基于單片機的直流電動機控制系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計

摘要電動機作為最主要的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已普及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、醫(yī)療衛(wèi)生、交通運輸和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品中，都大量使用著各種各樣的電動機。電動機有直流電動機和交流電動機，直流電動機開展的比擬早，因其具有良好的調(diào)速性能、較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力強等許多優(yōu)點，因此在許多行業(yè)中仍有應(yīng)用。本設(shè)計研究的就是直流電動機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對電動機的簡單控制，也就是指對電動機進行啟動、制動和加減速控制。設(shè)計中采用了單片機AT89C51與三相橋式全控整流電路配合的控制方法來控制直流電動機的轉(zhuǎn)速。通過鍵盤鍵入轉(zhuǎn)速的初始值，液晶顯示屏作為實時監(jiān)控界面顯示設(shè)定速度和實時速度，由測速發(fā)電機和電流傳感器構(gòu)成反應(yīng)環(huán)，從而構(gòu)成一臺直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。設(shè)計中采用PI調(diào)節(jié)，在PI控制系統(tǒng)中，速度目標值與速度反應(yīng)值比擬，將誤差信號送到速度調(diào)節(jié)器，速度調(diào)節(jié)器的輸出與電流反應(yīng)值比擬，將誤差信號送到電流調(diào)節(jié)器，最后由單片機計算觸發(fā)時間來控制晶閘管的導通，從而來實現(xiàn)可控整流。關(guān)鍵詞：AT89C51；整流電路；PI控制；雙閉環(huán)控制AbstractAsforthemostprimaryelectricenergyconversiondevice,electormotorhasappliedextensivelyamongeachfieldofnationaleconomyandmankinddailylife.Weuseallkindsofelectormotorsnotonlyintheindustrialandagriculturalproduction,nationaldefense,medicaltreatmentandpublichealth,transportationandofficeequipment,butalsointheuseofhouseholdappliancesandCEindailylife.ElectormotordivideintoDCgeneratorandalternator.DCgenerator,whichhasadvantagesonspeed,startingtorgueandoverload,thusitisstillusedinmanyindustries.ThisdesignisthestudyoftheDCgeneratorandithasmadethesimplecontroloftheelectormotorscametrue,thatistosay,thestart,brake,speedadditionandsubtractcontrolofelectormotor.InordertoregulatetherevolvingspeedoftheDCelectormotors,IusedthemethodofmakingAT89C51andthree-phasebridgetypeallcontrolrectifiercontrolsystemtocooperatewitheachother.AkeyboardwasusedtotypetherevolvingspeedofinitialvalueandaLCDwasusedasthemonitorsystem,tachomotergeneratorandCTmakeupafeedbackloop,soaDCmotorspeedcontrolsystemwasachieved.Theself-turningPIwasappliedinthissystem.InthePIcontrolsystem,thetargetvalueofspeedhastocomparewiththefeedbackvalueofspeed,andthensendtheerrorsignaltoASR.ComparingtheoutputoftheASRwiththecurrentfeedbackvalue,sendingtheerrorsignaltotheACR.Atlast,inordertocontrolthebreakoverofthyristoe,Iusedasinglechiptocalculatethetriggerpoint.Thus,thecontrolledrectifierachieved.Keywords：AT89C51;Rectifiercircuit;PIcontrol;Dualclosedloopcontrol目錄第1章緒論11.1題目背景和意義11.2國內(nèi)外研究開展現(xiàn)狀2第2章系統(tǒng)設(shè)計方案42.1概述42.2直流調(diào)速系統(tǒng)的選擇42.2.1G-M系統(tǒng)42.2.2V-M系統(tǒng)42.2.3PWM系統(tǒng)52.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖52.3.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖52.3.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖6第3章硬件設(shè)計73.1控制器73.1.1控制器的選擇73.1.2最小系統(tǒng)設(shè)計93.2鍵盤電路103.2.1CH451簡介113.2.2鍵盤電路硬件連接123.3顯示電路133.3.1LCD1602顯示器簡介143.3.2LCD1602的性能指標153.3.3LCD1602與單片機的連接163.4報警電路173.5A/D轉(zhuǎn)換電路183.6三相全控整流電路193.6.1主電路的設(shè)計193.6.2觸發(fā)電路的設(shè)計223.7檢測電路243.7.1電流環(huán)檢測電路243.7.2電壓環(huán)檢測電路253.8執(zhí)行機構(gòu)27第4章軟件設(shè)計284.1PI控制介紹284.1.1PI控制方法284.1.2PI調(diào)節(jié)器的工作原理284.1.3雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)294.2主程序設(shè)計314.3初始化程序設(shè)計314.3.1LCD初始化314.3.2CH451初始化324.3.3中斷初始化334.3.4A/D轉(zhuǎn)換初始化334.4子程序設(shè)計344.4.1中斷程序的設(shè)計344.4.2觸發(fā)程序的設(shè)計354.4.3PI子程序的設(shè)計35第5章結(jié)論36參考文獻37致謝39附錄Ⅰ40附錄Ⅱ41附錄Ⅲ51緒論題目背景和意義電氣傳動技術(shù)以電動機控制為控制對象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論指導下組成電氣傳動控制系統(tǒng)。因電機種類的不同分為直流電動機傳動(簡稱直流傳動)、交流電動機傳動(簡稱交流傳動)、步進電機傳動(簡稱步進傳動)、伺服電動機傳動(簡稱伺服傳動)等等。眾所周知，與交流調(diào)速系統(tǒng)相比，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，變流裝置控制簡單，長期以來在調(diào)速傳動中占統(tǒng)治地位。在要求調(diào)速性能較高的場合，一般都采用直流電氣傳動。目前，通過對電動機的控制，將電能轉(zhuǎn)換為機械能進而控制工作機械按給定的運動規(guī)律運行且使之滿足特定要求的新型電氣傳動自動化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。三十多年來，直流電機傳動經(jīng)歷了重大的變革。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習用已久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使直流電氣傳動完成了一次大的躍進。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低本錢。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴大。直流調(diào)速技術(shù)不斷開展，走向成熟化、完善化、系列化、標準化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代。由于直流電氣傳動技術(shù)的研究和應(yīng)用已到達比擬成熟的地步，應(yīng)用相當普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。所以，今后一個階段在調(diào)速要求較高的場合，如軋鋼廠、海上鉆井平臺等，直流調(diào)速仍然處于主要地位。早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬別離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計算機控制技術(shù)的開展，直流傳動系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用微機，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微機以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。