机械自动化课程设计-交流电动机SPWM调速系统设计

PAGE2PAGE1课程设计（论文）题目：交流电动机SPWM调速系统设计学院：机电工程学院专业班级：09级机械工程及自动化专业01班指导教师：张敏职称：副教授学生姓名：李壮学号：40902010105目录绪论……………11.系统总方案设计思路……………………21.1变频器的分类与选定…………………21.1.1变频器的分类………21.1.2变频器的选定………21.2系统原理框图……………32.主电路的设计与分析……………………42.1主电路的工作原理………42.2三相异步电机工作的基本原理…………42.2.1异步电机的等效电路………………42.2.2异步电机变频调速理…………………63.控制电路的设计与分析…………………83.1SPWM技术工作原理和SPWM波芯片的选择………83.1.1SPWM调制技术简介………………83.1.2SPWM波生成芯片特点和引脚功能………………83.1.3SA4828芯片内部结构及工作原理………………103.2保护电路………………123.2.1过、欠压保护电路设计……………123.2.2过流保护设计………143.38051单片机简介………153.3.18051单片机特点……………………153.3.28051单片机的基本组成……………153.3.38051单片机引脚功能………………153.4光电测速及反馈…………173.4.1光电测速及反馈电路设计…………173.5驱动电路…………………193.5.1IR22381三相IGBT驱动电路概述…………………193.5.2IR22381三相IGBT驱动电路图……203.6显示装置……………………203.6.1数码管显示原理………203.6.2数码管显示电路………223.7键盘输入……………………224.总结…………235.参考文献……………………24PAGE27绪论变频调速技术的基本原理是根据电动机转速与工作电源输入频率成正比的关系：n=60f(1-s)/p(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数），通过改变电动机工作电源频率达到改变电动机转速的目的。变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速的目的的技术。目前，无论是哪种机械调速都是通过电机来实现的。从大的范围来分，电机有直流电机和交流电机。由于直流电机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流机固有的缺点：由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，固费时费工，成本高，给人带来太大的麻烦。因此人们希望，让简单可靠廉价的笼式交流电动机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串级极速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，出现了变频调速技术，它一出现就以优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。所谓变频调速就是利用电力电子器件（如功率晶体管GTR、绝缘栅双极型晶体管IGBT）将50Hz的市电变换为用户所要求的交流电或其他电源。它分为直接变频（又称交－交变频），即把市电直接变成比它频率低的交流电，大量用在大功率的交流调速中；间接变频（又称交－直－交变频），即先将市电整流成直流，再变换成要求频率的交流。本设计所设计的题目属于间接变频调速技术。它主要包括整流部分、逆变部分、控制部分、速度检测及反馈部分、保护部分等。其中逆变环节为三相SPWM逆变方式。1.系统总设计方案思路1.1变频器的分类及选定1.1.1变频器的分类交－直－交变频器就是把工频交流电先通过整流器整成直流，然后再通过逆变器，把直流逆变成为可调的交流电。根据交－直－交变压器的中间滤波环节是采用电容性原件或电感性元件，可以将交－直－交变频器分为电压型变频器和电流型变频器两大类。