基于MC51單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)

1、目 錄基于MC51單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)1摘 要1Abstract21前言31.1數(shù)字直流調(diào)速的意義31.2研究現(xiàn)狀綜述31.2.1電氣傳動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀31.2.2微處理器控制直流電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀41.3直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速概述51.3.1直流電機(jī)調(diào)速原理51.3.2直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式62系統(tǒng)總體方案論證72.1系統(tǒng)方案比較與選擇72.2系統(tǒng)方案描述83硬件電路的模塊設(shè)計(jì)83.1邏輯延時(shí)電路方案論證設(shè)計(jì)83.2驅(qū)動(dòng)電路方案論證設(shè)計(jì)93.2.1驅(qū)動(dòng)電路方案、參數(shù)描述93.2.2 IR2110驅(qū)動(dòng)電路中IGBT抗干擾設(shè)計(jì)113.2.2 IR2110功率驅(qū)動(dòng)介紹 IR2100內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2、原理圖及管腳說(shuō)明 IR2110的自舉電路 IGBT H橋驅(qū)動(dòng)電路原理143.3隔離電路方案論證設(shè)計(jì)163.3.1 TLP250光耦隔離163.3.2 PC817數(shù)據(jù)采集隔離173.4數(shù)據(jù)采集、過(guò)壓反饋保護(hù)183.4.1數(shù)據(jù)采集、過(guò)壓反饋方案設(shè)計(jì)183.4.2 TL431介紹193.5穩(wěn)壓可調(diào)電源設(shè)計(jì)194軟件設(shè)計(jì)204.1 PWM實(shí)現(xiàn)方式方案論證204.2程序流程圖214.3主要程序設(shè)計(jì)分析234.3.1定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù)234.3.2占空比調(diào)節(jié)函數(shù)235調(diào)試結(jié)果描述246結(jié)論25致謝26參考文獻(xiàn)27附錄1 整個(gè)系統(tǒng)電路原理圖附錄2 整個(gè)系統(tǒng)PCB電路圖附

3、錄3 穩(wěn)壓電源原理圖附錄4 穩(wěn)壓電源PCB圖附錄5 元器件清單 附錄6 系統(tǒng)印制板圖基于MC51單片機(jī)的直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)摘 要本文介紹一種基于MC51單片機(jī)控制的PWM直流電機(jī)脈寬調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)以廉價(jià)的MC51單片機(jī)為控制核心，以直流電機(jī)為控制對(duì)象。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，對(duì)電路進(jìn)行總體方案論證設(shè)計(jì)，確定電路各個(gè)的功能模塊之間的功能銜接和接口設(shè)置，詳細(xì)分析了各個(gè)模塊的方案論證和參數(shù)設(shè)置。整個(gè)系統(tǒng)利用51單片機(jī)的定時(shí)器產(chǎn)生10K左右的PWM脈沖，通過(guò)帶有功率驅(qū)動(dòng)作用的TLP250光耦實(shí)現(xiàn)控制單元與驅(qū)動(dòng)單元的強(qiáng)弱電隔離，采用2片IGBT和MOSFET等一類電壓型功率開(kāi)關(guān)管專用驅(qū)動(dòng)芯片IR2110，

4、驅(qū)動(dòng)IGBTFGA25N120構(gòu)成的H橋電路實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速，利用TL431、線性光耦PC817和AD0832構(gòu)成的電壓采集單元實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高整個(gè)系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化水平，為工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用提供可能。關(guān)鍵字 MC51，PWM，光耦隔離，IR2110，IGBT The PWM speed regulating system of DC motor based on MC51AbstractThe thesis introduces a PWM speed regulating system of D.C motor based on MC51 microcontroller. The

5、system is designed on the affordable MC51 mircocontroller for the D.C. motor. From the systematic prespective, the thesis describes the circuit design and its comprehensive evaluation,which determines how to do with the functional linkage and interface between functional modules in the electric circ

6、uit. Besides, the evaluation of each module and the involved parameters are fully explained in the thesis. The system uses MC51s timer to generate 10k pluse and uses TLP250 optical coupler to realize the strong and weak optoelectronic isolation between the control units and driving units. The implem

7、ent of the speed regulation by the H-bridge circuits which are constructed by voltage-based power switching transistors and specific IR2110, IGBT- FGA25N120 Driving Chips, including two IGBT and MOSFET chips. And the Voltage Acquisition Collection of TL431, PC817 Linear Opticcoupler and AD0832 is de

8、sgined to do the closed-loop control in the system. The above considerations finally help to improve intelligentization and automation of the overall system and give the possibility to the industrial application.Keyword MC51, PWM, optical couplers isolation, IR2110, IGBT1前言1.1數(shù)字直流調(diào)速的意義現(xiàn)在電氣傳動(dòng)的主要方向之一是

9、電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制。從上世紀(jì)80年代中后期起，世界各大電氣公司如ABB、通用、西屋、西門子等都在競(jìng)相開(kāi)發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動(dòng)裝置，經(jīng)過(guò)二十幾年的發(fā)展，當(dāng)前直流調(diào)速已發(fā)展到一個(gè)很高的技術(shù)水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制1。特別是采用了微處理器及其他先進(jìn)電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準(zhǔn)確性、控制性能的優(yōu)良性和抗干擾的性能有很大的提高和發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為目前最新控制水平的傳動(dòng)方式顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷升級(jí)換代，為工程應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件。采用微處理器控制，使整個(gè)調(diào)速

