剑杆织机经纱张力控制系统设计毕业设计论文.doc

毕业设计（论文）题 目： 剑杆织机经纱张力 控制系统设计 学 院： 机电工程学院 摘要剑杆织机经纱张力控制系统设计的目的就是保持经纱张力的恒稳，采用单片机对其进行控制。本次毕业设计利用AT89C51和SA4828设计电机变频调速系统，通过控制电机的转速达到对经纱张力的控制。控制电路主要由MCS-51系列的AT89C51单片机最小系统和SA4828 三相SPWM 产生器及少量的扩展外围芯片构成，充分发挥其控制电路简单、控制方式灵活、输出波形优点多的特点，结合相应的软件，实现电机的调速要求。其中主要内容包括：SA4828的特性介绍及变频系统的主电路、驱动电路、速度检测、调速系统及软件编程设计方法。所设计的系统实现了变频调速的全数字化控制，实时性好，可靠性高。关键词：单片机， SA4828，变频调速，SPWM，电动机AbstractRapier loom warp tension control system design goal is to keep the warp tension constant steady, using SCM to control it. This paper describes a design using the AT89C51 and SA4828 motor speed regulation method, by controlling the motor speed reaches the right warp tension control. The control circuit is constituted by the MCS-51 series of 89C51 systems、three-phase SPWM generator SA4828 and the expansion of a small number of peripheral chips. Give full play to its control circuit is simple, flexible control, the advantages of multi-output waveform characteristics, combined with appropriate software, to achieve the speed requirements of motor control. The system has all-digital VVVF control, real-time, and high reliability.KEY WORDS: MCU,SA4828,VVVF,SPWM,Motor目 录前言1第1章 概述21.1 电动机调速系统的发展21.2 交流调速系统31.3 单片机控制的变频调速4第2章 电机变频调速系统52.1 变频调速原理52.2 单片机控制的变频调速系统62.2.1 系统框图62.2.2 硬件系统原理图7第3章 系统主要模块简介与设计83.1 89C51主控制模块83.1.1 主要特性：83.1.2 管脚说明：83.1.3 振荡器特性：103.1.4 芯片擦除：103.2 SPWM波发生模块103.2.1 SA4828的引脚功能113.2.2 SA4828内部结构123.2.3 SA4828初始化编程143.2.4 SA4828与AT89C51173.3 其他模块简介183.3.1 逆变电路183.3.2 测速模块8253203.3.3 扩展芯片8255233.3.4 地址锁存器芯片74LS373263.3.5 键盘输入与液晶显示27第4章 系统软件设计29第5章 系统仿真及其结果315.1 Proteus软件和keilc软件的简介315.2 555芯片的简介325.3 电路图的绘制325.4 仿真电路图的绘制335.5 程序的编写33结论39致谢语40参考文献41前言对于可调速的电力拖动系统，工程上往往根据电动机电流形式分为直流调速系统和交流调速系统两类。它们最大的不同之处主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器整流子。 20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。许多传统的由直流电机调速系统拖动的工业设备改由交流变额调速系统拖动，从而提高了系统的可靠性，减少了系统的维护费用。随着变频调速应用的日益广泛，相关技术的日益成熟，人们不仅对变频调速系统的精度要求越来越高，而且对控制的功能要求越来越多，对系统的智能化要求越来越高，对系统的抗扰能力要求越来越高，以满足生产的需求并适应不同的工作环境。