变频调速配料控制系统设计

第 1 页 共 49 页变频调速配料控制系统设计摘要 本文介绍了一种基于单片机为核心的变频调速配料控制系统，主要阐述了其设计原理、硬件组成、设计功能以及软件设计。系统主要包括主电路与控制电路，主电路采用单片机作为电机控制模块的控制芯片。控制电路由 AT89S51 单片机最小系统和及少量的扩展外围芯片构成，结合相应的软件，通过改变程序来达到控制转速以实现电机的调速要求。其中主要内容包括：AT89S51 和变频器的特性介绍，变频系统的控制单元、传感器、信号处理模块、电源、变频器及外围设备等，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，压力传感器，变频调速，电动机 第 2 页 共 49 页VVVF batching control system designAbstract This article introduces a microcontroller as the core frequency control batching control system, mainly on its design principle, the hardware composition, design features, and software design. System, including the main circuit and control circuit, microcontroller as the main circuit control chip motor control module. AT89S51 microcontroller control circuit consists of the smallest systems and the expansion of peripheral chips and a small amount constituted, with the corresponding software,by changing the program to achieve control of speed in order to achieve motor speed control requirements. The main contents include: AT89S51 and describes the characteristics of the inverter, the inverter system control units, sensors, signal processing module, power supply, inverter and peripheral equipment, software programming design method. The system designed to achieve a fully digital inverter control, real-time, high reliability. Keywords MCU ，Pressure sensor ，VVVF SPWM ，Motor-Control 第 3 页 共 49 页目录 1 引言 .11.1 课题研究背景意义 .11.2 国内外研究现状 .21.2.1 国外研究现状 .21.2.2 国内研究现状 .21.2.3 国内外差异 .22 系统总体方案设计 .42.1 系统的总体框图 .42.2 相关理论介绍 .43. 硬 件 总 体 方 案 设 计 .63.1 数据采集模块 .63.2 单片机控制部分 .93.3 按键控制和报警部分 .123.4 变频调速部分 .133.5 显示部分 .143.6 总电路图 .174 系 统 软 件 设 计 .184.1 MPX4115 数据采集处理程序 .184.2 按键控制程序 .224.3 变频控制程序 .245 系 统 仿 真 与 调 试 .316 总 结 .32附录 A.33附录 B.34附录 C.42参 考 文 献 .43致谢 .45 第 4 页 共 49 页1 引言1.1 课题研究背景意义根据近代交流调速理论，交流调速被划分为变频、变极和变转差率三种方案，在缺乏科学分析的条件下，认定变转差率调速是低效率的，而变极调速又属于有级调速，因此惟有变频调速最佳。而变频调速方法与变转差调速方法有本质不同，从高速到低速都可以保持有限的转差率，因而变频调速具有高效率、宽范围和高精度的调速性能。可以认为，变频调速是交流电动机的一种比较合理和理想的调速方法。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制理论的发展，交流调速技术也有了日新月异的变化。可调速的高性能交流电力拖动系统在工业上的应用也越来越广。进入21 世纪交流调速技术也进入了现代交流调速技术时代，现代交流调速技术也成为人类社会的重大技术进步之一。其发展速度之快、应用覆盖范围之广都是前所未有的。