交流调速课程设计.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 交流调速控制系统交流调速控制系统 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 交流电机三相电压源型逆变电路设计交流电机三相电压源型逆变电路设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 自动化自动化132132班班 学学 号 号 130302042130302042 学生姓名 学生姓名 杜鹏杜鹏 指导教师 指导教师 签字 起止时间 起止时间 2016 12 19 2016 12 30 本科生课程设计 论文 1 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 自动化 132 本科生课程设计 论文 2 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 学 号130302042学生姓名杜鹏专业班级自动化132 课程设 计 论 文 题 目 交流电机三相电压源型逆变电路设计 课程设计 论文 任务 课题完成的功能 课题完成的功能 本课程设计以微机作为控制核心 完成交流电机三相电压源型逆变电路及绝缘栅双极 晶体管 IGBT 的驱动设计 设计任务及要求 设计任务及要求 1 确定交流电机逆变电路驱动系统总体设计方案及系统控制结构框图 2 完成交流电机逆变主电路设计 包括直流侧电压源输入 分立搭建 IGBT 器件 三 相逆变电路输出及相关辅助电路 3 完成 IGBT 驱动电路设计 选择专用的 IGBT 混合集成驱动电路实现与主电路的接口 及相关保护电路的设计 4 完成单片机最小系统及驱动接口的硬件和软件设计 5 撰写课程设计论文 包括系统组成总体结构及方案说明 硬件设计 软件设计等内 容 技术参数 技术参数 额定直流输入电压 220V 连续工作功率输出 10kW 逆变输出电压 380VAC 2 逆 变输出波形为正弦波 逆变输出频率 50Hz 0 5 转换效率 93 功率因数 0 99 进度计划 1 布置任务 查阅资料 确定系统设计方案 2 天 2 系统各组成部件功能分析与设计 3 天 3 系统功能电路设计及软件设计 3 天 4 撰写 打印设计说明书 1 天 5 验收及答辩 1 天 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 本科生课程设计 论文 3 摘 要 三相电压型逆变电路的主电路 直流电源采用相控整流电路 由普通晶闸管 组成 逆变电路由 6 个导电臂组成 每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件 及反并联二极管组成 所以实际上也是一种全控型逆变电路 电压型逆变电路主 要用于两方面 笼式交流电动机变频调速系统 IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor 绝缘栅双极型晶体管 是由 BJT 双极型三极管 和 MOS 绝缘栅型场 效应管 组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件 兼有 MOSFET 的高输入 阻抗和 GTR 的低导通压降两方面的优点 GTR 饱和压降低 载流密度大 但驱 动电流较大 MOSFET 驱动功率很小 开关速度快 但导通压降大 载流密度小 IGBT 综合了以上两种器件的优点 驱动功率小而饱和压降低 非常适合应用于 直流电压为 600V 及以上的变流系统如交流电机 变频器 开关电源 照明电路 牵引传动等领域 关键词 三相电压型 IGBT 逆变电路 本科生课程设计 论文 4 目 录 第 1 章 绪论 4 第 2 章 课程设计的方案 7 2 1 概述 7 2 2 系统组成总体结构 7 第 3 章 硬件设计 9 3 1 主电路的设计 9 3 2 IGBT 驱动电路 10 3 3 保护电路 13 3 4 驱动电路的设计 13 第 4 章 控制电路的设计 16 4 1 采用单片机控制 16 4 