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。交流变频调速的优异特性：调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好； 调速范围较大，精度高；起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显；变频器体积小，便于安装、调试、维修简便，易于实现过程自动化；在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。交流电动机因其结构简单，运行可靠，价格低廉，维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机。尽管从1930年开始，人们就致力于交流调速系统的研究，然而主要局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动，制动和有级调速的目的。变极对调速，电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段。交流调速缓慢的主要原因是决定电动机转速调节主要因素的交流电源频率的改变和电动机的转距控制都是非常困难的，使交流调速的稳定性，可靠性，经济性以及效率均不能满足生产要求 。后来发展起来的调压，调频控制只控制了电动机的气隙磁通，而不能调节转距。本文主要内容是研究采用单片机89C51与SA4828芯片组成SPWM波发生电路，并结合其他扩展外围芯片，通过软件编程控制电动机变频调速1。第1章 概述1.1 电动机调速系统的发展随着电力电子技术，计算机技术的不断发展和电力电子器件的更新换代，变频调速技术得到了飞速的发展。据资料显示，现在有90%以上的动力来源来自电动机。我国生产的电能60%用于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分，所以要对电动机的调速有足够的重视。我们都知道，动力和运动是可以相互转化的，从这个意义上说电动机也是最常见的运动源，对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此，常常通过对电动机的控制来实现运动控制。 对电动机的控制可以分为简单控制和复杂控制两大类。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可以通过继电器，可编程器件和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速，转角，转距，电压，电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。以前，对电动机的简单控制的应用较多，但是，随着现代化步伐的前进，人们对自动化的需求也越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为主流，其应用领域极为广泛。在军事和雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳的控制等。工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，绕线机，泵和压缩机，轧机主传动等设备的控制。计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，绘图仪，打印机，复印机等的控制；音像设备和家用电器中的录音机，数码相机，洗衣机，冰箱空调，电扇等的控制，我们统统称其为电动机的控制。 功率半导体器件的不断进步，尤其是新型可关断器件，如BJT（双极型晶体管）、MOSFET（金属氧化硅场效应管）、IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的实用化，使得开关高频化的PWM 技术成为可能。目前功率半导体器件正向高压、大功率、高频化、集成化和智能化方向发展。脉宽调制技术PWM （Pulse Width Modu- lation）就是利用功率半导体器件的高频开通和关断，把直流电压变成按一定宽度规律变化的电压脉冲序列，以实现变频、变压并有效地控制和消除谐波。PWM技术可分为三大类：正弦PWM、优化PWM 及随机PWM。 随着微电子技术的发展，数字式控制处理芯片的运算能力和可靠性得到很大提高，这使得全数字化控制系统取代以前的模拟器件控制系统成为可能。