而且应用实践表明，采用现代交流调速技术极大的提高了传动系统的运行质量，同时，带来了巨大的经济和社会效益。在许多工农业生产中，尤其化工、水泥、矿山及农产品加工等行业，都使用自动配料系统来实现工业生产。自动配料系统是精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，配料工序质量对整个产品的质量举足轻重。自动配料控制过程是一个多输入、多输出的系统，各条配料输送生产线严格地协调控制，对料位、流量及时准确地进行监控和调节 1。其工艺过程如图1.1所示。图1.1 工艺过程在生产过程中对粉体输送、流量及粉体配料的运输和称量要求比较严格。以往这 第 5 页 共 49 页类称量主要是采用皮带秤和斗式秤但皮带秤在运行中总存在如皮带跑偏和老化松弛等问题，且对安装位置有一些特殊要求。用于粉状物料称量时对周围环境影响很大。容易造成扬尘和环境污染；斗式秤是一种非连续累计式衡器，不能连续用于配料系统 2。同时，如果调速绞龙采用滑差电机或直流电机驱动时，则存在低速特性差、效率低；并且现场外部工作环境又很恶劣。工业粉尘很多这些粉尘很容易进入滑差电机内部而出现磨损、卡死等现象 3。维修、维护麻烦，造成工作故障多，影响正常生产。因此，我们可以针对以上问题提出新的变频调速计量配料系统。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状在国外，在大功率交-交变频（循环变流器）调速技术方面，法国阿尔斯通已能提供单机容量达 3 万 kW 的电气传动设备用于船舶推进系统 4。在大功率无换向器电机变频调速技术方面，意大利 ABB 公司提供了单机容量为 6 万 kW 的设备用于抽水蓄能电站5。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司 Simovert A 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为 10 2600 kVA 和 Simovert P GTO PWM 变频调速设备单机容量为 100 900 kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动 6。在小功率交流变频调速技术反面，日本富士 BJT 变频器最大单机容量可达 700 kVA，IGBT 变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化 7。1.2.2 国内研究现状我国国内已经有较多的变频器生产厂，但大部分的产品都是VF控制和电压空间矢量控制变频器，使用在调速精度和动态性能要求不高的负载上没有问题。工业应用中绝大部分都是这种负载，变频器在这种场合应用最重要的要求是可靠性，国产变频器占国内市场份额不高的主要原因是产品品质不过硬。同样是VF控制的变频器，国外的产品比国内的产品品质要好。差距最大的是半导体功率器件的制造业，至今在国内这仍是一个空白 8。1.2.3国内外差异在大功率交-交变频技术、无换向器电机等方面，国内产品在数字化及系统可靠性方面与国外水平相比，还有相当差距；在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都采用普通V/F控制，仅有少量样机采用矢量控制，品种与质量不能满足市场需要。而在国外，变频调速技术得到了充分的发展，并在各个方面取得了显著成就。在功率 第 6 页 共 49 页器件方面，高电压、大电流容量的SCR、GTO、IGBT、IGCT 器件的出现和并联、串联技术的应用，高压大功率变频器产品得到生产和推广应用 9。在微电子技术方面，16 位、32 位高速微处理器以及DSP和ASIC技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能化提供了硬件手段。在理论方面，矢量控制、磁通控制、转矩控制、智能控制等新的控制理论都为高性能变频器的研制提供了相关理论基础。可以看出，总体上我国交流变频调速技术水平较国际先进水平有着很大差距 10。 第 7 页 共 49 页2 系统总体方案设计2.1 系统的总体框图变频调速配料控制系统硬件主要包括控制单元、传感器、信号处理模块、电源、变频器及外围设备等，具体由 89S51 单片机、传感器、电源、AD(ADC0809)和DA(DAC0832)转换、键盘扫描、锁存器、变频器、变频手操器及外围设备等组成，如图 2.1。图 2.1 系统硬件框图电路2.2 相关理论介绍变频调速的工作原理：变频调速是通过改变输入到交流电机的电源频率调节交流电动机的输出转速 11。交流异步电动机的转速公式：n=n 1(1一s)=60fl(1一s)Pn，式中：n；电机转速，n 1：旋转磁场转速，S：转差率，f1：定子电源频率，Pn：极对数。由上式可知，改变fl、S、Pn中任一个变量，n都会随之改变 12 。当不改变电动机的结构时，若电源频率f1连续可调，则电动机的同步转速也连续可调。