2 单片机程序 18 4 3 三相电压源逆变电路的连接 20 第 5 章 软件设计 21 5 1 系统总流程图 21 5 2 单片机初始化流程图 22 5 3 子程序流程图 23 第 6 章 课程设计总结 24 参考文献 25 本科生课程设计 论文 5 第 1 章 绪论 逆变电路直流侧电源是电压源的称为电压型逆变电路 三相电压型逆变电 路的主电路 直流电源采用相控整流电路 由普通晶闸管组成 逆变电路由6个 导电臂组成 每个导电臂均由具有自关断能力的全控型器件及反并联二极管组成 所以实际上也是一种全控型逆变电路 电压型逆变电路主要用于两方面 逆变电路是通用变频器核心部件之一 起 着非常重要的作用 逆变电路是与整流电路相对应 把直流电变成交流电的电 路 逆变电路的基本作用是在控制电路的控制下将中间直流电路输出的直流电 源转换为频率和电压都任意可调的交流电源 逆变电路的应用非常广泛 在已 有的各种电源中 蓄电池 太阳能电池等都是直流电源 当需要这些电源向交流 负载供电时 需要通过无源逆变电路 无源逆变电路与其它电力电子变换电路组 合形成具有特殊功能的电力电子设备 如无源逆变器与整流器组合为交 直 交变 频器 来自交流电源的恒定幅度和频率的电能先经整流变为直流电 然后经无源 逆变器输出可调频率的交流电供给负载 当电网提供的工频电源不能满足Hz50 负载的需要 就需要用交 直 交变频电路进行电能交换 如感应加热需要较高频 率的电源 交流电动机为了获得良好的调速特性需要频率可变的电源 随着电力电子技术的发展 逆变电路主要应用于各种直流电源 如蓄电池 干电池 太阳能电池等 还可以应用于交流电机调速用变频器 不间断电源 感 应加热电源等电力电子装置的核心部分 逆变电路根据直流侧电源性质的不同可分为两种 直流侧是电压源的称为电 压型逆变电路 直流侧是电流源的称为电流型逆变电路 逆变电路可用以构成静 止式中频加热电源 它具有主电路简单 起动性能好的优点 但负载适应性较差 故只适用于负载变化不大但又需要频繁起动的场合 由于电压型逆变电路具有直流侧为电压源或并联大电容 直流侧电压基本无 脉动 输出电压为矩形波 输出电流因负载阻抗不同而不同 阻感负载时需要提 供无功功率等特点而具有广泛的应用 在晶闸管逆变电路中 负载换相式电压型 逆变电路利用负载电流相位超前电压的特点来实现换相 不用附加专门的换相电 路 因而应用较多 常见的三相电压型逆变电路有三相全桥型 三单相全桥型及三相多电平型等 几种 单个的三相全桥和三单相全桥型逆变器具有结构和控制简单的优点 但由 于受其容量和谐波性能的限制 很少将它们直接应用到电力系统中 此外 三相 全桥型逆变器不能直接用于补偿系统的零序分量 为实现三相全桥和三单相全桥 型逆变器的大容量化 常采用的方法有两种 一是每个逆变器桥臂采用多个开关 本科生课程设计 论文 6 器件串联和并联 该方法存在的主要问题是当器件的串并联个数较多时 每个器 件的均压 均流将变得非常困难 此外 该方法无助于逆变器谐波性能的提高 二是采用多重化结构 该方法还可提高装置的谐波性能 但也存在两个问题 一 是多重化需采用特殊结构的变压器 这种变压器存在结构复杂 造价高 体积大 的缺点 因此多重化的数目受到限制 二是逆变器各个桥臂的开关器件需在关断 状态下承受整个直流侧电压 由于现有单个开关器件耐压值的限制 在制造大容 量补偿装置时仍需采用多个开关器件串联的方法来解决开关器件的耐压问题 除 了采用多重化方法外 提高谐波性能的另一种方法是采用对开关频率要求相对较 高的 PWM 调制方式 只是装置的损耗将随开关频率的增加而增加 克服上述缺点的一种有效方法是采用多电平逆变器 在三相多电平逆变器中 开关器件在关断状态时只需承受一个直流电容器上的电压 较好地解决了在大容 量装置中开关器件的耐压问题 它不需要通过变压器的多重化方法 就能输出阶 梯波形的电压 即输出电压谐波含量低 此外 多电平逆变器还具有响应速度快 损耗小的优点 但也具有结构复杂 造价高的缺点 当电平数过多时 由于电路 中相应的附加二极管 杂散电感和限流电感过多 装置损耗过大 一般不予采用 此外 多电平逆变器还存在直流侧电容器均压问题 为解决这个问题 应对多电 平逆变电路进行了改进 