而且通過系統(tǒng)總線全數(shù)字化控制系統(tǒng)，能與管理計算機、過程計算機、遠程電控裝置進行交換，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化分級控制。所以，直流傳動控制采用微機實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進入一個嶄新的階段。國內(nèi)外研究開展現(xiàn)狀電力電子技術(shù)是電機控制技術(shù)開展的最重要的助推器，電力電機技術(shù)的迅猛開展，促使了電機控制技術(shù)水平有了突破性的提高。從20世紀60年代第一代電力電子器件-晶閘管(SCR)創(chuàng)造至今，已經(jīng)歷了第二代有自關(guān)斷能力的電力電子器件-GTR、GTO、MOSFET，第三代復合場控器件-IGBT、MCT等，如今正蓬勃開展的第四代產(chǎn)品-功率集成電路(PIC)。每一代的電力電子元件也未停頓，多年來其結(jié)構(gòu)、工藝不斷改良，性能有了飛速提高，在不同應(yīng)用領(lǐng)域它們在互相競爭，新的應(yīng)用不斷出現(xiàn)。同時電機控制技術(shù)的開展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動控制技術(shù)和微機應(yīng)用技術(shù)的最新開展成就。正是這些技術(shù)的進步使電動機控制技術(shù)在近二十多年內(nèi)發(fā)生了天翻地覆的變化。早期直流傳動的控制器由模擬別離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。20世紀70年代以來，利用單片機作為控制器開始在電機控制系統(tǒng)中被廣泛使用，如AT89C51等。在單片機控制系統(tǒng)中，單片機作為系統(tǒng)控制的核心，主要用來完成一些算法，同時還要處理一些輸入/輸出、顯示任務(wù)等，單片機的使用使電動機控制系統(tǒng)的性能得到了很大提高。微機出現(xiàn)于20世紀70年代，隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速開展，微機的性能越來越高，價格越來越廉價。此外，電力電子的開展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比擬普遍地應(yīng)用微機來控制電機，完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機的性能更符合使用要求，還可以制造出各種便于控制的新型電機，使電機出現(xiàn)新的面貌。比擬簡單的電機微機控制，只要用微機控制繼電器或電子開關(guān)元件使電路開通或關(guān)斷就可以了。在各種機床設(shè)備及生產(chǎn)流水線中，現(xiàn)在已普遍采用帶微機的可編程控制器，按一定的規(guī)律控制各類電機的動作。對于復雜的電機控制，那么要用微機控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機按給定的指令準確工作。通過微機控制，可使電機的性能有很大的提高。傳統(tǒng)的直流電機和交流電機各有優(yōu)缺點，直流電機調(diào)速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損及換向火花等問題。交流電機不管是異步電機還是同步電機，結(jié)構(gòu)都比直流電機簡單，工作也比直流電機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟地調(diào)節(jié)。電機調(diào)速系統(tǒng)采用微機實現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動開展的主要方法之一。從80年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動裝置，直流調(diào)速已開展到一個很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用外表安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是采用了微機及其他先進技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動方式更顯示了強大優(yōu)勢。數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷推出，為工程應(yīng)用提供了優(yōu)越的條件。采用微機控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作維護方便，電機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)速精度可到達較高水平。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，調(diào)速范圍廣，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。由于微機具有較佳的性能價格比，所以微機在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)設(shè)計方案概述本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是用單片機做控制器，完成對直流電動機控制系統(tǒng)的自動控制，系統(tǒng)采用單片機與三相橋式全控整流電路配合的控制方法由單片機鍵盤輸入轉(zhuǎn)速設(shè)定值，該數(shù)值與數(shù)字測速裝置采樣的轉(zhuǎn)速值進行比擬，得到一個差值，再經(jīng)過轉(zhuǎn)速環(huán)和電流環(huán)的PI調(diào)節(jié)控制程序運算，得到整流電路中可控硅對應(yīng)的觸發(fā)時刻，輸出可變整流電壓。本課題的設(shè)計要到達的目標是以AT89C51單片機為核心以小型直流電機為控制對象，實現(xiàn)雙閉環(huán)PI控制，通過改變?nèi)嚯娐分锌煽毓璧囊葡蛴|發(fā)脈沖來改變整流電路，進而實現(xiàn)調(diào)速的目的。直流調(diào)速系統(tǒng)的選擇在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械都不停的運動著，幾乎無處不使用電力傳動裝置。由于各種不同的生產(chǎn)機械運動規(guī)律不一樣，對傳動裝置性能的要求也不一樣。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與相應(yīng)的自動化控制，并且對電力傳動裝置的拖動性能要求也越來越高。所以直流調(diào)速系統(tǒng)也在不斷的開展，到現(xiàn)在為止有三種主要的控制系統(tǒng)G-M系統(tǒng)、V-M系統(tǒng)和PWM系統(tǒng)。G-M系統(tǒng)此系統(tǒng)由原動機(柴油機、交流異步或同步電動機)拖動直流發(fā)電機G實現(xiàn)變流，由G給需要調(diào)速的直流電動機M供電，調(diào)節(jié)G的勵磁電流if即可改變其輸出電壓U，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速n。這樣的調(diào)速系統(tǒng)簡稱G-M系統(tǒng)，國際上統(tǒng)稱Ward-Leonard系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)有很多缺點，包括設(shè)備多、體積大、費用高、效率低和運行有噪聲等。V-M系統(tǒng)晶閘管-電動機調(diào)速系統(tǒng)(簡稱V-M系統(tǒng)，又稱靜止的Ward-Leonard系統(tǒng))，VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓Uc來觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速。與G-M系統(tǒng)相比擬，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示較大的優(yōu)越性。晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在104以上，其門極電流可以直接用晶閘管來控制，不再像直流發(fā)電機那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，交流機組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。但是V-M系統(tǒng)也有缺點，由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。晶閘管對過電壓、過電流和高的dv/dt與di/dt都十分敏感，假設(shè)超過允許值會在很短的時間內(nèi)損壞器件。由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害〞。三種可控直流電源，V-M系統(tǒng)在上世紀60-70年代得到廣泛應(yīng)用，目前主要用于大容量系統(tǒng)。PWM系統(tǒng)此系統(tǒng)用恒定直流電源或不控整流電源供電，利用電力電子開關(guān)器件斬波或進行脈寬調(diào)制，以產(chǎn)生可變的平均電壓。在要求快速響應(yīng)的直流調(diào)速場合PWM變換電源具有不可替代的優(yōu)勢。這種控制系統(tǒng)較前兩種控制系統(tǒng)有很多優(yōu)點，主電路線路簡單，需要的功率器件少。開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少。低速性能好，調(diào)速范圍寬，可達1：10000左右。假設(shè)與快速響應(yīng)的電機配合，動態(tài)響應(yīng)快，動態(tài)抗擾能力強。功率開關(guān)器件工作在開關(guān)狀態(tài)，道童損耗小，當開關(guān)頻率適當時，開關(guān)損耗不大，因而裝置效率較高。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)作為一種新技術(shù)，開展迅速，應(yīng)用日益廣泛，特別在中、小容量的系統(tǒng)中，已取代V-M系統(tǒng)成為主要的直流調(diào)速方式。