10、系統(tǒng)的數(shù)字化程度，智能化程度有很大改觀；采用微處理器控制，使調(diào)速系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單化，可靠性提高，操作維護(hù)變得簡(jiǎn)捷，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速精度等方面達(dá)到較高水平。由于微處理器具有較佳的性價(jià)比，所以微處理器在工業(yè)過(guò)程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，盡管交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，但是直流電機(jī)憑借其良好的啟動(dòng)、制動(dòng)性能，在金屬切削機(jī)床、軋鋼機(jī)、海洋鉆機(jī)、挖掘機(jī)、造紙機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、電鍍、高層電梯等需要廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速的高性能可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中仍得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)階段，我國(guó)還沒(méi)有自主的全數(shù)字化直流調(diào)速控制裝置生產(chǎn)商，而國(guó)外先進(jìn)的控制器價(jià)格昂貴，且技術(shù)轉(zhuǎn)讓受限，為此研究及更好的使用國(guó)外先進(jìn)的控制器，吸

11、收國(guó)外先進(jìn)的數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速裝置的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的實(shí)際意義和重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。1.2研究現(xiàn)狀綜述1.2.1電氣傳動(dòng)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代以來(lái)，直流電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)歷了重大的技術(shù)、裝備變革。整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)1。同時(shí)，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成為控制的電路的發(fā)展方向。使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代1。 早期直流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有

12、的缺點(diǎn)，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(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低2。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。1.2.2微處理器控制直流電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價(jià)比越來(lái)越高。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大功率電子

13、器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求2，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無(wú)刷直流電機(jī)、開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。對(duì)于簡(jiǎn)單的微處理器控制電機(jī)，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開(kāi)關(guān)元器件，使電路開(kāi)通或關(guān)斷就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制?，F(xiàn)在帶微處理器的可編程控制器，已經(jīng)在各種的機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過(guò)對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的規(guī)律化控制。對(duì)于復(fù)雜的微處理器控制電機(jī),則要利用微

14、處理器控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過(guò)微處理器控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長(zhǎng)，如直流電機(jī)調(diào)速性能好，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問(wèn)題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)2。高性能的微處理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即數(shù)字信號(hào)處理器)的出現(xiàn)，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)化程度大為提高。在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采

15、用了如DSP等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達(dá)數(shù)百萬(wàn)兆以上每秒，且具有適合的矩陣運(yùn)算2。1.3直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速概述1.3.1直流電機(jī)調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類型。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。但是對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： 其中：U電壓；勵(lì)磁繞組本身的電阻；每極磁通(Wb)；Cc電勢(shì)常數(shù)；Cr轉(zhuǎn)矩常量3。由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁場(chǎng)控制法。磁場(chǎng)控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制4，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差5。所以在工業(yè)生

16、產(chǎn)過(guò)程中常用的方法是電樞控制法。 圖1-1 直流電機(jī)的工作原理圖電樞控制是在勵(lì)磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號(hào)加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟(jì)效益低，而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大6。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。如：由交流電源供電，使用晶閘管整流器進(jìn)行相控調(diào)壓；脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)壓等等。調(diào)壓調(diào)速法具有平滑度高，能耗少，精度高等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制(PWM)應(yīng)用更為廣泛。脈寬調(diào)速利用一個(gè)固定的頻率來(lái)控制電源

17、的接通或斷開(kāi)，并通過(guò)改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短，即改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，PWM又被稱為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。 圖1-2電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系圖根據(jù)圖1，如果電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為，占空比為D=/T，則電機(jī)的平均速度為：，可見(jiàn)只要改變占空比D，就可以得到不同的電機(jī)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的7。1.3.2直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式、基于晶閘管作為主電路的調(diào)速系統(tǒng)晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)是采用分離元件設(shè)計(jì)的調(diào)速系統(tǒng)占用的空間大，控制角難于調(diào)整，且模擬器件的固有缺陷如：溫漂、零漂電壓等，導(dǎo)致電機(jī)的調(diào)速無(wú)法達(dá)到滿意的結(jié)果。晶閘

18、管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難，性能較差，自動(dòng)化控制程度差，調(diào)速過(guò)程較為復(fù)雜，不利于工業(yè)生產(chǎn)和小功率電路中采用。另一問(wèn)題是當(dāng)晶閘管導(dǎo)通角很小時(shí)，系統(tǒng)的功率因素很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流，從而引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)殃及同電網(wǎng)中的用電設(shè)備，造成“電力公害”。 、基于PWM為主控電路的調(diào)速系統(tǒng) 與傳統(tǒng)的直流調(diào)速技術(shù)相比較，PWM(脈寬調(diào)制技術(shù))直流調(diào)速系統(tǒng)具有較大的優(yōu)越性：主電路線路簡(jiǎn)單，需要的功率元件少；開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較小；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)頻帶寬，快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng)；主電路元件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損

19、耗小，裝置效率高。PWM信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方法:一種是軟件的方法；另一種是硬件的方法?；贜E555，SG3525等一系列的脈寬調(diào)速系統(tǒng)：此種方式采用NE555作為控制電路的核心，用于產(chǎn)生控制信號(hào)。NE555產(chǎn)生的信號(hào)要通過(guò)功率放大才能驅(qū)動(dòng)后級(jí)電路8。NE555、SG3525構(gòu)成的控制電路較為復(fù)雜，且智能化、自動(dòng)化水平較低，在工業(yè)生產(chǎn)中不利于推廣和應(yīng)用。基于單片機(jī)類由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個(gè)重要參數(shù)在電源電壓不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法：A、定寬調(diào)頻法：保持不