两类变频器的区别在于中间直流环节采用不同的滤波元件。交－直－交电压型变频器在交－直－交变频器装置中，当中间环节采用大电容滤波时，直流电压波比较平直，在理想情况下是一个内阻抗为零的恒压源，输出交流电压时矩形或阶梯波，这类变频装置叫做电压变频器。一般的交－直－交变压变频装置虽然没有滤波电容，但供电电源的低阻抗使它具有电压源的性质，它也属于电压型变频器。交－直－交电流型变频器当交－直－交变压变频器装置中间的直流环节采用大电感滤波时，直流电流波形比较平直，因而电源内阻抗很大，对负载来说基本上是一个恒流源，输出交流电流是矩形或阶梯波，这类变频器装置叫做电流型变频器。有的交－直－交变压变频器装置用电抗器将输出电流强制变成矩形波或阶梯波，具有电流源的性质，它也是电流型变频器。1.1.2变频器的选定由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其主要优点是运行几乎不受负载的功率因数或换流的影响，它主要适用于中、小容量的交流传功系统。与之相比，电流型变频器施加于负载上的电流值稳定不变，其特性类似于电流源，它主要适用于大容量的电动机传动系统以及大容量风机、泵类节能调速中。本次设计选用交－直－交变频器，采用电压型变频器。1.2系统原理框图本次设计的交－直－交变频调速系统由以下几部分组成，如图1-1所示：图1-1系统原理框图供电电源：电源部分因变频器输出功率的大小不同而异，小功率的多用单相220V，中、大功率的采用三相380V电源。整流电路：整流部分将交流电变为脉动的直流电，必须加以滤波。逆变电路：逆变部分将直流电你变成我们需要的交流电。在设计时采用三相桥逆变，开关器件选用全控型开关管IGBT。控制电路：采用8051单片机和SPWM波生成芯片，控制电路的主要功能是接受各种设定信息和指令，根据这些设定信息和指令形成驱动逆变器的工作信号，这些信号通过光电隔离后去驱动开关管的关断。光电测速及反馈电路：采用8253单片机与绝对式光电编码盘，光电测速后将信息经整形电路（如4为循环码转换电路）传递给8253单片机，在间接将反馈信息传递给控制系统。2.主电路的设计与分析2.1主电路的工作原理变频调速实质上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这一功能的装置成为变频器。变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路通常采用交－直－交方式，即先将交流电转变成直流电（整流、滤波），再将直流电转变成频率可调的矩形交流电（逆变）。主电路原理图如图2-1所示：图2-1电压型交－直－交变频调速主电路。2.2三相异步电机工作的基本原理2.2.1异步电机的等效电路异步电动机的转子能量是通过电磁感应而得来的。定子和转子之间在电路上没有任何联系，其电路可用图2.1来表示[3]。图2-1异步电动机的定、转子图图2-1中：QUOTE——定子的相电压；QUOTE——定子的相电流；QUOTE——定子每相绕组的电阻和漏抗；、、分别是转子电路产生的电动势、电流、漏电抗；QUOTE——每相定子绕组反电动势，它是定子绕组切割旋转磁场而产生的。其有效值可计算如下：—气隙磁通在定子每相中感应电动势有效值；—定子频率；—定子每相绕组中串联匝数；—基波绕组系数；—极气隙磁通。由电动机的基础知识可知：转子回路的频率，与转差率成正比，所以转子回路中的各电量也都与转差率成正比。为了方便定量分析定、转子之间的各种数量关系，应将定子、转子放在一个电路中。由于定子、转子回路的频率、绕组、匝数不同，故必须进行折算。根据电机学原理，在下列假定条件下：忽略空间和时间谐波，各绕组的自感和互感都是线性的；忽略磁饱和；忽略铁损。可以得到电动机的T形等效电路图，由于交流异步电动机三相对称，所以现只取A相进行计算分析。A相的T形等效电路如图2-2所示。-图2-2电动机的T形等效电路图图2-2中：——励磁电阻，是表征异步电动机铁心损耗的等效电阻；——励磁电抗，是表征铁心磁化能力的一个参数；——励磁电流；——机械负载的等效电阻，在=,在上消耗的功率就相当于异步电动机输出的机械功率；等参数——经过折算后的转子参数。