6種態(tài)：001-101-100-110-010-011，80C196KC通過P1口讀入S1，S2， S3的狀態(tài)，就可以分析判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路的晶閘管觸發(fā)脈沖的組號(hào)。為了便于軟件處理，電源狀態(tài)用字碼表示，例如S1， S2， S3為011，則電源狀態(tài)字碼值S1， S2， S3為3. 對(duì)于晶閘管三相全控橋電路，一個(gè)周波有6個(gè)自然換向區(qū)。進(jìn)入每個(gè)換向區(qū)(60o相

5、帶)要同時(shí)觸發(fā)兩個(gè)晶閘管，并按一定的順序，每隔60o依次發(fā)出脈沖觸發(fā)晶閘管。因此，要使單片機(jī)的觸發(fā)操作具有與電源嚴(yán)格同步的時(shí)序，還得由硬件產(chǎn)生與三相電源自然換向點(diǎn)同步的申請(qǐng)中斷的同步脈沖序列信號(hào)，這個(gè)同步脈沖序列的間隔是60o，它可以在主電路線電壓的每個(gè)自然換相點(diǎn)通過80C196KC的外部中斷引腳EXTINTI向CPU申請(qǐng)中斷，結(jié)合前述讀入的S1，S2，S3狀態(tài)字碼值，實(shí)現(xiàn)同步認(rèn)相判斷，可準(zhǔn)確地確定當(dāng)前的自然換向區(qū)應(yīng)該輸出哪個(gè)腳的脈沖。這個(gè)同步中斷信號(hào)可以利用己經(jīng)產(chǎn)生的S1，S2，S3信號(hào)得到。只要將三個(gè)方波信號(hào)異或，可以產(chǎn)生一個(gè)邊沿與線電壓自然換向點(diǎn)對(duì)齊的方波信號(hào)，該信號(hào)再經(jīng)過一個(gè)RC電路和

6、異或門處理，或者用一個(gè)74LS123單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，即可得到一定脈寬的同步中斷信號(hào)。由同步電路產(chǎn)生的這些有關(guān)電壓的波形如圖3.3（2）同步信號(hào)獲取方法二與方法一基本相似，把電壓比較器后面的異或門電路都去掉即可。該方法用S1， S2， S3輸出的脈沖信號(hào)作為同步信號(hào)。軟件用查詢方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)每讀到S1， S2， S3有跳變，就去觸發(fā)相應(yīng)的晶閘管。單片機(jī)根據(jù)讀到的不同的S1， S2， S3的值，來決定該觸發(fā)哪一個(gè)管子，觸發(fā)順序如表3.1所示。圖3.3 同步電壓波形圖表3.1 晶軋管觸發(fā)順序表S1111000S1011110S3100011被觸發(fā)晶閘管1#2#3#4#5#6#觸發(fā)脈沖輸出電路圖3.4是單

7、片機(jī)與六路晶閘管觸發(fā)電路的連線圖，SCR1為第一路晶閘管觸發(fā)電路，具體電路見圖3.5，其余五路與第一路相同。晶閘管的觸發(fā)可以采用寬脈沖觸發(fā)和雙窄脈沖觸發(fā)兩種方式。用寬脈沖觸發(fā)，觸發(fā)可靠性高，適用面寬，但容易使脈沖變壓器飽和，因此要求脈沖變壓器的鐵心體積比較大。用雙窄脈沖電路觸發(fā)晶閘管，雖然脈沖次數(shù)比寬脈沖觸發(fā)多一倍，但是可以減小觸發(fā)裝置的輸出功率，減小脈沖變壓器的鐵心體積。單片機(jī)HSO通道的輸出脈沖經(jīng)光耦隔離，驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管來控制脈沖變壓器。脈沖變壓器的輸出分別接晶閘管的門極和陰極，控制晶閘管的開通和關(guān)斷。圖3.4 同步觸發(fā)結(jié)構(gòu)框圖圖3.5 晶閘管觸發(fā)電路顯示電路LCD 液晶顯示簡(jiǎn)介液晶顯示器以

