單片機(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...課題名稱單片機(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)系別機(jī)電系專業(yè)電氣工程與自動(dòng)化班級(jí)姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師起訖時(shí)間：2007年10月1日～2007年11月20日〔共7周〕目錄：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)介：6二變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成：7〔一〕變頻器主電路〔整流電路、逆變器電路〕8〔二〕晶閘管及功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路8〔三〕PWM脈沖形成電路9〔四〕單片機(jī)控制系統(tǒng)10〔五〕信號(hào)檢測(cè)電路11〔六〕轉(zhuǎn)速測(cè)量電路11〔七〕電源電路12三變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件組成12〔一〕主程序12〔二〕外部中斷服務(wù)程序12〔三〕串行通訊子程序13〔四〕高速輸入部件中斷子程序13四系統(tǒng)的冗余措施14〔一〕輸入緩沖14〔二〕輸出總線仲裁14〔三〕單片機(jī)時(shí)鐘級(jí)同步的實(shí)現(xiàn)16〔四〕控制模塊的VHDL語言描述17五變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用18〔一〕系統(tǒng)工作過程如下:18六設(shè)計(jì)小結(jié)19七、設(shè)計(jì)參考資料19畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開題報(bào)告題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)本課題的來源、選題依據(jù)：在傳統(tǒng)的可調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)但直流調(diào)速系統(tǒng)在60～70年代迅速開展起來，但其造價(jià)高，且換相環(huán)節(jié)有缺乏，又有換向器和電刷，在運(yùn)行中常出故障。自從1958年世界上第一個(gè)晶閘管〔ＳＣＲ〕的面市，晶閘管就以其在功率放大倍數(shù)、快速響應(yīng)性、小功耗、高效率等方面的優(yōu)越性迅速取代了機(jī)組和水銀整流器。直流調(diào)速系統(tǒng)在60～70年代迅速開展起來，但其造價(jià)高，且換相環(huán)節(jié)有缺乏。與此相反，異步電動(dòng)機(jī)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。但是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難。自從上世紀(jì)80年代初交流變頻技術(shù)出現(xiàn)以來，使用變頻調(diào)速器和調(diào)節(jié)器來進(jìn)展交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速成為可能。隨著第三代電力半導(dǎo)體器件如門極可關(guān)斷晶閘管ＧＴＯ、絕緣柵雙極晶體管ＩＧＢＴ的相繼出現(xiàn)，交流變頻調(diào)速技術(shù)得到了飛速開展。在結(jié)合現(xiàn)代微處理器控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、電極傳動(dòng)技術(shù)的根基上，相繼推出了一系列的變頻器，且不斷進(jìn)展更新?lián)Q代。這些高精度、多功能、智能化的變頻器將調(diào)速效率和精度提高到了前所未有的水平。故交變頻調(diào)速系統(tǒng)越來越成為當(dāng)今社會(huì)，猶其在倡導(dǎo)節(jié)約型中國的今天！本課題的設(shè)計(jì)〔研究〕意義〔相關(guān)技術(shù)的現(xiàn)狀和開展趨勢(shì)〕：交變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，穩(wěn)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，運(yùn)行可靠等技術(shù)性能，已逐步取代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。然而目前的變頻器大局部都是線路復(fù)雜，價(jià)格昂貴，常用于大、中功率的電動(dòng)機(jī)。對(duì)于國內(nèi)占有率極大的中、小型電動(dòng)機(jī)采用這類變頻器無疑是難以普及的。鑒于這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了此種由8098單片機(jī)為主控制器的，具有高度靈活性和可靠性的低價(jià)格交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中以INTEL公司的8098單片機(jī)作主控制器，并且采用了功率晶體管作輸出，具有完善的電流、電壓、轉(zhuǎn)速的檢測(cè)和顯示，以及過壓，過流保護(hù)。