目前适于交流传动系统的微处理器有单片机、数字信号处理器（Digital Signal ProcessorDSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated CircuitASIC）等。其中，高性能的计算机结构形式采用超高速缓冲储存器、多总线结构、流水线结构和多处理器结构等。核心控制算法的实时完成、功率器件驱动信号的产生以及系统的监控、保护功能都可以通过微处理器实现，为交流传动系统的控制提供很大的灵活性，且控制器的硬件电路标准化程度高， 成本低，使得微处理器组成全数字化控制系统达到了较高的性能价格比。1.2 交流调速系统20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，以及现代控制理论的应用，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。交流调速控制作为对电动机控制的一种手段。作用相当明显，就交流调速系统目前的发展水平而言，可概括的如下：（1）已从中容量等级发展到了大容量、特大容量等级。并解决了交流调速的性能指标问题，填补了直流调速系统在特大容量调速的空白。（2）可以使交流调速系统具有高的可靠性和长期的连续运行能力，从而满足有些场合不停机检修的要求或对可靠性的特殊要求。（3）可以使交流调速系统实现高性能、高精度的转速控制。除了控制部分可以得到和直流调速控制同样良好的性能外，异步电动机本身固有的优点，又使整个系统得到更好的动态性能。采用数字锁相控制的异步电动机变频调速系统，调速精度可以达到0.002%。在交流调速技术中，交流电动机的调速方法有三种：变极调速、改变转差率调速和变频调速。其中变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。 交流变频调速的优异特性 (1) 调速时平滑性好，效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好。 (2) 调速范围较大，精度高。(3) 起动电流低，对系统及电网无冲击，节电效果明显。(4) 变频器体积小，便于安装、调试、维修简便。 (5) 易于实现过程自动化。 (6) 必须有专用的变频电源，目前造价较高。(7) 在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低2,3。1.3 单片机控制的变频调速 微处理器（单片机）取代模拟电路作为电动机的控制器，具有如下特点：（1）使电路更简单。模拟电路为了实现控制逻辑需要许多电子元件，使电路更复杂，采用微处理器后，绝大多数控制逻辑可通过软件来实现。（2）可以实现较为复杂的控制。微处理器具有更强的逻辑功能，运算速度快，精度高，有大容量的存储单元。因此，有能力实现复杂的控制。（3）灵活性和适应性。微处理器的控制方式是有软件来实现的，如果需要修改控制规律，一般不必改变系统的硬件电路，只须修改程序即可，在系统调试和升级时，可以不断尝试选择最优参数，非常方便。 （4）无零点漂移，控制精度高 数字控制不会出现模拟电路中经常遇见的零点漂移问题，无论被控量是大还是小，都可以保证足够的控制精度。（5）可以提供人机界面，多机连网工作。用工业控制计算机可谓功能强大，它有极高的速度，很强的运算能力和接口功能，方便的软件功能，但是由于成本高，体积过大，所以只用于大型的控制系统。可编程控制器则恰好相反，它只能完成逻辑判断、定时、记数和简单的运算，由于功能太弱，所以它只能用于简单的电动机控制。在民用生产中，通常用介于工控机和可编程控制器之间的单片机作为微处理器。本次设计就是用单片机作为电动机的控制器5,6。第2章 电机变频调速系统2.1 变频调速原理变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机“与生俱来”的。同步电动机不消说，即使是异步电动机，其转速也是取决于同步转速(即旋转磁场的转速)的： （2.11）式中： 电动机的转速，m/min电动机的同步转速，r/min电动机的转差率 s=(n1-n/)=n/ n1而同步转速则主要取决于频率 （2.12）式中：输入频率，Hz电动机的磁极对数由式（2.11）与式（2.12）可知变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系： （2.13）由上式可知，在电动机磁极对数不变的情况下，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。在进行电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是，希望保持电机中每极磁通量为额定值，并保持不变。