飛利浦51LPC系列單片機(jī)用于控制交流電機(jī)

1、飛利浦51LPC系列單片機(jī)用于控制交流電機(jī)摘要：飛利浦公司研制的51LPC系列單片機(jī)是采用兩倍速80C51內(nèi)核，具有低成本、低功耗、低電磁干擾（EMI ）、高抗干擾性及內(nèi)建電源 Brownout偵測、模擬功能、UART、 I2C和片內(nèi)RC振蕩器的新一代單片機(jī)。 本文介紹51LPC系列單片機(jī)控制交流電機(jī)的原理電 路和源程序。1概述PHILIPS 51LPC系列單片機(jī)目前已包括 P87LPC760/1/2/4/7/8/9共七個(gè)型號(hào)。51LPC提供高 速和低速的晶振和 RC振蕩方式，可編程選擇；具有較寬的操作電壓范圍2.76.0V，可編程I/O 口線輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入，LED驅(qū)動(dòng)輸出

2、；有內(nèi)部看門狗定時(shí)器及 提供掉電檢測模擬功能，最大限度地減少了外部元件的使用。這些特性和改進(jìn)的C51結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起，使得在設(shè)計(jì)高集成度、低成本和低功耗控制電路時(shí)具有更多的選擇。該系列主要用于對(duì)系統(tǒng)成本有嚴(yán)格要求，且系統(tǒng)具有高抗干擾性能的低功耗應(yīng)用領(lǐng)域，已廣泛用于電子陽性能表、IC卡水表、電子稱、消毒碗柜、LED顯示屏、煤氣表等工業(yè)控制領(lǐng)域。For pers onal use only in study and research; not for commercial use本文介紹在市電情況下使用LPC系列微控制器P87LCP761與三象限雙向晶閘管（Triac）控制感性負(fù)載交流電機(jī)的方法。使

3、用一種全新的電流過零檢測方法，不必在負(fù)載電流線路中加入旁路電阻，利用單相關(guān)波整提供控制電路的電源。LPC的高抗干擾性能使得只用極少外部零件即能完成此系統(tǒng)。此解決方案可通過P87LPC761系列單片機(jī)的片內(nèi) RC振蕩器和比較來實(shí)現(xiàn)，或者其它帶有片內(nèi) PWM、ADC和DAC等功能的LPC系列芯片。該系統(tǒng)可用 于對(duì)電機(jī)（AC/DC ）閥門、泵燈等的控制，廣泛用于照明、HVAC、電源工具、儀表及工業(yè)控制等領(lǐng)域。表1是P87LPC761的引腳功能。For pers onal use only in study and research; not for commercial use表1 P87LPC76

4、1引腳功能引腳號(hào)符號(hào)功 能1P0.0/CMP2比較器2輸出For personal use only in study and research; not for commercial use16P0.1/CIN2B 比較器 2 正向輸入 B15P0.3/CIN1B 比較器 1 正向輸入 B14P0.4/CIN1A 比較器 1 正向輸入 A13P0.5/CMPREF 比較器參考11P0.6/CMP1 比較器 1 輸出12VDD 電源正端4VSS 電源負(fù)端5X1/P2.1 振蕩放大器輸入6X2/P2.0/CLKOUT 振蕩放大器輸出7SDA/INT0/P1.3I/C 數(shù)據(jù)輸入 /輸出8SCL/T

5、0/P1.2I2C 時(shí)鐘輸入 /輸出3RST/P1.5 外部復(fù)位輸入10P1.0/TXD 串行口輸出9P1.1/RXD 串行口輸入2P1.7 通用 I/O 口2 原理2.1 負(fù)載電壓的過零控制單輸入檢測方框圖 1 和 2 為該應(yīng)用的總體框圖。 電路直接通過市電進(jìn)行供電， 相位控制時(shí)序取決于市電 電壓過零檢測 （ Voltage Zero Crossing ）（見圖 1）或負(fù)載電流過零檢測 （ Current ZeroCrossing ） （見圖 2）。采用哪種檢測方式取決于實(shí)際應(yīng)用的情況?？刂颇K計(jì)算機(jī)發(fā)時(shí)刻，LPC 可直接吸收多個(gè) Triac 的門電流。為了降低 EMI ，保證安全操作并控制

