课程设计（论文）-基于单片机的交流异步电动机调速系统设计.doc

电气工程方向综合设计 电气工程方向综合计基于单片机的交流异步电动机调速系统设计chip ac asynchronous motor speed control system design学生姓名学院名称专业名称指导教师年月号摘要随着电力电子技术、微机控制技术的发展，由变频器组成的异步电动机变频调速系统正得以广泛应用。介绍了一种单机控制变频器的闭环交流调速系统，叙述了系统的硬件结构和软件设计方案，探讨了实现参数自整 方法，实验运行表明，该系统具有较高的响应速度和良好的控制效果。单片机的应用，使系统具有结构简单，操作方便和运行可靠的特点。关键词 单片机；a/d转换器；d/a转换器；变频器abstrackwith the development of power electronic technology, computer control technology, the inverter asynchronous motor variable frequency speed regulating system is widely used. this paper introduces a kind of single inverter closed loop ac speed adjusting system, described the system hardware structure and the software design, discusses the pid parameter self adjusting method, experimental operation, the system has high response speed and good control effect. the application of scm, the system has the advantages of simple, convenient operation and reliable running characteristicskeywords mcu(micro-control unit)；a / d converter；d/a converter；frequency converter 目 录摘要.11绪论.4 1.1概述.4 1.2研究目的及意义.42方案设计.5 2.1系统总体结构53硬件设计.6 3.1单片机最小系统6 3.1.1单片机的选取6 3.1.2单片机最小系统7 3.2a/d转换器设计.8 3.3d/a转换器设计.9 3.4变频器调速系统设计10 3.5总体电路104 软件设计.11 4.1总程序流程图设计11 4.2键盘电路程序流程图12设计总结.21参考文献.21第一章 绪论1.1概述 随着电力电子技术、微机控制技术的发展，由变频器组成的异步电动机变频调速系统正得以广泛应用。但在一些技术要求较高的场合，对于使用变频器组成的开环控制变频调速系统难以满足工程要求。单片机因其功能全、价格低深受欢迎，因此开发用单片机控制变频器来实现闭环交流调速系统的控制具有重要意义。变频器闭环调速系统主要应用单片机控制技术。单片机在过程控制中直接数字控制中有着显著优点，它体积小可以做成体积极小的控制器用于一些体积不大的设备和空间有限的生产过程、控制过程。其价格低廉是最主要的优势，相比plc、工控机等有着比较高的性价比。控制过程应用单片机已成为了一种不可抗拒的趋势。1.2研究目的及意义在工业发展的初级阶段，人们主要使用集中传动。作为动力的鼠笼电动机，是不需要调速的。它只需要满足各种生产条件对它提出的起动和稳速运行的要求就可以，调速的任务是由皮带和齿轮来完成。随着生产规模的不断扩大，对生产的连续性和流程化的要求愈来愈高，发展电机的调速技术已经是势在必行了。直流调速系统，由于其良好的调速性能，很长的时期内在调速领域内占据首位。但是由于直流电动机本身有机械换向器，给直流调速系统造成一些固有的、难于解决的问题。随着交流传动电动机调速的理论问题的突破和调速装置(主要指变频器)性能的完善，交流电动机调速系统的性能差的缺点已经得到了克服，目前，交流调速系统的性能已经可以和直流系统相媲美，甚至可以超过直流系统。总之，交流电机调速技术的发展，特别是变频器传动本身固有的优势，必将使之应用于社会生产的各个领域，以体现出不同的功能，达到不同的目的，收到相应的效益。因此，本论文通过对变频器的研究，对于交流变频调速系统理论的应用，有着实际的意义和一定的应用价值。第二章 方案论证2.1 系统总体结构 本设计at89c52单片机完成对整个系统的两级监控管理，协调各模块之间的工作，并进行复杂的控制决策。控制量经dac0832转换模块后输出至变频器，变频器根据收到的信号产生变压变频的电源信号，以驱动交流电机实现调速。系统的开关量控制模块，可方便的实现电机的启动、停止及加减速等功能。