另又增加了串行通訊口，采用兩線制RS-485通訊構(gòu)造?？煽客ㄓ嵕嚯x為1.2km，并且可加上中繼來加長(zhǎng)距離。該系統(tǒng)可方便的組網(wǎng)控制或組成分布式集散控制系統(tǒng)，也可單獨(dú)作為直接控制器來使用。電路中還采用了美國達(dá)拉斯公司最新生產(chǎn)的時(shí)鐘芯片DS-12887，內(nèi)含128字節(jié)的不揮發(fā)RAM，可以記錄下電動(dòng)機(jī)過流過壓保護(hù)時(shí)的時(shí)間和電流電壓數(shù)據(jù)，供查詢使用，且滿足各種不同地場(chǎng)合。本課題的根本內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)，擬采用的實(shí)現(xiàn)手段〔途徑〕：〔1〕交頻調(diào)速的ＰＷＭ控制〔2〕PID調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)工作〔3〕8089單片機(jī)的冗余技術(shù)〔4〕實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的融合文獻(xiàn)綜述〔列出主要參考文獻(xiàn)的作者、名稱、出版社、出版時(shí)間以及與本課題相關(guān)的主要參考要點(diǎn)〕：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)200例張洪潤(rùn)，劉秀英出版社：北京航空航天大學(xué)出版社交流調(diào)速系統(tǒng)陳伯時(shí)等編

出版社：工業(yè)機(jī)械出版社電工與電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)周樂挺主編出版社：電子工工程出版社單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)\o"黃仁欣"黃仁欣主編出版社：清華大學(xué)出版社單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)沙占友等編著出版社：北京-電子工業(yè)出版社指導(dǎo)教師意見：指導(dǎo)教師：年月日系意見：蓋章年月日單片機(jī)控制交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要：20世紀(jì)70年代后，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的開展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使得交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)逐步具備了寬的調(diào)速范圍、高的穩(wěn)速范圍、高的穩(wěn)速精度、快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及在四象限作可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面可以與直流電力拖動(dòng)媲美。在交流調(diào)速技術(shù)中，變頻調(diào)速具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，并且它的調(diào)速性能與可靠性不斷完善，價(jià)格不斷降低，特別是變頻調(diào)速節(jié)電效果明顯，而且易于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，深受工業(yè)行業(yè)的青睞。嚴(yán)俊關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，變頻器，調(diào)速系統(tǒng)，冗余技術(shù)Abstract:Inthe1970s,large-scaleintegratedcircuitsandcomputercontroltechnologydevelopmentandapplicationofmoderncontroltheory,makingtheexchangeofelectricdrivesystemgraduallywithawidespeedrange,high-speedrange,highstabilityspeedaccuracyandfastdynamicresponseandinareversiblefour-quadrantoperationwithgoodtechnicalperformance,speedperformancecanbecomparablewiththeDCelectricdrive.InexchangeSpeedtechnology,VVVFhaveabsolutesuperiority,anditsspeedcontinuouslyimproveperformanceandreliability,reduceprices,especiallyenergy-savingeffectofVVVFobvious,andeasytoimplementprocessautomation,industrybyindustrythefavored.