但由于过多地采用了钳位电容器 使电路的结构变得更 为复杂 本科生课程设计 论文 7 第 2 章 课程设计的方案 2 1 概述 本次设计主要是综合应用所学知识 设计交流电动机三相电压源型逆变电路 直流侧为电压源或并联大电容 直流侧电压基本无脉冲 输出电压为矩形波 输 出电流因负载阻抗不同而不同 阻感负载时需提供无功 为了给交流侧向直流侧 反馈的无功提供通道 逆变桥各臂并联反馈二极管 在三相逆变电路中 应用最 广的是三相桥式逆变电路 采用 IGBT 作为开光器件的电压型三相逆变电路 2 2 系统组成总体结构 电源三相逆变电路交流电机 驱动和保护 单片机控制核心 图 2 1 系统的结构框图 由 220V 直流电源给三相逆变电路供电 由单片机 89C51 来编写程序 IGBT 驱动电路 模块选用 EXB841 来使三相逆变电路运行 采用过电流保护 提高 电路的稳定性 三相逆变电路输出电流给交流电机 使直流电转变为交流电 更 本科生课程设计 论文 8 好的给交流电机供能 电压型三相桥式逆变电路 电路由三个半桥电路组成 开 关管可以采用全 控型电力电子器件 以 IGBT 为例 VD1 VD6 为续流二极管 电压型三相桥式逆变电路的基本工作方式为 180 导电型 即每个桥臂的导电角 为 180 同一相上下桥臂交替导电 各相开始导电的时间一次相差 120 在 一个周期内 6 个开关管触发导通的次序为 V1 V2 V3 V4 V5 V6 依次相隔 60 任意时刻均有三个管子同时导通 导通的组合顺序为 V1V2V3 V2V3V4 3V3V4V5 V4V5V6 V5V6V1 每种组合工作 IGBT 集 成驱动芯片选用 EXB841 EXB841 主要由放大 过流保护 5V 基准电压和输出 等部分组成 其中放大部分由 TLP550 V2 V4 V5 和 R1 C1 R2 R9 组成 TLP550 待改进 起信号输入和隔离作用 V2 是中间级 V4 和 V5 组成推挽输出 短路过 流保护部分由 V1 V3 V6 VZ1 和 C2 R3 R4 R5 R6 C3 R7 R8 C4 等组成 实现过流 检测和延时保护功能 EXB841 的 6 脚通过快速恢复二极管接至 IGBT 的 C 极 检测 IGBT 的集射之间的通态电压降的高低来判断 IGBT 的过流情况加以保护 5V 电压基准部分由 R10 VZ2 C5 组成 为 IGBT 驱动提供 5V 反偏压 单片机核心控 制 89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压 高性能 CMOS8 位微处 理器 俗称单片机 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 89C51 是一种高效微控制器 89C2051 是它的一种精简版本 89C 单 片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案 采用过电流保护 本科生课程设计 论文 9 第 3 章 硬件设计 3 1 主电路的设计 用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路 但在三相逆变电路中 应用最为广泛的还是三相桥式逆变电路 采用 IGBT 作为开关器件的三相电压型 桥式逆变电路如图 3 1 所示 可以看成是由三个半桥逆变电路组成 电路的直流侧通常只有一个电容器就可以了 但为了方便分析 画作串联的 两个电容器并标出假想中点 和单相半桥 全桥逆变电路相同 三相电压型桥 N 式逆变电路的基本工作方式也是导电方式 即每个桥臂的导电角度为 180 180 同一相 即同一半桥 上下两个臂交替导电 各相开始导电的角度以此相差 120 这样 在任一瞬间 将有三个桥臂同时导通 可能是上面一个臂下面两个臂 也 可能是上面两个臂下面一个臂同时导通 因为每次换流都是在同一相上下两个桥 臂之间进行 因此也被称为纵向换流 三相逆变输出的电压与电流分析类似 负载参数已知 以 U 相为例 负载的 阻抗角不一样 的波形形状和相位都有所不同 在阻感负载下 从通态转 U i 1 V 换到断态时 因负载电感中电流不能突变 先导通续流 待负载电流降为零 