20、變，只改變t，這樣使周期(或頻率)也隨之改變7。（圖1）B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持t不變，只改變，這樣使周期(或頻率)也隨之改變7。（圖1）C、定頻調(diào)寬法：保持周期T(或頻率)不變，同時(shí)改變和t7。（圖1）前兩種方法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來(lái)改變占空比從而改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓。利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器外加軟件延時(shí)等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡(jiǎn)化硬件電路，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。2系統(tǒng)總體方案論證2.1系統(tǒng)方案比較與選擇方案一：采用專用PWM集成芯片、IR2110 功率驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心，現(xiàn)在市場(chǎng)上

21、已經(jīng)有很多種型號(hào)，如Tl公司的TL494芯片，東芝公司的ZSK313I芯片等。這些芯片除了有PWM信號(hào)發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)功能等。這種專用PWM集成芯片可以減輕單片機(jī)的負(fù)擔(dān)，工作更可靠，但其價(jià)格相對(duì)較高，難于控制工業(yè)成本不宜采用。方案二：采用MC51單片機(jī)、功率集成電路芯片L298構(gòu)成直流調(diào)速裝置。L298是雙H高電壓大電流功率集成電路，直接采用TTL邏輯電平控制，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。其驅(qū)動(dòng)電壓為46V，直流電流總和為4A。該方案總體上是具有可行性，但是L298的驅(qū)動(dòng)電壓和電流較小，不利于工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中大電

22、壓、大電流的直流電機(jī)調(diào)速。方案三：采用MC51單片機(jī)、IR2110功率驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)的核心實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。MC51具有兩個(gè)定時(shí)器T0和T19。通過(guò)控制定時(shí)器初值T0和T1，從而可以實(shí)現(xiàn)從任意端口輸出不同占空比的脈沖波形。MC51控制簡(jiǎn)單，價(jià)格廉價(jià)，且利用MC51構(gòu)成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，可縮小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)可靠性，降低系統(tǒng)成本。IR2110是專門的MOSFET管和IGBT的驅(qū)動(dòng)芯片，帶有自舉電路和隔離作用，有利于和單片機(jī)聯(lián)機(jī)工作，且IGBT的工作電流可達(dá)50A，電壓可達(dá)1200V10，適合工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。綜合上述三種方案，本設(shè)計(jì)采用方案三作為整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。2.2系統(tǒng)方案描述本

23、系統(tǒng)采用MC51為控制核心，配以2*3鍵盤和四位數(shù)碼管顯示，通過(guò)ADC0832模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)主干驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行電壓采集和速度采集實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)、速度顯示。同時(shí)利用MC51產(chǎn)生的PWM經(jīng)過(guò)邏輯延遲電路后加載到以IR2110為驅(qū)動(dòng)核心，IGBT構(gòu)成的H橋主干電路上實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制和調(diào)速。本系統(tǒng)的控制部分為5V的弱電而驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載電路為110V以上的直流電壓因此在強(qiáng)弱電之間、數(shù)據(jù)采集之間分別利用了帶有驅(qū)動(dòng)功能的光耦TLP250和線性光耦PC817實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離，信號(hào)串?dāng)_。具體電路框圖如下圖2-1 圖2-1系統(tǒng)整體框圖3硬件電路的模塊設(shè)計(jì)3.1邏輯延時(shí)電路方案論證設(shè)計(jì)邏輯延時(shí)電路是主電路IGBT開(kāi)關(guān)管

24、的控制所需。一、因?yàn)榭刂艻GBT所需的控制信號(hào)要求對(duì)角上的兩個(gè)IGBT管的控制信號(hào)要相同，而同一個(gè)橋臂上的控制信號(hào)要相反。這就要求主電路上有兩路互為反向的控制信號(hào)。然而MC51產(chǎn)生的PWM只有一路，這時(shí)候就必須把PWM信號(hào)利用邏輯延時(shí)電路變成兩路互為反向的控制信號(hào)。 二、雖然從目前的制作工藝水平可以使電力電子半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的頻率做得很高，但是器件的導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)候仍然會(huì)占用一段極短的時(shí)間，PWM控制信號(hào)消失的瞬間并不意味著功率開(kāi)關(guān)管就真正會(huì)關(guān)斷11。如果一個(gè)的功率開(kāi)關(guān)管的控制信號(hào)剛消失的同時(shí)給同一橋臂的另一功率開(kāi)關(guān)管加控制信號(hào)很可能造成同一橋臂的兩管子同時(shí)導(dǎo)通形成對(duì)電源短路11。為了避免這種現(xiàn)

25、象在系統(tǒng)中出現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用了在MC51產(chǎn)生PWM信號(hào)后設(shè)置邏輯延時(shí)電路。圖3-1中二極管、能使低電平或者可以說(shuō)是PWM負(fù)信號(hào)通過(guò)，電阻、和電容、延遲了高電平信號(hào)向后傳送的時(shí)間，這樣就可以保證功率開(kāi)關(guān)管可靠關(guān)斷后再給與其同一橋臂上的功率開(kāi)關(guān)管加高電平信號(hào)，可以避免其同時(shí)導(dǎo)通。 圖3-1邏輯延時(shí)電路原理圖3.2驅(qū)動(dòng)電路方案論證設(shè)計(jì)3.2.1驅(qū)動(dòng)電路方案、參數(shù)描述整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路采用兩片的IR2110驅(qū)動(dòng)四片的IGBT管（FGA25N120）構(gòu)成的H橋電路。如下圖3-2： 圖3-2 驅(qū)動(dòng)主電路原理圖IR2110驅(qū)動(dòng)IGBT構(gòu)成的H橋電路的特點(diǎn)顯著，具有調(diào)速性能好，調(diào)速頻帶寬，可以工作在1100 k