Author:YanJunKeywords:SCM,converter,speedcontrolsystem,redundanttechnology一簡(jiǎn)介：在傳統(tǒng)的可調(diào)速電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。但是直流電動(dòng)機(jī)構(gòu)造復(fù)雜，價(jià)格高，又有換向器和電刷，在運(yùn)行中常出故障。與此相反，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。但是交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速困難。交流變頻技術(shù)出現(xiàn)以來，使用變頻調(diào)速器和調(diào)節(jié)器來進(jìn)展交流電動(dòng)機(jī)無級(jí)調(diào)速成為可能。它具有調(diào)速范圍寬，穩(wěn)速精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，運(yùn)行可靠等技術(shù)性能，已逐步取代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。然而目前的變頻器大局部都是線路復(fù)雜，價(jià)格昂貴，常用于大、中功率的電動(dòng)機(jī)。對(duì)于國內(nèi)占有率極大的中、小型電動(dòng)機(jī)采用這類變頻器無疑是難以普及的。鑒于這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)了此種由8098單片機(jī)為主控制器的，具有高度靈活性和可靠性的低價(jià)格交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。在本設(shè)計(jì)中以INTEL公司的8098單片機(jī)作主控制器，并且采用了功率晶體管作輸出，具有完善的電流、電壓、轉(zhuǎn)速的檢測(cè)和顯示，以及過壓，過流保護(hù)。另又增加了串行通訊口，采用兩線制RS-485通訊構(gòu)造?？煽客ㄓ嵕嚯x為1.2km，并且可加上中繼來加長(zhǎng)距離。該系統(tǒng)可方便的組網(wǎng)控制或組成分布式集散控制系統(tǒng)，也可單獨(dú)作為直接控制器來使用。電路中還采用了美國達(dá)拉斯公司最新生產(chǎn)的時(shí)鐘芯片DS-12887，內(nèi)含128字節(jié)的不揮發(fā)RAM，可以記錄下電動(dòng)機(jī)過流過壓保護(hù)時(shí)的時(shí)間和電流電壓數(shù)據(jù)，供查詢使用。二變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成：8098單片機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖18098單片機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)框圖由系統(tǒng)框圖所示，交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件是由變頻調(diào)速主電路〔整流電路、逆變器電路〕、可控硅及功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路、ＰＷＭ脈沖形成電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、信號(hào)檢測(cè)電路、轉(zhuǎn)速測(cè)量和電源電路等七大環(huán)節(jié)組成〔一〕變頻器主電路〔整流電路、逆變器電路〕變頻器主電路為交－直－交電壓型變頻器電路。整流器由6個(gè)晶閘管組成三相可控橋式整流電路，將三相交流電整流后再由電容濾波，為變頻調(diào)速主回路提供直流電源，且經(jīng)由這6個(gè)晶閘管控制的導(dǎo)通與截止來實(shí)現(xiàn)電源的軟開關(guān)。逆變器功率元件由VT1至VT6支功率晶體管組成。VD1至VD6支二極管組成功率晶體管的保護(hù)局部。由于采用二極管不可控整流產(chǎn)生恒定直流電源，功率因數(shù)問題用這種方法就可以解決。用PWM逆變器，輸出電壓是一系列脈沖，調(diào)節(jié)脈沖寬度就可以調(diào)節(jié)輸出電壓值。