嵌入式电机控制系统（硬件） - 图文

嵌入式电机控制系统设计（硬件）

摘要

随着我国工业的日益发展，电机在许多工矿、机械企业得到广泛的应用，本嵌入式电机控制系统是运用单片机控制的变频调速系统，控制对象主要是三相交流电动机，控制思想是用转差频率进行控制，通过改变程序来达到控制转速的目的。

系统以AT89C52为控制核心，主要采用变频调速技术，结合所学的单片机技术，实现系统的功能要求。系统的总体结构主要由主回路，sa4828大规模集成spwm变频器电路，键盘显示电路，光电隔离电路，检测保护电路，驱动电路，串口通信电路。

主要电路芯片由51系列单片机at89c52, Intel8279通用键盘/显示器，SPWM波产生电路SA4828芯片,以及驱动芯片IR2304等。

由于设计中电动机功率不大，所以整流器采用不可控电路，电容器滤波；逆变器采用电力晶体管三相逆变器，结构清晰，成本大大降低。

关键词 AT89C51单片机；SA4828变频器；IR2304；整流器；三相异步电动机

电气与电子工程系电气工程及其自动化专业

I

平顶山工学院2008届本科毕业设计论文

Abstract

With the increasing development of China's industry, the electrical in many mining, machinery enterprises have wide application, the embedded motor control system is to use the SCM Control Frequency Control System, control is primarily aimed at three-phase AC motor, control thinking Use slip frequency control, by changing the speed control procedures to achieve the objective.

AT89C52 for the control system to the core, mainly VVVF technology, integration of the microcontroller technology, to achieve the function of the system requirements. The overall structure of the main system by the main circuit, sa4828 large-scale integrated circuit spwm converter, the keyboard show circuit, photoelectric circuit isolation, detection protection circuit, driving circuit, serial communication circuits. The main circuit chip from 51 MCU at89c52, Intel8279 universal keyboard / display, SPWM wave generated SA4828 circuit chips, and driver chips, and so on.

As the design of electrical power do not, so do not use controlled rectifier circuits, capacitors filter; inverter with three-phase power inverter transistor, a clear structure, the cost much lower.

Key words ：AT89C51 SCM; SA4828 converter; IR2304; rectifier;

three-phase asynchronous motor

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目录

摘要..............................................................................................................................................................................I ABSTRACT ............................................................................................................................................................ II 第1章 绪 论.........................................................................................................................................................1 1.1课题来源.........................................................................................................................................................1 1.2嵌入式电机控制系统的概述 .....................................................................................................................1 1.3本文完成的主要工作 ..................................................................................................................................4 第2章 嵌入式电机控制系统设计方案设计 ...................................................................................................5 2.1嵌入式电机调速系统 ..................................................................................................................................5 2.1.1嵌入式电机控制方式的选择 .............................................................................................................5 2.1.2 调节器的选择.......................................................................................................................................7 2.1.3嵌入式电机控制系统启动方法的选择 ...........................................................................................8 2.1.4嵌入式电机控制系统制动方法的选择 ...........................................................................................9 2.2键盘显示部分................................................................................................................................................9 2.3电压电流检测与保护部分 .........................................................................................................................9 2.4通信部分.......................................................................................................................................................10 2.5转速测量部分..............................................................................................................................................10 2.6嵌入式电机控制系统的总体方案确定 .................................................................................................10 第3章嵌入式电机控制系统硬件电路设计 ...................................................................................................11 3.1系统硬件电路总框图及原理图...............................................................................................................11 3.2系统主要原器件简介 ................................................................................................................................12 3.2.1单片机AT89C52简介.......................................................................................................................12 3.2.2变频器Sa4828简介...........................................................................................................................12 3.2.3键盘显示芯片INTEL8279简介.....................................................................................................14 3.2.4 IR2304半桥驱动集成电路 ..............................................................................................................16 3.2.5串口通信Max232芯片简介............................................................................................................18 3.3系统主回路的设计及参数计算...............................................................................................................19 3.4 嵌入式控制系统单元模块的设计 .........................................................................................................23 3.4.1 SPWM控制信号的产生及变频器的设置.................................................................................23 3.4.2 键盘显示模块设计............................................................................................................................24 3.4.3单片机串口模块设计 ........................................................................................................................25 3.4.4 速度检测电路设计............................................................................................................................26 3.4.5光电隔离及驱动电路设计 ...............................................................................................................27 3.4.6故障检测及保护电路设计 ...............................................................................................................28 第四章 系统软件的设计.....................................................................................................................................29 4.1程序框图及其介绍.....................................................................................................................................29 4.1.1主程序 ...................................................................................................................................................29 4.1.2故障检测处理程序.............................................................................................................................29 4.1.3键盘处理程序如下图： ....................................................................................................................30

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4.1.4 转速调节 .............................................................................................................................................31 4.1.5下位机接收数据流程图 ....................................................................................................................31 4.1.6下位机发送数据程序流程图 ...........................................................................................................32 PI调节器程序框图如下图22所示.........................................................................................................32 4.2部分子程序 ..................................................................................................................................................34 4.2.1 SA4828初始化子程序...................................................................................................................34 4.2.2 调速子程序.......................................................................................................................................34 结束语 ......................................................................................................................................................................36 参考文献..................................................................................................................................................................37

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第1章 绪 论

1.1课题来源

随着我国工业的日益发展，电机在许多工矿、机械等企业得到广泛的应用，其可分为：直流电动机、伺服电动机，步进电动机，交流电动机等。首先是直流电动机，它的优点主要在于调速范围广，静差小，稳定性能好以及具有良好的动态性能。尽管如此，直流调速系统却解决不了直流电动机本身的换向问题和在恶劣环境下的不适应问题，同时制造大容量，高转速以及高电压直流电动机也十分困难，这就限制了直流传动系统的进一步发展。伺服电动机和步进电动机出现的较晚，一般运用于特别精确的自动控制系统中。交流电动机在1885年出现，交流电动机因其结构简单，运行可靠，价格低廉，维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机，特别是三相交流电动机，使用范围更加广泛。但随着经济的发展，现代的工况企业都要求电机的容量大，调速范围宽，启动快速频繁，效率高。而且要求自动化控制水平高，可视化好的要求，传统的电机控制已经满足不了现代工业的发展要求，虽有专业的可编程器件，但它的成本太高，而且专业性比较强，不容易扩展，有逐渐被嵌入式系统代替的趋势，故本设计采用单片机及外围器件构成嵌入式电机控制系统，具有调速范围，可视化强，基本上达到了现代工业生产上的需要，大大提高了生产效率，成本大大降低。

1.2嵌入式电机控制系统的概述

嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。

嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器微处理器、存储器及外设器件和I／O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件（要求实时和多任务操作）和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为；而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