8、其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。本系統(tǒng)采用深圳市天助科技有限公司的液晶顯示器FM-1602，它是字符型液晶模塊是一種用5x7點(diǎn)陣圖形來顯示字符的液晶顯示器，根據(jù)顯示的容量可以分為1行16個(gè)字、2行16個(gè)字、2行20個(gè)字等等，這里采用常用的2行16個(gè)字的1602液晶模塊 ，外型尺寸：122*44，黃綠屏，LED背光，IC：KS0076。（一）1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中:第1腳：VSS為地電源第2腳：VDD接5V正電源第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“

9、鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫入數(shù)第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線第1516腳：空腳1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字，英文字母的大小寫，常用的符號(hào)等，每一個(gè)字符都有

10、一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A” 。（二）1602 的指令系統(tǒng) 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器的控制指令，現(xiàn)分別介紹如下：表3.2 開/關(guān)指令RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000001DCB（1）開/關(guān)指令： D屏幕的ON/OFF設(shè)定，C光標(biāo)的ON/OFF設(shè)定，B光標(biāo)閃爍設(shè)定。當(dāng) D=1 時(shí)屏幕ON，D=0時(shí)屏幕OFF；C=1時(shí)光標(biāo)ON，C=0時(shí)光標(biāo)OFF；B=1時(shí)光標(biāo)閃爍，B=1時(shí)光標(biāo)不閃爍。表3.3 光標(biāo)返回第一字符位置RSR/WDB7DB6DB5

11、DB4DB3DB2DB1DB0000000001X（2）光標(biāo)返回第一字符的位置：但是所有屏幕上字符并不會(huì)被清除。表3.4 清顯示RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000000001（3）清顯示：清除屏幕并回到屏幕左上角。表3.5 進(jìn)入模式設(shè)定RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000000001I/DS（4）進(jìn)入模式設(shè)定：設(shè)定進(jìn)入模式為移動(dòng)光標(biāo)或是移動(dòng)顯示字符，這個(gè)設(shè)定在數(shù)據(jù)的寫入/讀取時(shí)進(jìn)行。設(shè)I/D=1時(shí)光標(biāo)向右移動(dòng)，設(shè)定I/D=0時(shí)光標(biāo)向左移動(dòng)。S設(shè)為1光標(biāo)跟顯示字符一起移動(dòng)，光標(biāo)跟字符在同一位置；設(shè)為0則光標(biāo)會(huì)移到下一個(gè)位置。移動(dòng)光標(biāo)或是移

12、動(dòng)顯示字符（光標(biāo)不動(dòng)）并不會(huì)改變RAM中的內(nèi)容。S/C=1時(shí)移動(dòng)顯示字符光標(biāo)不動(dòng)，S/C=0時(shí)光標(biāo)跟著顯示字符一起移動(dòng)；R/L=1時(shí)向右移，R/L=0時(shí)向左移。表3.6 功能設(shè)定RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB000001DLNFXX（5）功能設(shè)定：設(shè)定數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度（DL），顯示的行數(shù)（N），每個(gè)字符的點(diǎn)數(shù)（F）。DL=1時(shí)為每個(gè)字符8位，DL=0時(shí)為每個(gè)字符4位；N=1時(shí)為兩行，N=0時(shí)為一行；F=1時(shí)為5*10點(diǎn)，F(xiàn)=0時(shí)為5*7點(diǎn)。表3.7 置字符發(fā)生存貯器地址RSR/WDB7DB6DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00001字符發(fā)生存貯器地址（ACG）（

13、6）置字符發(fā)生存貯器地址：設(shè)定CG RAM的地址，CG RAM的數(shù)據(jù)在地址設(shè)定后送出數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。表3.8 置字?jǐn)?shù)據(jù)存貯器地址RSR/WDB7DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址（ADD） （7）置字?jǐn)?shù)據(jù)存貯器地址：設(shè)定DD RAM的地址，當(dāng)?shù)刂吩O(shè)定后則下一個(gè)數(shù)據(jù)將會(huì)顯示在剛才設(shè)定的地址上，屏幕上兩行的的起始地址分別從80及C0開始。LCD 接口設(shè)計(jì)本測(cè)控儀采用 80C196KC單片機(jī)作為 MCU 來控制 1602液晶顯示，如圖 3.6所示。該模塊與 MCU 的接口采用間接訪問方式，就是通過單片機(jī)的 I/O口來控制液晶的顯示。利用 80C196KC