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖比擬以上三種控制系統(tǒng)，由于G-M系統(tǒng)缺點，本設(shè)計不考慮第一種控制系統(tǒng)。雖然V-M系統(tǒng)比擬PWM系統(tǒng)來說也有很多缺點，但是由于本畢業(yè)設(shè)計的方向是用于大容量系統(tǒng)，而且考慮到經(jīng)費的問題，所以本設(shè)計選擇V-M系統(tǒng)作為主控制系統(tǒng)。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負反應(yīng)分別作用，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負反應(yīng)和電流負反應(yīng)，二者之間實行嵌套聯(lián)接。把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當作電流調(diào)節(jié)器輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制觸發(fā)器。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)圖如圖2.1。圖2.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖本控制系統(tǒng)的核心是數(shù)字控制器，選用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51，與其它電路連接組成控制系統(tǒng)。由鍵盤電路實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的設(shè)定，顯示電路實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的實時監(jiān)控，測速發(fā)電機實現(xiàn)速度的檢測和反應(yīng)，電流傳感器實現(xiàn)電流的檢測和反應(yīng)，過零檢測實現(xiàn)零點電壓的檢測，報警電路實現(xiàn)異常報警，由三相全控整流電路與控制器相配和實現(xiàn)直流電動機的控制。結(jié)構(gòu)圖如圖2.2。圖2.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖硬件設(shè)計控制器控制器的選擇本設(shè)計選用Atmel公司生產(chǎn)的AT89C51單片機，AT89C51是一個低電壓，高性能CMOS8位單片機帶有4K字節(jié)的可反復擦寫的程序存儲器〔PENROM〕。和128字節(jié)的存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM〕，這種器件采用ATMEL公司的高密度、不容易喪失存儲技術(shù)生產(chǎn)，并且能夠與MCS-51系列的單片機兼容。片內(nèi)含有8位中央處理器和閃爍存儲單元，有較強的功能的AT89C51單片機能夠被應(yīng)用到控制領(lǐng)域中。AT89C51提供以下的功能標準：4K字節(jié)閃爍存儲器，128字節(jié)隨機存取數(shù)據(jù)存儲器，32個I/O口，2個16位定時/計數(shù)器，1個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，1個串行通信口，片內(nèi)震蕩器和時鐘電路。另外，AT89C51還可以進行0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的節(jié)電模式。閑散方式停止中央處理器的工作，能夠允許隨機存取數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存隨機存取數(shù)據(jù)存儲器中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一個復位。單片機引腳圖如圖3.1所示。圖3.1AT89C51引腳圖引腳說明如下：VCC：電源電壓GND：地P0口：P0口是一組8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅(qū)動8個TTL電路。當“1〞被寫入P0口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸入端。P0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復用，并在這時激活內(nèi)部的上拉電阻。P0口在閃爍編程時，P0口接收指令，在程序校驗時，輸出指令，需要接電阻。P1口：P1口一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“1〞，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時，P1口接收低8位地址。P2口：P2口是一個內(nèi)部帶有上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動4個TTL電路。對端口寫“1〞，通過內(nèi)部的電阻把端口拉到高電平，此時，可作為輸入口。因為內(nèi)部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內(nèi)容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時，P2口接收高位地址和其它控制信號。P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部電阻的8位雙向I/O口，P3口輸出緩沖故可驅(qū)動4個TTL電路。對P3口寫如“1〞時，它們被內(nèi)部電阻拉到高電平并可作為輸入端時，被外部拉低的P3口將用電阻輸出電流。P3口除作為一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如表3.1所示：表3.1P3口第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD〔串行輸入口〕P3.1TXD〔串行輸出口〕P3.2〔外中斷0〕P3.3〔外中斷1〕P3.4T0〔定時/計數(shù)器器0外部輸入〕P3.5T1〔定時/計數(shù)器器1外部輸入〕P3.6〔外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通〕P3.7〔外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通〕P3口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號。RST：復位輸入。當震蕩器工作時，RET引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位。ALE/：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ALE輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE以時鐘震蕩頻率的1/16輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖時，閃爍存儲器編程時，這個引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對特殊存放器區(qū)中的8EH單元的D0位置禁止ALE操作。這個位置后只有一條MOVX和MOVC指令ALE才會被應(yīng)用。此外，這個引腳會微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器讀取指令時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使中央處理器僅訪問外部程序存儲器，EA端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位LBI被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平，CPU那么執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電壓VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VPP。XTAL1：震蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：震蕩器反相放大器的輸出端。最小系統(tǒng)設(shè)計AT89C51可以采用片內(nèi)震蕩或者片外震蕩。片內(nèi)震蕩：芯片中中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反應(yīng)元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自然震蕩器。外接石英晶體及電容C1，C2接在放大器的反應(yīng)回路中構(gòu)成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容C1，C2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響震蕩頻率的上下、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。用戶也可以采用外部時鐘。片外震蕩：外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2那么懸空。由于外部時鐘信號是通過一個2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。本設(shè)計采用的是片內(nèi)震蕩，復位電路采用簡單上電自動復位和手動復位電路，上電自動復位是在上電瞬間，電壓VCC短時間內(nèi)從0V上升到5V，這一瞬間相當于交流電，電容相當于導線，5V的電壓全部加在10K電阻上，也就是說，這時RESET的電平狀態(tài)為高電平。但是從上電開始，電容自己就慢慢充電，其兩端電壓呈曲線上升，最終到達5V，也就是說其正端電位為5V，負端電位為0V，其負端也就正好是RESET，此時RESET為低電平，單片機開始正常工作。