2.2.2异步电机变频调速原理交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛的电动机类型。根据统计，我国异步电动机的使用容量约占拖动总容量的八成以上，因此了解异步电动机的调速原理十分重要。交流异步电动机是电气传动中使用最为广泛的电动机类型。根据统计，我国异步电动机的使用容量约占拖动总容量的八成以上，因此了解异步电动机的调速原理十分重要。交流调速是通过改变电定子绕组的供电的频率来达到调速的目的的，但定子绕组上接入三相交流电时，定子与转子之间的空气隙内产生一个旋转的磁场，它与转子绕组产生感应电动势，出现感应电流，此电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩。使电动机转起来。电机磁场转速称为同步转速，用表示：为三相交流电源频率，一般是50Hz；为磁极对数。当=1是，=3000r／min；=2时，=1500r／min。因此磁极对数越多，转速就越慢，转子的实际转速比磁场的同步转速要慢一点，所以称为异步电动机，这个差别用转差率表示：QUOTE在加上电源转子尚未转动瞬间，=0，这时=1；启动后的极端情况=，则=0，即在0～1之间变化，一般异步电动机在额定负载下的=1%～6%。对于成品电机，其极对数已经确定，转差率的变化不大，则电机的转速与电源频率成正比，因此改变输入电源的频率就可以改变电机的同步转速，进而达到异步电机调速的目的。2.3变频调速的控制方式及选定2.3.1比恒定控制比恒定控制是异步电动机变频调速中最基本的控制方式。它是在改变变频器输出电压频率的同时改变输出电压的幅值，以维护电机磁通基本恒定，从而在较宽的调速范围内，使电动机的效率、功率因数不下降。控制是目前通用变频器中广泛采用的控制方式。三相交流异步电动机在工作过程中铁心磁通接近饱和状态，从而使铁心材料得到充分的利用。在变频调速的过程中，当电动机电源的频率发生变化时，电动机的阻抗将随之变化，从而引起励磁电流的变化，使电动机出现励磁不足或励磁过强。在励磁不足时电动机的输出转矩将降低，而励磁过强时又会使铁心中的磁通处于饱和状态，是电动机中流过很大的励磁电流，增加电动机的功率损耗，降低电动机的效率和功率因数。因此在改变频率进行调速时，必须采取措施保持磁通恒定为额定值。由电机理论知道，电机定子的感应电势有效值是：则即另外，电机的电磁转矩为:其中—与电动机有关的常数；Cos—转子每相电路功率因数；—转子电压与电流的相位差；—电机的电磁转矩。若不变，当定子电源频率增加，将引起气隙磁通减小；而由式可知，减小又引起电动机电磁转矩减小，这就出现了频率增加，而负载能力下降的情况。在不变时，而定子电源频率减小，又将引起增加,增加将导致磁路饱和，励磁电流升高，从而导致电动机发热，严重时会因绕组过热而损坏电动机。由以上情况可知:变频调速时，必须使气隙磁通不变。因此，在调节频率的同时，必须对定子电压进行协调控制，但控制方式随运行频率在基频以下和基频以上而不同。3.控制电路的设计与分析3.1SPWM技术工作原理和SPWM波芯片的选择3.1.1SPWM调制技术简介脉宽调制（PWM）技术是利用全控型电力电子器件的导通和关断把直流电压变成一定形状的电压脉冲序列，实现变压、变频控制并消除谐波的技术。根据电机学原理，交流异步电动机变频调速时，如果按照频率与定子端电压之比为定值的方式进行控制，则机械特性的硬度变化较小，所以在变频的同时，也要相应改变定子的端电压。若采用等脉宽PWM调制技术实现变频与变压，由于输出矩形波中含有较严重的高次谐波，会危害电动机的正常运行。为减小输出信号中的谐波分量，一种有效的途径是将等脉宽的矩形波变成信号宽度按正弦规律变化的正弦脉宽调制波，即SPWM调制波。脉宽调制指的是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要的波形（含形状和幅值）。在进行脉宽调制时，使脉冲序列的占空比按照正弦规律变化。