由于异步电动机转子的转速n总是比同步转速略低一些，当n0连续可调时，n也随之连续可调。因此，改变参数f1即通过改变电源频率也可实现电机调速 13。当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。实际上仅仅改变电动机的频率并不能获得良好的变频特性，磁通太弱，没有充分利用电机的磁通；若要增大磁通，会使磁通饱和，导致过大励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机。为此，在降频的同时还要降压，需要频率与电压协调控制，即可变频率可变电压调速(VVVF)，简称变频调速 14。变频调速技术通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。变频器就是基于上述原理采用交-直-交电源变换技术，电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品 15。电源复位电路 键盘扫描 显 示存 储 器报 警手操器传感器单片机信号处理 MI变频器信号处理物料电源 第 8 页 共 49 页单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D 转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统，在工业控制领域的广泛应用 16。单片机的特点主要有：高集成度，体积小，高可靠性；控制功能强；低电压，低功耗，便于生产便携式产品；易扩展；优异的性能价格比 17。用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。有的单片机在其内部包含了脉宽调制控制电路，从而使其还具备了变频控制的功能，而这种类型的嵌入式系统目前看来还是具有非常良好的经济性能的，同时也能使得该单片机具备了更加便捷的使用功能 18。传感器技术:能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 19。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置 20。 第 9 页 共 49 页3. 硬 件 总 体 方 案 设 计 3.1 数据采集模块本设计中数据采集模块由压力传感器 MPX4115 构成。其中 1 脚是输出信号端，输出的是与压力值相对应的模拟电压信号。数据采集模块的原理如图 3.1 所示。图 3.1 数据采集模块原理图 压力传感器 MPX4115 系列压电电阻传感器是一个硅压力传感器。这个传感器结合了高级的微电机技术，薄膜镀金属。还能为高水准模拟输出信号提供一个均衡压力。在 0-85的温度下误差不超过 1.5%，温度补偿是-40-125 21。它的实物如图 3.2所示。图 3.2 MPX4115 的实物图气压传感器 MPX4115 的管脚说明如表 3.1 所示：表 3.1 气压传感器 MPX4115 的管脚说明1 2 3 4 5 6 第 10 页 共 49 页VOUT GND VS N/S N/S N/S气压传感器 MPX4115 的特性参数如表 3.2 所示：表 3.2 气压传感器 MPX4115 的特性参数参 数 符 号 最 小 典 型 最 大 单 位压力范围 Pop 15 - 115 KPa供电电压 Vs 4.85 5.1 5.35 Vdc供电电流 Lo - 7.0 10 mAdc最大压力偏置 （085）Vs=5.0VVpss 0.135 0.204 0.273 Vdc满量程输出 （085）Vs=5.0VVoff 4.725 4.794 4.863 Vdc满量程比例 （085）Vs=5.0VVFSS 4.521 4.590 4.695 Vdc精度（085） - - - 1.5 %VPSS灵敏度 V/P - 45.9 - mV/KPa响应时间（10%90%） tR - 1.0 - ms上升报警时间 - - 20 - ms偏置稳定性 - - 0.5 - %VFSSA/D 转换模块是采用 ADC0832 进行数模转换。它是性价比较高的一款芯片、高精度V/F 转换器、A/D 转换器、线性频率调制解调及其它相关的器件，深受单片机爱好者和企业的喜欢。它与单片机的接口电路如图 3.3 所示。 第 11 页 共 49 页图 3.3 接口电路芯片接口说明：CS：片选使能，低电平芯片使能；CH0：模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用；CH1：模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用；GND：芯片参考 0 电位（地） ；DI：数据信号输入，选择通道控制；DO：数据信号输出，转换数据输出；CLK：芯片时钟输入；Vcc/REF：电源输入及参考电压输入（复用） 。