基于單片機C8051F060的智能功率柜的設計應用

１　引言

目前，國產(chǎn)的勵磁功率柜普遍存在檢測功能不全、信息傳送技術(shù)、控制和檢測技術(shù)落后等問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，本文給出了通過(guò)采用高集成度單片機Ｃ８０５１Ｆ０６０實(shí)現的智能勵磁功率柜與ＣＡＮ總線(xiàn)的通信方法，該方案具有完備的檢測、控制和通信功能。

２?。茫福埃担保疲埃叮?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/單片機">單片機的特點(diǎn)

Ｃ８０５１ＦＸＸ系列單片機是美國ＣＹＧＮＡＬ公司推出的一種與５１系列單片機內核兼容的單片機。僅就筆者對Ｃ８０５１Ｆ０６０的使用實(shí)踐介紹一下其新特點(diǎn)：

（１）內核采用流水線(xiàn)結構，速度可達２５ＭＩＰＳ（２５ＭＨｚ晶振），比普通的５１單片機快１０倍；其指令與標準系列５１單片機兼容，因而掌握開(kāi)發(fā)過(guò)程非常容易；該芯片的ＪＴＡＧ調試方式支持在系統、全速、非插入調試和編程，且不占用片內資源。

（２）片上集成有６４ｋＢ Ｆｌａｓｈ、４３５２Ｂ內部ＲＡＭ（２５６＋４ｋＢ，可外擴至６４ｋＢ）、５９個(gè)Ｉ／Ｏ口、 ２通道１６位１ＭＳＰＳ的可編程增益ＡＤＣ、８通道１０位２００ｋＳＰＳ可編程增益ＡＤＣ、２路１２位ＤＡＣ、３路模擬比較器、內部電壓基準以及片內電源監視、降壓檢測和看門(mén)狗等功能。由于Ｃ８０５１Ｆ０６０的高集成度，因而無(wú)需外擴ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＤ、ＤＡ、ｗａｔｃｈｄｏｇ、可編程Ｉ／Ｏ口和ＥＥＰＲＯＭ（用片內Ｆｌａｓｈ實(shí)現），從而大大簡(jiǎn)化了硬件電路，并為構成以Ｃ８０５１Ｆ０６０為核心的單片機系統創(chuàng )造了條件，同時(shí)也提高了系統的可靠性。



（３）片內集成有２個(gè)ＵＡＲＴ、１個(gè)ＳＭ（兼容Ｉ２Ｃ）和１個(gè)ＳＰＩ。最為便利的是，Ｃ８０５１Ｆ０６０集成了ＣＡＮ總線(xiàn)控制器，這使得ＣＡＮ總線(xiàn)具有開(kāi)發(fā)費用低廉、抗干擾性強、可適用于工業(yè)現場(chǎng)應用等特點(diǎn)，并可廣泛應用于干擾環(huán)境非常嚴重的各種工業(yè)現場(chǎng)測控領(lǐng)域。Ｃ８０５１Ｆ０６０只需加上ＣＡＮ總線(xiàn)收發(fā)電路就可掛接到ＣＡＮ通信網(wǎng)絡(luò )上，因而大大簡(jiǎn)化了通信系統的設計，減少了通信節點(diǎn)受干擾的概率。

（４）可編程的１６位計數器陣列ＰＣＡ　有６個(gè)捕捉／比較模塊和５個(gè)通用１６位計數器／定時(shí)器，這一為要求定時(shí)器／計數器具有較多的測控節點(diǎn)提供了方便。

（５）Ｃ８０５１Ｆ０６０能滿(mǎn)足絕大多數工業(yè)測控節點(diǎn)的要求，能夠形成以Ｃ８０５１Ｆ０６０為核心的單片機系統，如果配以外圍測量單元，還可形成完整的測控節點(diǎn)。

３　智能勵磁功率柜的系統結構

智能功率柜系統原理框圖如圖１所示。功率柜中最關(guān)鍵的部件是三相全控橋，控制此橋的核心參數為觸發(fā)角度，該參數可由ＣＡＮ總線(xiàn)通過(guò)調節器送出，同時(shí)送達本地柜應發(fā)的電流值。經(jīng)檢測得到的輸出電流與調節器的應發(fā)給定電流進(jìn)行比較并完成ＰＩ運算，即可產(chǎn)生新的微調觸發(fā)角度。該觸發(fā)角度經(jīng)ＰＣＡ形成觸發(fā)脈沖繼而驅動(dòng)三相全控橋，從而實(shí)現柜間均流。與此同時(shí)，通過(guò)信號檢測模塊還可將柜內溫度、晶閘管通斷狀態(tài)、輸出電流值送入微控制器，以對各參數進(jìn)行計算分析，并將其與設定的閾值進(jìn)行比較，最后實(shí)時(shí)顯示測量結果，同時(shí)報警。

圖3 同步信號采集電路

３．１ 基于ＰＣＡ模塊實(shí)現的數字移相觸發(fā)

三相晶閘管全控橋的工作原理及六個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖相序關(guān)系如圖２所示。

該ＰＣＡ中包含６個(gè)基于同一１６位計數器，并可作為時(shí)基的捕捉／比較模塊，每個(gè)模塊可構成正沿捕捉、負沿捕捉、正負沿捕捉、軟件定時(shí)器、高速輸出、脈沖寬度調制器等６種方式。本設計中采用的是高速輸出模式，當ＰＣＡ計數器與模塊的１６位捕捉／比較寄存器相匹配時(shí)，相應模塊的ＣＥＸ引腳的邏輯電平將發(fā)生變化，并引起相應中斷。

觸發(fā)信號從同步信號過(guò)零點(diǎn)開(kāi)始計時(shí)，調節器則經(jīng)ＣＡＮ網(wǎng)將觸發(fā)角的電角度值α、同步信號周期值ＴＳＹＮ和脈沖寬度Ｗ發(fā)送給各功率柜。同步信號采樣電路見(jiàn)圖３，當同步信號過(guò)零產(chǎn)生中斷時(shí)，ＰＣＡ計數器開(kāi)始計數，并根據α、Ｗ、ＴＳＹＮ及ＰＣＡ計數頻率計算出α的對應值Ｔα１～Ｔα６和脈沖后沿的對應值ＴＷ１～ＴＷ６，然后將Ｔα１～Ｔα６寫(xiě)入６個(gè)模塊的１６位捕捉／比較寄存器中。當捕捉寄存器的值與ＰＣＡ計數器的值相符時(shí)，ＣＥＸ引腳將變?yōu)楦唠娖?，以使相應模塊產(chǎn)生中斷，同時(shí)在中斷子程序中，相應的ＴＷＮ被寫(xiě)入１６位捕捉／比較寄存器。當其與ＰＣＡ計數器值相符時(shí)，ＣＥＸ引腳變?yōu)榈碗娖?，其中一路觸發(fā)單脈沖。用門(mén)電路便可將６路單脈沖合為６路雙窄脈沖。下式為Ｔα和ＴＷ計算方法：

ＴαＮ＝ＴＳＹＮα＋９０Ｎ－１?。常叮埃裕茫蹋?/span>

ＴＷＮ＝ＴＳＹＮα＋Ｗ＋９０Ｎ－１?。常叮埃裕茫蹋?/span>

式中，Ｎ可?。保玻?， ＴＣＬＫ為ＰＣＡ計數器的計數周期。

３．２ 通過(guò)片內Ｆｌａｓｈ在線(xiàn)修改參數