假設(shè)脈沖寬度按正弦分布，則輸出電壓中諧波可以大大減少。諧波減少的成度還取決于逆變器功率開關(guān)的開關(guān)頻率。因此，PWM逆變器中很少采用像晶閘管之類開關(guān)頻率低的半控型器件作為開關(guān)器件，而是采用開關(guān)頻率高的全控型器件如GTR、GTO、MOSFET、IGBT等。同時(shí)調(diào)頻調(diào)壓都集中在逆變器一側(cè)，控制也簡(jiǎn)化了。因此，這種構(gòu)造成為當(dāng)前中小型交—直—交變頻器中普遍采用的一種構(gòu)造形式。由于PWM逆變器具有許多優(yōu)點(diǎn)，所以在中小型變頻器中得到普遍采用。電壓型PWM變頻器主電路的原理圖如圖2所示。交—直—交變頻器主要適用于中小功率、轉(zhuǎn)速較高、負(fù)載較平穩(wěn)的場(chǎng)合。圖2變頻器主電路原理圖〔二〕晶閘管及功率晶體管驅(qū)動(dòng)電路晶閘管驅(qū)動(dòng)電路采用型號(hào)為MOC3021的6支光電耦合器件組成，該器件是雙向晶閘管輸出型的光電耦合器，作用是隔離單片機(jī)主控系統(tǒng)和觸發(fā)外部的晶閘管。功率晶體管基級(jí)驅(qū)動(dòng)電路采用MPD1203厚膜集成電路，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)造，提高系統(tǒng)可靠性。MPD1203集成電路集光電隔離與驅(qū)動(dòng)電路于一身，為GTR提供正或負(fù)的基級(jí)電流，控制GTR的導(dǎo)通或關(guān)斷。它與軟件結(jié)合形成所謂軟開關(guān)?！踩砅WM脈沖形成電路正弦PWM脈沖信號(hào)采用大規(guī)模集成電路HEF4752產(chǎn)生，它是專門設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生正弦脈寬調(diào)制信號(hào)的大規(guī)模集成電路。

HEF4752集成電路輸出3對(duì)互補(bǔ)的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)波形，由它們?nèi)ヲ?qū)動(dòng)三相逆變橋功率元件產(chǎn)生對(duì)稱的三相輸出。當(dāng)控制端Ｉ為低電平時(shí)，輸出波形適宜驅(qū)動(dòng)晶體管逆變器，當(dāng)控制輸入端I為高電平時(shí)，適宜于驅(qū)動(dòng)晶體管逆變器。輸入端CW用于控制相序。當(dāng)CW為高電平時(shí)，相序?yàn)镽YB,當(dāng)CW為低電平時(shí)，相序?yàn)镽BY，用于控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)輸入端Ｌ為低電平時(shí)，封鎖所有的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)輸出，它的作用除了起停電機(jī)外，還可方便地用于過流保護(hù)。為了防止逆變橋中同一相上下2支開關(guān)元件同時(shí)導(dǎo)通引起短路，在它們切換時(shí)，插入互鎖推遲間隔，以確保有足夠的換相時(shí)間。在HEF4752集成電路中，由推遲間隔選擇端Ｋ和時(shí)鐘輸入OCT一齊決定推遲間隔的長(zhǎng)短。當(dāng)Ｋ為高電平時(shí)，推遲間隔時(shí)間Ｔb=16/Foct(s);當(dāng)Ｋ為低電平時(shí)，Ｔb=8/Foct(s)。三相PWM輸出波形的頻率、電壓和每周期的脈沖數(shù)，分別由3個(gè)時(shí)鐘輸入FCT，VCT，OCT決定。它的輸入由8098單片機(jī)改變計(jì)數(shù)常數(shù)，經(jīng)可編程計(jì)數(shù)器8254輸出方波信號(hào)獲得。采用專用PWM芯片HEF4752,使系統(tǒng)可靠性好，應(yīng)用方便，編程簡(jiǎn)單。在大規(guī)模集成電路HEF4752控制電路中采用載頻信號(hào)Uc與參考信號(hào)Ur相比擬的方法產(chǎn)生基極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這里采用單極性等腰三角形；Ur采用可變的直流電壓。在Ur與Uc波形的交點(diǎn)處發(fā)生調(diào)制信號(hào)，局部脈沖調(diào)制波形如以下列圖所示。