26、Hz范圍內(nèi)工作12。所要求的控制信號(hào)簡(jiǎn)單，只需要加入PWM信號(hào)即可。IR2110設(shè)計(jì)保護(hù)電路性能良好，安全性高，無(wú)控制信號(hào)時(shí)，電機(jī)處于剎車狀態(tài)，可用于很多工業(yè)領(lǐng)域。在本設(shè)計(jì)中（圖3-2），IR2110的自舉電容采用了另個(gè)不同大小的電容并聯(lián)使用。在頻率為20 kHz左右的工作狀態(tài)下，可選用1.0F和0.1F電容并聯(lián)。并聯(lián)高頻小電容可吸收高頻毛刺干擾電壓。電路中為了防止Q1、Q3導(dǎo)通時(shí)高電壓串入端損壞芯片，在設(shè)計(jì)采用快恢復(fù)二極管FR107，其快速恢復(fù)時(shí)間為500ns13 可有效地隔斷高壓信號(hào)串入IR2110。由于VB高于VS電壓的最大值為20 V，為了避免VB過(guò)電壓，電路中增加了10V穩(wěn)壓二極管D

27、9、D17控制VB端電壓在10V左右防止VB過(guò)壓。由于密勒效應(yīng)的作用，在開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)，集電極與柵極間電容上的充放電電流很容易在柵極上產(chǎn)生干擾14。針對(duì)這中現(xiàn)象，本設(shè)計(jì)在輸出驅(qū)動(dòng)電路中的功率管柵極限流電阻R20、R21、R25、R26上反向并聯(lián)了二極管D7、D8、D15、D16。為改善PWM控制脈沖的前后沿陡度并防止振蕩，減小IGBT集電極的電壓尖脈沖，一般應(yīng)在柵極串聯(lián)十幾歐到幾百歐的限流電阻15。在正常狀態(tài)下，IGBT開(kāi)通的時(shí)間越短，開(kāi)通損耗也越小。但在開(kāi)通過(guò)程中，因存在續(xù)流二極管D7、D8、D15、D16的反向恢復(fù)電流和吸收電容的放電電流，當(dāng)IGBT的開(kāi)通的時(shí)間越短，IGBT所承受的峰值電流

28、也就越大，導(dǎo)致IGBT或續(xù)流二極管損耗。為了防止IGBT或二極管的損壞，就必須有目的地降低柵極驅(qū)動(dòng)脈沖的上升速率，即增加?xùn)艠O串聯(lián)電阻的阻值2，控制該電流的峰值。雖然柵極串聯(lián)電阻小，有利于加快關(guān)斷速度和減小關(guān)斷損耗，也有利于避免關(guān)斷時(shí)集射極間電壓的過(guò)小造成IGBT誤開(kāi)通16。但是如果柵極串聯(lián)電阻過(guò)小，會(huì)由于集電極電流下降的過(guò)大，產(chǎn)生較大的集電極電壓峰值2。綜合上述因素在設(shè)計(jì)柵極串聯(lián)電阻R20、R21、R25、R26時(shí)選取1K電阻為柵極串聯(lián)電阻。IGBT的快速開(kāi)通和關(guān)斷提高工作頻率，減小開(kāi)關(guān)損耗，但由于開(kāi)關(guān)過(guò)程中主回路電流的突變，其引線電感將產(chǎn)生很高的尖峰電壓，該電壓是IGBT過(guò)壓損壞的主要原因。

29、由于IGBT的柵-集極間存在的分布電容和柵-射極間存在的分布電容會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的，故其開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換過(guò)程中易使突然升高而造成C-E間誤導(dǎo)通，從而損壞IGBT17。為了防止造成的誤觸發(fā)，本設(shè)計(jì)在柵-射極間加旁路保護(hù)電阻10k的R23、R24、R27、R28，有效的防止IGBT的損壞。3.2.2 IR2110驅(qū)動(dòng)電路中IGBT抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)于任何CMOS器件，使這些二極管正向?qū)ɑ蚍聪驌舸┒紩?huì)引起寄生的可控晶閘管(SCR)鎖定，鎖定的最終后果難以預(yù)料，有可能暫時(shí)錯(cuò)誤地工作到完全損壞器件。若在“理想的自舉”電路中，由一個(gè)零阻抗電源供電，并通過(guò)一個(gè)理想的二極管給供電。負(fù)過(guò)沖電壓將引起自舉電容過(guò)充電。圖3-3 IR

30、2110部分寄生二極管示意圖IGBT（Insulated GateBipolar Transistor）是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，由于是容性輸入阻抗，故要求驅(qū)動(dòng)電路提供一條小阻抗通路，將柵極電壓限制在一定安全數(shù)字內(nèi)17。如果電路的負(fù)載為感性負(fù)載，則在功率管開(kāi)關(guān)瞬間、電源短路以及過(guò)電流關(guān)斷時(shí)，將比較大，功率管就會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖電壓，從而使VS端電壓低于COM端。實(shí)際上，該電壓是不能低于-4V，超出該極限電壓就會(huì)引起高端通道工作的不穩(wěn)定。故在設(shè)計(jì)PCB時(shí)，應(yīng)采取下列方法以減小VS負(fù)過(guò)沖電壓：a、將功率管緊密放置，并在焊接功率器件時(shí)應(yīng)盡量使引腳最短，以減少PCB布線長(zhǎng)度和引腳間寄生電感的影響，引線應(yīng)采用絞線或同軸