6、相位，有必要在電流過零 或一個(gè)特定的相位角時(shí)觸發(fā)Triac 。對(duì)于阻性負(fù)載，電流和電壓過零是一致的；對(duì)于感性負(fù)載，電流滯后于電壓。負(fù)載的狀態(tài)決定了 Triac 是根據(jù)電壓過零還是電流過零進(jìn)行可控硅的 觸發(fā)。檢測電壓過零最簡單的方法就是測量市電電壓極性的變化。LPC的+5V端連接到電源線（或中性點(diǎn)），而中性點(diǎn)（或電源線）通過限流電阻連接到任意一個(gè) I/O 口。 I/O 口的電壓被內(nèi)部 鉗位二極管鉗制0V和+5V之間，如圖3所示。微控制器可讀入輸入口的輸入狀態(tài)，并且當(dāng) 狀態(tài)從 1 變?yōu)?0 或從 0 變?yōu)?1 時(shí)，檢測到過電壓的過零點(diǎn)。 電平跳變點(diǎn)取決于 I/O 口的模式 （TTL 或施密特觸發(fā)）

7、 ，過零點(diǎn)到檢測點(diǎn)的延遲時(shí)間取決于電源電壓的變化率（例如 230V 或 110V 系統(tǒng)），這些都必須納入考慮范圍。該電路的優(yōu)點(diǎn)是簡單和成本低，因?yàn)閮H需要一 個(gè)額外的電阻（要求高耐壓值）并可使用 LPC 的任何一個(gè) I/O 口。2.2 電流過零檢測電流過零窗口比較器電流過零（CZC ）是Triac的換流點(diǎn)。在非線性負(fù)載時(shí)，由于電流過零點(diǎn)和電壓過零（VZC ）點(diǎn)不一致， CZC 檢測尤其重要；但是，監(jiān)控 CZC 并不像監(jiān)控 VZC 那么容易，因?yàn)?，通?檢測方式需要在負(fù)載上串聯(lián)一個(gè)電阻， 這就分離了負(fù)載電路且浪費(fèi)了電能。 通常方法是通過 放大和電平變換，然后和微控制器相連，這至少需要一個(gè)額外的運(yùn)算

8、放大器及其相關(guān)元件。LPC檢測電流過零采用了一種全新的方法：監(jiān)控Triac門極（VG）到陽極（T1）的電壓。VG-T1 給出了 Triac 即將換流的一個(gè)信號(hào)， 因?yàn)?VG-T1 在 CZC 時(shí)過零，根據(jù)負(fù)載電流和 Triac 的特性，VG-T1可低至0.1V或大于1.2V。如圖4所示電路，使用窗口比較器監(jiān)控該電壓即 能完成 CZC 功能。圖 4 窗口比較器用于門電壓和電流過零檢測器， VG-T1 相對(duì)于線電壓可 正可負(fù)，取決于負(fù)載電流的方向。也就是說 VG-T1 相對(duì)于 VCC+5V 而言可正可負(fù)。因此在 LPC 可監(jiān)控之前， 必須通過 R4 和 R5 分壓，以使其低于 VCC 并處于比較器

9、的操作電壓范圍， R1、R2 和 R3 將電壓限制在過零點(diǎn)附近。3 完整的 LPC+Triac+Motor（AC） 電路實(shí)現(xiàn)在 P87LPC761 和 Triac 的控制應(yīng)用中， 整個(gè)系統(tǒng)對(duì)電源消耗很低并具有高抗干擾性能，故可以通過阻容降壓和單相半波整流由市電直接供電， 而不需要昂貴且體積大的變壓器，外部零件極少。此方案成本低。圖 5 所示是一個(gè)感性負(fù)載的通用電路，同時(shí)適合阻性負(fù)載。Triac可使用BTA216 600E。像圖4那樣，通過查詢 P87LPC761的比較器來檢測負(fù)載電流過零， 并重新觸發(fā)Triac。也可用中斷驅(qū)動(dòng)。啟動(dòng)電機(jī)時(shí)用電壓過零測量并觸發(fā)Triac的門級(jí)脈沖，以減少電磁干擾