手動復位是當按鍵按下時，電容兩端構(gòu)成回路并放電，使RST端重新變?yōu)楦唠娖?，按鍵抬起時電容又充電使RST變回低電平，從而到達復位效果。單片機最小系統(tǒng)如圖3.2。圖3.2AT89C51最小系統(tǒng)鍵盤電路鍵盤電路分為獨立式按鍵和矩陣式按鍵。獨立式按鍵是指直接用I/O口線構(gòu)成的單個按鍵電路。每個獨立式按鍵單獨占有一跟I/O口線，每根I/O口線的工作狀態(tài)不會影響其他I/O口線的工作狀態(tài)，這是一種最簡單易懂的按鍵結(jié)構(gòu)。獨立式按鍵雖然電路配置靈活，硬件結(jié)構(gòu)簡單，但在每個按鍵必須占用一根I/O口線的情況下，在按鍵較多時，I/O口線浪費較大。故只在按鍵數(shù)量不多時采用這種按鍵電路。在此電路中，按鍵輸入都采用低電平有效，上拉電阻保證了按鍵斷開時，I/O口線有確定的高電平。矩陣式按鍵也稱行列是按鍵，矩陣式鍵盤中，行、列線分別連接到按鍵開關(guān)的兩端，行線通過上拉電阻接到+5V上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這一點是識別矩陣按鍵是否被按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的行線、列線和多個鍵相連，各按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，因此，必須將行線、列線信號配合起來作適當處理，才能確定閉合鍵的位置。矩陣式按鍵適用于按鍵較多的場合，可以減少對CPU的占用。[1]單片機在開發(fā)過程中，常常會因為資源缺乏而不得不使用擴展接口芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的需要，其中原因之一是人機界面中的鍵盤顯示占用了系統(tǒng)太多資源，從而造成系統(tǒng)龐大，同時降低了系統(tǒng)的可靠性。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤顯示通?？刹捎靡韵聨追N方式：1．采用并行接口的鍵盤顯示專用芯片8279。但8279所需外圍元件多〔顯示驅(qū)動、譯碼等〕、占用電路板面積大、綜合本錢高，在中小系統(tǒng)中常常大材小用；2．采用通用并行I/O擴展芯片〔如用8155、8255等〕，但此方案同樣需要驅(qū)動顯示，同時鍵盤顯示掃描還需占用CPU大量時間；3．采用專用顯示控制器，并用CPU的I/O引腳完成鍵盤輸入〔如MC14499、PS7219、MAX7219、ICM7218、TLC5921等，大多是串行接口并有顯示驅(qū)動能力，I/O占用少〕。這種接口方式省去了顯示的掃描，而且電路大多也很簡單，通常在系統(tǒng)需要的按鍵較少時比擬適用；4．采用帶I2C總線的鍵盤顯示芯片〔如顯示用SAA1066，鍵盤用PCF8574〕，不過這種方式對于無I2C總線接口的CPU來說，編程顯得有些不便；5．采用串行接口的鍵盤顯示專用芯片，如BC7280／81、HD7279、CH451等。這類芯片占用CPU的資源少，傳輸速度較快，外圍器件要求也較少，在中小系統(tǒng)中都可得到廣泛的應(yīng)用。綜上所述，本設(shè)計采用4×4矩陣式鍵盤和CH451芯片組合構(gòu)成鍵盤電路。CH451簡介CH451是一個整合了數(shù)碼管顯示驅(qū)動和鍵盤掃描控制以及μP監(jiān)控的多功能外圍芯片。CH451內(nèi)置RC振蕩電路，可以直接動態(tài)驅(qū)動8位數(shù)碼管或者64位LED，具有BCD譯碼或不譯碼功能，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)、各數(shù)字獨立閃爍等控制功能。CH451內(nèi)置大電流驅(qū)動級，段電流不小于30mA，字電流不小于160mA，并有16級亮度控制功能；在鍵盤控制方面，該器件內(nèi)置64鍵鍵盤控制器，可實現(xiàn)8×8矩陣鍵盤掃描，并內(nèi)置去抖動電路，可提供按鍵中斷與按鍵釋放標志位等功能；在外部接口方面，CH451可選擇簡潔的1線串行接口或高速4線串行接口，且內(nèi)置上電復位，可提供高電平有效復位和低電平有效復位兩種輸出，同時內(nèi)置看門狗電路Watch-Dog。〔1〕顯示驅(qū)動：內(nèi)置大電流驅(qū)動級，段電流不小于25mA,字電流不小于150mA。動態(tài)顯示掃描控制，直接驅(qū)動8位數(shù)碼管或64只發(fā)光LED?？蛇x數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對應(yīng)的不譯碼方式或者BCD譯碼方式。數(shù)碼管的字數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)。各數(shù)碼管數(shù)字獨立閃爍控制。任意段位尋址，獨立控制各個LED或者數(shù)碼管的各個段的亮與滅。支持段電流上限調(diào)整，可以省去所有限流電阻。掃描極限控制，支持1到8個數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時間?！?〕鍵盤控制：內(nèi)置64鍵鍵盤控制器，基于8x8矩陣鍵盤掃描。內(nèi)置按鍵狀態(tài)輸入的下拉電阻，內(nèi)置去抖電路。鍵盤中斷，低電平有效輸出。提供按鍵釋放標志位，可供按鍵按下查詢釋放。〔3〕其他：高速的4線串行接口，支持多片級聯(lián)，時鐘速度從0到10MHZ。串行接口中的DIN和DCLK信號線可以與其他接口電路共用，節(jié)約引腳。內(nèi)置時鐘振蕩電路，不需外接晶體或阻容振蕩。內(nèi)置上電復位和看門狗，提供高電平有效和低電平有效復位輸出。該芯片支持3V到5V電源電壓。〔4〕電氣特性：CH451顯示掃描的周期最大為6.5毫秒，所以數(shù)碼管不會出現(xiàn)閃屏現(xiàn)象。鍵盤掃描間隔，按鍵響應(yīng)時間最大為70毫秒；數(shù)碼管閃爍顯示值0.7HZ；看門狗溢出范圍300到930毫秒，典型值為550毫秒[6]。鍵盤電路硬件連接本設(shè)計設(shè)置了16個按鍵，0~9鍵為數(shù)字鍵，A~F為功能鍵，其中A為啟動鍵，B為停止鍵，C為加速鍵，D為減速鍵，E為速度設(shè)定鍵，F(xiàn)為確定鍵?！?〕CH451與單片機的連接與單片機連接一共需要4根控制線，其中DIN和單片機的P2.1連接，DCLK和單片機的P2.0連接，DOUT和單片機的中斷口P3.3連接，LOAD和單片機的P3.6連接。連接圖如圖3.3。圖3.3CH451與單片機的連接〔2〕CH451與矩陣鍵盤的連接CH451和矩陣鍵盤電路的連接如圖3.4所示。CH451對應(yīng)的鍵盤編碼值如表3.2所示。圖3.4CH451與矩陣鍵盤的連接表3.2按鍵編碼按鍵代碼DIG7DIG6DIG5DIG4DIG3DIG2DIG1DIG0SEG047H46H45H44H43H42H41H40HSEG14FH4EH4DH4CH4BH4AH49H48HSEG257H56H55H54H53H52H51H50HSEG35FH5EH5DH5CH5BH5AH59H58HSEG467H66H65H64H63H62H61H60HSEG56FH6EH6DH6CH6BH6AH69H68HSEG677H76H75H74H73H72H71H70HSEG77FH7EH7DH7CH7BH7AH79H78H顯示電路為方便人們的觀察和監(jiān)視單片機的運行情況，通常需要用一種顯示器作為單片機的輸出設(shè)備，用來顯示單片機的鍵輸入值、中間信息及運算結(jié)果等。常用的顯示器主要有LED〔發(fā)光二極管顯示器〕和LCD〔液晶顯示器〕。這兩種顯示器具有耗電省、配置靈活、線路簡單、安裝方便、耐振動、壽命長等優(yōu)點。兩者相比，LED顯示器價格更低廉，結(jié)構(gòu)更簡單，LCD顯示功耗更低，顯示清晰度更高。所以本設(shè)計選用LCD作為顯示器，型號為LCD1602。LCD1602顯示器簡介1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點陣型液晶模塊。它由假設(shè)干個5X7或者5X11等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形〔用自定義CGRAM，顯示效果也不好〕。1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊〔顯示字符和數(shù)字〕。市面上字符液晶大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大局部的字符型液晶。實物圖如圖3.5。圖3.5LCD1602顯示器正反面LCD1602引腳功能：第1腳：VSS為電源地，接GND。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VO為液晶顯示器比照度調(diào)整端，接正電源時比照度最弱，接地電源時比照度最高，比照度過高時會產(chǎn)生“鬼影〞，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整比照度。第4腳：RS為存放器選擇，高電平時選數(shù)據(jù)存放器、低電平時選指令存放器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：EN為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：BLA背光電源正極(+5V)輸入引腳。第16腳：BLK背光電源負極，接GND。引腳接口說明如表3.3[6]。表3.3引腳接口說明編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)口2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)口3VO液晶顯示器比照度調(diào)整端11D4數(shù)據(jù)口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端(H/L)12D5數(shù)據(jù)口5R/W讀/寫選擇端(H/L)13D6數(shù)據(jù)口6E使能信號14D7數(shù)據(jù)口7D0數(shù)據(jù)口15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)口16BLK背光源負極LCD1602的性能指標LCD1602可顯示兩行，每行16個字符，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個字符的ASCII字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。這種1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線。字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式LCD，目前常用16×1，16×2，20×2和40×2行等的模塊。1602字符型LCD的主要技術(shù)參數(shù)為：〔1〕顯示容量：16×2個字符；〔2〕芯片工作電壓：4.5~5.5V；〔3〕工作電流2mA(5.0V)