14、單片機(jī)的 RD 口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)口。圖3.6 液晶與 MCU 的硬件接口圖由于該液晶模塊是2行16個(gè)字的顯示模塊，第一行用來顯示給定速度，第二行用來顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。速度給定電路速度給定采用一個(gè)44鍵盤輸入。鍵盤按其工作原理可分為編碼式鍵盤和非編碼式鍵盤。按其結(jié)構(gòu)中分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。鍵盤的擴(kuò)展也可以通過一些特殊功能的數(shù)字芯片，如各種移位寄存器等實(shí)現(xiàn)。雖然程序較為復(fù)雜，但占用的單片機(jī)的接口較少。簡(jiǎn)單的鍵輸入電路每一個(gè)鍵都要占一位I/O線，當(dāng)按鍵較多時(shí)，顯得I/O利用率不高。在這種情況下，可采用矩陣式鍵盤機(jī)構(gòu)。本文采用這種非編碼44矩陣式鍵盤，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且使用靈活。圖3.7 鍵盤與單片機(jī)

15、接口電路原理圖看門狗MAX813L工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成微機(jī)系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)”。究其原因是CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯(cuò)。這時(shí)，CPU執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。為使這種 “跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”的程序自動(dòng)恢復(fù)，重新正常工作，一種有效的辦法是采用硬件“看門狗”技術(shù)。用看門狗監(jiān)視程序的運(yùn)行。若程序發(fā)生“死機(jī)”，則看門狗產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。MAX813L芯片及其引腳一、芯片特點(diǎn)加電、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈

16、沖寬度典型值為200ms。獨(dú)立的看門狗輸出，如果看門狗輸入在1.6s內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)楦唠娖健?.25V門限值檢測(cè)器，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或5V以外的電源監(jiān)控。二、MAX813L的引腳及功能MAX813L芯片引腳排列見圖3.8圖3.8 MAX813L芯片各引腳功能及工作原理（1）手動(dòng)復(fù)位輸入端（MR）當(dāng)該端輸入低電平保持140ms以上，MAX813L就輸出復(fù)位信號(hào)。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動(dòng)。MR與TTL/CMOS兼容。（2）工作電源端（VCC）：接+5V電源。（3）電源接地端（GND）：接0V參考電平。（4）電源故障輸入端（PFI）當(dāng)該端輸入電壓低于

17、1.25V時(shí)，5號(hào)引腳輸出端的信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖剑?）電源故障輸出端（PFO）電源正常時(shí)，保持高電平，電源電壓變低或掉電時(shí)，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健＃?）看門狗信號(hào)輸入端（WDI）程序正常運(yùn)行時(shí)，必須在小于1.6s的時(shí)間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時(shí)器。若超過1.6s該輸入端收不到脈沖信號(hào)，則內(nèi)部定時(shí)器溢出，8號(hào)引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?。?）復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。（8）看門狗信號(hào)輸出端（WDO）正常工作時(shí)輸出保持高電平，看門狗輸出時(shí)，該端輸出信號(hào)由高電平變?yōu)榈碗娖?。硬件電?/p>

18、圖圖3.9給出了MAX813L在單片機(jī)系統(tǒng)中的接線路圖。此電路可以實(shí)現(xiàn)程序運(yùn)行出現(xiàn)“死機(jī)”時(shí)的自動(dòng)復(fù)位和隨時(shí)的手動(dòng)復(fù)位；本電路巧妙地利用了MAX813L的手動(dòng)復(fù)位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機(jī)”，WDO端電平由高到低，當(dāng)WDO變低超過140ms，將引起MAX813L產(chǎn)生一個(gè)200ms的復(fù)位脈沖。同時(shí)使看門狗定時(shí)器清0和使WDO引腳變成高電平。也可以隨時(shí)使用手動(dòng)復(fù)位按鈕使MAX813L產(chǎn)生復(fù)位脈沖，由于為產(chǎn)生復(fù)位脈沖MR端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開關(guān)抖動(dòng)。 80C196KCRSET P2.1圖3.9 MAX813L與80C196KC硬件實(shí)現(xiàn)電路圖通信接口設(shè)計(jì)單片