单片机对 ADC0832 的控制原理：正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时有效并且与单片机的接口是双向的，因此电路设计时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。当ADC0832 未工作时，CS 输入端为高电平，此时芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的电平可任意。当 要 进 行 A/D 转 换 时 ， 须 先 将 CS 使 能 端 置 于 低 电 平 并 且 保 持 低 电 平 直 到 转 换 完 全结 束 。 此 时 芯 片 开 始 转 换 工 作 ， 同 时 由 处 理 器 向 芯 片 时 钟 输 入 端 CLK 输 入 时 钟 脉冲 ， DO/DI 端 则 使 用 DI 端 输 入 通 道 功 能 选 择 的 数 据 信 号 。 通 过 脉 冲 的 控 制 ， 确 保芯 片 高 效 工 作 ， 完 成 数 据 转 换 功 能 22。所以数据采集模块采用压力传感器 MPX4115 进行模拟压力输入信号 第 12 页 共 49 页采集，然后使用 ADC0832 进行 A/D 转换的电路图如图 3.4 所示。图3.4 压力采集电路3.2 单片机控制部分本控制系统采用 ATMEL 公司 MCS-51 系列单片机 AT89C51 作为微处理器。AT89C51内部有 4K 的可编程 EPROM、21 个特殊功能寄存器、2 个 16 位的定时计数器以及一个全双工串行口，对外有 4 个端端口、32 跳 I/O 线，它们都具有位寻址功能，使用方便 23。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器 24。89C51 单片机是一种功能强大，灵活性高且价格合理的单片机，完全满足本系统设计需要，它的外形及引脚排列如图所示 3.5 所示：图 3.5 AT89C51 外形及引脚P0 口8 位、开漏极、双向 I/O 口。 P0 口可作为通用 I/O 口， 第 13 页 共 49 页但必须外接上拉电阻；作为输出口，每个引脚可 吸收 8 个 TTL 的灌电流。作为输入时，首先应将引脚置 1。 P0 口也可用作外部程 序 存 储 器 和数据存储器是的低八位地址/数据 总 线 的复用线。在该模式下，P0 口含有内部上拉电阻。 在 Flash 编 程 时，P0 口接受代码数据；在编 程 校验时，P0 口输出代码字节数据（需要外接上拉电阻） 。P1 口8 位、双向 I/O 口、内部含有行拉电阻。 P1 可作为普通 I/O 口。输出缓冲器可驱动 4 个 TTL 负载；用作输入时，先交引 脚 置 1，有片内上拉电阻将其抬到高电平。P1 口的引 脚 可由外部负载拉倒低电平，通过上拉电阻提供拉电流。 在 Flash并行 编 程 和校验时，P1 口可输入低字节地址。在串行编 程 和校验时，P1.0/MOSI,P1.6/OSI 和 P1.7/SCK 分别是串行数据输入、输出和移位脉冲引 脚 。I/O 具有内部拉电阻的 8 位双向 I/O。P2 口用作输出口时，可驱动四个 TTL 负载；用作输入口时，先将引 脚 置 1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。CPU 访问外部 16 位地址的存 储 器 时，P2 口提供高 8 位的地址。当 CPU 用 8 位地址寻址 外部 存 储 器 时，P2 口为 P2 特 殊 功 能 寄 存 器 内容。 在 FLASH 并行编 程 和校检时，P2 口可输入高字节地址和某些控 制 信 号 。P3 口局有内部上拉电阻 8 位双向口。 P3 口左忽出口时，输出缓冲器可吸收4 个 TTL 的灌电流；用作输入口时，手先将引 脚 置 1，有内部上拉电阻抬为高电平。若外部负载是低电平，则通过内部上拉电阻向外输出电流。 在与 FLASH 并行编 程 和校检时，P3 口可输入某些控 制 信 号 。单片机控制电路如图 3.6 所示。图 3.6 单片机控制图 第 14 页 共 49 页单片机系统是本变频调速配料控制系统的核心部件，包括时钟电路和复位电路的设计。时钟电路采用的是内部方式时钟电路（如图 3.7 所示） 。89S51 要形成时钟信号，必须外接元件。用外接 11.0592 MHz 晶振以及电容 C1 和 C2 构成并联谐振电路，接在反馈回路中，电容 C1 和 C2 的值选择为 30pF。图 3.7 单片机内部方式时钟电路图本系统的复位电路是采用按钮复位的电路，如图 3.8 所示，是常用复位电路之一。当 AT89S51 单片机的 ALE 及 PSEN 两引脚输出高电平，RET 引脚高电平到时，单片机复位。RET/VPD 端的高电平直接由上电瞬间产生则为上电复位。若通过按动按钮产生高电平复位称手动复位。