31、電纜屏蔽線；b、IR2110盡可能靠近功率IGBT模塊放置；c、在電源線與功率管之間應(yīng)增加去耦電容，一般應(yīng)選0.1F或1.0F的電容。 圖3-4IR2110與IGBT布局圖3.2.2 IR2110功率驅(qū)動(dòng)介紹 IR2100內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖及管腳說(shuō)明 IR2110是IR公司生產(chǎn)的高壓,高速的功率MOSFET18， IGBT專用驅(qū)動(dòng)芯片，具有獨(dú)立的高、低端輸出雙通道。門電壓需求在1020 V范圍，懸浮通道用于驅(qū)動(dòng)MOSFET的高壓端電壓可以達(dá)到500 V18。 圖3-5 IR2110內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖3-5中引腳10（）及引腳12 （）雙列直插式封裝，分別驅(qū)動(dòng)逆變橋中同橋臂上下兩個(gè)功率MOS

32、器件的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端，當(dāng)輸入脈沖形成部分的兩路輸出，范圍為（-0.5V）（+0.5），圖6中和分別為引腳13（）及引腳9（）的電壓值。引腳11（SD）端為保護(hù)電路信號(hào)輸入端。當(dāng)該引腳為高電平時(shí)，IR2110的輸出被封鎖，輸出端HO（7腳）、LO（1腳）恒為低電平。而當(dāng)該腳為低電平時(shí)，輸出跟隨輸入變化。用于故障（過(guò)電壓、過(guò)電流）保護(hù)電路。引腳6（）及引腳3（）分別為上下通道互鎖輸出級(jí)電源輸入端。用于接輸出級(jí)電源正極，且通過(guò)一個(gè)較高品質(zhì)的電容接引腳2。引腳3還通過(guò)一個(gè)高反壓快速恢復(fù)二極管與引腳6相連。 IR2110的自舉電路在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，IR2110的自舉電路可以有效的保護(hù)I

33、GBT。IR2110自舉電路的結(jié)果原理圖如圖3-6所示： 圖3-6 IR2110自舉電路原理圖圖3-6中及分別為自舉電容和快速恢復(fù)二極管，為的濾波電容。當(dāng)在關(guān)斷期間，已經(jīng)充滿電，即=。在開(kāi)通，關(guān)斷期間，通過(guò)電阻與 的柵射極間電容放電。在關(guān)斷，開(kāi)通期間，柵電荷經(jīng)和快速釋放。在經(jīng)過(guò)死區(qū)時(shí)間后，開(kāi)通經(jīng)過(guò)、給充電19。這就是IR2110的自舉電路原理。如果自舉電容選取的過(guò)大,可能使關(guān)斷時(shí)電容兩端還沒(méi)有達(dá)到要求的電壓，而電容選擇較小則會(huì)導(dǎo)致電容存儲(chǔ)的能量不夠維持柵源電壓在導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)為一定值。在選擇自舉電容最好選擇非電解電容，電容應(yīng)盡可能的靠近芯片。一般情況下為保證自舉電容將柵源電壓持續(xù)一段時(shí)間,選電容為

34、其最小值的15倍左右19。綜合考慮在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)采用1uf的電容為IR2110的自舉電容。 IGBT H橋驅(qū)動(dòng)電路原理H橋驅(qū)動(dòng)電路是一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路，電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰 。H型變換器在控制方式上分為雙極式、單極式和受限式三種20。本設(shè)計(jì)同樣采用選用雙極式H型PWM變換器。如圖3-7所示，四個(gè)電力晶體管IGBT和四個(gè)續(xù)流二級(jí)管FR307構(gòu)成了H橋驅(qū)動(dòng)電路?；鶚O驅(qū)動(dòng)電壓分為兩組即、同時(shí)工作其驅(qū)動(dòng)電壓分別為和，和同時(shí)工作其驅(qū)動(dòng)電壓為。在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，時(shí)和為正，晶體管和飽和導(dǎo)通；而和為負(fù)值，和截止。這時(shí)，+加在電樞AB兩端，電樞電流沿回路1流

35、通；當(dāng)時(shí)，和變?yōu)樨?fù)值，和截止；和變成正值，但是和并不能立即導(dǎo)通，因?yàn)樵陔姌须姼嗅尫艃?chǔ)能的作用下，沿回路2經(jīng)二極管、續(xù)流，在和上的壓降使、集電極和發(fā)射極承受反壓，這時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征2。 圖3-7 IGBT H橋驅(qū)動(dòng)電路在一個(gè)周期內(nèi)具有正負(fù)相間的脈沖波形。而電機(jī)的正反轉(zhuǎn)則體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則電樞兩端的平均電壓為正，在電動(dòng)運(yùn)行時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)，平均電壓為負(fù)值，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如果正負(fù)脈沖相等時(shí)電樞電壓為零，電機(jī)停轉(zhuǎn)。雙極型可逆PWM變換器電樞平均電壓為3：若定義占空比為和電壓系數(shù)的定義與不可逆變換器中相同，則在雙極式控制的可逆變換器中=2