19、機(jī)控制完成之后，需將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，因而需要單片機(jī)與PC機(jī)之間進(jìn)行通信。標(biāo)準(zhǔn)串行接口有多種，如RS232、RS422、RS485等，具體性能見表3.9，根據(jù)本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和需要，選擇RS232接口。表3.9 幾種接口比較標(biāo)準(zhǔn)類型RS232RS422 RS485信號(hào)模式 單接點(diǎn)式差動(dòng)式 差動(dòng)式接線方式最高驅(qū)動(dòng)端數(shù)目最高接收端數(shù)目 傳輸距離 傳輸速率9線/3線1115m115200bps4線/2線111200m10Mbps 2線32321200m10MbpsRS-232C通信接口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸格式:RS-232C以位串行方式傳輸數(shù)據(jù)格式，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。接口信號(hào)：完整的RS-23

20、2C接口有25根線，采用25芯的插座，在PC機(jī)上有COM1和COM2兩個(gè)232C串口，只有9根引腳的連接器，在各引腳中常用TXD, RXD, GND。本文也采用9針插座，如圖3.10所示。圖3.10 串口插座RS-232通信標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換專用芯片有很多種，本文選用美國(guó)MAXIM公司的MAX232 ( Maxim Product Selector Guide,2000 )。該器件工作性能可靠，外圍器件少，已廣泛應(yīng)用于RS232通信標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)換。通信接口電路通過單片機(jī)的串口實(shí)現(xiàn)了與PC機(jī)之間的全雙工通信。80C196KC單片機(jī)的18、17引腳分別為串口的發(fā)送端和接收端。要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和PC

21、機(jī)之間的通信，必須使單片機(jī)和PC機(jī)采用相同的數(shù)據(jù)傳輸格式。通信協(xié)議如下:波特率為9600bps, 8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗(yàn)位。PC機(jī)和單片機(jī)均采用查詢方式進(jìn)行編程。80C196KC單片機(jī)和PC的接口電路如圖3.11所示。TXDRXD80C196KCVssVDD圖3.11 80C196KC單片機(jī)與PC串口通信電路圖脈沖信號(hào)反饋模塊采用光電式碼盤傳感器對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，測(cè)量準(zhǔn)確度高。光電式碼盤是一種非接觸性光電傳感器，它具有測(cè)量準(zhǔn)確度高、響應(yīng)速度快、可靠性高和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。我們應(yīng)用光碼盤測(cè)試原理, 完成了直流電機(jī)測(cè)速裝置設(shè)計(jì)(工作原理如圖3.12所示)。其裝

22、置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)速準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn)。光電脈沖編碼輸出的信號(hào)被送入80C196KC的HIS.0口。圖3.12 工作原理圖圖3.13 測(cè)速脈沖電路由于采用了光電式碼盤作為傳感器，其速度轉(zhuǎn)換電路，如圖3.14所示，發(fā)光二極管LED發(fā)出紅外光，透過遮光板TLP的圓孔照射光敏三極管T1，使其迅速由截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通，如此反復(fù)形成光脈沖信號(hào)，經(jīng)T2的放大，再由74LS04反向整形后送給單片機(jī)。利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器功能,對(duì)信號(hào)進(jìn)行固定周期性采樣，T1口和傳感裝置連接，對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。該測(cè)速電路充分利用單片機(jī)，完成一系列的數(shù)據(jù)采樣、處理，最后計(jì)算得到較準(zhǔn)確的速度值并顯示該速度。直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)光電編碼

23、器測(cè)速的軟件設(shè)計(jì)本文采用M/I法對(duì)脈沖進(jìn)行測(cè)速。具體方法如下： 在圖4.1中，T為實(shí)際檢測(cè)時(shí)間，T0是一固定不變的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿到來時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)T0，由兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖M1和高頻脈沖數(shù)M2計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)T0結(jié)束時(shí)，Ml停止計(jì)數(shù)，M2繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的下一個(gè)上升沿到來時(shí)，M2停止計(jì)數(shù)，則可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖4.1 M/T法檢測(cè)轉(zhuǎn)速原理圖 （4.1）式中-高頻計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)的頻率，本系統(tǒng)中為80C196KC內(nèi)定時(shí)器T1的時(shí)鐘信號(hào)，由于采用1 6MHz晶振，=1MHz；P-光電脈沖編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，P=600 16 -倍頻次數(shù)。 將和P的參數(shù)代入上式，得 （4.2）轉(zhuǎn)速脈沖