如果磁通太弱，即电机出现欠励磁，将会影响电机的输出转矩，由 （2.14）（式中 ：电磁转矩，：主磁通，：转子电流，:转子回路功率因素，：比例系数)，可知，电机磁通的减小，势必造成电机电磁转矩的减小。由于电动机设计时，电动机的磁通常处于接近饱和值，如果进一步增大磁通，将使电动机铁心出现饱和，从而导致电动机中流过很大的励磁电流，增加电动机的铜损耗和铁损耗，严重时会因绕组过热而损坏电动机。因此，在改变电动机频率时，应对电动机的电压进行协调控制，以维持电动机磁通的恒定。2.2 单片机控制的变频调速系统2.2.1 系统框图图2-1 电动机变频调速系统框图2.2.2 硬件系统原理图图2-2 单片机与SA4828控制的变频系统原理图该硬件系统主要包括主电路与控制电路两个部分，其中主电路包括交-直-交变频电路（本设计采用IPM集成模块）与电动机；控制电路包括89C51主控制模块、SA4825产生SPWM波模块、驱动模块以及外围设备模块（如键盘输入、液晶显示、A/D模数转换以及串口等）。以CPU为核心，配以键盘、显示、通讯等设备，完成对交流电动机的速度控制。这里选用了ATMEL公司的89C51单片机，它与Intel 51系列单片机完全兼容。其内部配置了8KB的Flash Memory ，无须扩展外部存贮器。同时这种8位单片机的总线结构与SA4828完全兼容，可以直接相连。给定转速nO可以用三种方式设定：键盘、电位器和上位机。用8位LED分别显示给定转速nO和实际转速n，一目了然。系统对电动机运行状态的数据监测、调速效果、动态响应的跟踪情况都可以传送到上位机，以表格或曲线的形式输出，以便于观察分析7,8,9。第3章 系统主要模块简介与设计3.1 89C51主控制模块89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。 3.1.1 主要特性：·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 ·寿命：1000写/擦循环 ·数据保留时间：10年 ·全静态工作：0Hz-24Hz ·三级程序存储器锁定 ·128*8位内部RAM ·32可编程I/O线 ·两个16位定时器/计数器 图3-1 89C51仿真芯片图·5个中断源 ·可编程串行通道 ·低功耗的闲置和掉电模式 ·片内振荡器和时钟电路 3.1.2 管脚说明： VCC：供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向 I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 3.1.3 振荡器特性： XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.1.4 芯片擦除： 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止4,5。 3.2 SPWM波发生模块 SA4828是英国MITEL公司研制出的一种专门用于三相SPWM信号发生和控制的集成电路芯片。它采用28引脚，分DIP和SOIC两种封装。它可以和大部分的单片机连接，也可以单独使用。芯片的主要特性是：全数字控制；兼容Intel和Motorola系列的单片机；载波频率最高可达24kHz；输出调制波频率范围为04kHz；16位调速分辨率；8位调压分辨率；内部ROM固化3种可选波形；可设定死区时间和删除最小脉宽；可实现正反转控制；可以单独设定各相的输出电压幅值以适应不平衡负载；有看门狗定时器。3.2.1 SA4828的引脚功能 图3-3 SA4828芯片图图3-2 SA4828 图它有14 个输入端、3 个控制端、9 个输出端、2 个电源端，其主要端子的功能和接法如下：（1）输入类引脚说明AD0AD7：地址或数据通道，其功能是将单片机输出指令或数据送入SA4828。SET TRIP：通过该引脚，可以快速关断全部SPWM信号输出，当其有效时，TRIP端输出高电平，指示灯亮。RST ：为硬件复位引脚，低电平有效，复位后，寄存器的INH、CR、WTE和RST 各位为0。CLK：时钟输入端，SA4828 既可以单独外接时钟，也可以与单片机共用时钟；MUX：用于总线选择。当MUX高电平时，使用地址与数据共用的总线，这时，地址/数据引脚RS不用；当MUX低电平时，使用地址与数据分开的总线，这时，地址锁存引脚ALE接低电平，RS引脚要与一条地址线相连，来区分输入的字节是地址（低电平），还是数据（高电平），通常先地址后数据。CS ：片选引脚，与微机系统的输出端相连。WR 、RD、ALE：用于“RD/WR”模式，分别接受写、读、地址锁存指令。