字数式直流电机双闭环调速系统硬件设计本科论文.doc

数字式直流调速系统的硬件设计控制系统的硬件设计 控制系统硬件结构如图3.1所示包括80C196KC单片机、同步信号电路、测速脉冲信号反馈电路、电流反馈电路、显示电路、触发脉冲输出驱动电路。 80C196KC单片机 80C196KC单片机是Intel公司推出的一款高性能的CHMOS 16位单片机，在其内部“嵌入”了以往被认为是“外围”设备的多种电路，包括：时钟发生器、多功能I/O口、A/D转换器、PWM输出口、串行口、定时/计数器、监视定时器、高速输入输出器、外设事务服务器等。 80C196KC的主要技术特点如下： 16K字节片内EPROM； 448字节寄存器阵列；寄存器--寄存器结构； 5个8位I/0口；全双工串行口； 16位监视定时器； 4个16位软件定时器；可动态配置的八位或十六位总线宽度； PWM(脉宽调制)输出； HSI/HSO(高速输入输出口)； 28个中断源，18个中断向量；可以采用16MHz的晶振。 图3.1 控制系统硬件结构框图 可以看出，80C196KC不但具有丰富的硬件资源，而且运行速度也大为提高。同样使用12MHz的晶振，80C196KC的运算速度要比8096提高1/3，使用16MHz的晶振，将比使用12MHZ晶振的8096快1/2(因为8096最快只能使用12MHz晶振)。此外，80C196KC的六个HSO通道正好可以输出六个触发晶闸管的脉冲，因此我们选用它来构成数字式直流电源的控制系统。 同步信号电路 同步信号电路是数字式直流电机调速系统的一个重要的电路。同步信号电路的主要任务是为数字触发脉冲输出提供一个同步信号作为相位基准。根据该基准，通过单片机计算得出移相触发时间，进而确定触发角对应的触发脉冲形成时刻。并通过触发脉冲输出电路将触发脉冲分配输出。 同步信号的获取方法有下面二种： （1）同步信号获取方法一是用图3.2所示电路中最后一个异或门输出的脉冲送到单片机的外部中断引脚，实现每3.3ms中断一次。下面介绍具体方法。 图3.2 同步电路图 图中，同步变压器与主变压器一样接成Y/Y-12接法，同步电压先由二级RC滤波电路滤除电源干扰，并通过调整R值实现30o移相，使三个相同步电压分别与晶闸管电源三相线电压保持同相位。三个同步电压分别经电压比较器LM339变为S1， S2， S3，三个方波信号，若以“1”表示高电平，以60o为单位时间，则S1， S2， S3的波形在电源一个正弦波周期(6个相带)内分别组成6种态：001-101-100-110-010-011，80C196KC通过P1口读入S1，S2， S3的状态，就可以分析判断当前应该触发的相应主电路的晶闸管触发脉冲的组号。为了便于软件处理，电源状态用字码表示，例如S1， S2， S3为011，则电源状态字码值S1， S2， S3为3. 对于晶闸管三相全控桥电路，一个周波有6个自然换向区。进入每个换向区(60o相带)要同时触发两个晶闸管，并按一定的顺序，每隔60o依次发出脉冲触发晶闸管。因此，要使单片机的触发操作具有与电源严格同步的时序，还得由硬件产生与三相电源自然换向点同步的申请中断的同步脉冲序列信号，这个同步脉冲序列的间隔是60o，它可以在主电路线电压的每个自然换相点通过80C196KC的外部中断引脚EXTINTI向CPU申请中断，结合前述读入的S1，S2，S3状态字码值，实现同步认相判断，可准确地确定当前的自然换向区应该输出哪个脚的脉冲。这个同步中断信号可以利用己经产生的S1，S2，S3信号得到。只要将三个方波信号异或，可以产生一个边沿与线电压自然换向点对齐的方波信号，该信号再经过一个RC电路和异或门处理，或者用一个74LS123单稳态触发器，即可得到一定脉宽的同步中断信号。由同步电路产生的这些有关电压的波形如图3.3 （2）同步信号获取方法二与方法一基本相似，把电压比较器后面的异或门电路都去掉即可。该方法用S1， S2， S3输出的脉冲信号作为同步信号。软件用查询方式：单片机每读到S1， S2， S3有跳变，就去触发相应的晶闸管。单片机根据读到的不同的S1， S2， S3的值，来决定该触发哪一个管子，触发顺序如表3.1所示。 图3.3 同步电压波形图 表3.1 晶轧管触发顺序表 S1 1 1 1 0 0 0 S1 0 1 1 1 1 0 S3 1 0 0 0 1 1 被触发晶闸管 1# 2# 3# 4# 5# 6# 触发脉冲输出电路 图3.4是单片机与六路晶闸管触发电路的连线图，SCR1为第一路晶闸管触发电路，具体电路见图3.5，其余五路与第一路相同。 晶闸管的触发可以采用宽脉冲触发和双窄脉冲触发两种方式。用宽脉冲触发，触发可靠性高，适用面宽，但容易使脉冲变压器饱和，因此要求脉冲变压器的铁心体积比较大。