嵌入式系统的特点与定义不同，它是由定义中的三个基本要素衍生出来的。

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不同的嵌入式系统其特点会有所差异。

与“嵌入性”的相关特点：由于是嵌入到对象系统中，必须满足对象系统的环境要求，如物理环境（小型）、电气/气氛环境（可靠）、成本（价廉）等要求。

与“专用性”的相关特点：软、硬件的裁剪性；满足对象要求的最小软、硬件配置等。

与“计算机系统”的相关特点：嵌入式系统必须是能满足对象系统控制要求的计算机系统。与上两个特点相呼应，这样的计算机必须配置有与对象系统相适应的接口电路。

另外，嵌入式设备与嵌入式系统不同，不要与之相混淆。嵌入式设备是指内部有嵌入式系统的产品、设备，例如，内含单片机的家用电器、仪器仪表、工控单元、机器人、手机、PDA等。

嵌入式系统虽然起源于微型计算机时代，然而，微型计算机的体积、价位、可靠性都无法满足广大对象系统的嵌入式应用要求，因此，嵌入式系统必须走独立发展道路。这条道路就是芯片化道路。将计算机做在一个芯片上，从而开创了嵌入式系统独立发展的单片机时代。

在探索单片机的发展道路时，有过两种模式，即“Σ模式”与“创新模式”。“Σ模式”本质上是通用计算机直接芯片化的模式，它将通用计算机系统中的基本单元进行裁剪后，集成在一个芯片上，构成单片微型计算机；“创新模式”则完全按嵌入式应用要求设计全新的，满足嵌入式应用要求的体系结构、微处理器、指令系统、总线方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照创新模式发展起来的单片形态的嵌入式系统（单片微型计算机）。MCS-51是在MCS-48探索基础上，进行全面完善的嵌入式系统。历史证明，“创新模式”是嵌入式系统独立发展的正确道路，MCS-51的体系结构也因此成为单片嵌入式系统的典型结构体系。

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

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MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

嵌入式系统（单片机）取代模拟电路作为电动机的控制器，具有如下特点： （1）使电路更简单 模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子元件，使电路更复杂，采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可通过软件来实现。

（2）可以实现较为复杂的控制 微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大容量的存储单元。因此，有能力实现复杂的控制。

（3）灵活性和适应性 微处理器的控制方式是有软件来实现的，如果需要修改控制规律，一般不必改变系统的硬件电路，只须修改程序即可，在系统调试和升级时，可以不断尝试选择最优参数，非常方便。

( 4 ) 无零点漂移，控制精度高 数字控制不会出现模拟电路中经常遇见的零点漂移问题，无论被控量是大还是小，都可以保证足够的控制精度。

（5）可以提供人机界面，多机连网工作。用工业控制计算机可谓功能强大，它有极高的速度，很强的运算能力和接口功能，方便的软件功能，但是由于成本高，体积过大，所以只用于大型的控制系统，可编程控制器则恰好相反，它只能完成逻辑判断，定时，记数和简单的运算，由于功能太弱，所以它只能用于简单的电动机控制。在民用生产中，通常用介于工控机和可编程控制器之间的单片机作为微处理器。本次设计就是用单片机作为电动机的控制器。

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1.3本文完成的主要工作

本文的嵌入式电机控制系统设计主要采用单片机控制变频器来实现其变频调速，通过单片机外围芯片来实现对主电路进行键盘显示，检测、保护，通信等功能，其完成的主要工作有：

(1)电机控制方案的选择 (2)硬件电路的设计 (3)主电路参数的计算 (4)元器件的选择 (5)键盘显示的设计

(6)电压电流的检测和保护电路的设计 (7)部分软件程序的设计

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第2章 嵌入式电机控制系统设计方案设计

2.1嵌入式电机调速系统

2.1.1嵌入式电机控制方式的选择

嵌入式电机控制的转速控制由异步电动机的转速表达式 ：

n=60f（1-s）?n0 p由上式可知电机控制的转速控制有三种方法：改变转差率调速，改变频率调速，改变极对数调速。

本次设采用的是改变频率调速方法，即变频调速，当极对P不变时，均匀的改变定子供电的频率f，则可以连续的改变异步电动机的同步转速n0。达到平滑调节电动机实际运行转速n的目的。这种调速方法称为变频调速。变频调速具有很好的调速性能，应用相当广泛，是交流调速的主流。其又可分为以下2种： 转速开环恒压频比控制和转差频率闭环控制。

在本次设计中所用到的控制方式是用转差频率闭环控制，转速开环恒压频比调速系统虽然结构简单，异步电动机在不同的频率下都能够获得较硬的机械特性曲线，但是不能保证必要的调速精度；而且在动态过程中由于不能保持所需要的转距，动态性能也很差，它只能用于对调速系统的动静态性能要求都不高的场合。如果异步电动机能像直流电动机一样，用控制电枢电流的方法来控制转距，那么就能够得到和支流电动机一样的动静态性能。 转差频率控制的基本概念，

由式

Te?Pm?1?3NpI2R2W1S'2'?3NpU1R2/SW1[(R1?R2/S)?W1(Ll1?Ll2)]'22'22'

可以得出异步电动机的机械特性方程式：

Te?3Np(U1W1)2'2SW1R2(SR1?R2)?SW1(Ll1?Ll2)22'2'

令式中 Ws?SW1，它是转差频率。 又由式 U1?Eg?4.44F1N1KN1?m

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即：

U1W1?EgW1?4.44F1N1Kn1?m2?2m

'所以： Te?Km?式中 Km?3Np(WR2(SR1?R2)?Ws(Ll1?Ll2))?2'22'2

4.44N1Kn12?32NpN1Kn1

22由于异步电动机机械特性曲线上有一最大值，当转差频率小于临界转差频率（对应于电磁转距最大的转差率）时，电动机运行在稳定工作区，电动机的电流比较小；当转差率大于临界转差率时，电动机进入不稳定工作区，电动机的电流增大，转距减小。所以在调速过程中要使电动机的转差频率小于临界转差率。也就是说，异步电动机稳定工作时的转差率很小，从而 Ws?SW1也很小，可以认

'Ws/R2。此式表明，为 SR1?R2'， (Ll1?L'l2)?R2'，所以Te可近似写成Te?Km?2m在转差频率Ws很小的范围内，只要能够保持气隙磁通 ?m不变，异步电动机的转距就近似与转差频率成正比，这就是说，在异步电动机中控制Ws，就能和直流电动机中控制电流一样，能够达到控制转距的目的。控制转差频率就代表了控制转距，这就是转差频率控制的基本原理。

转差频率控制的变频调速系统实现上述转差频率控制的转速闭环变频调速结构原理图如图1所示:

图1系统控制结构图

可以看出该系统具有以下特点：

（1）采用电流源变频器，使控制对象具有较好的动态响应，而且便于回馈制动，这是提高系统动态性能的基础。

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（2）和直流电动机双闭环调速系统一样，外环是转速环，内环是电流环，