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔最小；当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大，那么这样的电压脉冲系列就可以使负载电流中的高次谐波成分大为减小，这种调制方式称为正弦波脉宽调制。产生SPWM信号的方法是用一组等腰三角波（称为载波）与一个正弦波（称为调制波）进行比较，如下图所示，两波形的交点作为逆变开关管的开通与管段时间。当调制波的幅值大于载波的幅值时，开关器件导通，当调制波的幅值小于载波幅值时，开关器件关断。虽然正弦脉宽调制波与等脉宽PWM信号相比，谐波成分大大减小，但它毕竟不是正弦波，提高载波（三角波）的频率，是减小SPWM调制波中谐波分量的有效方法。而载波频率的提高，受到逆变开关管最高工作频率的限制。第三代绝缘栅双极型晶体管IGBT的工作效率可达30Hz，用IGBT作为逆变开关管，载波频率可以大幅提高，从而使正弦脉宽调制波更接近正弦波。可由模拟电路分别产生等腰三角波与正弦波，并进入电压比较器，输出即为SPWM调制波。3.1.2SPWM波生成芯片特点和引脚功能SA4828的特点全数字控制，兼容Intel等多系列单片机，输入调制波频率范围0～4kHz，16位调速分辩率，载波频率最高可达24kHz，内部ROM固化3种可选波形，最小脉宽和延时时间可调，可单独调整各相输出以适应不平衡负载，具备看门狗定时器功能等。SA4828引脚功能SA4828采用28脚封装。下图给出了其引脚排列示意图和原理框图。图3-1SA4828引脚排列示意图各引脚的功能说明如下：输入类管脚说明AD0～AD7：8位地址与数据复用总线。SETTRIP：通过该引脚，可以快速关断全部SPWM信号输出，高电平有效。：复位端，低电平有效。CLK：时钟信号输入端。MUX：总线选择端。当MUX为高电平时，使用地址和数据共用的总线，这时，地址/数据管脚RS不用；当MUX为低电平时，使用地址和数据分开的总线，这时，地址锁存器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。：片选输入，该控制线可使SA8282与其他外围接口芯片共享同一组总线，低电平有效。、：Intel(Motorola)总线控制write、read信号。ALE：地址锁存允许。VDD：供电电源正端(+5V)。Vss：供电电源负端(0V)输出类管脚说明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。以上引脚都是标准TTL输出，每一个输出都有12mA的驱动能力，可以直接驱动光耦。：输出封锁状态指示，低电平表示禁止输出。ZPPR：零相位脉冲输出端。Wss：波形采样同步端口。RS：寄存器选择端。3.1.3SA4828内部结构及工作原理SA4828为28引脚的DIP或SOIC封装的控制芯片，内部具有总线控制及译码电路，有多种寄存器和相控逻辑电路。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三种调制波形进行比较，自动生成SPWM输出脉冲，然后通过脉冲删除电路删除窄脉冲（如图3-2）图3-2脉冲序列中的窄脉宽因为这种脉冲不起任何作用，只会增加开关管的损耗。通过脉冲延迟电路生成死区，从而保证桥上的管子不会在状态转换期间导通短路。看门狗定时器用来防止程序跑飞，当条件满足时快速封锁输出。SA4828内部结构原理框图如图3-3所示。图3-3SA4828原理框图SA4828的设置是通过单片机接口将数据送入SA4828芯片内的两个寄存器(初始化寄存器和控制寄存器)来实现的。初始化寄存器用于设定与交流电动机有关的基本参数，这些参数要在PWM输出端允许输出前设定，系统工作以后不允许改变。控制寄存器是在工作过程中控制输出脉宽调制波的状态，从而进一步控制交流电动机的运行状态，通常在工作时，该寄存器的内容常被改写，以实现实时对交流电动机的速度进行控制。参数的设定是通过8个暂存器、、、、、、、来传送的。其中和是两个虚拟的寄存器，实际上并不存在。