36、- 1與不可逆變換器中的不同。調(diào)速時(shí)的可調(diào)范圍為01，相應(yīng)的= -11。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)負(fù)轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，=0，電動(dòng)機(jī)停止。雙極式控制的電壓平衡方程式3： （） （） 電樞兩端在一個(gè)周期內(nèi)的平均電壓都是：。其平均值方程都可寫成3： 則機(jī)械特性方程3：用轉(zhuǎn)矩表示3： 式中， 電機(jī)在額定磁通下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，。 理想空載轉(zhuǎn)速，與電壓系數(shù)成正比，。3.3隔離電路方案論證設(shè)計(jì)3.3.1 TLP250光耦隔離 隔離是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果隔離沒(méi)有做好，將導(dǎo)致強(qiáng)弱電互相串?dāng)_，強(qiáng)電串到弱電的控制單元時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制單元燒毀。因?yàn)橄到y(tǒng)的主電路電壓均為高電壓、大電流，而控制單元為弱電壓，弱電流

37、，所以它們之間必須采取光電隔離措施，以提高系統(tǒng)抗干擾措施，綜合考慮決定采用帶光電隔離的MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片TLP25021。圖3-8 TLP內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖光耦TLP250是一種可直接驅(qū)動(dòng)小功率MOSFET和IGBT的功率型光耦，由日本東芝公司生產(chǎn)，其最大驅(qū)動(dòng)能力達(dá)1.5A21。TLP250驅(qū)動(dòng)主要具備以下特征：輸入閾值電流IF=5mA(max)；電源電流ICC=11mA(max)；電源電壓(VCC)=1035V；輸出電流IO=±0.5A(min)；開(kāi)關(guān)時(shí)間tpLH/tpHL=0.5s(max)。選用TLP250光耦既保證了功率驅(qū)動(dòng)電路與PWM脈寬調(diào)制電路的可靠隔離，又具備了直接驅(qū)動(dòng)MOS

38、FET的能力，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。根據(jù)TPL250的數(shù)據(jù)手冊(cè)要求在2、3腳的電壓輸入必須為1.6v，5、8腳之間必修接104旁路電容使輸出均勻化，降低負(fù)載需求。具體電路設(shè)計(jì)如圖3-9：圖3-9 TLP250光耦隔離電路3.3.2 PC817數(shù)據(jù)采集隔離在進(jìn)行電流電壓采集和過(guò)壓保護(hù)時(shí)必須進(jìn)行隔離，防止強(qiáng)電流干擾控制模塊。因?yàn)锳D采集必須是模擬信號(hào)而不能使數(shù)字信號(hào)，所以在光耦選擇時(shí)本設(shè)計(jì)采用了線性光耦PC81722。圖3-10 PC817內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖當(dāng)輸入端加電信號(hào)時(shí)，半導(dǎo)體二極管發(fā)出光線，照射在半導(dǎo)體光敏晶體管上，光敏晶體管接受光線后導(dǎo)通，產(chǎn)生光電流從輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了“電-光-電”的轉(zhuǎn)換。普通光電

39、耦合器只能傳輸數(shù)字信號(hào)，不適合傳輸模擬信號(hào)。而PC817是一種新型的光電隔離器件，能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或電流信號(hào)，隨著輸入信號(hào)的強(qiáng)弱變化會(huì)產(chǎn)生互相對(duì)應(yīng)的光信號(hào)，從而使光敏晶體管的導(dǎo)通程度發(fā)生不同的變化，輸出的電壓或電流也隨之產(chǎn)生不同變化。PC817光電耦合器在電路中不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可以起到強(qiáng)弱電隔離作用。圖3-11 PC817集電極發(fā)射極電壓V 與發(fā)光二極管正向電流If關(guān)系圖3.4數(shù)據(jù)采集、過(guò)壓反饋保護(hù)3.4.1數(shù)據(jù)采集、過(guò)壓反饋方案設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的的過(guò)壓保護(hù)，本設(shè)計(jì)采用三端穩(wěn)壓TL431和PC817線性光耦構(gòu)成的過(guò)壓保護(hù)裝置。首先，對(duì)主電路的中IGBT的、與、之間的電壓采集，然

40、后通過(guò)TL431限壓，再通過(guò)線性光耦PC817把電壓反饋到AD0832實(shí)現(xiàn)電壓采集，采集完成后把采集到的數(shù)據(jù)送給MC51處理。其工作原理：當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)分壓電阻R35得到的取樣電壓就與TL431中的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極上形成誤差電壓，使光耦電流發(fā)生變化，這時(shí)候通過(guò)PC817隔離后經(jīng)AD0832模數(shù)轉(zhuǎn)換后給MC51處理，當(dāng)主電路的電壓過(guò)大時(shí)，MC51就停止PWM輸出或改變PWM占空比從而達(dá)到過(guò)壓保護(hù)。具體設(shè)計(jì)電路圖如圖3-12：圖3-12 數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)反饋電路設(shè)計(jì)圖3.4.2 TL431介紹 TL431的電路圖形符號(hào)和基本接線如圖3-13所示： 圖3-13 TL431基本符號(hào)圖T

41、L431相當(dāng)于一只可調(diào)式齊納穩(wěn)壓管，輸出電壓由外部精密分壓電阻來(lái)設(shè)定。其穩(wěn)壓原理為：當(dāng)UO上升時(shí)，取樣電壓也隨之升高，使> ，比較器輸出高電平，使VT導(dǎo)通，UO開(kāi)始下降。反之，UO下降會(huì)導(dǎo)致下降，從而< ，使比較器再次翻轉(zhuǎn)，輸出變成低電平，VT截止UO上升。這樣的循環(huán)下去，從動(dòng)態(tài)平衡的角度來(lái)看，就迫使UO趨于穩(wěn)定，從而達(dá)到了穩(wěn)定的目的，并且 = 。3.5穩(wěn)壓可調(diào)電源設(shè)計(jì)因?yàn)橄到y(tǒng)需要的不同電壓值較多，且由于電機(jī)在正常工作時(shí)對(duì)電源的干擾很大，如果只用一組電源難以防止干擾，為此在設(shè)計(jì)時(shí)采用了兩組可調(diào)的穩(wěn)壓電源為系統(tǒng)控制單元和驅(qū)動(dòng)單元單獨(dú)供電。在設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮到使用三端可調(diào)穩(wěn)壓集成芯片LM