*转速调节器的输出是转差频率给定值UW，代表转距给定。

s（3）转差频率Ws的控制作用分两路，分别作用在可控整流器和逆变器上。

*前者通过I1?f(Ws)函数发生器，按UW的大小产生相应的Ui*1信号，再通过电流

s调节器控制定子电流，以保持?m恒定，另一路按Ws?W?W1产生对于于定子频率W1的控制电压Uw1，决定逆变器的输出频率。

*（4）转速给定信号UW，Uw，Uw1都反向，相序鉴别器判断Uw1的极性以决

s定环形分配器的输出相序，而Uw1信号本身则经过绝对值变换器决定输出频率的大小，这样就很方便的实现了异步电动机的可逆运行。

综上所述，本设计采用转差频率控制的控制方法，可以实现较好的效果，是一种解决异步电动机电磁转距控制问题的方法，可以获得与直流电动机恒磁通调速相似的性能。 2.1.2 调节器的选择

本系统采用增量式转差频率调节方式，转差调节器设计为带有死区的调节器，即：

因f1?fs?fn，所以US(k)与Un(k)之和反映了频率f，即为频率指令信号。控制结构框图和控制曲线如图2所示。- ?UnA～ΔUnA为死区，它是为了避免因量化误差，舍入误差引起系统运行不平衡而引起的。?UnA～?UnB (–?UnA～–

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?UnB)为线性调节区，当∣ΔUn（K）∣> ?UnB时，输出限幅，用以现在转差频

率的最大增量，亦即限制f1的最大增量，亦即限制f1的最大增量，防止系统过冲，提高系统的稳定性。?UsM决定系统的积分系数（K1??UsM?UnB）,它由电位器给定，

通过A/D转换器转换后输入。当?UnB确定后，通过调节电位器，就能改变积分系数K1，整定方便。?UnA的值根据静态精度要求和实际系统工作时的最低转速来确定，?UnB、?UsM通过实验确定。

a) 控制结构框图 b） 控制曲线

图2控制结构框图和曲线图

2.1.3嵌入式电机控制系统启动方法的选择

三相异步电动机的启动有两种方式，即直接启动，（或全压启动）和降压启动，直接启动是一种简单、可靠、经济的启动方法，但由于直接启动时，电动机的启动电流为额定电流的4～7倍，过大的启动电流一方面会造成电网电压的显著下降，直接影响在同一电网工作的其他电动机，及用电设备的正常运行，另一方面电动机频繁启动会严重发热，加速线圈老化，缩短电动机的寿命，所以直接启动时电动机的容量受到一定的限制，仅适用于10kw一下或满足全压启动经验公式的电动机，其中异步电动机的启动又分为以下四种：定子绕子中出电阻降压启动、Y-△降压起动、自耦变压器降压启动，延边三角形降压启动。自耦变压器降压启动的启动电流为直接启动时1/K2倍。因电压降低了1/K倍，转矩降为1/K2倍。设备体积大，投资较贵，星—三角（Y—Δ ）降压启动的启动电流为直接采用全压启动电流的1/3启动电流受到限制，启动转矩与电压的平方成正比，启动转矩也只有Δ接法直接启动时1/3，只适用于空载或轻载启动。延边三角形降压启动的启动转矩也只有全压启动时1/3，且绕组结构较复杂，应用受限制。采用在启动时给定子电路中串联降压电阻的办法来启动电动机启动设备较多，一部分

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能量消耗在启动电阻且启动级数较少。

本次设计运用变频调速方法，可采用变频降压的方法降低启动电压，当电动机达到额定转速时在全压运行，不用在添加辅助设备，经济、简单。 2.1.4嵌入式电机控制系统制动方法的选择

制动的方法一般有两类：机械制动和电气制动。机械制动常用的方法：电磁抱闸制动，但电磁抱闸体积较大，制动器磨损严重，快速制动时会产生振动一般用在起重设备。电气制动主要有能耗制动、反接制动、回馈制动、电容制动等。反接制动的制动准确性差，制动过程冲击力强烈，易损坏传动器件，制动能量损耗大不宜频繁启动。回馈制动由于电路复杂应用范围不广。电容制动对高速、低速运转的电动机均能迅速制动，能量损耗小设备简单，一般用语10KW以下的小容量电动机，可适用于制动频繁的场合。能耗制动制动力强、制动平稳、无大的冲击；应用能耗制动能使生产机械准确停车，被广泛用于矿井提升和起重机运输等生产机械。

本次设计采用能耗制动方法，制动准确、平稳，且能量消耗小，控制电路比较简单。

2.2键盘显示部分

本设计主要涉及嵌入式电机启动、停止，正转反转，上下调速，及速度开机设定等功能，所以本设计共设2*8=16个键盘加上一个复位键盘共17个键盘。显示方法有led显示和lcd显示，其中led显示简单价格低廉名具有很高的性价比，所以本设计采用led显示满足设计要求。

2.3电压电流检测与保护部分

本电路涉及的电流电压比较大，特别是开机冲击电压电流特别大，另外功率管、三相交流电动机的价格比较贵重，为了系统及电动机的安全有必要设计电路电压电流的检测与保护。其中电压电流的检测有多种方法，如：采用电压电流传感器、电压电流互感器和电阻分压测电压、串电阻测电流的方法等。本设计采用电阻分压测电压、串电阻测电流及光电耦合的方法，把过电压过电流信号通过光耦隔离输入到单片机，经单片机处理来控制输出电压的高低，从而起到保护的作用，而采样点的设置则选择在直流部分，如果在三相整流的输入端和三相电动机的输入端则应采用电压电流传感器或电压电流互感器来测量，这样的话成本就会

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增加，特别是电压电流互感器，造价就会更高，所以本次设计检测点设在直流部分，这样的话电路设计就会简单的多了。另外对与开机冲击电流本次设计采用前端设置一个电抗器，以减缓开机冲击电流对逆变电路所造成的损害。

2.4通信部分

本次设计的通信技术主要是单片机与上位单片机或pc机的通信，从而能够实现联机控制或集散控制的功能，而且能够用pc机通过网络进行网络控制。通信部分主要采用单片机串口通信技术，此种技术运用比较广泛，技术比较成熟，运用的比较多。

2.5转速测量部分

在电动机转速测量方面有很多方法，主要有用速度传感器测速，转速发电机测速，光电编码盘测速等，本次设计所采用的方法与光电编码盘有相似之处，是用一对对管，即一个发光二极管和一个光电三极管来测速。在电动机的一侧弄一个挡板，钻若干小孔，发光二极管发射的光被没有孔的地方遮挡时，光敏三极管不能导通，光敏三极管的集电极输出为高电平，在有小孔的地方，发光二极管发射的光就会透过小孔照射到光敏三极管上，使光敏三极管导通，此时光敏三极管的集电极输出为低电平。然后经电平转换后，把这些高低电平的脉冲信号送入单片机处理转换为电动机的转速。与前几种方法相比这种方法具有造价低，简单易行，测量的精度在于挡板上的钻孔的多少，即采样频率的大小。