圖3PWM脈沖形成過程〔四〕單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖如圖4所示。圖4單片機(jī)控制系統(tǒng)組成框圖從圖4可知，本系統(tǒng)由8098，EPROM2764，RAM6264和74LS373構(gòu)成主體局部。外圍擴(kuò)展有鍵盤和數(shù)碼顯示接口芯片8279、并行輸入輸出芯片8255、時(shí)鐘芯片DS12887、定時(shí)器計(jì)數(shù)器接口芯片8254、雙四選一模擬開關(guān)4052、鎖存器74LS373和串行RS-485標(biāo)準(zhǔn)通訊驅(qū)動(dòng)接口芯片75176構(gòu)成一個(gè)完整的變頻調(diào)速中心控制系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)由8279構(gòu)成了32位數(shù)碼管顯示和四乘五鍵盤矩陣。32位數(shù)碼顯示分別顯示6位時(shí)間、4位給定轉(zhuǎn)速、4位實(shí)際轉(zhuǎn)速、4位運(yùn)行頻率、2位運(yùn)行指示和1個(gè)3位的運(yùn)行電壓、3個(gè)3位的運(yùn)行電流。鍵盤矩陣分別有0至9共10個(gè)數(shù)字鍵和8個(gè)功能鍵與2個(gè)備用鍵。

并行輸入輸出接口8255的Ｐc7與Ｐc6兩個(gè)口作為雙四選一開關(guān)4052的控制信號(hào)。ＰA口作為輸入口，用光電耦合器隔離，輸入8路狀態(tài)量。ＰB口作為輸出口，經(jīng)MC1413隔離驅(qū)動(dòng)后，經(jīng)過繼電器輸出7路開關(guān)量。這一局部主要是作為擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)使用。DS12877是一片內(nèi)帶鋰電池、晶振的時(shí)鐘芯片。它可以為系統(tǒng)提供一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)。在電動(dòng)機(jī)電流過大保護(hù)時(shí)可以記錄下時(shí)間。并且此芯片內(nèi)有128字節(jié)的不掉電RAM，可以在停電后保持?jǐn)?shù)據(jù)不喪失。所以把系統(tǒng)運(yùn)行中的一些參數(shù)儲(chǔ)存在這里，如鍵盤輸入的給定轉(zhuǎn)速、最大電流等。8254是1個(gè)內(nèi)含3路16位可編程計(jì)數(shù)器定時(shí)器。8098單片機(jī)定時(shí)對(duì)頻率給定信號(hào)進(jìn)展采樣，根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果或鍵盤的設(shè)定，或從上位機(jī)通過串行通訊口設(shè)定的轉(zhuǎn)速，經(jīng)軟件處理為適合8254可編程計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)常數(shù)。8254裝入由單片機(jī)送出的計(jì)數(shù)常數(shù)后便產(chǎn)生相應(yīng)頻率的方波信號(hào)。單片機(jī)一旦改變送出的計(jì)數(shù)常數(shù)，就可以改變8254輸出的方波信號(hào)的頻率。這個(gè)方波信號(hào)作為PWM芯片HEF4752的時(shí)鐘輸入FCT。因此，調(diào)節(jié)頻率給定信號(hào)，也就是改變了8254的計(jì)數(shù)常數(shù)，也即改變了HEF4752的時(shí)鐘輸入FCT的頻率，從而改變逆變器輸出的頻率，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速。雙四選一模擬開關(guān)4052是作為8098模擬輸入的擴(kuò)展來使用的。因?yàn)?098有4路10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入，其中的ACH4與ACH5通過外接可調(diào)模擬電壓作為頻率給定和V/F調(diào)節(jié)。ACH6與ACH7通過4052擴(kuò)展為8路模數(shù)轉(zhuǎn)換。其中4路接一個(gè)電壓與3個(gè)電流信號(hào)，另4路可根據(jù)不同需要作不同的用途。