上电时，刚接通电源，电容 C 相当于瞬间短路，+5V 立即加到RET/VPD 端，该高电平使 89S51 全机自动复位，这就是上电复位；若运行过程中需要程序从头执行，只需按动按钮即可。按下按钮，则直接把+5V 加到了 RET/VPD 端从而复位称为手动复位。复位后，P0 到 P3 并行 I/O 口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有SBUF 寄存器状态不确定 25。图 3.8 单片机复位电路原理图 第 15 页 共 49 页由单片机以及时钟电路和复位电路构成了单片机的最小系统。时钟电路用于产生单片机工作时所必须的时钟信号。AT89S51 单片机的内部电路在时钟信号控制下，严格地按时序执行指令进行工作；复位操作是单片机的初始化操作，只需给单片机的复位引脚 RST 加上大于 2 个机器周期的高电平就可以使单片机复位。如图 3.9 所示。图 3.9 最小系统3.3 按键控制和报警部分按下 P1.0口的按键，若按下时间小于一秒，则进入省电模块；否则进入电机启动状态，等待操作，此时电机开始转动。在正常状态下，若按下 P1.1口按键，那就进行电机停止/转动功能的转换，按下 P3.0口的按键，可使电机实现加速；当再按下 P3.1口按键时，可实现电机减速。当计量过程中出现溢料、缺料及设备故障等情况的时候，蜂鸣器就会响，以实现报警功能，提醒操作人员及时处理，如图3.10所示。图3.10 按键和报警电路 第 16 页 共 49 页3.4 变频调速部分变 频 器 是 利 用 电 力 半 导 体 器 件 的 通 断 作 用 将 工 频 电 源 变 换 为 另 一 频 率 的 电 能 控制 装 置 。 它 主 要 由 两 部 分 电 路 构 成 ， 一 是 主 电 路 （ 整 流 模 块 、 电 解 电 容 和 逆 变 模 块 ）， 二 是 控 制 电 路 （ 开 关 电 源 板 、 控 制 电 路 板 ） 。 CPU 就 安 装 在 控 制 电 路 板 上 ， 变 频器 的 操 作 软 件 烧 录 在 CPU 上 ， 同 一 型 号 的 变 频 器 软 件 是 固 定 的 ， 唯 一 例 外 的 就 是 三晶 变 频 器 ， 软 件 可 根 据 使 用 需 求 更 改 。变 频 器 实 际 上 就 是 一 个 逆 变 器 .它 首 先 是 将 交 流 电 变 为 直 流 电 .然 后 用 电 子 元件 对 直 流 电 进 行 开 关 .变 为 交 流 电 .一 般 功 率 较 大 的 变 频 器 用 可 控 硅 .并 设 一 个 可 调频 率 的 装 置 .使 频 率 在 一 定 范 围 内 可 调 .用 来 控 制 电 机 的 转 数 .使 转 数 在 一 定 的 范 围内 可 调 .变 频 器 广 泛 用 于 交 流 电 机 的 调 速 中 .变 频 调 速 技 术 是 现 代 电 力 传 动 技 术 重要 发 展 的 方 向 ， 随 着 电 力 电 子 技 术 的 发 展 ， 交 流 变 频 技 术 从 理 论 到 实 际 逐 渐 走 向 成熟 27。 变 频 器 不 仅 调 速 平 滑 ， 范 围 大 ， 效 率 高 ， 启 动 电 流 小 ， 运 行 平 稳 ， 而 且 节 能效 果 明 显 。 因 此 ， 交 流 变 频 调 速 已 逐 渐 取 代 了 过 去 的 传 统 滑 差 调 速 、 变 极 调 速 、 直流 调 速 等 调 速 系 统 ， 越 来 越 广 泛 的 应 用 于 冶 金 、 纺 织 、 印 染 、 烟 机 生 产 线 及 楼 宇 、供 水 等 领 域 。 一 般 分 为 整 流 电 路 、 平 波 电 路 、 控 制 电 路 、 逆 变 电 路 等 几 大 部 分 。 1） 整 流 电 路整 流 电 路 的 功 能 是 把 交 流 电 源 转 换 成 直 流 电 源 。 整 流 电 路 一 般 都 是 单 独 的 一 块整 流 模 块 .2） 平 波 电 路平 波 电 路 在 整 流 器 、 整 流 后 的 直 流 电 压 中 含 有 电 源 6 倍 频 率 脉 动 电 压 ， 此 外逆 变 器 产 生 的 脉 动 电 流 也 使 直 流 电 压 变 动 ， 为 了 抑 制 电 压 波 动 采 用 电 感 和 电 容 吸 收脉 动 电 压 (电 流 )， 一 般 通 用 变 频 器 电 源 的 直 流 部 分 对 主 电 路 而 言 有 余 量 ， 故 省 去 电感 而 采 用 简 单 电 容 滤 波 平 波 电 路 。3） 控 制 电 路现 在 变 频 调 速 器 基 本 系 用 16 位 、 32 位 单 片 机 或 DSP 为 控 制 核 心 ， 从 而 实 现全 数 字 化 控 制 。变 频 器 是 输 出 电 压 和 频 率 可 调 的 调 速 装 置 。 提 供 控 制 信 号 的 回 路 称 为 主 控 制 电路 ， 控 制 电 路 由 以 下 电 路 构 成 :频 率 、 电 压 的 “运 算 电 路 ”， 主 电 路 的 “电 压 、 电流 检 测 电 路 ”， 电 动 机 的 “速 度 检 测 电 路 ”。 