2.6嵌入式电机控制系统的总体方案确定

综上所述，本系统运用单片机控制专用变频器，采用转差频率控制的思想，增加了键盘显示使具有灵活性、可操作性和可视性；电压电流的检测和保护提高了其安全性和可靠性；串口通信增加了系统的延展性；转速测量反馈提高了系统的精度等。启动采用变频降压的方法降低启动电压，当电动机达到饿定转速时在全压运行，不用在添加辅助设备，经济、简单。制动时采用能耗制动，制动准确、平稳，且能量消耗小，控制电路比较简单。本系统不仅减少了系统电路的复杂性，使软件编程简单化，而且系统更加稳定，调节更加简单方便。

本次设计针对一台三相异步电动机系统进行设计，三相异步电动机的参数：

PN?2.2KW，转动惯量 J=0．03kg?m2，nN?1500r/min接法，nN?4.8A。

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第3章嵌入式电机控制系统硬件电路设计

3.1系统硬件电路总框图及原理图

本次设计的的硬件电路总框图如下图3所示：

图3 硬件电路总框图

通过图3系统框图可以看出主电路采用交直交的逆变方法先通过三相不可控整流桥把三相交流电整流为直流电然后通过三相逆变电路转变为交流电来控制三相交流电动机，而三相逆变器是由单片机AT89SC52控制变频器SA4828，然后由逆变器产生SPWM波形经驱动电路驱动后控制主电路的三相逆变电路。本次设计采用控制转差频率的方法来控制变频器的，所以设计了三相交流电机速度检测电路，测量出来脉冲信号送入单片机处理，经计算处理后来控制变频器输出的SPWM波。本次设计的保护电路主要是从直流部分检测的，当过电压过电流时，检测电路把检测结果处理后一方面把信号输入单片机处理，一方面输入到SA4828中封锁SPWM波的输出。，从而起到保护作用。键盘显示部分运用了8279芯片，这样系统电路大大的简化了，而且软件编程也轻松了许多。左下角为串口通信功能，运用MAX232串口芯片的电平转换功能与上位机和单片机相连，从而达到通

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信的目的。

3.2系统主要原器件简介

3.2.1单片机AT89C52简介

当今单片机厂商琳琅满目，产品性能各异。常用的单片机有很多种：Intel8051系列、Motorola和M68HC系列、Atmel的AT89系列、台湾Winbond(华邦)W78系列、荷兰Pilips的PCF80C51系列、Microchip公司的PIC系列、Zilog的Z86系列、Atmel的AT90S系列、韩国三星公司的KS57C系列4位单片机、台湾义隆的EM-78系列等。我们最终选用了ATMEL公司的AT89C52单片机。AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8Kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），不必在扩展其存储器。本器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大，AT89C52单片机适用于许多较为复杂控制应用场合，在本次设计中足以能够满足要求，所以本次设计单片机选用AT89C52。 3.2.2变频器Sa4828简介

（1）SA4828的性能特点

SA4828是英国MITEL公司研制出的一种专门用于三相SPWM信号发生和控制的集成电路芯片。它采用28引脚，分DIP和SOIC两种封装。它可以和大部分的单片机连接，也可以单独使用。芯片的主要特性是：全数字控制；兼容Intel和Motorola系列的单片机；载波频率最高可达24kHz；输出调制波频率范围为0~4kHz；将调制波频率的分辨率提高到16位；8位调压分辨率；内部ROM固化3种可选波形；可设定死区时间和删除最小脉宽；可实现正反转控制；由于采用了可由用户选择的三相幅值独立控制方式，因而可以单独设定各相的输出电压幅值以适应不平衡负载；有看门狗定时器。

（2）SA4828的引脚功能

SA4828的引脚如图4所示，大体可以分为三类信号： ①与单片机的接口信号

ADO～AD7 、WR、RD、ALE可直接与地址/数据复用的单片机相连。此时，总线选择信号MUX接+5V，地址/数据引脚RS不用

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图4 SA4828的引脚图

②输入信号

CS 片选信号

CLK 时钟信号，最高频率为24.576MHz RESET 复位信号，禁止输出

SET TRIP 关断信号，高电平时可快速关断全部SPWM信号 RT、YT、BY 控制三相逆变桥的三个上桥臂的开关管 RB、YB、BB 控制三相逆变桥的三个下桥臂的开关管

它们是标准的TTL信号，有12mA的驱动能力，可直接驱动光耦。 ZPPR 输出调制波的频率 WSS 输出采样波形

TRIP 封锁状态，SET TRIP有效时，该引脚为低电平表明输出已被封锁，可接LED指示灯。

（3）SA4828芯片的控制方法

对SA4828的控制是通过微处理器接口将数据送入芯片和两个寄存器（初始化寄存器和控制寄存器）来实现的。初始化寄存器用于设定与逆变器有关的一些基本参数，这些参数在PWM输出端允许输出前初始化，逆变器工作以后不允许改变。

控制寄存器在工作过程中控制输出脉宽调制波的状态，从而进一步控制逆变器的运行状态。通常在工作该寄存器内容常被改写以实现实时控制。

参数是通过8个暂存器R0、R2、R3、R4R、5R、R14、R15来传送的，初始化参数先被写入R0、R2??R5，然后通过对R14的写操作将参数送入初始化寄存

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器，最后再将控制参数写入R0、R1??R5，并通过对R15的写操作将参数送入控制寄存器。

3.2.3键盘显示芯片INTEL8279简介

INTEL 8279是一种可编程键盘/显示器接口芯片，它含有键盘输入和显示器输出两种功能。键盘输入时，它提供自动扫描，能与按键或传感器组成的矩阵相连，接收输入信息，它能自动消除开关抖动并能对多键同时按下提供保护。显示输出时，它有一个16×8位显示RAM，其内容通过自动扫描，可由8或16 位LED数码管显示。

1．8279的引脚和功能

8279采用40引脚双列直插封装，其引脚排列及功能分别如下图所示：

图5 8279的引脚图

其引脚功能如下： D0?D7：数据总线，双向三态总线。 CLK：系统时钟输入端。

RESET：系统复位输入端，高电平有效，复位状态为：16个字符显示；编码扫描键盘——双键锁定；程序时钟编程为31。

CS：片选输入端，低电平有效。

A0：数据选择输入端，A0=1时，CPU写入数据为命令字，读出状态字为状态字；A0=0时，CPU读、写均为数据。

RD、WD：读、写信号输入端，低电平有效。

IRQ:为中断请求输出线。高电平有效。 在键盘工作方式下，当FIFO/传感器RAM 中有数据时，此中断线变高电平。在FIFO/传感器RAM 每次读出时，中

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断线就下降为低电平，若在RAM 中还有信息，则此线又重新变为高电平。在传感器工作方式中，每当传感器信号变化时，中断线就变为高电平。