24、信號(hào)被送到80C196KC的HSI0引起上升沿中斷，此時(shí)開始定時(shí)T0，同時(shí)記下計(jì)數(shù)器T1的值，T2開始對(duì)HSI1接收到的轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)，并關(guān)閉HSI0中斷。當(dāng)定時(shí)T0到時(shí)，開啟HSI0中斷，停止計(jì)數(shù)，等待HSI0的上升沿。當(dāng)上升沿到來時(shí)，讀取計(jì)數(shù)器T1的值，計(jì)算兩次計(jì)數(shù)器T1的差值得到高頻脈沖數(shù)，這樣就完成了一次轉(zhuǎn)速測(cè)量周期。由此根據(jù)式(4.2)即可計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。下面介紹一下如何在程序中具體實(shí)現(xiàn)。(1)因?yàn)橐谲浖〞r(shí)器2的第一次中斷中進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的PID計(jì)算，所以測(cè)速?gòu)倪@里開始。首先允許HSI0中斷，然后設(shè) HSI中斷模式為每個(gè)脈沖的正跳變引起中斷。(2)轉(zhuǎn)速脈沖引起HSI0中斷，如果是

25、第一次中斷則記下當(dāng)前時(shí)間作起始時(shí)間ST，設(shè)軟件定時(shí)器1中斷時(shí)間T0，關(guān)HSI0中斷，啟動(dòng)HSI數(shù)據(jù)有效對(duì)計(jì)數(shù)；如果是第二次中斷則把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間FT。(3)啟動(dòng)HSI數(shù)據(jù)有效中斷后，每一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿都會(huì)引起HSI數(shù)據(jù)有效中斷，在每一次HSI數(shù)據(jù)有效中斷程序中，讓計(jì)數(shù)變量增加1。 圖4.2 HSI0中斷 /HIS數(shù)據(jù)有效中斷(4)過了T0時(shí)間后，軟件定時(shí)器1產(chǎn)生中斷。在中斷程序中開HSI0中斷(允許HSI0中斷)，關(guān)HSI數(shù)據(jù)有效中斷(停止對(duì)計(jì)數(shù))。見圖4.2(5)下一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖來時(shí)，就引起HSI0中斷。這個(gè)中斷是第二次HSI0中斷，把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間FT。見圖4.2然后用公

26、式 (4.2)計(jì)算轉(zhuǎn)速。至此，轉(zhuǎn)速測(cè)量結(jié)束。圖4.3 軟件定時(shí)中斷子程序顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)顯示部分的程序是采用軟件定時(shí)中斷來完成的，多少時(shí)間顯示一次可在軟件中設(shè)定。圖4.3是軟件定時(shí)中斷子程序。PID計(jì)算也是在軟件定時(shí)中斷子程序中完成的。觸發(fā)脈沖的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，用定時(shí)器1作為HSO的時(shí)間基準(zhǔn)，觸發(fā)角和脈寬的控制都是靠HSO的定時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器1在系統(tǒng)中作實(shí)時(shí)時(shí)鐘用，其時(shí)鐘信號(hào)來自內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生電，每8個(gè)狀態(tài)周期計(jì)數(shù)加1，80C196KC的狀態(tài)周期由振蕩器信號(hào)2分頻后獲得，采用16MHz晶振，其狀態(tài)周期為125ns。這時(shí)HSO的時(shí)間分辨力，也就是定時(shí)器1的時(shí)間分辨力為ls。圖4.4 觸