初始化参数要先写入～，然后通过对的写操作将参数送入初始化寄存器，再将控制参数写入～，并通过对的写操作将参数送入控制寄存器。SA4828各控制寄存器的地址见表3-1所列。表3-1各寄存器地址寄存器AD3AD2AD1AD0地址R0R1R2R3R4R5R14R150000001100001111001100110101010100H01H02H03H04H05H0EH0FH3.2保护电路保护电路的主要功能是对检测电路得到的各种信号进行运算处理，以判断变频器本身或系统是否出现异常。当检测到异常时，进行各种必要的处理[12]。3.2.1过、欠压保护电路设计过压、欠压保护是针对电源异常、主回路电压超过或低于一定数值时考虑的。通用变频器输入电源电压允许波动的范围一般是额定输入电压的士10%。通常情况下，主回路直流环节的电压与输入电压保持固定关系。当输入电源电压过高，将使直流侧电压过高。过高的直流电压对IGBT的安全构成威胁，很可能超过IGBT的最大耐压值而将其击穿，造成永久性损坏。当输入电压过低时，虽不会对主回路元件构成直接威胁，但太低的输入电压很可能使控制回路工作不正常，而使系统紊乱，导致SA4828输出错误的触发脉冲，造成主回路直通短路而烧坏IGBT。而且较低的输入电压也使系统的抗干扰能力下降。因此有必要对系统的电压进行保护。图4.5为本文介绍的变频器过压保护电路。图3-4过电压保护电路它直接对直流侧电压进行检测。其中电压信号的取样是通过电阻和分压得到的，电容起滤波抗干扰作用，防止电路误动作。过压设定值从电位器上取出。运放接成比较器的形式。当取样电压高于设定值时(异常情况下)，比较器输出高电平，光耦器件导通，输出低电平保护信号。其中电阻是正反馈电阻，它的接入使正反馈有一定回差，防止取样信号在给定点附近波动时比较器抖动，这里将过压保护的动作值整定为额定输入电压的110%。欠压产生的原因有两种：一是输入的交流电压长时间低于标准规定的数值。另一种是瞬时停电或瞬时电压降低。欠电压导致逆变器开关器件驱动功率不足而烧坏开关器件。一般欠压信号从直流端取样，这样既能在欠电压，过电压时检测出信号进行保护，又不会因为短时间因为在欠电压，过电压并未构成危险时而保护误动作。欠压保护电路的原理与过压保护电路类似。其电压取样与过压取样相同，欠压设定值由上取出。运放接成比较器的形式。当取样电压高于设定值时(正常情况下)，比较器输出高电平，光耦器件不导通，输出高电平。当取样电压低于设定值时(欠压情况下)，比较器输出低电平，光耦器件导通，输出低电平保护信号。其电路下图所示。动作值整定为输入电压的85%。图3-5欠压保护电路本系统的故障自诊断是指在系统运行前，变频器本身可以对过载、过压、欠压保护电路进行诊断，检测其保护电路是否正常。因此故障自诊断功能就是由单片机控制发出各种等效故障信号，检测对应的保护电路是否动作，若动作则说明保护电路正常，反之说明保护电路本身有故障，应停机对保护电路进行检查，直到显示器显示正常为止。故障自诊断电路工作过程如下：单片机控制HSO.2口发出一高电平，经非门整形后输出低电平，光耦器件导通，有电流流过三极管的基极，三极管导通输出低电平，输出的低电平自诊断信号分别送至过压、欠压保护电路。因SA4828的SETTRIP端为高电平有效,所以应加上一个反相器,使其反相后输出高电平。以下的过流信号也是如此.故障自诊断电路如图3-6所示[13]：图3-6故障自诊断电路3.2.2过流保护设计变频器在诸如直流短路、桥臂短路、输出短路、对地短路等情况下，电流变化非常迅速，元件将承受极大的电压和电流，而IGBT器件的内部结构决定了它在足够大的电流下会出现锁定现象，造成管子失控无法关断，以至烧坏，所以过流之前必须使IGBT关断以切断电流，虽然在IGBT的驱动模块EXB840中已经有过流保护，但考虑到过大时IGBT还未来得及关断已经发生锁定现象的可能性，必须采取辅助断流措施。这里采用瑞士LEM公司生产的霍尔效应磁场补偿式电流传感器来进行电流的检测。在此传感器的输出端串电阻R，则R上的压降反应了被测的电流。