SL0?SL3：扫描输出端，用于扫描键盘和显示器。可编程设定为编码（4中选1）或译码输出（16选1）。

RL0?RL7：回复线，它们是键盘或传感器的列信号输入端。

SHIFT：移位信号输入端，高电平有效。它是8279键盘数据的次高位（D6），通常用作键盘上、下档功能键。在传感器和选通方式中，SHIFT无效。

CNTL/STB：控制/选通输入端，高电平有效。在键盘工作方式时，它是键盘数据的最高位，通常用作控制键。在选通输入方式时，它的上升沿可把来自RL0?RL7的数据存入FIFO/传感器RAM中。在传感器方式时，它无效。

OUTA0?OUTA3：A组显示信号输出端。 OUTB0?OUTB3：B组显示信号输出端。

BD：显示熄灭输出端，低电平有效。它在数字切换显示或使用熄灭命令时

关显示。

2．8279的工作方式

8279工作方式的确定是通过CPU对8279送入命令字实现，当数据选择端A0置“1”时，CPU对8279写入的数据为命令字，读出的数据为状态字。在叙述命令字、状态字前须先说明8279的3种工作方式:键盘的工作方式、显示器工作方式、传感器矩阵方式。

3．8279的命令字

8279共有8条命令，如下所述： 1）键盘/显示方式设置命令字 2）时钟编程命令

3）读FIFO/传感器RAM命令 4）读显示RAM命令 5）写显示RAM命令 6）显示禁止写入/消隐命令 7）清除命令

8）结束中断/出错方式设置命令

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4．8279状态格式与状态字

8279的FIFO状态字，主要用于键盘和选通工作方式，以指示数据缓冲器FIFO/传感器RAM中的字符数和有错误发生，状态字节的读出地址和命令输入地址相同（CS=0，A0=1）。状态字节格式如下：

D7 DU /E 6 SD5 O D4 U D3 F D2 N D1 N D0 N D

其中：DU（D7）为显示无效特征位，DU=1

表示显示无效。显示RAM在清除显示或全清命令尚未完成时，DU=1，此时对显示RAM操作无效。

S/E（D6）为传感器信号结束/错误特征位，在读FIFO状态字时被读出，在执行CF=1时被复位。在传感器方式时，S/E=1表示至少有一个键闭合；在特殊出错方式时，S/E=1表示有多键同时按下。

O（D5）为FIFO/传感器RAM溢出标志位，当FIFO/传感器RAM填满时再送入数据则该位置1。

U（D4）为FIFO/传感器RAM空标志位，当FIFO/传感器RAM中无数据时，如CPU读FIFO/传感器RAM则该位置1。

F（D3）为FIFO/传感器RAM满标志位，F=1表示FIFO/传感器RAM中已满。 NNN（D2、D1、D0）表示FIFO/传感器RAM中的字符个数，即数据个数。 3.2.4 IR2304半桥驱动集成电路

IR2304是国际整流器公司（IR）新推出的多功能600V高端及低端驱动集成电路，这种适于功率MOSFET、IGBT驱动的自举式集成电路在照明镇流器、电源及电机等功率驱动领域中将获得广泛的应用。IR2304采用8脚DIP或SOIC封装，其引脚排列如图7所示。

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图7 IR2304引脚排列图

IR2304的性能特点如下：

（1）芯片体积小（DIP8），集成度高（可同时驱动同一桥臂的上、下两只开关器件）；

（2）动态响应快。典型通断延迟时间220／220ｎｓ、内部死区时间100ｎｓ、匹配延迟时间50ｎｓ；

3）驱动能力强，可驱动600Ｖ主电路系统。具有60ｍＡ／130ｍＡ输出驱动能力，栅极驱动输入电压宽达10～20V；

（4）工作频率高。可支持100ｋHｚ或以下的高频开关，可与ORF830或ORFBC30等较小巧的MOSFET或IGBT配合使用；

（5）输入输出同相设计。提供高端和低端独立控制驱动输出，可通过两个兼容3.3V、5V和15V输入逻辑的独立CMOS或LSTTL输入来控制，为设计带来了很大的灵活性；

(6）低功耗设计，坚固耐用且防噪效能高。IR2304采用高压集成电路技术，整合设计既降低成本和简化电路，又降低设计风险和节省电路板的空间。相比于其它分立式、脉冲变压器及光耦解决方案，IR2304更能节省组件数量和空间，并提高可靠性；

(7)具有电源欠压保护和关断逻辑。IR2304有两个非倒相输入及交叉传导保护功能，整合了专为驱动电机的半桥MOSFET或IGBT电路而设的保护功能。当电源电压降至4.7V下时，欠压锁定UVL0功能会立即关掉两个输出，以防止穿通电流及器件故障。当电源电压大于5VＶ时则会释放输出综合滞后一般为0.3V。过压（HVIC）及防闭锁CMOS技术使IR2304非常坚固耐用。

另外，IR2304还配备有大脉冲电流缓冲级，可将交叉传导减至最低；同时

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采用具有下拉功能的施密特（Schmitt） 触发式输入设计，可有效隔绝噪音，以防止器件意外开通。该芯片与其它同类产品的特性比较可看出IR2304比同类其它产品特性更优越，集成度更高。 3.2.5串口通信Max232芯片简介

RS-232C是使用最早、应用最多的一种异步串行通信总线标准。它是美国电子工业协会（EIA）1962年公布、1969年最后修定而成的。其中RS表示Recommended Standard，232是该标准的标识号，C表示最后一次修定。

RS-232C主要用来定义计算机系统的一些数据终端设备（DTE）和数据电路终接设备（DCE）之间的电气性能。例如CRT、打印机与CPU的通信大都采用RS-232C接口，MCS-51单片机与PC机的通信也是采用该种类型的接口。由于MCS-51系列单片机本身有一个全双工的串行接口，因此该系列单片机用RS-232C串行接口总线非常方便。 RS-232C串行接口总线适用于：设备之间的通信距离不大于15米，传输速率最大为20kB/s。

RS-232C信息格式标准

RS-232C采用串行格式，如图8所示。该标准规定:信息的开始为起始位,信息的结束为停止位;信息本身可以是5、6、7、8位再加一位奇偶位。如果两个信息之间无信息，则写“1”，表示空。

逻辑\逻辑\低位第n个信息高位第n+1个信息000/10/10/10/10/10/10/1...1起始位(5,6,7,8)数据位起始位停止位奇偶校验位(有,无) 图8 RS-232C信息格式