10、，并可從主循環(huán)的開始進(jìn)行控制和重定義在啟負(fù)載之間軟件等待整個(gè)半周 期。本例在復(fù)位后通過用戶按鍵開啟負(fù)載， 通過按鍵可進(jìn)行相角控制以控制電機(jī)的不同轉(zhuǎn)速。如圖 5 所示， LED 發(fā)光管閃爍的快慢能體現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速， LED 閃爍越快電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快，反之 則越慢；電機(jī)停轉(zhuǎn)， LED 熄滅。此電路稍經(jīng)修改就可以用于其它許多類似的場合。源程序清單：該軟件在 Keil C51 V6.02 上編譯通過， 在目標(biāo)板上運(yùn)動(dòng)正常。 如果用其它編譯器必須稍加修 改。#include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar s,x,y=0;voi

11、d timer0(void)interrupt 1 using 1 /*T0 中斷服務(wù)程序 */ x=x+1;if(x/10s)if(y= =0)P1=P1&0xfb; /*LED 點(diǎn)亮 */x=0;y=1;else P1=P1|0x04; /*LED 熄滅 */ y=0;x=0;TF0=0;TH0=-(28/256);TL0=-(28%256);void speed(s) /* 電機(jī)轉(zhuǎn)換控制子程序 */uchar pulsecount, pulseduration=0;uint i=0;uint j=0;if (CMP1&0x02)&!(CMP2&0x02)/* 查詢比較器 */for (i

12、=0;is;i+)for(j=0;j210;j+) ; /* 延時(shí)觸發(fā) */ CMP1=CMP1&0xfc ；CMP2=CMP2&0xfc ； pulsecount=1;P1=P1&0xfe;pulseduration=12; /* 觸發(fā)脈沖寬度 */ while(pulseduration)pulseduration- -;P1=P1|0x01;pulsecount- -; void Initcomparatior(void) / 初始化 P87LPC761/ PT0AD=0x6f; /* 禁止 P0 口的數(shù)字功能 */ P0=0xff;P0M1=0x2a; /*P01 ，P03，P05 設(shè)

13、為高阻輸入 */P0M2=0xd5 ； /*P00 ， P04， P06 設(shè)為推挽方式 */ P1=0xff;P1M1=0x82; /*P17 用于 VZC 檢測 */P1M2=0x05 ；CMP1=0x34 ；CMP2=0x34 ；void main(void)uchar pulsecount ,pulseduration=0x00;uint j;i=0;SP=0x5f;EA=0 ；TH0=-(28/256) ；TL0=-(28%256) ；TF0=0;EA=0;TR0=0;ET0=1;CMP1=CMP2=0;Initcomparator();CMP1=CMP1&0xfc;CMP2=CMP2

14、&0xfc;s=0; while(P1_1) ; while(!P1_1); while(P1&0x80);while(!(P1&0x80); while(P1&0x80) while(!(P1&0x80);while(P1&0x80);P1=P1&0xfe ； /啟動(dòng)電機(jī) 不得用于商業(yè)用途while(1)if(P1_1= =0) x=0;while (!x); if(P1_1=0) P1=0xff;s=s+1; / 停止電機(jī) if(s= =8)s=0;while(!P1_1); / 等待釋放按鍵while(P1&0x80); while(!(P1&0x80); while(P1&0x80)(); whie(!(P1&0x80); while(P1&0x80); P1=P1&0xfe; / 啟動(dòng)電機(jī) EA=1;TR0=1;speed(s); 僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu komm