不包括背光電流；〔4〕模塊最正確工作電壓：5V；〔5〕字符尺寸：2.95×4.35(W×H)mm。1602字符型LCD的根本操作時序：讀狀態(tài)輸入：RS=L，R/W=H，E=H輸出：D0~D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H，R/W=H，E=H輸出：無寫指令輸入：RS=L，R/W=L，D0~D7=指令碼，E=高脈沖輸出：D0~D7=數(shù)據(jù)寫指令輸入：RS=H，R/W=L，D0~D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出：無液晶顯示模塊是一個慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認模塊的忙標志為低電平，表示不忙，否那么此指令失效。要顯示字符時要先輸入顯示字符地址，也就是告訴模塊在哪里顯示字符。液晶顯示模塊有80個字節(jié)的顯示緩沖區(qū)，分兩行，地址分別為00H～27H，40H～67H，它們實際顯示位置的排列順序跟LCD的型號有關(guān)，LCD1602的顯示地址與實際顯示位置的關(guān)系如圖3.6。LCD16字×2行000102030405060708090A0B0C0D0E0F10…27404142434445464748494A4B4C4D4E4F50…67圖3.6LCD1602的顯示地址與實際顯示位置的關(guān)系當向圖中的00~0F、40~4F地址中任一處寫入顯示數(shù)據(jù)時，液晶都可立即顯示出來，當寫入到10~27或50~67地址處時，必須通過移屏指令將它們移入可顯示區(qū)域方可顯示正常[6]。LCD1602與單片機的連接1602液晶顯示模塊可以和單片機AT89C51直接接口，RS、R/W和E分別接單片機P2.5、P2.6和P2.7，D0~D7接單片機P0.0~P0.7，VO口接一個滑動電阻用于手動調(diào)節(jié)液晶顯示器的比照度，VSS和BLK都接地，VDD接電源來給液晶供電，而BLA接+5V使背光亮，也可以在中間加一個滑動變阻器來調(diào)節(jié)背光的亮度，1602與單片機的連接如圖3.7所示。圖3.7LCD1602與單片機的硬件連接報警電路報警電路的作用是在出現(xiàn)異常情況時及時地提醒工作人員盡快采取措施，減少危險防止災(zāi)難性后果的出現(xiàn)。因此，在設(shè)計報警電路時，應(yīng)該讓它的報警行為能夠迅速被人發(fā)覺，以進一步采取相應(yīng)措施，防止或減少危害帶來的損失。電機的轉(zhuǎn)速被測速發(fā)電機被采集，測速發(fā)電時機將此時的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓值，該電壓值經(jīng)過匹配后送入A/D轉(zhuǎn)換器。經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)送入單片機進行處理，單片機按照編制好的程序進行處理，如果確實此時的轉(zhuǎn)速超過了人們憑借經(jīng)驗設(shè)定的閾值，單片機將通過指令使得揚聲器產(chǎn)生報警信號。如圖3.8。圖3.8報警電路A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過電流互感器和測速發(fā)電機轉(zhuǎn)換后的輸出電壓值不能直接送入單片機中進行處理還必須在它們之間增加A/D轉(zhuǎn)換裝置。A/D轉(zhuǎn)換電路種類很多，在選擇模/數(shù)轉(zhuǎn)換器時，主要考慮以下的一些技術(shù)指標：轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換頻率、量化誤差與分辨率、轉(zhuǎn)換精度、接口形式等。目前，較為流行的AD轉(zhuǎn)換器件有很多都采用了串行接口，這使得這類芯片與單片機的硬件連接非常簡單，而軟件編程相對要復雜一些，本次設(shè)計采用TI公司的TLC1543。TLC1543是由TI公司開發(fā)的開關(guān)電容式AD轉(zhuǎn)換器，該芯片具有如下的一些特點：10位精度、11通道、三種內(nèi)建的自測模式、提供EOC〔轉(zhuǎn)換完成〕信號等。該芯片與單片機的接口采用串行接口方式，引線很少，與單片機連接簡單。TLC1543的引腳功能如下：〔1〕A0~A10是11路輸入；〔2〕Vcc和GND分別是電源引腳；〔3〕REF+和REF-分別是參考電源的正負引腳，使用時一般將REF-接到系統(tǒng)的地，到達一點接地的要求，以減少干擾；〔4〕CS為片選端，如不需選片，可直接接地；〔5〕I/OClock是芯片的時鐘端；〔6〕Address是地址選擇端；〔7〕DataOut是數(shù)據(jù)輸出端；〔8〕EOC用于指示一次AD轉(zhuǎn)換已完成，CPU可以讀取數(shù)據(jù)，該引腳是低電平有效，可將該引腳接入一個普通的I/O引腳，CPU通過查詢該引腳的狀態(tài)來了解當前的狀態(tài)，甚至該引腳也可以不接，在CPU向TLC1543發(fā)出轉(zhuǎn)換命令后，過一段固定的時間去讀取數(shù)據(jù)即可。A/D轉(zhuǎn)換模塊硬件連接如圖3.9[5]。圖3.9TLC1543硬件連接圖三相全控整流電路整流電路就是把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離〔可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響〕。整流電路的種類有很多，有半波整流電路、單相橋式半控整流電路、單相橋式全控整流電路、三相橋式半控整流電路、三相橋式全控整流電路等。本設(shè)計采用的是三相全控整流電路[3]。主電路的設(shè)計其原理圖如圖3.10所示。圖3.10三相橋式全控整流電路原理圖習慣將其中陰極連接在一起的3個晶閘管〔VT1、VT3、VT5〕稱為共陰極組；陽極連接在一起的3個晶閘管〔VT4、VT6、VT2〕稱為共陽極組。此外，習慣上希望晶閘管按從1至6的順序?qū)?，為此將晶閘管按圖示的順序編號，即共陰極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，共陽極組中與a、b、c三相電源相接的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。從后面的分析可知，按此編號，晶閘管的導通順序為VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。整流電路的負載為帶反電動勢的阻感負載。假設(shè)將電路中的晶閘管換作二極管，這種情況也就相當于晶閘管觸發(fā)角α=0°時的情況。此時，對于共陰極組的3個晶閘管，陽極所接交流電壓值最高的一個導通。而對于共陽極組的3個晶閘管，那么是陰極所接交流電壓值最低〔或者說負得最多〕的一個導通。這樣，任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個晶閘管處于導通狀態(tài)，施加于負載上的電壓為某一線電壓。此時電路工作波形如圖3.11所示。圖3.11反電動勢α=0o時波形α=0°時，各晶閘管均在自然換相點處換相。由圖中變壓器二繞組相電壓與線電壓波形的對應(yīng)關(guān)系看出，各自然換相點既是相電壓的交點，同時也是線電壓的交點。在分析Ud的波形時，既可從相電壓波形分析，也可以從線電壓波形分析。從相電壓波形看，以變壓器二次側(cè)的中點n為參考點，共陰極組晶閘管導通時，整流輸出電壓Ud1為相電壓在正半周的包絡(luò)線；共陽極組導通時，整流輸出電壓Ud2為相電壓在負半周的包絡(luò)線，總的整流輸出電壓Ud=Ud1－Ud2是兩條包絡(luò)線間的差值，將其對應(yīng)到線電壓波形上，即為線電壓在正半周的包絡(luò)線。直接從線電壓波形看，由于共陰極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的最大〔正得最多〕的相電壓，而共陽極組中處于通態(tài)的晶閘管對應(yīng)的是最小〔負得最多〕的相電壓，輸出整流電壓Ud為這兩個相電壓相減，是線電壓中最大的一個，因此輸出整流電壓Ud波形為線電壓在正半周的包絡(luò)線。由于負載端接得有電感且電感的阻值趨于無窮大，電感對電流變化有抗拒作用。流過電感器件的電流變化時，在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢Li，它的極性事阻止電流變化的。當電流增加時，它的極性阻止電流增加，當電流減小時，它的極性反過來阻止電流減小。電感的這種作用使得電流波形變得平直，電感無窮大時趨于一條平直的直線。圖3

.12給出了α=30°時的波形。從ωt1角開始把一個周期等分為6段，每段為60°與α＝0°時的情況相比，一周期中Ud波形仍由6段線電壓構(gòu)成，每一段導通晶閘管的編號等仍符合上面得出的規(guī)律。區(qū)別在于，晶閘管起始導通時刻推遲了30°,組成Ud的每一段線電壓因此推遲30°，Ud平均值降低。晶閘管電壓波形也相應(yīng)發(fā)生變化如下圖。圖中同時給出了變壓器二次側(cè)a相電流