42、317、和LM337。LM317系列穩(wěn)壓器輸出連續(xù)可調(diào)的正電壓，LM337系列穩(wěn)壓器輸出連可調(diào)的負(fù)電壓，可調(diào)范圍為1.2V37V，最大輸出電流 為1.5A。穩(wěn)壓器內(nèi)部含有過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)電路，具有安全可靠，性能優(yōu)良、不易損壞、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。其電壓調(diào)整率和電流調(diào)整率均優(yōu)于固定式集成穩(wěn)壓構(gòu)成的可調(diào)電壓穩(wěn)壓電源。再利用LM7805、LM7905三端穩(wěn)壓芯片即可形成一個(gè)1.2V18V可調(diào)和5V固定輸出的穩(wěn)壓電源。具體設(shè)計(jì)電路圖如下（圖3-13）當(dāng)220V交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器轉(zhuǎn)換成雙18V的交流電壓，利用B2整流橋?qū)崿F(xiàn)整流后，利用了3300uf大電容C1、C2整流，因?yàn)榇笕萘侩娊怆娙萦幸欢ǖ睦@制電感分布電

43、感，易引起自激振蕩，形成高頻干擾，所以穩(wěn)壓器的輸入、輸出端常并入103瓷介質(zhì)小容量電容C3、C4用來(lái)抵消電感效應(yīng)，抑制高頻干擾，利用LM317、LM337穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)18V和-18V可調(diào)，最后在經(jīng)過(guò)470uf電解電容C7、C8濾波后給LM7805、LM7905穩(wěn)壓后再通過(guò)C9、C10濾波后輸出5V直流固定電壓。圖3-14 穩(wěn)壓可調(diào)電源電路原理圖4軟件設(shè)計(jì)4.1 PWM實(shí)現(xiàn)方式方案論證方案一：軟件延時(shí) 基本思想：首先預(yù)設(shè)占空比值D，再根據(jù)周期T分別給輸出端口置高電平M個(gè)單位時(shí)間，即。然后，在給輸出端口置低電平個(gè)單位時(shí)間，即。通過(guò)改變M和的值，就可實(shí)現(xiàn)改變占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)調(diào)速23。軟件延時(shí)雖

44、然理論上實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易，但占用系統(tǒng)資源過(guò)多，使用不方便。方案二：定時(shí)計(jì)數(shù)基本思想：利用單片機(jī)定時(shí)器0中斷方式產(chǎn)生PWM脈沖，當(dāng)定時(shí)器計(jì)數(shù)到設(shè)定時(shí)間后輸出端口實(shí)現(xiàn)高低電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)PWM輸出。此方案占用單片機(jī)資源比較少，使用較為簡(jiǎn)單。綜合兩個(gè)方案，本設(shè)計(jì)采用方案二。4.2程序流程圖 系統(tǒng)程序?yàn)橐粋€(gè)主程序（包括若干功能模塊），中斷子程序，以及若干個(gè)子程序，共計(jì)三大部分構(gòu)成。按照任務(wù)的定義，每個(gè)功能模塊都能完成某一明確的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)具體的某個(gè)功能，如測(cè)量、計(jì)算、顯示、鍵盤掃描、輸出控制等。本設(shè)計(jì)的總程序設(shè)計(jì)流程圖及其部分主要子程序流程圖。如圖4-1 系統(tǒng)總體流程圖，如圖4-2 PWM輸出子程序流程圖，

45、圖4-3 A/D0832數(shù)據(jù)采集流程。圖4-1系統(tǒng)總體程序流程圖圖4-2 PWM輸出流程圖圖4-3 A/D0832數(shù)據(jù)采集流程圖4.3主要程序設(shè)計(jì)分析4.3.1定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù)void timer0(void) interrupt 1 using 2 TR0=0; Pro_Count+; 輪轉(zhuǎn)次數(shù)加1 if (Pro_Count>Cycle) Pro_Count=1; if (Pro_Count<=Pro_High) 輸出高電平 Pwm_Out=0; else Pwm_Out=1; TH0=Th0; 重載定時(shí)器初始值 TL0=Tl0; TR0=1;4.3.2占空比調(diào)節(jié)函數(shù)voi

46、d Pwm_Set(uchar x)switch(x) case 0:break; case 1: if(Pro_High<=900) Pro_High=Pro_High+100; 占空比加100 break; case 2: if(Pro_High<=990) Pro_High=Pro_High+10; 占空比加10 break; case 3:if(Pro_High<=999) Pro_High+; 占空比加1 break; case 4:if(Pro_High>=100) Pro_High=Pro_High-100; 占空比減100 break; case 5:i

47、f(Pro_High>=10) Pro_High=Pro_High-10; 占空比減10 break; case 6:if(Pro_High>0) Pro_High-; 占空比減1 break; 5調(diào)試結(jié)果描述調(diào)試過(guò)程,接5V直流電機(jī)，在不同占空比負(fù)載電壓、IGBT柵極和集電極電壓輸出情況和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向如下表5-1：表5-1 5V直流電機(jī)的測(cè)試情況占空比0%10%30%40%50%60%70%80%100%8.78V6.96V6.45V5.55V3.96V2.53V1.63V0.79V0V0.15V1.77V1.67V3.12V4.42V5.89V7.78V9.27V11.5V0