RS-232C电平转换器：RS-232C规定了自己的电气标准，由于它是在TTL电路之前研制的，所以它的电平不是+5V和地，而是采用负逻辑，即：

逻辑“0”：+5V～+15V 逻辑“1”：-5V～-15V

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因此，RS-232C不能和TTL电平直接相连，使用时必须进行电平转换，否则将使TTL电路烧坏，实际应用时必须注意！常用的电平转换集成电路是传输线驱动器MC1488和传输线接收器MC1489。

MC1488内部有三个与非门和一个反相器，供电电压为±12V，输入为TTL电平，输出为RS-232C电平，MC1489内部有四个反相器，供电电压为±5V，输入为RS-232C电平，输出为TTL电平。

另一种常用的电平转换电路是MAX232，本书所配套的实训电路就采用该芯片。MAX232的引脚图为:

、图9 MAX232引脚图

在最简单的全双工系统中，仅用发送数据、接收数据和信号地三根线即可，对于MCS-51单片机，利用其RXD（串行数据接收端）线、TXD（串行数据发送端）线和一根地线，就可以构成符合RS-232C接口标准的全双工通信口。

3.3系统主回路的设计及参数计算

（1）主回路的结构

系统主回路是交—直—交电压型变频电路，如图10所示

图10 主回路电路图

主电路整流采用三相桥式不可控整流器，对三相交流电进行全波整流,滤波

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电容C7、C8滤除整流后的电压波纹，并在负载变化时保持电压稳定，当变频器通电时，瞬时冲击电流较大，为了保护电路原件，加了一个电抗器L1延缓了电流对逆变电路的冲击，保护了逆变电路。

R13是制动电阻，电动机在制动过程中处于发电状态，由于电路处在短路状态，增加的电能无处释放，使电路泵升电压不断升高，将会损坏电路原件。所以应给一个放电电路，使这部分再生电能损耗在电阻R13上，制动时，分压电路电压升高，电压比较器LM311输出高电平控制开关管Q7导通形成放电通路。电源指示灯Lamp作为滤波电容C7、C8放电通路和指示，滤波电容C7、C8容量通常很大，所以放电时间长（数分钟），几百伏的高电压会威胁工作人员的安全，因此，在维修时，要等到指示灯熄灭后进行。

三相开关Q1～Q6组成三相逆变器，将直流电逆变成频率可调的巨型波交流电，逆变管可选择绝缘栅场效应管IGBT、功率场效应管MOSFET.

续流二极管D7～D12的作用是当逆变开关管由导通状态变为截至时，虽然电压突变降为零，但由于电动机线圈电感的作用，储存在线圈中的电能开始释放，续流二极管提供通道，维持电流在线圈中继续流动，另外，当电动机开始制动时，续流二极管为再生电流提供通道，使其回流到直流电源。

电阻R5～R10、电容C1～C6、二极管D13～D18组成缓冲电路，来保护逆变开关管由于逆变开关管在开通和关断时，要受集电极电流间电压

VCEIC和集电极与发射极

VCE的冲击，因此要经过缓冲电路来进行缓解，当逆变开关管关断时，

IC迅速升高，迅速降低，过高增长率的电压对逆变开关管造成危害，所以在逆

VCE变开关管两端并联电容C1～C6来减小电压增长率，当逆变开关管开通时，速减低,

IC迅

迅速升高，并联在逆变开关管两端的电容C1～C6由于电压降低，将

IC通过逆变开关管放电，这将加速电流的增长率，对逆变开关管造成危害，所

以增加电阻R5～R10限制电容的放电电流，可当逆变开关管关断时，该电阻又会阻止电容的充电，为了解决这个矛盾，在电阻两端并联二极管D13～D18，使电容在充时避开电阻，通过二极管充电，在放电时，通过电阻放电，实现缓冲功能。

（2） 参数计算和元件选择

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1) 大功率开关管

SPWM正弦脉宽调制方法的直流利用率为0.866，即U1/Ud?o.866。为了使

Ud?380V0.866?438.8V逆变器输出380V的线电压，要求直流侧的电源电压： 考

虑到大功率的晶体管的管压降等，取Ud?450V，则大功率晶体管的参数为

U(BR)ceo?(2?3)Ud?900?1350V，

U(RR)ceo?(2?3)Ud?900?1350V。

其极限参数选为为：

U(BR)ceo?1000V,ICM?50A,Pd?400*2W 。

2） 三相整流桥 整流桥输入侧电压为：

U2?Ud2.34?192V，直流侧功率

可估算如下： 取电动机的效率为0.82，则电动机的输入功率为

P1?2200V0.82P10.93KW?2.7KW。取逆变器的效率为0.93，则 直流侧的功率为：

Id?PdUd?2900450A?6.4APd??2.9KW ，故直流侧电流：。整流二极管最高

反压：URM?26U2?26*192V?940V。

基于以上数据，选用MDS型三相整流桥模块，其最大输出电流为40A，最高耐压为1000V。

3）滤波电容的选择

整流输出的最大电压450V，因此滤波电容的耐压值应在此电压之上，并有一定的安全裕度，故取滤波电容的耐压值为600V。 理论上，滤波电容的值越大越好，但考虑到体积成本等因素，电容值也不可能选得太大，事实上，中间直流滤波电容的容量是从限制电压波动的角度来选择的，根据经验，可选2个2200μF的铝电解电容并联使用。

滤波电感在这里主要用来限制电流脉动（PWM变频调速系统不存在电流不连续问题）和短路电流上升率，按照晶体管三相桥式整流电路限制电流脉动的电感量算式估计如下（取

Si?10%）

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(LM?UdmU2)*1032?fd*U2SIId?0.8*1032*3.14*30010%*6.4*192mH?127mH

考虑到电动机和整流变压器存在一定的电感量，取实际的串联电感为100mH。选择两台电感量各为100mH，额定电流不小于6.4A的电抗器L1串联

4）大功率晶体管阻容吸收电路

取电动机起制动电流Im为额定电流的3倍，即Im?3?4.8A?14.4A,MOSFET关断时间Tf?6us，升泵电压UP?50V，则：

C1?Imtf2(Ud?UP)?14.4*62*(450?50)uF?0.0864uF

C1～C6的耐压值与IGBT或MOSFET相同，取C1～C6为0.1uF,1000V的电容，R5～R10阻值取为100欧。

5）泵升电压检测保护电路

(1)泵升电压必须低于主电路电容器和大功率器件的电压定额，一般可选择

130%U作为上限(Ucc为正常运行时电容C7、C8上的电压值)，即此时应开通Q7。

(2)泵升电压抑制电路动作结束时，为使系统能再次迅速电动运行，不应使直流电压降得过低，必须等于或略大于正常运行时110％Uc值，一般可选择

110%Uc作为下限，即在此时应关闭Q7。

则电阻R13的功率和阻值可选取为：

j?（0）?（0）-PR(t1)?UCmax?Tj?（0）?（0）-222CJ[UCmax?UC(0)]?34.1(KW)22T?34.2(?)2

R?CJ[UCmax?UC(0)]