4 VD 才开始导通 负载阻抗角越大 导通时间越长 在时 时 4 V 4 VD 1 NN u0 0 U i 为导通 时为导通 在时 时导通 时为 1 VD0 U i 1 V0 1 NN u0 U i 4 VD0 U i 导通 的波形与形状相同 相位一次相差 将三个桥臂电流相 4 V v i w i U i 0 120 加可得到直流侧电流 d i 在上述导电方式逆变器中 我们采用 先断后通 的方法来防止同一相上下 两桥臂的开关器件同时导通而引起直流侧电压短路 使得在通断信号之间留有一 个短暂的死区时间 采用 IGBT 作为开光器件的电压型三相桥式逆变电路 可以 看成由三个半桥逆变电路组成 图 3 1 的直流侧通常只有一个电容就可以了 但 为了分析方便 画作串联的两个电容器并标出假象中点 N 和单相半桥 全桥 逆变电路相同 三相电压型桥式逆变电路的基本工作方式也是 180 导电方式 即每个桥臂的导电角度为 180 同一相 即同一半桥 上下两个臂交替导电 各相开始导电的角度依次相差 120 这样 在任一瞬间 将有三个桥臂同时导 通 可能是上面一个臂下面两个臂 也可能是上面两个臂下面一个臂同时导通 因为每次换流都是在同一相上下两个桥臂之间进行 因此也被称为纵向换流 本科生课程设计 论文 10 图 3 1 三相电压型逆变电路 3 2 IGBT 驱动电路 3 2 1 IGBT 的特点 IGBT 是 MOSFET 与双极晶体管的复合器件 它既有 MOSFET 易驱动的特 点 又具有功率晶体管电压 电流容量大等优点 其频率特性介于 MOSFET 与 功率晶体管之间 可正常工作于几十 kHz 频率范围内 故在较高频率的大 中功 率应用中占据了主导地位 IGBT 是电压控制型器件 在它的栅极 发射极间施加十几 V 的直流电压 只有 A 级的漏电流流过 基本上不消耗功率 但 IGBT 的栅极 发射极间存在着较大 的寄生电容 几千至上万 pF 在驱动脉冲电压的上升及下降沿需要提供数 A 的 充放电电流 才能满足开通和关断的动态要求 这使得它的驱动电路也必须输出 一定的峰值电流 IGBT 作为一种大功率的复合器件 存在着过流时可能发生锁定 现象而造成损坏的问题 在过流时如采用一般的速度封锁栅极电压 过高的电流 变化率会引起过电压 为此需要采用软关断技术 因而掌握好 IGBT 的驱动和保 护特性是十分必要的 IGBT 的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离 由于此氧化膜很薄 其击 穿电压一般只能达到 20 30V 因此栅极击穿是 IGBT 失效的常见原因之一 在应 用中有时虽然保证了栅极驱动电压没有超过栅极最大额定电压 但栅极连线的寄 生电感和栅极 集电极间的电容耦合 也会产生使氧化层损坏的振荡电压 为此 通常采用绞线来传送驱动信号 以减小寄生电感 在栅极连线中串联小电阻也可 以抑制振荡电压 由于 IGBT 的栅极 发射极和栅极 集电极间存在着分布电容 Cge 和 Cgc 以 及发射极驱动电路中存在有分布电感 Le 这些分布参数的影响 使得 IGBT 的实 际驱动波形与理想驱动波形不完全相同 并产生了不利于 IGBT 开通和关断的因 素 本科生课程设计 论文 11 栅极驱动电压的上升 下降速率对 IGBT 开通关断过程有着较大的影响 IGBT 的 MOS 沟道受栅极电压的直接控制 而 MOSFET 部分的漏极电流控制着 双极部分的栅极电流 使得 IGBT 的开通特性主要决定于它的 MOSFET 部分 所 以 IGBT 的开通受栅极驱动波形的影响较大 IGBT 的关断特性主要取决于内部少 子的复合速率 少子的复合受 MOSFET 的关断影响 所以栅极驱动对 IGBT 的关 断也有影响 在高频应用时 驱动电压的上升 下降速率应快一些 以提高 IGBT 开关速 率降低损耗 在正常状态下 IGBT 开通越快 损耗越小 但在开通过程中如有续 流二极管的反向恢复电流和吸收电容的放电电流 则开通越快 IGBT 承受的峰 值电流越大 越容易导致 IGBT 损害 此时应降低栅极驱动电压的上升速率 即 增加栅极串联电阻的阻值 抑制该电流的峰值 其代价是较大的开通损耗 利用 此技术 