48、.17V1.71V2.09V3.32V4.23V5.03V7.47V8.19V9.28V11.20V7.47V6.96V5.87V4.23V2.83V1.5V0.82V0V-3.68V-2.63V-1.16-0.68V0.18V0.73V1.21V2.21V3.88V電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)情況反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)從上表可知：當(dāng)占空比為50%電機(jī)停轉(zhuǎn)，隨著占空比的增加或減少電機(jī)轉(zhuǎn)速也越來(lái)越快。通過(guò)改變占空比即可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速。6結(jié)論現(xiàn)代電機(jī)控制的發(fā)展，一方面要求提高性能、降低損耗、減少成本，另一方面又不斷地有技術(shù)指標(biāo)及其苛刻特殊應(yīng)用系統(tǒng)要求。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，集成

49、電路制作工藝的飛速發(fā)展，以及控制理論地完善、仿真工具地日漸成熟，給電機(jī)控制行業(yè)帶來(lái)了很多機(jī)遇和反展契機(jī)。使用高性能的微機(jī)解決電機(jī)控制器不斷增加的計(jì)算量和速度要求，使其功能強(qiáng)大、維修方便、適用范圍廣又非常經(jīng)濟(jì)。本設(shè)計(jì)在指導(dǎo)老師和身邊同學(xué)的幫助下，本人經(jīng)過(guò)13周畢業(yè)設(shè)計(jì)基本完成了MC51控制單位、光耦隔離、IR2110驅(qū)動(dòng)電路、IGBT H橋電路、A/D數(shù)據(jù)采集單元的電路方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、制版、軟件編寫、整體調(diào)試，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最后完成實(shí)物和軟件調(diào)試基本上達(dá)到了畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，但是離真正的工程推廣和工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用還有很多的工作要完成。致 謝 經(jīng)過(guò)13周對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的學(xué)習(xí)研究、設(shè)計(jì)調(diào)試和論文撰寫，本

50、次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)圓滿結(jié)束。作為一個(gè)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)偏重自動(dòng)控制方向的設(shè)計(jì)，由于強(qiáng)電和電機(jī)工作原理等方面知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)較為匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，幸好有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的給予我無(wú)私的幫助，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠些許的成果呈現(xiàn)給大家，13周的畢業(yè)設(shè)計(jì)我感觸很多。 首先，我要感謝的是畢業(yè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)老師林金陽(yáng)老師，他給于我畢業(yè)設(shè)計(jì)選題的最大自由性和畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大信任性。雖然他本身不是自控專業(yè)的老師，但是他還是盡最大的努力給予我畢業(yè)設(shè)計(jì)上各個(gè)方面的指導(dǎo)。使我從他身上學(xué)到了認(rèn)真、負(fù)責(zé)，這是我13周畢業(yè)設(shè)計(jì)所收獲的最大知識(shí)和工作的態(tài)度。 其次，我一起合作過(guò)兩年的電氣

51、專業(yè)的許海軍、魏乃榮，在我13周的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間遇到過(guò)很多我沒(méi)有學(xué)過(guò)的知識(shí)，如電機(jī)工作原理、強(qiáng)電知識(shí)等等，他們都給予我無(wú)私的幫助，有時(shí)候甚至花一整天的時(shí)間和我一起解決遇到的問(wèn)題，他們的幫助是我畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成的關(guān)鍵。 第三，我的同專業(yè)的同學(xué)趙海明，我在軟件設(shè)計(jì)方面遇到的很多問(wèn)題都是在他的幫助下完成的，因?yàn)樗滋煲习鄷r(shí)間比較緊張，不過(guò)他還是經(jīng)常利用晚上的時(shí)間加班、加點(diǎn)幫助我調(diào)試程序，他也是我畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的功臣。 最后，我要感謝給于我提供設(shè)計(jì)調(diào)試器材、場(chǎng)地的電氣實(shí)驗(yàn)室，感謝幫我打下四年專業(yè)知識(shí)的老師，四年的專業(yè)知識(shí)的積累，是我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)最重要的部分。感謝那些給于過(guò)我?guī)椭?、支持、信任的老師如黃

52、靖老師等。 畢業(yè)設(shè)計(jì)只是人生中一個(gè)短暫的結(jié)束，老師、同學(xué)給于我的知識(shí)、啟發(fā)、教誨和友誼是我在步入社會(huì)后最為重要的財(cái)富。 參考文獻(xiàn)1 姚洪江.基于全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)地研究.http：/3/kns50/detail.aspx?QueryID=3&CurRec=21，2000-06/2008-06.2 劉剛力.全數(shù)字化雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)研究.3/kns50/detail.aspx?QueryID=3&CurRec=174，2000-06/2008-06.3 張方.電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ).北京:中國(guó)電力出版社，2008年4月.4 楊紅玉，趙冬梅.利用PCI-1780實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)PWM調(diào)速.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新，2008，02.5 王志良.電力電子新器件及其應(yīng)用技術(shù).北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995年.6 吳守箴，戚英杰.電氣傳的脈寬調(diào)制控制技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.7 賈玉瑛，王臣.基于單片機(jī)控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng).包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，2005年.8 康華光，鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分第四版).北京：高等教育出版社，2004年.9 三恒星科技.MCS 51單片機(jī)原理與應(yīng)用實(shí)例.北京：電子工業(yè)出版社，2008年1月.10 International Rectifier. FGA25N120 D