基于單片機控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)

摘 要：通過理論與技術分析設計了單片機變頻調(diào)速控制系統(tǒng)并對其進行了模擬仿真。

關鍵詞：變頻調(diào)速；單片機；提升機；電動機

1 系統(tǒng)硬件的設計實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)總體設計

單片機變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件是單片機控制系統(tǒng)、變頻器電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路、信號檢測電路和電源電路等部分組成。

單片機不斷地執(zhí)行預定程序，將數(shù)字信號通過D/A轉(zhuǎn)換，放大后傳至變頻器，再通過V/F變換即可通過變頻器調(diào)節(jié)動機的轉(zhuǎn)速及頻率。通過光碼測速系統(tǒng)，將電機的運動狀態(tài)以電脈的方式傳給單片機，經(jīng)過內(nèi)部運算可以自動判別提升機的狀態(tài)。

1.2 單片機控制系統(tǒng)的設計

單片機控制系統(tǒng)由AT89C51、復位電路、時鐘電路、鍵盤電路和顯示電路構成。

時鐘電路是采用內(nèi)部方式，即在AT89C51的XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內(nèi)部反相放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。此處選用的石英頻率為12MHz，小電容為22pF，則得到的時鐘頻率為6MHz。

復位電路接成按鈕式的，從RST引腳接入AT89C51。復位信號時高電平有效，并且高電平有效的持續(xù)時間應為24個振蕩周期以上。復位以后，07H寫入棧指針SP，PO口～P3口均置1，程序計數(shù)PC和其他特殊功能寄存器SFR全部清零。

鍵盤是由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是一種廉價的輸入設備。本次設計需要6個按鍵，由于I/O口線足夠使用，因此用P1口就可以直接滿足要求，無需使用特殊設計，直接將按鍵接到P1口的引腳上，以組成獨立連接式按鍵接口電路。按鍵輸入采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平。鍵的定義為，K1用于手動，K2用于自動，K3用于爬行，K4用于加速，K5用于勻速，K6用于減速。

顯示電路中使用6片74HC595，第一片用于連接數(shù)碼管公共端，起到循環(huán)掃描點亮各位數(shù)碼管的作用，第二片用于給2個兩位數(shù)碼管送數(shù)據(jù)，顯示主、副井提升機的數(shù)字深度，第三片用于給其中一個四位數(shù)碼管送電機轉(zhuǎn)動的頻率數(shù)據(jù)，第四片用于給另一個四位數(shù)碼管送電機轉(zhuǎn)動的速度數(shù)據(jù)，第五、六片用于給發(fā)光柱送數(shù)據(jù)，顯示主、副井提升機的模擬深度。

1.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路

在數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中，AT89C51的P0口既作地址線又作數(shù)據(jù)線，首先輸出地址，選通DAC0832，然后P0口線上將出現(xiàn)數(shù)據(jù)送到DAC0832，就可以將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量輸出，再經(jīng)放大器LF356信息放大輸出給變頻器，從而調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。

把DAC0832接成單脈沖工作方式，使輸入寄存器處于鎖存狀態(tài)，ILE接+5V，/WR1接CPU寫信號/WR，/CS接CPU的P2.0，DAC寄存器處于不鎖存狀態(tài)，所以將/WR2和/XFER直接接地。通常AGND和DGND都接在一起，接到數(shù)字地上。由于DAC0832內(nèi)部有8位數(shù)據(jù)輸入寄存器，可以用來鎖存CPU輸出的數(shù)據(jù)，因此，CPU的數(shù)據(jù)總線可直接接到DAC0832的數(shù)據(jù)輸入線DI0～DI7上。因為DAC0832Iout1和Rfb端之間已有一個15K歐姆的內(nèi)部反饋電阻，所以這里就將運算放大器的輸出端Uout和Rfb端短接起來。

通過這種方式連接，可以求出最后的輸出電壓OUTV0=-VREF*D*/256，取VREF為-5V，則OUTV0=D*/51.2，其中，D*為輸入到DAC0832中的數(shù)字量。

1.4 信號檢測電路

采用光電式碼盤，它是一種非接觸性光電傳感器，具有測量準確度高、響應速度快、可靠性高和使用壽命長等優(yōu)點。典型的光電式碼盤有TLP507A和TLP800。

設計時，使用兩個計數(shù)器T0和T1，它們的作用目的不同。在自動程序中，T0主要用于狀態(tài)之間切換，在每個狀態(tài)里的計數(shù)初值不同，以便于限定各個狀態(tài)的運行時間，當某個狀態(tài)的計數(shù)溢出，就會在相應的中斷服務程序中改變標志位并重新賦計數(shù)初值，用于計數(shù)下一個狀態(tài)；T1采用方式2的自動重裝計數(shù)功能，每計數(shù)32個脈沖就要中斷一次用于改變深度；在手動程序中，T0用作保護功能，開始賦初值用于計數(shù)407個脈沖，如果在操作的過程中，T0計數(shù)到了407個脈沖而操作人員還沒有開啟爬行狀態(tài)，則程序會自動進入T0的中斷服務程序中，封鎖鍵盤，禁止手動再鍵盤，強制電動機進入爬行狀態(tài)，直至停止，然后才打開鍵盤，用作判斷下一步要采用手動還是自動方式。

2 系統(tǒng)軟件的設計實現(xiàn)

2.1 主控制模塊設計

P0和P2口作為地址線，用于選擇DAC0832，P0口作為數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)輸入到DAC0832，P1口用于鍵盤輸入，P2.7、P3.0和P3.1接到74HC595上，用于鎖存待顯數(shù)據(jù)，P3.2用于接收鍵盤信息，P3.4和P3.5用于計數(shù)從光碼盤送入的脈沖。

2.2 鍵盤模塊設計

此模塊外部中斷控制方式，只要有鍵閉合，就會自動向CPU請求中斷，CPU即響應鍵盤輸入的中斷，就會轉(zhuǎn)向INT0中斷服務程序，在中斷服務程序中識別哪一個鍵處于閉合狀態(tài)，然后執(zhí)行相應的處理程序。

2.3 顯示模塊設計

在程序中定義了20個字節(jié)的緩沖區(qū)，其中第0個字節(jié)～第3個字節(jié)用于存儲發(fā)光柱的低位，第4個字節(jié)～第7個字節(jié)用于存儲發(fā)光柱的高位，第8個字節(jié)～第11個字節(jié)用于存儲要顯示的電動機的轉(zhuǎn)速，第12個字節(jié)～第15個字節(jié)用于存儲頻率數(shù)據(jù)，第16個字節(jié)～第19個字節(jié)用于存儲深度數(shù)據(jù)。對于74HC595來說，要先將待顯的數(shù)據(jù)鎖存，然后再發(fā)送命令讓數(shù)據(jù)顯示出來，也就可以達到串入并出的效果。

[參考文獻]

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