变频器和单片机的基本知识.doc

变频器和单片机的基本知识变频调速作为交流电机调速的主要手段已经在工业领域中应用的十分广泛，其具有的调速范围宽、稳速精度高、动态响应快、适用范围广、运行可靠等技术性能，已逐步取代直流电机调速系统。变频器的控制方式主要有三种：1.通过变频器面板操作，即通过操作面板改变频率的输出和其他运行参数;2.在变频器模拟量输入端输入010V或420mA信号,通过改变输入模拟量的大小控制变频器的输出频率;3.通过变频器的通讯口进行控制。第一种方式一般用于现场手动调节和参数设定，后二种方式多用于自动调节和远程控制。工控领域中常用的PLC、DCS等控制系统都具有适用于变频器接口条件的控制模块，可以方便的实现变频器的闭环自动控制，在大中型的控制系统中使用较为普遍。而对于一些小型实验装置和嵌入式控制装置，处理器在控制变频器之外，一般还需要处理键盘输入、显示屏、数据采集和其它过程控制等工作，这种控制要求更适合采用单片机系统作为控制核心，而以PLC加操作面板的形式，虽能实现功能但成本过高，不宜采用。 使用单片机控制变频器可以选择后二种方式，采用通讯口方式控制，其优点是控制功能全面，通过相应的电平转换电路适合变频器的通讯口形式，就可与变频器进行通讯，硬件简单，二者间的连线数量少连接方便。缺点是需要了解掌握变频器的通讯协议才能进行控制编程，软件设计复杂。由于不同品牌的变频器通讯接口和通讯协议各不相同，目前尚没有统一的标准，只能针对一种变频器进行开发，缩小了变频器品种的选择范围，适用性受到限制。而对于模拟量输入控制方式，则几乎在所有的变频器中都能支持，虽然在功能上比较单一，但可实现调速的主要功能，能满足多数场合的使用要求，具有普遍性。 最常用的模拟量输入调速方法是通过电位器来调节频率，即改变模拟量输入的电压值，达到调节转速的目的。采用机械式电位器虽简单易行，但易磨损，长期使用不够稳定，同时还有一个最大的缺陷是只适合手动调节，不能实现自动调节。笔者采用数字电位器替代机械式电位器，在单片机的控制下，不但能进行简单的手动变频调速，还能根据控制要求实现PID闭环自动控制，不失为一种功能全面的单片机控制变频器的好方法。单片机的组成 单片机除了进行运算外，还要完成控制功能。所以离不开计数和定时。因此，在单片机中就设置有定时器兼计数器。到这里为止，我们已经知道了单片机的基本组成，即单片机是由中央处理器，只读存贮器、读写存贮器、输入/输出口等等组成。实际上单片机里面还有一个时钟电路，使单片机在进行运算和控制时，都能有节奏地进行。另外，还有所谓的“中断系统，这个系统有“传达室”的作用，当单片机控制对象的参数到达某个需要加以干预的状态时，就可经此传达室”通报给CPU，使CPU根据外部事态的轻重缓急来采取适当的应付措施。单片机指令系统与汇编语言程序前面已经讲述了单片机的几个主要组成部分，这些部分构成了单片机的硬件。所谓硬件，就是看得到，摸得到的实体。但是，光有这样的硬件，还只是有了实现计算和控制功能的可能性。单片机要真正地能进行计算和控制，还必须有软件的配合。软件主要指的是各种程序。只有将各种正确的程序存入单片机，它才能有效地工作。单片机所以能自动地进行运算和控制，正是由于人把实现计算和控制的步骤一步步地用命令的形式，即一条条指令预先存入到存贮器中，单片机在CPU的控制下，将指令一条条地取出来，并加以翻译和执行。所有这些取数、送数、相加、存数等等都是一种操作，我们把要求计算机执行的各种操作用命令的形式写下来，这就是指令。但是怎样才能辨别和执行这些操作呢？这是在设计单片机时由设计人员赋予它的指令系统所决定的。一条指令，对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。使用单片机时，事先应当把要解决的问题编成一系列指令。这些指令必须是选定的单片机能识别和执行的指令。单片机用户为解决自己的问题所编的指令程序，称为源程序。指令通常分为操作码和操作数两大部分。操作码表示计算机执行什么操作，即指令的功能；操作数表示参加操作的数或操作数所在的地址。因为单片机是一种可编程器件，只认得二进码。要单片机运作，单片机系统中的所有指令，都必须以二进制编码的形式来表示.MCS51单片机的字长为8位，有时，要完成某些操作用一个字节尚不能充分表达。所以，在指令系统中有单字节指令，也有多字节指令。机器码是由一连串的0和1组成，没有明显的特征，不好记忆，不易理解，易出错。所以，直接用它来编写程序十分困难。因而，人们就用一些助记符通常是指令功能的英文缩写来代替操作码。这样，每条指令有明显的动作特征，易于记忆和理解，也不容易出错。用助记符来编写的程序称为汇编语言程序。但是，助记符编写的程序便于人理解，可单片机却只认识二进制机器代码，因此，为了让单片机能“读懂”汇编语言程序必须再转换成由二进制机器码构成的程序，这种转换过程，就称为汇编。汇编可借助于人工查表法来实现，也可借助PC机通过所谓“交叉汇编程序”来完成。由机器码构成的用户程序一旦进入了单片机，再启动单片机，就可让它执行输入程序所规定的任务。单片机8051的CPU由运算器和控制器组成。运算器运算器以完成二进制的算术/逻辑运算部件为核心，再加上暂存器、累加器、寄存器、程序状态标志寄存器及布尔处理器。累加器是一个八位寄存器，它是CPU中工作最频繁的寄存器。在进行算术、逻辑运算时，累加器往往在运算前暂存一个操作数，而运算后又保存其结果。寄存器主要用于乘法和除法操作。标志寄存器也是一个八位寄存器，用来存放运算结果的一些特征，如有无进位、借位等。控制器控制器是CPU的神经中枢，它包括定时控制逻辑电路、指令寄存器、译码器、地址指针及程序计数器、堆栈指针等。这里程序计数器是由16位寄存器构成的计数器。要单片机执行一个程序，就必须把该程序按顺序预先装入存储器的某个区域。单片机动作时应按顺序一条条取出指令来加以执行。因此，必须有一个电路能找出指令所在的单元地址，该电路就是程序计数器。当单片机开始执行程序时，给程序计数器装入第一条指令所在地址，它每取出一条指令，程序计数器的内容就自动加1，以指向下一条指令的地址，使指令能顺序执行。只有当程序遇到转移指令、子程序调用指令，或遇到中断时，程序计数器才转到所需要的地方去。8051 CPU指定的地址，从存储器相应单元中取出指令字节放在指令寄存器中寄存，然后，指令寄存器中的指令代码被译码器译成各种形式的控制信号，这些信号与单片机时钟振荡器产生的时钟脉冲在定时与控制电路中相结合，形成按一定时间节拍