ia的波形，該波形的特點是，在VT1處于通態(tài)的120°期間，ia為正，由于大電感的作用，ia波形的形狀近似為一條直線，在VT4處于通態(tài)的120°期間，ia波形的形狀也近似為一條直線，但為負值。圖3.12α=30o時的波形由以上分析可見，當α≤60°時，Ud波形均連續(xù)，對于帶大電感的反電動勢，id波形由于電感的作用為一條平滑的直線并且也連續(xù)。當α＞60°時，如α＝90°時電阻負載情況下的工作波形如圖3.13所示，Ud平均值繼續(xù)降低，由于電感的存在延遲了VT的關(guān)斷時刻，使得Ud的值出現(xiàn)負值，當電感足夠大時，Ud中正負面積根本相等，Ud平均值近似為零。這說明帶阻感的反電動勢的三相橋式全控整流電路的α角的移相范圍為90度[3]。圖3.13α＝90o時的波形觸發(fā)電路的設(shè)計(1)過零點信號檢測采用北京森社公司生產(chǎn)的CHV-100/300A型號的電壓傳感器，其額定電壓為300V〔有效值〕，額定輸出電流25mA。檢測電路中，電壓傳感器接入220V的A相交流電，輸出的電流信號經(jīng)100歐姆的電阻后，轉(zhuǎn)變?yōu)榇笮?~2.5V的電壓信號〔實際輸出為-2.5V~2.5V〕，此電壓信號接入LM258構(gòu)成的加法器轉(zhuǎn)換成0~5V的直流信號，此信號輸入到AD轉(zhuǎn)換器TLC1543的模擬信號輸入通道，TCL1543的輸出信號即可接入AT89C51單片機，利用I2C總線進行數(shù)據(jù)傳輸，單片機經(jīng)過軟件檢測，即可得知同步電壓Us過零點信號。其硬件電路如圖3.14所示。圖3.14過零檢測電路(2)觸發(fā)脈沖的形成與放大脈沖的形成與放大電路如圖3.15所示。來自單片機P1.0~P1.5的六路較弱的脈沖信號輸入到反相器74HC04，經(jīng)過光電隔離器4N25隔離輸出，最后經(jīng)過脈沖變壓器TB1放大輸出到相應(yīng)晶閘管的門極g和陰極k.圖3.15觸發(fā)脈沖的形成與放大電路圖如圖3.16所示，六路觸發(fā)脈沖形成過程如下。當單片機檢測到A同步電壓Ua從負到正的過零點信號時，它會接收到來自于INT1的中斷請求信號，這時，單片時機中斷響應(yīng)，效勞子程序。這個子程序的功能是決定如何產(chǎn)生第一個觸發(fā)脈沖的上升沿。當單片機檢測到同步信號過零點時，單片機的16位計數(shù)器/定時器1同時開始計時，它工作在工作方式1；由于AT89C51單片機的晶振是12MHz，它的一個機器周期是1μm。定時的長度是由單片機的要產(chǎn)生的觸發(fā)延時角α決定的。由于一個正弦波的周期是20ms，定時的長度由下式?jīng)Q定：tα=α×20/360°ms。定時器的初始化值可以根據(jù)tα來設(shè)定。為了簡單起見，本文定義了一個長度為180的數(shù)組,它對應(yīng)于觸發(fā)延時角α從0~180度的變化。這個數(shù)組保存在單片機的ROM存儲區(qū)。這樣，定時器對應(yīng)于每個觸發(fā)角的初始化設(shè)定值就可以直接賦值給定時器1了。定時器初始化之后，就啟動定時器工作。當定時時間就一到，定時器的溢出標志位置1，單片機開始執(zhí)行定時器1的中斷效勞子程這子函數(shù)將P1.0設(shè)置為高電平，用于觸發(fā)VT1；這里定義脈沖的寬度為27°，即1.5ms，那么定時器1的TH1=FAH,TL1=24H；于是開始啟動定時器第二次計數(shù)；當定時時間一到，定時器開始執(zhí)行中斷效勞子程序。在這個函數(shù)中，P1.0設(shè)置為低電平，表示觸發(fā)脈沖結(jié)束。由于第二個脈沖比一個脈沖滯后60°，也即是3.33ms；那么，第一個脈沖的下降沿到第二個脈沖的上升沿的時間間隔應(yīng)為1.83ms。因此，定時器應(yīng)設(shè)置為TH1=F8H,TL1=DAH；這樣就啟動定時器第三次定時。當定時時間一到，定時器開始執(zhí)行中斷效勞子程序。在這個子函數(shù)中，P1.1引腳被置為高電平來觸發(fā)VT2。P1.0引腳輸出一個主脈沖給VT1的同時，P1.5引腳輸出一個次脈沖給VT6；延時60°后，P1.1引腳輸出一個主脈沖給VT2，同時，P1.0引腳輸出一個次脈沖給VT1；至于其它晶閘管的觸發(fā)，其過程亦是如此。圖3.16六路觸發(fā)脈沖的波形檢測電路電流環(huán)檢測電路電流檢測電路的作用是將測量電機回路中的直流電流反應(yīng)到單片機，讓單片機來進行PI運算。設(shè)計中使用的檢測方法是用電流傳感器來檢測直流電流。電流傳感器采用的是Allegro公司新推出的一種線性電流傳感器，該器件內(nèi)置有精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路，能輸出與檢測的交流或直流電流成比例的電壓。具有低噪聲，響應(yīng)時間快，50千赫帶寬，總輸出誤差最大為4％，高輸出靈敏度，使用方便、性價比高、絕緣電壓高等特點，主要應(yīng)用于電動機控制、載荷檢測和管理、開關(guān)式電源和過電流故障保護等，特別是那些要求電氣絕緣卻未使用光電絕緣器或其它昂貴絕緣技術(shù)的應(yīng)用中。ACS712采用小型的SOIC8封裝，其引腳圖如圖3.17所示，采用單電源5V供電。各引腳的功能介紹如表3.4所示，其中引腳1和2、3和4均內(nèi)置有保險，為待測電流的兩個輸入端，當檢測直流電流時，1和2、3和4分別為待測電流的輸入端和輸出端。圖3.17ACS712引腳圖表3.4ACS712各引腳功能引腳名稱功能描述1和2IP+被測電流輸入或輸出3和4IP-被測電流輸入或輸出5GND信號地6FILTER外接電容7VIOUT模擬電壓輸出8VCC電源電壓ACS712主要由靠近芯片外表的銅制的電流通路和精確的低偏置線性霍爾傳感器電路等組成。被測電流流經(jīng)的通路〔引腳l和2，3和4之間的電路〕的內(nèi)電阻通常是1.2MΩ，具有較低的功耗。被測電流通路與傳感器引腳〔引腳5～8〕的絕緣電壓＞2.1kVRMS，幾乎是絕緣的。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場，能夠被片內(nèi)的霍爾IC感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓。通過將磁性信號盡量靠近霍爾傳感器來實現(xiàn)器件精確度的最優(yōu)化。精確的成比例的輸出電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置BiCMOS霍爾集成電路提供，該集成電路在出廠時已進行了精確的編程。穩(wěn)定斬波技術(shù)是一種新技術(shù)，它給片內(nèi)的霍爾元器件和放大器提供最小的偏置電壓，該技術(shù)幾乎可以消除芯片由于溫度所產(chǎn)生的輸出漂移。ACS712內(nèi)含一個電阻RF(INT)和一個緩沖放大器，我們可以通過FITER引腳外接一個容CF與RF(INT)組成一個簡單的外接RC低通濾波器，由于內(nèi)部緩沖放大器能消除因芯片內(nèi)部電阻和接口負載分壓所造成的輸出衰減，所以外接的RC低通濾波器不會影響信號的衰減，且可進一步降低輸出噪音并改善低電流精確度。被檢測的電流由1、2端輸入，3、4端輸出，VIOUT輸出一模擬電壓，該電壓在指定的檢測范圍內(nèi)和被檢測的直流或交流電流IP呈線性關(guān)系。ACS712系列中共有三種型號：ACS712ELCTR-05B-T,ACS712ELCTR-20A-T,ACS712ELCTR-30A-T，本設(shè)計采用的是ACS712ELCTR-30A-T，它的電流檢測范圍為±30A。由于輸出的是電壓信號，是一個模擬量，所以要通過A/D轉(zhuǎn)換后才能接入單片機，其連接圖如圖3.18。圖3.18ACS712與TLC1543的接口電路電壓環(huán)檢測電路電壓檢測電路的作用是將檢測到的電機轉(zhuǎn)速反應(yīng)到單片機，讓單片機來進行PI運算。設(shè)計中使用的檢測方法是用測速發(fā)電機檢測電動機的轉(zhuǎn)速。測速發(fā)電機(tachogenerator)是一種檢測機械轉(zhuǎn)速的電磁裝置。它能把機械轉(zhuǎn)速變換成電壓信號，其輸出電壓與輸入的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系，如圖3.19所示。在自動控制系統(tǒng)和計算裝置中通常作為測速元件、校正元件、解算元件和角加速度信號元件等。自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的要求，主要是精確度高、靈敏度高、可靠性好等。具體為：〔1〕輸出電壓與轉(zhuǎn)速保持良好的線性關(guān)系；〔2〕剩余電壓〔轉(zhuǎn)速為零時的輸出電壓〕較?。弧?〕輸出電壓的極性和相位能反映被測對象的轉(zhuǎn)向；〔4〕溫度變化對輸出特性的影響??；〔5〕輸出電壓的斜率大，即轉(zhuǎn)速變化所引起的輸出電壓的變化要大；〔6〕摩擦轉(zhuǎn)矩和慣性要小。此外，還要求它的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、對無線電通訊的干擾小、噪聲小等。Ua0n圖3.19輸出電壓與轉(zhuǎn)速的關(guān)系在實際應(yīng)用中，不同的自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機的性能要求各有所側(cè)重。例如作解算元件時，對線性誤差、溫度誤差和剩余電壓等都要求較高，一般允許在千分之幾到萬分之幾的范圍內(nèi)，但對輸出電壓的斜率要求卻不高；作較正元件時，對線性誤差等精度指標的要求不高，而要求輸出電壓的斜率要大。測速發(fā)電機按輸出信號的形式，可分為交流測速發(fā)電機和直流測速發(fā)電機兩大類。交流測速發(fā)電機又有同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機兩種。前者的輸出電壓雖然也與轉(zhuǎn)速成正比，但輸出電壓的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，所以只作指示元件用；后者是目前應(yīng)用最多的一種，尤其是空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機性能較好。直流測速發(fā)電機有電磁式和永磁式兩種。雖然它們存在機械換向問題，會產(chǎn)生火花和無線電干擾，但它的輸出不受負載性質(zhì)的影響，也不存在相角誤差，所以在實際中的應(yīng)用也較廣泛。此外，還有性能和可靠性更高的無刷測速發(fā)電機。本設(shè)計采用的是ZYS-A永磁式直流測速發(fā)電機。ZYS系列永磁式直流測速發(fā)電機，用以測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速，亦可作速度訊號的傳送器。在自動控制系統(tǒng)及計算解答裝置中作為測量元件之用。本系列測速發(fā)電機在負載電阻為恒定值的情況下，其輸出電壓是轉(zhuǎn)速的線性函數(shù)，正反方向的輸出特性是對稱的。安裝方式為機座底腳式和端蓋凸緣式兩種。