开通过程的电流峰值可以控制在任意值 由以上分析可知 栅极串联电阻和驱动电路内阻抗对 IGBT 的开通过程影响 较大 而对关断过程影响小一些 串联电阻小有利于加快关断速率 减小关断损 耗 但过小会造成 di dt 过大 产生较大的集电极电压尖峰 因此对串联电阻要根 据具体设计要求进行全面综合的考虑 栅极电阻对驱动脉冲的波形也有影响 电阻值过小时会造成脉冲振荡 过大 时脉冲波形的前后沿会发生延迟和变缓 IGBT 的栅极输入电容 Cge 随着其额定 电流容量的增加而增大 为了保持相同的驱动脉冲前后沿速率 对于电流容量大 的 IGBT 器件 应提供较大的前后沿充电电流 为此 栅极串联电阻的电阻值应 随着 IGBT 电流容量的增加而减小 3 2 2 IGBT 混合集成驱动芯片 EXB841 是日本富士公司提供的 300A 1200V 快速型 IGBT 驱动专用模块 整 个电路延迟时间不超过 1 s 最高工作频率达 40 一 50kHz 它只需外部提供一个 20V 单电源 内部产生一个一 5V 反偏压 模块采用高速光耦合隔离 射极输出 有短路保护和慢速关断功能 EXB841 驱动器的各引脚功能如下 脚 1 连接用于反向偏置电源的滤波电容器 脚 2 电源 20V 脚 3 驱动输出 脚 4 用于连接外部电容器 以防止过流保护电路误动作 大多数场合不需 要该电容器 脚 5 过流保护输出 本科生课程设计 论文 12 脚 6 集电极电压监视 脚 7 8 不接 脚 9 电源 脚 10 11 不接 脚 14 15 驱动信号输入 由于本系列驱动器采用具有高隔离电压的光耦合器作为信号隔离 因此能用 于交流 380V 的动力设备上 IGBT 通常只能承受 10 s 的短路电流 所以必须有快速保护电路 EXB841 驱动器内设有电流保护电路 根据驱动信号与集电极之间的关系检测过 电流 当集电极电压高时 虽然加入信号也认为存在过电流 但是如果发生过电 流 驱动器的低速切断电路就慢速关断 IGBT 10 s 的过流不响应 从而保 证 IGBT 不被损坏 如果以正常速度切断过电流 集电极产生的电压尖脉冲足以 破坏 IGBT IGBT 在开关过程中需要一个 15V 电压以获得低开启电压 还需要一个 5V 关栅电压以防止关断时的误动作 这两种电压 15V 和 5V 均可由 20V 供电 的驱动器内部电路产生 图 3 2 EXB841 功能框图 EXB841 的工作原理 1 正常开通过程 当控制电路使 EXB841 输入端脚 14 和脚 15 有 10mA 的电流流过时 光耦合 器 TS01 就会导通 A 点电位迅速下降至 0V 使 VT1 和 VT2 截止 VT2 截止使 D 点电位上升至 20V VT4 导通 VT5 截止 EXB841 通过 VT4 及栅极电阻 Rc 向 IGBT 提供电流使其迅速导通 Uc 下降至 3V 同时 VT1 截止使 20V 电源通 过 R3 向电容 C2 充电 时间常数 1 为 2 42 s 这又使 B 点电位上升 IGBT 延 本科生课程设计 论文 13 迟约 1 s 后导通 UCE 下降至 3V 从而将 EXB841 脚 6 的电位钳制在 8V 左右 因此 B 点和 C 点电位不会上升到 13V 而是上升到 8V 左右 这个过程时间为 1 24 s 因稳压管 VZ1 的稳压值为 13V 所以 IGBT 正常开通时不会被击穿 VT3 不通 E 点电位仍为 20V 左右 二极管 VD6 截止 不影响 VT4 和 VT5 的正常工 作 2 正常关断过程 当控制电路使 EXB841 输入端脚 14 和脚 15 无电流流过时 光耦合器 TS01 不通 A 点电位上升使 VT1 和 VT2 导通 VT2 导通使 VT4 截止 VT5 导通 IGBT 栅极电荷通过 VT5 迅速放电 使 EXB841 的脚 3 的电位迅速下降至 0V 相 对于 EXB841 脚 1 低 5V 使 IGBT 可靠关断 UCE 迅速上升 使 EXB841 的 脚 6 悬空 与此同时 VT1 导通 C2 通过 VT1 更快放电 将 B 点和 C 点电 位钳制在 0V 使 VZ1 仍不通 IGBT 正常关断 3 保护动作 若 IGBT 已正常导通 则 VT1 和 VT2 