27、發(fā)脈沖順序圖那么，1o所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)值為 （4.3）把觸發(fā)角和脈寬所對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值，寫入HSO時(shí)間寄存器，靠HSO的定時(shí)功能來控制角度的大小。(1)同步中斷子程序?yàn)榱丝煽坑|發(fā)三相全橋6只晶閘管，該控制系統(tǒng)使用了雙脈沖觸發(fā)信號(hào)，一個(gè)周期共需輸出24個(gè)HSO信號(hào)，包括HSO上升沿和下降沿。因?yàn)镠SO CAM只能存儲(chǔ)8個(gè)HSO事件，考慮到軟件定時(shí)器對(duì)HSO CAM的占用情況，我們把24個(gè)觸發(fā)時(shí)刻分為4組，每組6個(gè)觸發(fā)時(shí)刻，分別由同步中斷與HSO中斷產(chǎn)生。同步中斷由同步中斷模塊在交流同步信號(hào)過零時(shí)刻引起(EXTINTI) 。同步中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是復(fù)位計(jì)數(shù)基準(zhǔn)T2，產(chǎn)生A， B， C， D，

28、 E，F(xiàn)時(shí)刻的HSO輸出信號(hào)，允許HSO中斷，置A， B， C，D， E， F輸出結(jié)束標(biāo)志，在F時(shí)刻產(chǎn)生HSO中斷。其控制流程圖如圖4.5所示。圖4.5 同步中斷服務(wù)程序流程圖(2 ) HSO中斷服務(wù)程序流程HSO中斷分別由F，L，R時(shí)刻的HSO輸出命令引起。HSO中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)就是根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位產(chǎn)生不同組的HSO輸出信號(hào)，并置相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)志位。其控制流程圖如圖4.6所示。圖4.6 HSO中斷服務(wù)程序流程圖主程序的設(shè)計(jì)主程序功能是初始化常量和變量，開中斷，給一些寄存器設(shè)值等。圖4.7是主程序的流程圖。4.7 主程序的流程圖主電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的額定電壓為110V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)

29、采用三相減壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動(dòng)勢(shì)的不良影響，三次諧波電流對(duì)電源的干擾，主變壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。整流變壓器的設(shè)計(jì)工業(yè)供電電壓為AC 380V，而電動(dòng)機(jī)的額定電壓為110V，所以必須通過降壓變壓器使之達(dá)到系統(tǒng)要求。本設(shè)計(jì)采用的是直流電機(jī)，故還須通過整流電路使之變成連續(xù)的直流電壓。 變壓器二次側(cè)電壓U2的計(jì)算U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會(huì)造成延遲角加大，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。一般可按下式計(jì)算，即： （5.1） 式中A-理想情況下，=0時(shí)整流電壓與二次電壓之比，即；B-延遲角為時(shí)輸出電壓與之比，即電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)；11.2考慮各種

30、因數(shù)的安全系數(shù)；表查可得 A=2.34；取=0.9；角考慮10裕量，則 B=0.985則，取=120V。電壓比K=U1/U2=380/120=3.17。一次、二次相電流I1、I2的計(jì)算表查可得 KI1=0.816， KI2=0.816變壓器容量的計(jì)算S1=m1U1I1；S2=m2U2I2；S=1/2(S1+S2)；式中m1、m2 -次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；S1=m1U1I1=338012.43=14.1702 KVAS2=m2U2I2=312037.536=13.51296 KVAS=1/2(S1+S2)=1/2（14.1702+13.51296）=13.84158 KVA晶閘管元件的選擇整流

31、電路采用晶閘管全控橋電路。由于它具有單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，對(duì)過電壓過電流敏感，在低速運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)通角很小等缺點(diǎn)。結(jié)合課題提供的參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)木чl管型號(hào)是十分重要的。晶閘管的額定電壓晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（23）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（23），整流電路形式為三相全控橋，而 ，則，取 800V晶閘管的額定電流選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值 大于實(shí)際流過管子電流最大有效值 ，即，考慮（1.52）倍的裕量式中K -電流計(jì)算系數(shù)。此外，還需注意以下幾點(diǎn)：當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。由表查得 K=0.368，考慮1.52倍的裕量，取49A 故選晶閘管的型號(hào)為 KP49-8。直流調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù)晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行。過電壓保護(hù)不能從根本上消除過電壓的根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓保護(hù)的基本思想。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度；用電