运 算 电 路 的 控 制 信 号 送 至 “驱 动 电 第 17 页 共 49 页路 ”以 及 逆 变 器 和 电 动 机 的 “保 护 电 路 ”。 变 频 器 采 取 的 控 制 方 式 ， 即 速 度 控 制 、转 拒 控 制 、 PID 或 其 它 方 式 。4） 逆 变 电 路逆 变 电 路 同 整 流 电 路 相 反 ， 逆 变 电 路 是 将 直 流 电 压 变 换 为 所 要 频 率 的 交 流 电 压， 以 所 确 定 的 时 间 使 上 桥 、 下 桥 的 功 率 开 关 器 件 导 通 和 关 断 。 从 而 可 以 在 输 出 端U、 V、 W 三 相 上 得 到 相 位 互 差 120电 角 度 的 三 相 交 流 电 压 28。在 本 系 统 中 变 频 器 可 用 如 图 3.11所 示 电 路 代 替 。图3.11 变频部分电路3.5 显示部分在工业控制中，显示器件向来是很重要的一环，随着科技的迅速发展，显示器件的种类也是越来越多，目前主流的显示器件就是液晶显示器，液晶显示器简称 LCD 显示器，它是利用液晶经过处理后能够改变光线的传输方向的特性实现显示信息的，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富超薄轻巧等优点，在单片机应用系统中得到日益广泛的应用。液晶显示器按其功能分为三类：笔端式液晶显示器、字符点阵式液晶显示器、图形点阵式液晶显示器。前两种能够显示数字、字符等，而图形点阵式液晶显示器还可以显示汉字和任意图形。本设计中选择经济实惠的字符型液晶显示器 LCD1602。LCD1602 可以显示两行，每行 16 个字符，采用+5V 电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比。显示器部分的电路如图 3.12 所示。 第 18 页 共 49 页图 3.12 显示模块原理图LCD1602 是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，实物如图 3.13 所示。图 3.13 LCD1602 实物图 第 19 页 共 49 页LCD1602 的外围引脚及作用 29：第 1 脚：VSS 为地电源；第 2 脚：VDD 接 5V 正电源；第 3 脚：V0 为液晶显示器对比度调整端，接正极电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影” ，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度；第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器；第 5 脚：RW 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当 RS和 RW 共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当 RS 为低电平，RW 为高电平时可以读取忙信号，当 RS 为高电平 RW 为低电平时可以写入数据；第 6 脚：E 端为使能端，当 E 端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第 7-14 脚： D0D7 为 8 位双向数据线；第 15-16 脚：空脚。1602 液晶显示器内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 3-3 所示：表 3-3 1602 的内部指令表序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7置字符发生存贮器地址0 0 0 1字符发生存贮器地址8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10 写数到 CGRAM 或 1 0 要写的数据内容 第 20 页 共 49 页DDRAM）11从 CGRAM 或 DDRAM读数1 1读出的数据内容单片机与 1602 液晶显示屏的硬件连接图如图 3.14 所示。