截止 VT4 导通 VT5 截止 B 点和 C 点电位稳定在 8V 左右 VZ1 不被击穿 VT3 不导通 E 点电位保持为 20V 二极管 VD6 截止 若此时发生短路 IGBT 承受大电流而退饱和 UCE 上升很多 二极管 VD7 截止 则 EXB841 的脚 6 悬空 B 点和 C 点电位开始由 8V 上升 当上升至 13V 时 VZ1 被击穿 VT3 导通 CT4 通过 R7 和 VT3 放电 E 点电位 逐步下降 二极管 VD6 导通时 D 点电位也逐步下降 从而使 EXB841 的脚 3 的 电位也逐步下降 从而缓慢关断 IGBT B 点和 C 点电位由 8V 上升到 13V 的时 间为 8 3 s 此时慢关断过程结束 IGBT 栅极上所受偏压为 0V 设 VT3 管压降为 0 3V VT6 和 VT5 的压降为 0 7V 这种状态一直持续到控制信号使光电耦合 器 TS01 截止 此时 VT1 和 VT2 导通 VT2 导通使 D 点下降到 0V 从而使 VT4 完全截止 VT5 完全导通 IGBT 栅极所受偏压由慢关断时的 0V 迅速下降到 5V IGBT 完全关断 VT1 导通使 C2 迅速放电 VT3 截止 20V 电源通过 R8 对 C4 充电 则 E 点恢复到正常状态需 135 s 至此 EXB841 完全恢复到正常状 态 可以进行正常的驱动 EXB841 在设计上充分考虑到 IGBT 的特点 电路简 单实用 它具有如下特点 模块仅需单 20V 电源供电 它通过内部 5V 稳压管为 IGBT 提供 15V 和 5V 的电平 既满足了 JGBT 的驱动条件 又简化了电路 为整个系统设计提供了 很大方便 输入采用高速光耦隔离电路 既满足了隔离和快速的要求 又在很大程度 上使电路结构简化 本科生课程设计 论文 14 通过精心设计 将过流时降低 UCE 与慢关断技术综合考虑 一旦电路检测 到短路后 要延迟约 1 5 s VZ1 导通时 R4 会有压降 UCE 才开始降低 再 过约 8 s 后 UGE 才降低到 0V 相对 EXB841 的脚 1 在这 10 s 左右的时间 内 如果短路现象消失 UCE 会逐步恢复到正常值 但恢复时间决定于时间常数 t13 图 3 3 EXB841 原理图 3 3 保护电路 电力电子电路运行不正常或者发生故障时 可能会发生过电流 过电流分为 过载和短路两种情况 通常采用的保护措施有 快速熔断器 直流快速断路器和 过电流继电器 一般电力电子装置均同时采用集中过流保护措施 以提高保护的 可靠性和合理性 综合本次设计电路的特点 采用快速熔断器 即给晶闸管串联一个保险丝实 施电流保护 如图 3 4 电流保护电路所示 对于所选的保险丝 遵从值小于t 2 I 晶闸管的允许值 t 2 I 本科生课程设计 论文 15 图 3 4 三相电压源逆变电路的过流保护电路 3 4 单片机控制 本论文的单片机采用 MSC 51 或其兼容系列芯片 采用 24MHZ 或更高频率晶 振 以获得较高的刷新频率 时期显示更稳定 在芯片中 P1 口低 4 位与行驱动 器相连 送出行选信号 P1 5 P1 7 口则用来发送控制信号 P0 口和 P2 口空着 在有必要的时候可以扩展系统的 ROM 和 RAM 引脚说明 电源引脚 Vcc 40脚 典型值 5V Vss 20脚 接低电平 外部晶振 X1 X2分别与晶体两端相连接 当采用外部时钟信号时 X2接振荡信号 X1接 地 输入输出口引脚 P0口 I O双向口 作输入口时 应先软件置 1 P1口 I O双向口 作输入口时 应先软件置 1 P2口 I O双向口 作输入口时 应先软件置 1 P3口 I O双向口 作输入口时 应先软件置 1 控制引脚 RST Vpd ALE PROG PSEN EA Vpp组成了MSC 51的控制总线 RST Vpd 9脚 复位信号输入端 高电平有效 ALE PROG 30脚 地址锁存信号输出端 第二功能 编程脉冲输入 PSEN 29脚 外部程序存储器读选通信号 EA Vpp 31脚 外部程序存储器使能端 第二功能 编程电压输入端 21V 本科生课程设计 论文 16 图 3 5 单片机与驱动芯片的连接 