（2）输出类引脚说明：RPHB、YPHB、BPHB：这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B 相的下臂开关管；RPHT、YPHT、BPHT：这些引脚通过驱动电路控制逆变桥的R、Y、B相的上臂开关管；它们都是标准的TTL输出，每一个输出都有12mA 的驱动能力，可直接驱动6个EXB840 快速型IGBT 专用驱动模块。TRIP：该引脚输出一个锁存状态，当SET TRIP 有效时，TRIP为低电平，表示输出已被封锁。它有12mA的驱动能力，可直接驱动一个LED 指示灯；ZPPR：该引脚输出调制波频率；WSS：该引脚输出采样波形8。3.2.2 SA4828内部结构图3-4 SA4828内部结构图图3-6 片内ROM存储的波形 图3-5 脉冲序列中的窄脉冲 SA4828内部结构图由图3.8所示。来自单片机的数据通过总线控制和译码进入初始化寄存器或控制器。他们对相控逻辑电路进行控制。外部时钟输入经分频器分成设定的频率，并生成三角形载波，三角载波与所选定的片内ROM中的调制波形进行比较，自动生成SPWM输出脉冲。通过脉冲删除电路，删去比较窄的脉冲（如图3.9所示），因为这样的脉冲不起任何作用，只会增加开关管的损耗。通过脉冲延迟电路生成死区，保证任何桥臂上的两个开关管不会在状态转换期间短路。看门狗定时器用来防止程序跑飞，当时间条件满足时快速封锁输出。片内ROM存有3种可供选择的波形，它们是纯正弦波形、增强型波形和高效型波形（如图3.10所示）。每种波形各有1536个采样值。增强型波形又称三次谐波，它可以使输出功率提高20%，三相谐波互相抵消，防止电动机发热。高效型波形又称带死区的三次谐波，它是进一步优化的三次谐波，可以减小逆变开关管的损耗，提高功率利用率。 表3-1 SA4828中各寄存器地址寄存器 AD3 AD2 AD1 AD0 地址R0 0 0 0 0 00HR1 0 0 0 1 01HR2 0 0 1 0 02HR3 0 0 1 1 03HR4 0 1 0 0 04HR5 0 1 0 1 05HR14 1 1 1 0 0EHR15 1 1 1 1 0FH寄存器列阵包含8个8位寄存器R0R5和R14、R15。其中R0R5用来暂存来自单片机的数据，这些可能是初始化数据或者控制数据；而R14、R15 是两个虚拟的寄存器，物理上不存在。当R14写操作时，实际是将R0R5中存放的48位数据送入初始化寄存器；而向R15写操作时，是将R0R5中存放的48位数据送入控制寄存器。各寄存器地址如表3.1所列3.2.3 SA4828初始化编程初始化编程包括载波频率设定、调制波频率范围设定、脉冲延迟时间设定、最小删除脉宽设定、调制波形选择、幅值控制、看门狗时间常数设定。表3-2 初始化寄存器及其功能寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能 R0 FRS2 FRS1 FRS0 × × CFS2 CFS1 CFS0 选择输出频率和载波率R1 × PDT6 PDT5 PDT4 PDT3 PDT2 PDT1 PDT0 选择脉冲取消时间R2 × × PDY5 PDY4 PDY3 PDY2 PDY1 PDY0 选择死区时间R3 × × AC 0 0 × WS1 WS0 选择三相幅值控制R4 WD15 WD14 WD13 WD12 WD11 WD10 WD9 WD8 16位看门狗计数器R5 WD7 WD6 WD5 WD4 WD3 WD2 WD1 WD0 16位看门狗计数器1 初始化寄存器（1）载波频率设定载波频率（即三角波频率）越高越好，但频率过高损耗会越大，另外，还受开关管最高频率限制，因此要合理设定。设定字由CFS0CFS2这3位组成。载波频率通过下式 （3.12）求出。式中为时钟频率，n值的二进制数即为载波频率设定字。（2）调制波频率范围设定设定调制波频率范围的目的是在此范围进行16位分辨率的细分，这样可以提高控制精度。调制波频率范围设定字是由CFS0CFS2三位组成。 （3.13）式中：m值的二进制数即为调制波频率范围设定字。（3）死区时间的设定该设定字是由PDY0PDY5六位组成。 （3.14）式中：PDY值的二进制数即是死区时间设定字。（4） 脉冲取消时间设定该设定字是由PDT0PDT6七位组成。 （3.15）式中：PDT值的二进制数即是脉冲取消时间设定字。（5）波形选择字波形选择字由WS0和WS1两位组成。00为纯正弦型，01为三次谐波增强型，10为带死区增强型。（6）幅值控制位AC是幅值控制位。当AC=0时，控制寄存器中的R相幅值控制字控制所有三相的幅值。当AC=I时，控制寄存器中的R、Y、B相幅值控制字分别控制各自的幅值。 