流过晶体管Q7的最大电流值：

j?（0）?（0）-IVT(t1)?2CJ[UCmax?UC(0)]?9.94（A）22UCmax

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3.4 嵌入式控制系统单元模块的设计

3.4.1 SPWM控制信号的产生及变频器的设置

1 初始化参数计算单片机时钟频率为12MHz和SA4828的时钟频率均为6MHz，调制波频率范围0～50Hz，载波频率位5kHz，实际脉冲删除时间12μs，死区延迟时间6μｓ。

1） 载波频率设定字

由载波频率

fCARR?2n?1fCLK512?2n+1得:

?6?10HZ5?10HZ?51236?fclkfCARR?512?2.345

取2n?1?2则，n＝2。载波频设定字为010。

反算载波频率:

fCARR?fclk2n?1?512?6?10HZ512?26?5.86KHZ

2） 调制波频率范围设定字

fRANGE?fCARR?2384m由得:

2m?384?fRANGEfCARR?1.96

取2=4，则m＝2。调制波频率设定字为010。 反算调制波频率:

fCARR?2?fRANGE384mm?5860HZ?23842?61HZ

所以寄存器R0的值为00100010，即22H。 3） 脉冲延迟时间设定字

tTDY?63?nPDY512?fCARR由得:

nPDY?63?512?tTDY?fCARR?33?21H

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所以寄存器R2中的值为21H。 4） 最小删除脉宽设定字

最小删除脉宽等于实际最小脉宽加上延迟时间，所以＝10＋5＝15μｓ

tPDY?127?nPDTfCARR?512由得:

nPDT?127?tPDY?fCARR?512

所以寄存器R1中的值为25H。

5） 波形选择字和AC设定选用高效波形，选择字为10，红相控制幅值AC＝0。所以寄存器R3中的值为02H。

6） 看门狗设定不用看门狗，所以寄存器R4，R5的值均为00H。 2 控制寄存器值的参数

用户由键盘输入电动机的转速，经过键盘处理程序进行处理，变成调制波频率值

fPOWER，并将其存入内部RAM30H中，通过查U/F曲线表，可以得到与调

APOWER制波频率比相对应的调压比,并将其存入31H中，其他控制参数如：转反

转、输出封锁，看门狗、相计数器复位、软复位，这些位变量存入位操作区20H中，以便通过操作来改变它们的值。

调制波频率字计算可由下式得：

nPFS?65536?fPOWERfRANGK?65536?fPOWER61HZ?1074?fPOWERHZ

可以看成一个双字节的无符号与一个单字节数相乘，其集是一个双字节的无符号数。

调制波幅值控制字计算可由下式得：

这是一个单字节数相乘，再出一个单字节的数，其结果是一个单字节的数，调速程序就是要计算出

nPFSnA?255?APOWER100和

nA字，并将送入SA4828的控制寄存器。

3.4.2 键盘显示模块设计

利用键盘、显示专用芯片8279能够以较简单的硬件电路和较少的软件开销实现单片机与键盘、LED显示器的接口。

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本设计采用下图11的电路实现键盘显示功能，软件设计将有所改观。采用8279与AT89C52的P0口相连，电路采用6位显示，2×8=16位键盘，由于需要6位显示，而8279只提供4位显示接口，所以本设计扩张了一片74LS138将显示扩展成6位显示，CPU对8279进行初始化后，只需向8279传输待显示数据（送数），再就是在8279键盘中断申请发出后，取键盘数据识别按键（取数），即可实现按键识别和动态显示。至于要花费CPU大量时间的键盘扫描程序和动态显示程序，全由8279硬件自动完成，大大提高了CPU的工作效率,74LS245为驱动电路，因为LED显示驱动需要较大的驱动电流，通过8279不能直接驱动LED所以在这里增添了驱动芯片74LS145。

其中键盘部分有0～9共10个数字键，2个正传反转建，2个开始、暂停键。一个手动封锁SPWM信号键一个功能切换键和一个确认键，共16个键。

图11 键盘显示电路

3.4.3单片机串口模块设计

MAX232是标准的串口通信接口，对于一般的双向通讯，只需要使用串行输入口RXD(第3脚)、串行输出TXD(第2脚)和地线（第7脚）。其中11管脚接单片机的P3.1，12管脚接单片机的P3.0。由于器件对电源噪声很敏感。因此，对地需要加去耦电容

C5Vcc，其值为1.0uF。电容

C1、

C2、

C3、

C4取同样数值的电

解电容，以提高抗干扰能力。可见运用MAX232实现串口通信比较简单，而且能够获得比较可靠的结果，是一种很好的串口通信技术。具体电路图如下图12所示：

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图12 串口通信电路

3.4.4 速度检测电路设计

速度检测电路如图13，采用透光式采样，单光束红外传感器ST178接收信号，电路在5V电压下工作，根据该型号传感器红外发射管所需的工作压降（外

图13 转速检测电路

发射管的正向压降在1～1.3V）和工作电流（红外发射管的电流为2～10mA），选取负载电阻R1=0.51KΩ，红外接收管负载电阻R2=51KΩ。

在小汽车的车轮上钻若干小孔，设小孔的个数为n。在车轮转动时，发光二极管发射的光被没有孔的地方遮挡时，光敏三极管不能导通，光敏三极管的集电极输出为高电平，经反相后，单片机定时器T0的输入端为低电平。在有小孔的地方，发光二极管发射的光就会透过小孔照射到光敏三极管上，使光敏三极管导通，此时光敏三极管的集电极输出为低电平。在经反相后，单片机定时器T0的输入为高电平。单片机定时器T0就会准确记录下这种高低电平的变化的次数，即通过的小孔的个数。假设为N, 并设车轮的周长与方案一的相同也是L，某段时间内的行程计算公式为：S=N*L/n，可以看到这种测量方法的最小误差为方案一的1/n，可较为精确地测量出小汽车的行程。并且可以进行误差控制，因为孔的个数与误差成反比，要想提高准确度只要增加小孔的个数就可以。

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3.4.5光电隔离及驱动电路设计 IR2304的典型接线如图14所示：

图14 光电隔离及驱动电路

图中VCC为10～25V功率管门极驱动电源，可用TTL或CMOS逻辑信号作为输入，因此VCC可用一个典型值为＋15V的电源。C为自举电容，当VT1关断、VT2开通时，VCC经VD、C、负载、VT2给C充电，以确保VT2关断、VT1开通时，VT1管的栅极靠C上足够的储能来驱动，从而实现自举式驱动。若负载阻抗较大，C经负载降压充电较慢，使得当VT2关断、VT1开通时C上的电压仍不能充电至自举电压8.2V以上时，输出驱动信号会因欠压被片内逻辑封锁，VT1就无法正常工作。每个周期VT1开关一次，C就通过开关VT2充电一次。因此，C的容量选择应考虑如下几点：

