采用C504單片機的變頻調速系統介紹

變頻調速在控制中的應用愈來(lái)愈廣泛，傳統的變頻調速控制是用普通的單片機系統來(lái)實(shí)現，電路復雜、編程麻煩，本系統采用C504專(zhuān)用控制單片機來(lái)實(shí)現變頻調速。

1C504功能簡(jiǎn)述

C504是西門(mén)子公司的8Bit專(zhuān)用微控制器，它兼容51系列單片機，其顯著(zhù)特點(diǎn)是：具有一個(gè)專(zhuān)用于產(chǎn)生PWM信號的16位捕捉/比較單元(Capture/CompareUnit，簡(jiǎn)稱(chēng)CCU)，4個(gè)8Bit通用輸入/輸出口，其中P1口既可作為4路模擬輸入，也可作為6路PWM輸出，這就給變頻調速控制提供了PWM波驅動(dòng)信號，無(wú)需外加PWM波產(chǎn)生電路，或使用復雜的軟件編程方式。

C504的PWM波產(chǎn)生原理是：通過(guò)向CCU中的周期寄存器、控制寄存器、方式選擇寄存器和初始化寄存器寫(xiě)入命令字，把晶振時(shí)鐘信號經(jīng)預分頻單元，變?yōu)橐欢ㄖ芷诘拿}沖，再經(jīng)捕捉定時(shí)器，把時(shí)鐘脈沖轉化為一定周期的三角波或鋸齒波，再經(jīng)比較器進(jìn)行比較，將輸入信號調制成不同脈寬的方波脈沖，經(jīng)接口控制單元向外輸出六路方波脈沖，當改變三個(gè)比較器和周期寄存器的賦值時(shí)，就改變了PWM波的脈寬和周期，從而實(shí)現調頻和調脈寬的控制。

2硬件系統

硬件系統如圖1所示。C504是該系統的核心，實(shí)現系統的控制和6路PWM波的產(chǎn)生。27256EPROM作為程序存儲器，74AS573作為地址鎖存器，8255可編程并行接口芯片、ULN2803及74LS245，組成鍵盤(pán)與顯示電路。通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行轉速和轉向的設置，顯示器顯示工作狀態(tài)和頻率。IPM是一個(gè)智能功率模塊，具有過(guò)壓、欠壓、過(guò)流自動(dòng)保護功能，并輸出故障指示信號，內設有驅動(dòng)電路和光電隔離電路，直接由C504的P1.2～P1.7輸出的六路PWM波驅動(dòng)，具有抗干擾性能強的特點(diǎn)。它是一個(gè)自關(guān)斷三相全控逆變橋，直接用來(lái)控制需調速的三相電動(dòng)機。

整個(gè)系統外圍元件少，宜于編程和開(kāi)發(fā)，體積小，推廣使用非常方便，具有非常高的性能/價(jià)格比。

3軟件系統

本系統利用C504微控制器芯片內的CCU單元，可以較為簡(jiǎn)便地產(chǎn)生三相SPWM波，去驅動(dòng)IPM直接來(lái)控制三相感應式電動(dòng)機。在設計軟件時(shí)，基于時(shí)間優(yōu)化的原則，所有的控制任務(wù)使用高效的算法，只需很短的CPU計算時(shí)間。

整個(gè)軟件系統采用模塊化結構，包括主程序（見(jiàn)圖2）、用戶(hù)設置子程序（見(jiàn)圖3）、鍵盤(pán)檢測子程序、狀態(tài)及故障監控子程序和CCU中斷服務(wù)程序（見(jiàn)圖4）?？紤]到開(kāi)發(fā)周期和控制效率兩方面的問(wèn)題，在開(kāi)發(fā)中使用C51和匯編語(yǔ)言混合編程。

主程序完成系統初始化和控制任務(wù)。系統初始化包括：在RAM中建立完整的正弦表，CCU初始化、中斷系統初始化和8255初始化（包括鍵盤(pán)、顯示電路）。具體流程如圖2所示。用戶(hù)設置子程序設有密碼保護，主要接收用戶(hù)通過(guò)鍵盤(pán)輸入的“旋轉方向”和“轉速”，并將設定值存入RAM中，流程如圖3。狀態(tài)與故障監控子程序可將當前電動(dòng)機的“轉向”和“轉速”，以及IPM的故障代碼，遇到嚴重故障可以自動(dòng)停機。鍵盤(pán)檢測和顯示子程序比較簡(jiǎn)單，在此不再贅述。

圖1硬件系統圖

圖2變頻調速系統主程序 圖3用戶(hù)設置子程序

圖4CCU中斷服務(wù)子程序

CCU中斷服務(wù)程序是軟件系統的關(guān)鍵部分，使用匯編語(yǔ)言編程。通過(guò)比較定時(shí)器1的溢出中斷，系統每50μs調用一次中斷服務(wù)程序，周期性地更新CCU比較寄存器中的賦值。該任務(wù)耗時(shí)15μs左右，約占用30％的CPU運算時(shí)間，程序簡(jiǎn)練，執行效率很高。如果轉速增加或減小時(shí)也可以按一定的速率改變轉速，同時(shí)為了避免當轉速低于1Hz時(shí)向電動(dòng)機輸出DC電流，會(huì )自動(dòng)關(guān)閉CCU輸出。這時(shí)，該任務(wù)耗時(shí)30μs左右，約占用60％的CPU運算時(shí)間，為實(shí)現閉環(huán)控制提供了時(shí)間。流程如圖4所示。