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 6-May-2011 Sheet of File: C:Documents and SettingsAdministrator体体 体体 体体体 体2AD9850.DDBDrawn By:EA/VP31X119X218RESET9P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28P3.7RD 17P3.6/WR16PSEN29 ALE/P30P3.1/TXD 11P3.0/RXD10U1AT89C51IN-0 26msb2-121 2-220IN-1 272-319 2-418IN-2 282-58 2-615IN-3 12-714 lsb2-817IN-4 2EOC7IN-5 3ADD-A25IN-6 4ADD-B24 ADD-C23IN-7 5ALE22ref(-) 16ENABLE9 START6ref(+) 12CLOCK10U2ADC0808+5VIN0OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7OUT8OUT8OUT7OUT6IN-0 26msb2-121 2-220IN-1 272-319 2-418IN-2 282-58 2-615IN-3 12-714 lsb2-817IN-4 2EOC7IN-5 3ADD-A25IN-6 4ADD-B24 ADD-C23IN-7 5ALE22ref(-) 16ENABLE9 START6ref(+) 12CLOCK10U2ADC0808+5VIN0P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0P3.2P3.6P3.7P3.6P3.5K1K2K3P1.3P1.4P1.5R610KR510KR410K +5VVSS1 VDD2VEE3RS4 RW5E6D07 D18D29 D310D411 D512D613 D7141602LCDP3.1P3.3P3.0+5VEA/VP31X119X218RESET9P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28P3.7RD 17P3.6/WR16PSEN29 ALE/P30P3.1/TXD 11P3.0/RXD10U1AT89C51P3.0P3.1P3.3P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.7 P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5P2.6P2.712MHz30pF30pFC310F+5VR11KEA/VP31X119X218RESET9P3.2/INT0 12P3.3/INT1 13P3.4/T0 14P3.5/T1 15P1.01 P1.12P1.23 P1.34P1.45 P1.56P1.67 P1.78P0.0 39P0.1 38P0.2 37P0.3 36P0.4 35P0.5 34P0.6 33P0.7 32P2.0 21P2.1 22P2.2 23P2.3 24P2.4 25P2.5 26P2.6 27P2.7 28P3.7RD 17P3.6/WR16PSEN29 ALE/P30P3.1/TXD 11P3.0/RXD10U1AT89C51K R2100+5V图 3.14 单片机与 1602 液晶显示屏硬件连线图使用1602液晶显示屏连接的电路图如图3.15所示。图3.15 液晶显示电路3.6 总电路图 第 21 页 共 49 页综上各方案所述，对本次设计的方案选定为：数据采集模块选用压力传感器MPX4115，数据转换模块选用 ADC0832 芯片，数据处理模块选用 AT89C52 单片机，显示模块选用 LCD1602，系统总电路见附录一。4 系 统 软 件 设 计在单片机控制交流异步电机系统中，相应的控制信号由单片机来产生，根据需要通过按键控制设定电机的加减速控制、恒速控制起停控制。根据具体的工作情况计算出相应的脉冲频率,继而计算出定时器的初值,建立控制常数表 30。在具体控制中,主程序根据选定的工作方式不断地从控制常数表中取出速度参数送给定时器,即可实现相应的控制功能。需要指出的是,有些设计方案采用软件延时的办法进行速度控制,其缺点是控制精度低。而且在实际应用中,系统中除了交流异步电机外还有其他控制对象,在处理其他任务时就不能对交流异步电机进行有效地控制,无法满足电机的控制要求。4.1 MPX4115 数据采集处理程序开始将压力数据写入到 LCD读取压力值显示压力值返回开始初始化函数A/D 转换器进行 A/D 转换将转换后的电压转换为压力返回数据采集流程图 A/D 转换程序流程图#include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char 第 22 页 共 49 页/ADC0832 的引脚sbit ADCS =P25; /ADC0832 chip seclectsbit ADDI =P26; /ADC0832 k insbit ADDO =P26; /ADC0832 k outsbit ADCLK =P27; /ADC0832 clock signalunsigned char dispbitcode8=0xf7,0xfb,0xfd,0xfe,0xef,0xdf,0xbf,0x7f; /位扫描unsigned char dispbuf4;uint temp;uchar getdata; /获