tlv2548 a/d转换器模块接受整流滤波处理后的速度反馈信号，构成调节闭环，使系统稳定工作。因此实现了一套结构简单、功能齐全和运行可靠的交流变频数字调速系统。其总体结构框图如图所示键盘显示at89c52d/aa/d变频器编码器电动机- 图2.1 系统总体框图第三章 硬件设计3.1 单片机最小系统 扁平器闭环调速系统的主要应用单片机控制技术。单片机在过程控制中、直接数字控制中有着显著的优点。它体积小科员做成体积极小的控制器用于一些体积不大的设备和空间有限的生产过程、控制过程。其价格低廉是最主要的优势。相比plc、工控机等有较高的性价比。3.1.1 单片机的选取 at89c52是没过atmel公司生产的低电压、高性能cmos 8位单片机，片内含8kb的可反复擦写的程序存储器和12b的随机存取数据存储器（ram），器件采用atmel公司的可高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准mcs-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（cpu）和flash存储单元，功能强大的at89c52单片机可灵活应用于各种控制领域。at89c52单片机属于at89c51单片机的增强型，与intel公司的80c52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统方面兼容。其主要工作特性是;1. 与mcs-51系列产品指令和引脚完全兼容2. 片内程序存储器内含8kb的flash程序存储器，可擦写寿命为1000次3. 片内数据存储器内涵256字节的ram4. 具有32根可编程i/o口线5. 具有3个可编程定时器6. 中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量。2个级优先权的中断结构7. 串行系统是具有一个全双工的可编程串行通信口8. 具有一个数据指针dptr9. 低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式10. 具有可编程的3级程序锁定位11. at89c52工作电源电压为5（1+-0.2）v，且典型值为5v12. at89c52最高工作频率为24mhz。单片机正常工作时，最需要有一个个时钟电路和一个复位电路。本设计中选择了内部时钟方式和按键电平复位电路，来构成单片机的最小电路。3.1.2 单片机最小系统at89c52单片机芯片作为主控核心，包括晶振电路部分，中断、复位按钮。如图3.2 a/d转换器设计 本设计选用tlv2548a/d转换器。tlv2548是美国tl公司生产的多通道、12位数据采集芯片(adc)。芯片为单电源2.75.5v供电，转换时间为3.96us，是一款高性能、低功耗、cmos工艺、串行接口的a/d转换器。特性如下：1 、12位分辨率，微分/积分非线性误差1lsb2 、单电源2,.75.5v范围供电电源，内置参考源3 、内置转换时钟源及8fifo4 、8路模拟输入，模拟输入范围为0到电源电压，500khz带宽5 、200khzsps采样速率，3.86us转换时间6 、spi(cpol=0，cpha=0)/dsp兼串行接口，sclk可高达20mhz7 、低工作电流tlv258与从单片机的接口连接图3.3 d/a转换器设计 本设计选用dac0832转换器，该d/a转换器是微处理器完全兼容的，具有8位分辨率的d/a转换集成芯片。以其价廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用中得以广泛应用。采用单缓冲接口，如图所示该转换器由8位输入锁存器、8位dac寄存器、8位d/a转换电路及控制电路组成，为20脚双列直插式封装结构。在应用时具有如下特性：（1） dac0832是微处理器兼容型d/a转换器，可以充分利用微处理器的控制能力实现对d/a转换的控制，故这种芯片有许多控制引脚，可以和微处理器的控制线相连，接受微处理器的控制（2） 有两级所存控制功能，能够实现多通道d/a的同步转换输出。（3） dac0832内部无参考电压，须外接参考电压（4） dac0832为电流输出型d/a转换器，要获得模拟电压输出时，需要外加转换电路3.4变频器调速系统设计 本设计是单片机控制变频器调速系统。通过单片机给d/a转换器，输出模拟电流信号给变频器。所以本次变频器采用模拟量控制。又单片机输出的420ma电流信号。通过变频器对偏差的计算来调节电机输出频率050hz。电机包闸信号通过变频器继电器输出控制。 变频器原理：通过交-直-交，对输入的三项交流电压进行转换，改变其输出电压以达到改变电机输出频率的目的。变频器内部自带pid调节计算，通过对电流信号的比较调节输出频率和电压，以达到消除谐波干扰，电机运行稳定等要求。变频器连接如图所示3.5 总体电路 由单片机、a/d