具有使用簡便，精度高，重量輕，體積小等特點。ZYS-A型永磁直流測速發(fā)電機適用于一般正常工作環(huán)境。其測速范圍可在0～1000轉(zhuǎn)/分和0～2000轉(zhuǎn)/分及0～3000轉(zhuǎn)/分。一般使用于海拔超過1000米，周圍冷空氣不超過+40℃時可連續(xù)工作。其實物圖如圖3.2圖3.20ZYS-A永磁式直流測速發(fā)電機執(zhí)行機構(gòu)本設(shè)計是直流調(diào)速控制系統(tǒng)，所以執(zhí)行機構(gòu)使用的是直流電動機。本設(shè)計使用的直流電動機是JS-ZYT系列永磁直流電機。本產(chǎn)品具有體積小、重量輕、調(diào)速靈敏、噪聲低、效率高、功率大、穩(wěn)定性強等優(yōu)點。廣泛適用與自動化控制系統(tǒng)中作副機執(zhí)行原件、并可作輕機械主機驅(qū)動源。使用維護方便、整機采用B級絕緣，且按國際慣例絕緣要求設(shè)計，從而大大提高整機的平安可靠性。產(chǎn)品規(guī)格：功率500W，電壓DC〔直流〕220V，轉(zhuǎn)速1-1800轉(zhuǎn)可調(diào)，尺寸長度250MM出軸直徑16MM。實物圖如圖3.21。圖3.21JS-ZYT直流電動機軟件設(shè)計PI控制介紹PI控制方法比例調(diào)節(jié)器具有靜差，為解決此問題，可引入積分環(huán)節(jié)，它的控制輸出如下：μ=KTi積分常數(shù)，Ti越大，積分作用越弱。傳遞函數(shù)為：GS當e固定時，積分環(huán)節(jié)有累加e的作用，使u越來越大，可減少靜差。即使當e比擬小，過一段時間〔由Ti決定〕，u仍將增大，使系統(tǒng)輸出增大到所要求的值，可使e趨近零。Ti越小，u隨e增加的速度越快。積分環(huán)節(jié)可提高系統(tǒng)的抗干擾能力，減小靜差，適用于有自平衡的系統(tǒng)。但它有滯后現(xiàn)象，使系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢，超調(diào)量變大，并可能產(chǎn)生震蕩[2]。PI調(diào)節(jié)器的工作原理PI調(diào)節(jié)器線路如圖4.1所示。圖4.1PI調(diào)節(jié)器的原理線路由于A點為“虛〞地，可寫出下式：UinUex因i0=i1整理后得：Uex當輸入階躍信號時，那么：Uex式中Kp=R1/R為PI調(diào)節(jié)器比例局部放大系數(shù)，τ=R0C1為調(diào)節(jié)器積分時間常數(shù)。由此可見，PI調(diào)節(jié)器的輸出電壓Uex由比例和積分兩個局部相加而成。在突加輸入信號時，由于電容C1兩端電壓不能突變，相當于兩端瞬時短路，在運算放大器反應(yīng)回路中只剩下電阻R1，相當于一個放大系數(shù)為Kp的比例調(diào)節(jié)器，在輸出端立即呈現(xiàn)電壓KpUin，加快了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，發(fā)揮了比例控制的長處。此后，隨著電容C1被充電，輸出電壓Uex開始積分，其數(shù)值不斷增長，直到穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)時，C1兩端電壓等于Uex，C1停止充電，R1已不起作用，又和積分調(diào)節(jié)器一樣了，這時又能發(fā)揮積分控制的長處，即調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)，具有很高的放大倍數(shù)，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)無靜差。由此可見，PI調(diào)節(jié)器滿足了系統(tǒng)在動態(tài)和靜態(tài)時對放大倍數(shù)K大小不同的要求。它屬于串聯(lián)校正裝置。這樣一來，不僅使系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時做到無靜差，而且又提高了系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。在初始條件為零時，取式(4-5)兩側(cè)的拉式變換，得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)：Wpis=令τ1=Kpτ那么：Wpis=式中τ1=Kpτ=R1C1為PI調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)[4]。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速和電流調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器，并都設(shè)有限幅電路。圖4.2采用PI調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)圖4.2為采用PI調(diào)節(jié)器的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，Wa(s)為調(diào)節(jié)對象的傳遞函數(shù)Wpi(s)為PI調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)，Uin和Uex為系統(tǒng)輸入和輸出信號。PI調(diào)節(jié)器的輸出Ua由比例和積分兩局部組成，即：UaUa由式(4-10)可知，PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)波形與偏差ΔU有直接關(guān)系。當Uin一定時，ΔU的變化規(guī)律取決于Uex，而Uex的響應(yīng)快慢又與被調(diào)對象的慣性大小有關(guān)。下面按三種情況來分析在ΔU不同變化情況下PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應(yīng)過程。(1)ΔU為階躍信號時，比例局部Up突跳至KpΔU，積分局部U1按線性增長，經(jīng)時間tm后Ua到達限幅值Uam。Uam所以：tm(2)偏差電壓ΔU最初為突跳，隨著系統(tǒng)輸出Uex的上升而緩慢降低。這種情況發(fā)生在調(diào)節(jié)對象的滯后時間常數(shù)遠大于調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)τi時，由于Uex的緩慢上升，引起ΔU的緩慢下降，盡管KpΔU在下降，但積分局部U1使Ua仍繼續(xù)增長。也就是說，積分局部的增長大于比例局部引起的下降，因此，在ΔU衰減到零之前，Ua還來得及升到限幅值。(3)偏差信號ΔU最初為突跳，隨著系統(tǒng)輸出Uex的迅速增長而急劇下降。這種情況發(fā)生在調(diào)節(jié)對象的時間常數(shù)較小時，因Uex的增長較快，使ΔU的下降較快，致使積分分量U1還來不及把Ua升到限幅值之前，ΔU已經(jīng)衰減到零，Ua也就不能再增長了，這時調(diào)節(jié)器就不會飽和。在動態(tài)過程中，PI調(diào)節(jié)器輸出電壓Ua是否飽和對系統(tǒng)的輸出波形很有影響。假設(shè)Ua一旦飽和，只有ΔU變負，即Uex>Uin時，才有可能使它退出飽和，因此Uex必然超調(diào)。另外如果Wa(s)中含有積分環(huán)節(jié)，那么不管調(diào)節(jié)器是否飽和，輸出Uex也一定超調(diào)，因為到達穩(wěn)態(tài)時，Ua一定要為零，這樣只有ΔU變負，才能把Ua拉回到零。掌握以變化規(guī)律，再去分析含有PI調(diào)節(jié)器的多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)過程，就方便多了[4]。主程序設(shè)計系統(tǒng)上電初始化后，首先進行按鍵掃描，假設(shè)有按鍵按下，那么讀取按鍵值，更新設(shè)定速度。將實測速度與設(shè)定速度進行比擬，假設(shè)實測速度大于設(shè)定速度的最大值，那么報警并結(jié)束程序。假設(shè)實測速度在設(shè)定范圍內(nèi)，那么調(diào)用PI子程序，根據(jù)計算的差值對速度進行調(diào)節(jié)。主程序流程圖如圖4.3所示[5]。圖4.3主程序流程圖初始化程序設(shè)計本控制系統(tǒng)的初始化程序包括LCD初始化程序、CH451初始化程序、中斷初始化程序、AD轉(zhuǎn)換初始化程序。LCD初始化LCD的初始化就是通過向LCD的存放器內(nèi)寫入相應(yīng)的命令，對數(shù)據(jù)的顯示格式、顯示位數(shù)和顯示地址進行設(shè)置，為第一次顯示做準備。其初始化程序流程圖如圖4.4所示[5]。圖4.4LCD初始化流程圖CH451初始化因控制系統(tǒng)中設(shè)計按鍵比擬多，所以本系統(tǒng)采用CH451芯片拓展外接鍵盤，所以初始化程序只設(shè)置與鍵盤讀取相關(guān)的存放器參數(shù)。CH451初始化程序包括芯片內(nèi)部復位、芯片參數(shù)設(shè)置、讀取按鍵代碼。CH451初始化程序流程圖如圖4.5所示。圖4.5CH451初始化流程圖內(nèi)部復位命令將CH451的各個存放器和各種參數(shù)復位到默認的狀態(tài)。芯片上電時，CH451總是被復位，此時各個存放器均復位為0，各種參數(shù)均恢復為默認值。設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)命令用于設(shè)定CH451的系統(tǒng)級參數(shù)：看門狗使能WDOG，鍵盤掃描使能KEYB，顯示驅(qū)動使能DISP。各個參數(shù)均通過1位數(shù)據(jù)控制，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)位置為1那么啟用該功能，否那么關(guān)閉該功能〔默認值〕。讀取按鍵代碼命令用于獲得CH451最近檢測到的有效按鍵的按鍵代碼。該命令是唯一的具有數(shù)據(jù)返回的命令，CH451從DOUT引腳輸出按鍵代碼，按鍵代碼總是7位數(shù)據(jù)，最高位是狀態(tài)碼，位5～位0是掃描碼[6]。