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RST 9 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 5 T1 15 P3 6 WR 16 P3 7 RD 17 XTAL2 18 XTAL1 19 GND 20 A8 P2 0 21 A9 P2 1 22 A10 P2 2 23 A11 P2 3 24 A12 P2 4 25 A13 P2 5 26 A14 P2 6 27 A15 P2 7 28 PSEN 29 ALE PROG 30 EA VPP 31 AD7 P0 7 32 AD6 P0 6 33 AD5 P0 5 34 AD4 P0 4 35 AD3 P0 3 36 AD2 P0 2 37 AD1 P0 1 38 AD0 P0 0 39 VCC 40 U1 STC89C51 Y1 12MHz C2 22 C3 22 C1 10uf S1 SW PB VCC GND GND D2D1 VT2 VT1 VT3 D3 R2 5 4 2 312 U1A R1 10K 保保保保保保保 54 6 3 9 1 2 本科生课程设计 论文 17 图 3 5 单片机系统电路 本科生课程设计 论文 18 第 4 章 软件设计 4 1 单片机程序 include static unsigned int count static int step index static bit turn static bit stop flag static int speedlevel static int spcount void delay unsigned int endcount void gorun void main void count 0 step index 0 spcount 0 stop flag 0 P1 0 0 P1 1 0 P1 2 0 P1 3 0 EA 1 ET0 1 TH0 0 xFE TL0 0 x0C TR0 1 turn 0 speedlevel 2 delay 10000 speedlevel 1 本科生课程设计 论文 19 do speedlevel 2 delay 10000 speedlevel 1 delay 10000 stop flag 1 delay 10000 stop flag 0 while 1 case 6 3 P1 0 0 P1 1 0 P1 2 0 P1 3 1 break case 7 3 0 P1 0 1 P1 1 0 P1 2 0 P1 3 1 if turn 0 step index if step index 7 step index 0 else step index if step index 0 step index 7 本科生课程设计 论文 20 4 2 系统总流程图 图 4 1 系统总流程图 三相逆变电路供电 由单片机 89C51 来编写程序 IGBT 驱动电路 模块选 用 EXB841 来使三相逆变电路运行 采用过电流保护 提高电路的稳定性 三 相逆变电路输出电流给交流电机 使直流电转变为交流电 更好的给交流电机供 能 分析设计要求 硬件选型 进行单片机与外部 电路的连接 分析是否符合要求 编写单片机程序 将程序下载至单片 机内 实现系统功能 N Y 本科生课程设计 论文 21 4 3 单片机初始化流程图 初始化开始 I O口初始化 寄存器初始化 定时器初始化 初始化结束 本科生课程设计 论文 22 图 5 2 单片机初始化流程图 采用 MSC 51 或其兼容系列芯片 采用 24MHZ 或更高频率晶振 以获得较高 的刷新频率 时期显示更稳定 把变量变成初始值 设置定时器的工作方式及初 值 开放相应的中断源的中断并设置优先级 4 4 子程序流程图 开始 定时 计数器初始化 中断系统初始化 调用查表子程序 调用显示子程序 关TO T1 读计数值 重复初始化T0 T1 开T0 T1 中断返回 中断入口 本科生课程设计 论文 23 图 5 3 子程序流程图 在主程序中打开串行口中断 在定时器子程序中使用地址寄存器作为地址指 针 开始时指向数据表首地址 当字符显示完成后 进入下