8098單片機(jī)通過74LS373鎖存與74LS274驅(qū)動(dòng)后控制整流晶閘管與HEF4752的５腳、24腳來實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的啟停控制與正反轉(zhuǎn)控制。75176是RS-485標(biāo)準(zhǔn)的通訊驅(qū)動(dòng)芯片。在2400波特時(shí)有效距離為1200m，用于系統(tǒng)中有上位機(jī)時(shí)，8098單片機(jī)與上位機(jī)之間的通訊。上位機(jī)可通過串行口向單片機(jī)下達(dá)開關(guān)機(jī)等命令與各種運(yùn)行參數(shù)，也可隨時(shí)得到現(xiàn)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)兩級(jí)控制。8098單片機(jī)的輔助輸入輸出電路是由8255組成的并行輸入輸出接口和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路未用完的模擬輸入口組成。主要是為了保證系統(tǒng)的靈活性。〔五〕信號(hào)檢測(cè)電路信號(hào)檢測(cè)電路主要完成電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)的采集。這局部工作分別由相應(yīng)的傳感器完成。比擬理想的是采用霍爾器件的電流、電壓傳感器和霍爾轉(zhuǎn)速傳感器。

由于這一局部早已成為商品模塊，有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，只存在不同應(yīng)用的選型問題，所以在這里不再一詳述。

〔六〕轉(zhuǎn)速測(cè)量電路轉(zhuǎn)速成測(cè)量電路與信號(hào)檢測(cè)電路通常在一起，它們都是通過對(duì)信號(hào)的采集，再經(jīng)過各級(jí)運(yùn)放完成對(duì)信號(hào)的PID閉環(huán)控制。如以下列圖5所示：圖5信號(hào)檢測(cè)與轉(zhuǎn)速測(cè)量原理方框圖〔七〕電源電路電源是系統(tǒng)極其重要的一局部，是根基的根基。由于關(guān)于電源局部的設(shè)計(jì)早已成型，故而在本文中沒有出現(xiàn)。

三變頻調(diào)速系統(tǒng)的軟件組成變頻調(diào)速系統(tǒng)軟件主要由主程序、外部中斷服務(wù)程序、顯示子程序、串行通訊子程序、鍵盤輸入子程序和高速輸入部件中斷子程序等組成。各程序模塊功能如下:〔一〕主程序主程序的作用是首先完成各個(gè)部件的初始化工作，設(shè)定好各個(gè)中斷向量，為各個(gè)部件以后的工作做好根基。然后就不停的進(jìn)展模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理，同時(shí)等待各中斷的到來，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)子程序。

主程序框圖如圖6所示。圖6主程序框圖〔二〕外部中斷服務(wù)程序外部中斷服務(wù)程序的功能比擬簡(jiǎn)單，只視作為電動(dòng)機(jī)停頓的控制。當(dāng)外部中斷發(fā)生時(shí)，首先通過74LS373使可控整流器關(guān)斷，然后去除8254中的數(shù)據(jù)來關(guān)斷功率晶體管。完成停頓電動(dòng)機(jī)的過程。外部中斷服務(wù)程序框圖如圖7所示。〔三〕串行通訊子程序串行通訊子程序用在有上位機(jī)或數(shù)臺(tái)機(jī)器聯(lián)用時(shí)。該子程序框圖如圖8所示。圖7外部中斷服務(wù)程序框圖〔四〕高速輸入部件中斷子程序高速輸入部件中斷子程序的作用是管理好4個(gè)輸入中斷。當(dāng)輸入中斷發(fā)生時(shí)，根據(jù)不同引腳中斷的發(fā)生，由不同的處理子程序分別完成轉(zhuǎn)速的測(cè)量，鍵盤的中斷輸入，時(shí)鐘的更新等工作。高速輸入部件中斷子程序框圖如圖9所示。圖8串行通訊子程序框圖圖9高速輸入部件中斷子程序框圖四系統(tǒng)的冗余措施整個(gè)冗余設(shè)計(jì)的電路被置于一個(gè)核心控制模塊中。圖中8089單片機(jī)1、2、3被假定為冗余的三個(gè)單片機(jī)，它們的輸入總線并聯(lián)，接收核心控制模塊中輸入緩沖的輸出。輸出總線分別接到模塊的輸出總線仲裁器。