中斷初始化要使CPU能夠正常響應(yīng)中斷請請求，首先應(yīng)對中斷系統(tǒng)進行初始化，這包括優(yōu)先級設(shè)置，總中斷使能開關(guān)，各中斷使能開關(guān)，各中斷源工作模式的設(shè)置，在有些單片機中，還要求對外部中斷的管腳進行方向設(shè)置等。單片機中斷初始化程序流程圖如圖4.6所示[6]。圖4.6中斷初始化流程圖A/D轉(zhuǎn)換初始化本設(shè)計采用的TLC1543是有11路10位的A/D轉(zhuǎn)換器，具有精度高，使用方便等特點。A/D轉(zhuǎn)換初始化設(shè)置包括片選端的設(shè)置、芯片時鐘端的設(shè)置和數(shù)據(jù)輸出端的設(shè)置，其初始化流程圖如圖4.7所示[5]。圖4.7A/D轉(zhuǎn)換初始化流程圖子程序設(shè)計本設(shè)計子程序設(shè)計包括中斷程序的設(shè)計、觸發(fā)程序的設(shè)計和PI程序的設(shè)計等，下面將主要介紹以上三種子程序的設(shè)計。中斷程序的設(shè)計本設(shè)計中斷源是按鍵中斷請求，在編寫中斷效勞程序時要注意在INT1中斷效勞程序開始是保護現(xiàn)場，由于在INT1中斷期間有可能被更高級中斷INT0中斷，為了防止出現(xiàn)這一問題，在INT1中斷保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場期間，CPU禁止中斷，待保護現(xiàn)場和恢復現(xiàn)場結(jié)束，CPU再開中斷。中斷效勞子程序流程圖如圖4.8[6]。圖4.8中斷效勞子程序觸發(fā)程序的設(shè)計觸發(fā)程序中包括了初始化程序，控制角的輸入及計算，同步輸入信號的檢測，脈沖信號的輸出，系統(tǒng)啟動、復位或停機的控制。程序流程圖如圖4.9所示。圖4.9觸發(fā)程序流程圖PI子程序的設(shè)計當進入PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)時，首先根據(jù)系統(tǒng)給定值r(t)和采樣值y(t)來計算偏差量e(t)=r(t)-y(t)，然后對偏差量e(t)進行比例、積分運算，再進行線性組合即可計算出u(t)。Kp、Ti兩個參數(shù)的設(shè)定是PI控制算法的關(guān)鍵問題。一般說來，編程時只能設(shè)定它們的大概數(shù)值，并在系統(tǒng)運行時通過反復調(diào)試來確定最正確值。因此調(diào)試階段程序須得能隨時修改和記憶這兩個參數(shù)。PI調(diào)節(jié)系統(tǒng)的流程圖如圖4.10所示。圖4.10PI調(diào)節(jié)子程序結(jié)論一學期的畢業(yè)設(shè)計工作結(jié)束了。在做畢業(yè)設(shè)計期間，查閱了大量的關(guān)與單片機和直流調(diào)速的知識。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，ASR的作用是對轉(zhuǎn)速的抗擾調(diào)節(jié)并使之在穩(wěn)態(tài)時無靜差，其輸出限幅決定允許的最大電流。ACR的作用是電流跟隨，過流自動保護和及時抑制電壓波動。在電氣時代的今天，電動機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人們?nèi)粘Ｉ钪衅鹬种匾淖饔谩Ｑ芯恐绷麟姍C的控制和測量方法，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。本文總結(jié)目前常用的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方法，設(shè)計出一個以直流電動機作為被控對象，基于單片機作為控制器與三相全控整流電路相結(jié)合的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。其特點是以單片機AT89C51為控制器，通過三相全控整流電路、按鍵和顯示電路等組成直流電動機控制系統(tǒng)，利用PI控制算法，結(jié)合MATLAB仿真軟件建立了系統(tǒng)數(shù)學模型并進行了仿真。再由理論分析、器件參數(shù)整定、硬件電路設(shè)計、軟件設(shè)計最終實現(xiàn)。通過這次實驗是我詳細的明白了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理,也是我知道了一些他在工業(yè)中的一些應(yīng)用,以前沒明白的一些細節(jié)在這次設(shè)計中也得到了深刻的理解。理論和實際互相結(jié)合是我對電力拖動自動控制系統(tǒng)這門課有了進一步的認識。從這次的畢業(yè)設(shè)計中，我真真正正地意識到，在以后的學習或工作中，要理論聯(lián)系實際，把我們所學的理論知識用到實際當中，這就是我在這次畢業(yè)設(shè)計中的最大收獲。參考文獻[1]梅麗鳳,王艷秋.單片機原理及接口技術(shù)[M].北京:清華大學出版社,2023.2[2]余永權(quán).單片機在控制系統(tǒng)中的的應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.10[3]王兆安,劉進軍.電力電子技術(shù)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2023.5[4]倪忠遠.直流調(diào)速系統(tǒng)[M].北京:機械工業(yè)出版社,1996.9[5]邊莉,張起晶,黃耀群.51單片機根底與實例進階[M].北京:清華大學出版社,2023.1[6]吳銀琴,陳錕.51單片機實踐教程[M].北京:科學出版社,2023.6[7]張晉格.基于MATLAB語言控制系統(tǒng)CAD[M].北京:機械工業(yè)出版社,2023.8[8]邵雪卷,張井崗,趙志誠.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究[J].電氣電子教學學報,2023(01):75-84[9]何穎,鹿蕾,趙爭鳴.直流調(diào)速系統(tǒng)的Matlab建模與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2004(23):77-83[10]鄭光,王迤冉.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)化及仿真研究[J].計算機仿真,2023(07):321-325[11]陳錕,危立輝.基于單片機的直流調(diào)速控制電路[J].中南民族大學學報,2003(3):43-60[12]韓志榮,黃鄉(xiāng)牛.AT89C51單片機在直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].華東地質(zhì)學院學報,2023(1):70-74[13]劉小兵,劉任慶.單片機在直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電氣開關(guān),2023(04):54-55[14]陳中,沈翠鳳.基于單片機直流調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計[J].鹽城工學院學報(自然科學版),2023(03):54-78[15]陳中,李先鋒.基于Matlab雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真[J].鹽城工學院學報(自然科學版),2023(03):40-43[16]趙洋,卜懌鑫,許婕.基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與仿真[J].裝備制造,2023(08):216[17]徐英鳳,龔民.一種基于AT89C51單片機的直流調(diào)速控制裝置[J].沈陽理工大學學報,2007(04):71-73[18]趙遠東,方源,梁路陽.C語言環(huán)境下基于單片機的直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與現(xiàn)代化,2023(04):45-47[19]董璇,都洪基,郭新紅.基于Simulink的直流調(diào)速系統(tǒng)仿真及參數(shù)優(yōu)化[J].電力自動化設(shè)備,2023(02):89-100[20]韓志榮,黃鄉(xiāng)生,李躍忠.AT89C51單片機在直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].華東地質(zhì)學院學報,2002(01):70-74[21]宋鳳娟,廉文利,付云強.單片機89C51在直流調(diào)速控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].微計算機信息,2006(32):113-114[22]李浩,祁雋燕,譚超.鍵盤顯示芯片CH451與MEGA32的接口設(shè)計[J].電子工程師,2007(04):54-53[23]裘志浩,趙望達,李昀.多功能外圍芯片CH451原理及其應(yīng)用[J].電子質(zhì)量,2003(10):66-68[24]Situmorang,Marhaposan.TheDCMotorSpeedControllerUsingAT89S52MicrocontrollertoRotateStepperMotorAttachedintoPotentiometerinVariableRegulatedPowerSupply,Sensors&Transducers,2023,Vol.129(6),pp.86-96[26]Gamazo-RealJoseCarlos,Vazquez-SanchezErnesto,Gomez-GilJaime.PositionandSpeedControlofBrushlessDCMotorsUsingSensorlessTechniquesandApplicationTrends.Sensors,2023,Vol.10(7),pp.6901-47[27]PingHe,WeiShang,HuiqiSun.DesignMethodsofSmall-ScaleSpeedRegulatingHandleBasedonHallElement[J].ProcediaEngineering,2023,Vol.15,pp.469-473致謝在本次畢業(yè)設(shè)計中，首先真誠地感謝遼寧工業(yè)大學為我提供了珍貴的學習時機和安靜舒適的學習環(huán)境，在校園里收獲的不僅僅是珍貴的知識和真摯的師生友誼，更多的是