（1）C应为高稳定、低串联电感、高频率特性的优质电容，容量为0.1～1UF （2）尽量使自举上电回路不经大阻抗负载，否则应为C充电提供快速充电通路。

（3）PWM开关频率较高时，C应选小。当PWM工作频率较低时，若占空比较高，则VT1开通时间较长，VT2开通时间较短，因此C应选小；若占空比较低，VT1导通脉宽较窄，则VT2导通脉宽较宽，自举电压容易满足。否则，在有限时间内无法达到自举电压，从而造成欠压保护电路工作。因此，C的选择应综合考

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虑PWM变化的各种情况，最好在调试时监测HO、VS脚的波形。 3.4.6故障检测及保护电路设计

故障检测及保护电路如图15所示，该电路采用电阻取样的电压、电流保护电路，通过调节电位器RP1、RP2来设定最大的允许电压、电流值。检测出来的电压、电流信号经过光电耦合作用转换为开关量信号，在经过RS触发器消抖、保持电路后输出。其中一路信号与单片机相连，用于检测故障信号类别，另一路信号直接与SA4828的SET TRIP相连，用来封锁SPWM信号，是输出电压降下来，起到保护作用。

VCC电压取5V，光耦二次测压降为1.3V，则电阻R4、R5上的压降为4.7V，电路中电流取10mA，则电阻R4、R5值为470Ω。

光耦TLP521一次测工作电压10-35V之间，取最低工作电压10V,主电路直流侧电路有一定安全裕量，设电压有50V的裕量，则电压最大值为500V。

过电流检测：电流故直流侧电流： Id=Pd/Ud=5.8A～7.25A,取6A～7A之间，则电流检测电阻RP1取10/7=1.4Ω，在运用时应采用2Ω的变阻器，限流电阻R2采用1K，电流为10mA符合要求。

过电压检测：设测压部分电阻R1为60K，则变阻器阻RP2值为2K，限定电流应大于5A。同样限流电阻R3取1K。

图15 故障检测及保护电路

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第四章 系统软件的设计

4.1程序框图及其介绍

4.1.1主程序

主程序如下图16所示，首先初始化单片机，然后初始化键盘显示芯片8279和变频器芯片SA4828，然后开中断，扫描显示程序，并进行设置转速。等确认后，开始调用转速调节子程序，来控制电动机转速。期间若发生过电流过电压，中断调用终端服务子程序进行保护，另外还可以在电动机转动期间进行转速微调，以达到更为理想的转速。

开始 调用显示子程序 初始化单片机 键盘 设置转速 初始化8279 故障检测 中断服务程序 初始化SA4828 转速调节 开中断 输出控制量 图16 主程序

4.1.2故障检测处理程序

故障检测程序如图17所示当发生故障时，立刻调用中断程序，一方面封锁SA4828，中断SPWM信号，另一方面经判断故障类型，触发过电压过电流标志和报警电路，进行保护。

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中断 封锁SA4828 过电流 Y 显示报警 过电流标志 图17 故障检测程序 N 过电压标志

4.1.3键盘处理程序如下图：

下图18为键盘处理程序，先确认键值，然后根据键值查表得到各键值功能，再调用个键值功能程序，对电动机进行控制。

开始 查表 停车键 上下调速键 设置转速键 确认键 正反转键 封锁PWM 上下调速程序 设置转速 正反转处理 数据处理 封锁PWM 转速=0 正反向切换 终止 图18 键盘处理程序

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4.1.4 转速调节

下图19为转速调节程序，速度采样与设定值进行比较，转差值在进行PI调节器进行调制和限幅处理后输出，以达到控制目的。

开始 与采样频率比较，求出转差频率信号 速度采样值 转换为调制波频率值存入RAM的30H中 与设定值比较 PI调节器，求出转差频率信号 查U/F获得调压比，存入RAM的31H中 返回 图19 转速调节

4.1.5下位机接收数据流程图

下位机接收数据流程图如下图20所示：

主程序 中断服务程定时器1初关中断清中串行口初始保护现场 启动定时器 接受PC机发来的开中断 开中断，恢复现转入主程序 中断返回 图20下位机接收数据流程

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4.1.6下位机发送数据程序流程图

下位机发送数据程序流程图如下图21所示：

下位机发送机数据关中断 设置中断指针 选择TXD/P3.1为串行接口功能 设定传送数据首地址 串行接口地址清零 加载中断服务程序入口地址 允许串行接口中断 开中断 等待中断 图21下位机发送数据程序流程图 4.1.7 PI调节器程序

PI调节器程序框图如下图22所示

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开始 为00H否 *取Vn?K?、Vn?K? Y N ?VS?K?求补变负 求偏差?Vn?K??Vn?K??Vn?K? *取?VS?K?1? ?Vn?K??0 N 置符号标志01H 置符号标志00H VS?K??US?K?1???Vn?K? 存VS?K?作为下次US?K?1??Vn?K?求补变正 Y ?Vn?K???VnA?K? VS?K? N Y Gr?1?VS?K?求补 ?VSM?K???VS?K? Vn?K??US?K? N ?Vn?K???VnA?K? ?Vf1?K? Y CY?1? 00??VS?K? N 求?VSM?K?、?Vn?K? Vn?K??US?K??Vf1?K? 求控制增量?VS?K???VSM?K??Vn?K? ?VnB?K?Vf1?K?限幅处理 结束 检查标志符号 图22 PI调节器程序 电气与电子工程系电气工程及其自动化专业

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4.2部分子程序

4.2.1 SA4828初始化子程序

ONIT ：MOV A,#43H

//R0=43H MOV DPTR,#0000H MOVX @ DPTR,A INC DPTR

MOV A,#49H MOVX @ DPTR,A INC DPTR

MOV A,#2DH MOVX @ DPTR,A INC DPTR

MOV A,#02H MOVX @ DPTR,A INC DPTR

MOV A,#00H MOVX @ DPTR,A INC DPTR

MOVX @ DPTR,A

MOV DPTR,#000EH

MOVX @ DPTR,A //SA4828初始化寄存器

4.2.2 调速子程序

SPEED：MOV R2,04H

MOV R3,#32H MOV R6,00H MOV R7,30H LCALL QMUL MOV A,R7 MOV DPTR,#0000H

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//指向R0地址

//43H装入R0

//指向R1地址

//49H装入R1

//指向R2地址

//2DH装入R2

//指向R3地址

//02H装入R3 //指向R4地址

//03H装入R4

//指向R5地址

//00H装入R5

//指向R14地址

将6个寄存器的值写入34

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3007.html