核心控制模塊包括輸入緩沖、輸出總線仲裁、電源控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、復(fù)位電路和報(bào)警控制輸出六個(gè)局部。〔一〕輸入緩沖為了消除輸入端并聯(lián)輸入阻抗帶來的影響，在輸入端增加了一級(jí)緩沖器，減小外圍電路的影響。采用輸入緩沖，可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和外圍電路的輸入隔離?！捕齿敵隹偩€仲裁該總線仲裁是建設(shè)在所有單片機(jī)在時(shí)鐘級(jí)上同步的根基上，通常采用總線表決法。對(duì)不同輸出總線被當(dāng)作出錯(cuò)而封止，所有的輸出皆不一樣同是失敗狀態(tài)，無表決輸出。表決的實(shí)現(xiàn)當(dāng)然不能采用軟件比擬，以三個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的一位為例介紹表決方法。假設(shè)位輸入變量X1、X2、X3，輸出Q，狀態(tài)指示：正常N、X1出錯(cuò)E1、X2出錯(cuò)E2、X3出錯(cuò)E3。真值表如表1所示，位仲裁單元如圖2所示。

表1真值表X1X2X3QE1E2E300000000010001010001001111001000100101101011010011111000顯然以上位單片機(jī)用數(shù)字電路難實(shí)現(xiàn)，后面給出整體的VHDL語言描述?？偩€仲裁由多個(gè)這樣的位單元組成，個(gè)數(shù)由單片機(jī)輸出總線的最大數(shù)n決定。仲裁器除了n根輸出線，同時(shí)還對(duì)每個(gè)位單元的狀態(tài)位進(jìn)展邏輯組合輸出正常、出錯(cuò)、失敗三個(gè)狀態(tài)指示。失敗信號(hào)也用作報(bào)警保護(hù)控制輸出，或重新復(fù)位輸出。失敗輸出有效時(shí)輸出失效。在8089單片機(jī)的系統(tǒng)中，如果將仲裁器的三個(gè)總線某一時(shí)刻輸入看作為n位二進(jìn)制變量X，Y，Z。FPGA技術(shù)的開展，使得設(shè)計(jì)中的比擬、決策等數(shù)字電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)變得非常容易，而且系統(tǒng)簡(jiǎn)明可靠。如果采用中規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)的話，將相當(dāng)煩瑣和復(fù)雜。在此不再詳細(xì)分析〔三〕單片機(jī)時(shí)鐘級(jí)同步的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的所有單片機(jī)必須到達(dá)時(shí)鐘級(jí)的同步。。同一時(shí)鐘是實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步的第一步。時(shí)鐘發(fā)生電路在控制模塊內(nèi)產(chǎn)生并送到各單片機(jī)的時(shí)鐘輸入端，要求單片機(jī)可外接時(shí)鐘輸入。時(shí)鐘同步并不容易，8089系列單片機(jī)上電后振蕩器起振輸出，ALE脈沖由時(shí)鐘經(jīng)分頻電路得到，一旦形成，機(jī)器周期脈沖和時(shí)鐘脈沖相位關(guān)系固定，不受復(fù)位電路影響，直到電源掉電為止。第二步是實(shí)現(xiàn)機(jī)器周期脈沖同步，8089一個(gè)機(jī)器周期包括6個(gè)狀態(tài)周期，每個(gè)狀態(tài)周期包括2個(gè)節(jié)拍，對(duì)應(yīng)2個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍有效期。也就是說一個(gè)機(jī)器周期包括12個(gè)振蕩周期，指令工作在時(shí)鐘節(jié)拍上，同時(shí)更是同步工作在機(jī)器周期上。不管是單字節(jié)指令還是雙字節(jié)指令，指令周期均是機(jī)器周期的1、2、4倍。要同步單片機(jī)節(jié)拍，必須同步機(jī)器周期。考慮到上電時(shí)間上可能產(chǎn)生的差異，采用先上電后加時(shí)鐘脈沖的方法。上電時(shí)確保時(shí)鐘輸入端沒有干擾脈沖引入，所有單片機(jī)上電后的內(nèi)局部頻電路起始點(diǎn)一致，然后參加時(shí)鐘脈沖，各單片機(jī)獲得同步的機(jī)器周期。