2 控制寄存器表3-3 控制寄存器及其功能寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 功能 R0 PFS7 PFS6 PFS5 PFS4 PFS3 PFS2 PFS1 PFS0 运行频率选择字低八位R1 PFS15 PFS14 PFS13 PFS12 PFS11 PFS10 PFS9 PFS8 运行频率选择字低八位 WTE CR() INH() F()/R R2 RST复位 × × × 看门狗 寄存器 禁止 正/反 清零 输出 转R3 RAMP7 RAMP6 RAMP5 RAMP4 RAMP3 RAMP2 RAMP1 RAMP0 三相幅值控制字R4 BAMP7 BAMP6 BAMP5 BAMP4 BAMP3 BAMP2 BAMP1 BAMP0 三相幅值控制字R5 YAMP7 YAMP6 YAMP5 YAMP4 YAMP3 YAMP2 YAMP1 YAMP0 三相幅值控制字(1)调制波频率选择调制波频率选择字由PFS0PFS15十六位组成。 （3.16）式中：值的二进制数即是调制波频率选择字。(2)调制波幅值选择通过改变调制波幅值来改变输出电压有效值，是借助于改变八位幅值选择字(RAMP、YAMP、RAMP)来实现的。 （3.17）式中：A值的二进制数即为幅值选择字。初始化寄存器的AC位决定了R相幅值是否代表另二相幅值。（3）正反转选择正反转选择位FR控制三相PWM输出的相序。 ，R=0时正转，相序是RYB；FR=I时反转。（4）输出禁止位当输出禁止位 =O时，关断所有PWM输出。（5）计数器复位当计数器复位位 =0时，使内部的各寄存器清零。（6）看门狗选择当看门狗选择位WTE =1时，使用看门狗功能。（7）软复位控制RST是软复位位，与硬复位丽有相同的功能。高电平有效10,11。3.2.4 SA4828与AT89C51图3-7 单片机与4828连接本调速系统的硬件部分主要由微处理器89C51和三相SPWM调制信号专用芯片SA4828等组成，电路如图所示。SA4828可与89C51直接接口，通过软件编程输出频率、幅值可调的正弦脉宽调制波。输出频率范围为04KHz，16位调速分辨率，载波频率可达24KHz。六路输出信号RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB分别经过驱动电路控制逆变电路中相应IGBT管的导通与关断，以输出三相正弦脉宽调制波，控制电动机的变频调速。仅在改变运行状态时，才需微处理器介入，从而可以空出大量机时用于系统的检测和监控。引脚SETTRIP为关断触发信号输入端，与89C51的P2.0引脚相连，使微处理器能在异常情况下，封锁SA4828的六路输出信号。该系统为减小动态响应时间，采用开环控制。也可以根据实际需要加入电压、电流、速度的检测与反馈环节构成闭环控制系统通过对一台额定功率3kw、额定转速3000rmin的三相交流异步电动机的实验，载波频率设定为1.35kHz，最高调制频率设定为100Hz。电动机的转速与频率关系如图(4)所示，从图中可以看到该系统具有良好的线性调速特性。由于采用SPWM调制技术，使输出电流波形更接近正弦波。用微处理器、三相SPWM调制信号专用芯片构成的交流异步电动机变频调速系统，由于软、硬件实现简单、性价比高、调速平滑，谐波成份小，具有良好的应用价值。图3-8 转速与频率关系3.3 其他模块简介除了主体SPWM波的生成及控制外，还需要其他外围设备来实现电动机的变频调速，包括逆变电路，计数器8253，89C51的外围扩展芯片8255，地址锁存器74LS373，键盘输入及液晶显示等。3.3.1 逆变电路图3-9 交-直-交变频器的主电路框图交直交变频器的基本框图如图所示，其工作过程是:先将电源的三相(或单相)交流电经整流桥整流成直流电，又经逆变桥把直流电“逆变”成频率任意可调的三相交流电。其中，变频的核心部分是“逆变电路”。图3-10 逆变电路整流部分它的功能是将工频电源进行整流，经中间直流环节平波后为逆变电路和控制电路提供所需的直流电源。三相交流电源一般需经过吸收电容和压敏电阻网络引入整流桥的输入端。当电源电压为三相380V时，整流器件的最大反向电压一般为12001600V，最大整流电流为变频器额定电流的两倍。图3-11 整流滤波滤波电路逆变器的负载属感性负载的异步电动机，无论异步电动机处于电动或发电状态，在直流滤波电路和异步电动机之间，总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件来缓冲。同时，三相整流桥输出的电压和电流属直流脉冲电压和电流。为了减小直流电压和电流的波动，直流滤波电