第三步是同步指令周期。指令的同步需要依靠復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘脈沖正常輸入和分頻電路正常工作的情況下，復(fù)位操作是在復(fù)位端加上至少2個(gè)機(jī)器周期的復(fù)位電平而實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位信號(hào)由核心控制器發(fā)出送至每片單片機(jī)。復(fù)位后，統(tǒng)一了片內(nèi)主要存放器內(nèi)容，所有單片機(jī)程序從起始位置開場(chǎng)執(zhí)行。單片機(jī)時(shí)鐘級(jí)同步的實(shí)現(xiàn)主要依靠電源控制、時(shí)鐘產(chǎn)生、復(fù)位電路三局部硬件。1電源控制三個(gè)單片機(jī)的供電電源由控制模塊控制。主控遠(yuǎn)件需要保證足夠電流容量，可采用功率三極管或場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)現(xiàn)。不能采用繼電器在，以防止觸點(diǎn)電源跳變。2時(shí)鐘產(chǎn)生晶體振蕩器輸出脈沖作為單片機(jī)時(shí)鐘，中間增加可控的緩沖級(jí)。緩沖級(jí)可以增加時(shí)鐘信號(hào)的輸出負(fù)載能力，并可被控制模塊控制。3復(fù)位電路三個(gè)單片機(jī)的復(fù)位端并聯(lián)接至同一個(gè)復(fù)位端。復(fù)位信號(hào)在信號(hào)極性和脈沖寬度上滿足單片機(jī)復(fù)位要求，驅(qū)動(dòng)能力滿足多單片機(jī)需要。復(fù)位電路同樣是受控于控制模塊，用以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)同步。4報(bào)警與控制不同狀態(tài)下核心控制模塊有不同的信號(hào)輸出，異常狀態(tài)同時(shí)也是報(bào)警信號(hào)。正常狀態(tài)輸出綠燈，出錯(cuò)狀態(tài)輸出黃燈，失敗狀態(tài)輸出紅燈。黃燈輸出時(shí)系統(tǒng)可以暫時(shí)繼續(xù)工作，等到系統(tǒng)空閑或許可時(shí)進(jìn)展糾錯(cuò)。紅燈輸出時(shí)系統(tǒng)立即進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)，輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，需要時(shí)可以馬上糾錯(cuò)，恢復(fù)系統(tǒng)。系統(tǒng)恢復(fù)需要對(duì)控制模塊進(jìn)展復(fù)位，復(fù)位脈沖可以是自身的失敗狀態(tài)輸出，也可以是出錯(cuò)脈沖輸出和其他信號(hào)的組合邏輯?？刂颇K的復(fù)位，實(shí)際是對(duì)8089單片機(jī)重新進(jìn)展時(shí)序?qū)R和復(fù)位單片機(jī)程序?！菜摹晨刂颇K的VHDL語言描述本控制模塊主要采用VHDL語言進(jìn)展描述。主要是設(shè)定為8位地址、信號(hào)出錯(cuò)、失敗輸出復(fù)位、時(shí)鐘輸入-電源、時(shí)鐘、復(fù)位輸出，給出出錯(cuò)信號(hào)，不同的出錯(cuò)情況，總線過程完畢，等待外部復(fù)位啟動(dòng)，失敗輸出，停頓電源、時(shí)鐘、復(fù)位輸出，設(shè)定幾秒后輸出電源信號(hào)和輸出時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)位信號(hào)回到高電平，后輸出復(fù)位信號(hào)。由于專業(yè)知識(shí)有限，不能編寫程序控制。五變頻調(diào)速恒壓供水系統(tǒng)應(yīng)用本文所述的變頻調(diào)速系統(tǒng)可靈活應(yīng)用于各種不同場(chǎng)合，下面以自來水恒壓供水控制系統(tǒng)為例來說明其應(yīng)用特點(diǎn)。

自來水供水系統(tǒng)一個(gè)重要的指標(biāo)是供水管網(wǎng)供水壓力的穩(wěn)定度。因?yàn)槊刻斓牟煌瑫r(shí)刻用水量不同，供水管網(wǎng)供水壓力變化很大。在以往是采取專人值守，人工調(diào)節(jié)的方法來實(shí)現(xiàn)壓