过流发生时，R上的压降大于过流保护动作整定值，比较器LEM324输出低电平去封锁IGBT的驱动电路的输入信号，即可使桥臂上的所有IGBT处于截止状态实现过流保护的功能。过流保护的电路示意图如3-7图所示：图3-7过流保护电路3.38051单片机简介3.3.18051单片机特点8051单片机可分为无ROM型和ROM型两种;无ROM型的芯片，必须外接EPROM才能应用（典型芯片为8031）;ROM型芯片又分为EPROM型（典型芯片为8751）、FLASH型（典型芯片为89C51）、掩膜ROM型（芯片8051）、一次性可编程ROM（OneTimeProgramming,简称OTP）的芯片（芯片为97C51）。3.3.28051单片机的基本组成一个8051单片机包含下列部件：一个8位微处理器CPU；片内数据存储器RAM和特殊功能寄存器SFR；片内程序存储器ROM；两个定时/计数器T0、T1，可用作定时器，也可用以对外部脉冲进行计数；四个8位可编程的并行I/O端口，每个端口既可作输入，也可作输出；一个串行端口，用于数据的串行通信；中断控制系统；内部时钟电路。8051单片机的基本组成框图如图3-8所示：图3-88051单片机的基本组成3.3.38051单片机引脚功能8051单片机芯片如图3-5所示：图3-98051单片机引脚引脚功能说明：电源引脚和

：电源端，接＋5V。

：接地端。

时钟电路引脚XTAL1和XTAL2

XTAL1：接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输入，若使用外部TTL时钟时，该引脚必须接地。

XTAL2：接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，若使用外部TTL时钟时，该引脚为外部时钟的输入端。

地址锁存允许ALE

系统扩展时，ALE用于控制地址锁存器锁存P0口输出的低8位地址，从而实现数据与低位地址的复用。外部程序存储器读选通信号PSENPSEN是外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。程序存储器地址允许输入端EA/VPP当EA为高电平时，CPU执行片内程序存储器指令，但当PC中的值超过0FFFH时，将自动转向执行片外程序存储器指令。当EA为低电平时，CPU只执行片外程序存储器指令。复位信号RST该信号高电平有效，在输入端保持两个机器周期的高电平后，就可以完成复位操作。输入/输出端口引脚P0，P1，P2和P3P0口（P0.0～P0.7）：该端口为漏极开路的8位准双向口，它为外部低8位地址线和8位数据线复用端口，驱动能力为8个LSTTL负载。P1口（P1.0～P1.7）：它是一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P1口的驱动能力为4个LSTTL负载。P2口（P2.0～P2.7）：它为一个内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P2口的驱动能力也为4个LSTTL负载。在访问外部程序存储器时，作为高8位地址线。P3口（P3.0～P3.7）：为内部带上拉电阻的8位准双向I/O口，P3口除了作为一般的I/O口使用之外，每个引脚都具有第二功能（如表3-4所示）。表3-2P3口的第二功能位线引脚第二功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.71011121314151617RXD（串行输入口）TXD（串行输出口）INT0（外部中断0）INT1（外部中断1）T0（定时器0的计数输入）T1（定时器1的计数输入）WR（外部数据存储器写脉冲）RD（外部数据存储器读脉冲）3.4光电测速及反馈3.4.1光电测速及反馈电路设计单片机与绝对式光电编码盘接口电路如图3-10所示：图3-10绝对式光电编码盘与单片机接口软件法单片机与绝对式光电编码盘的硬件接口电路如图3-8所示，编码盘经过整形的输出信号直接接到单片机的P0口。以下子程序是将4位循环码转换成二进制码。程序输入参数：20H。占用资源：A，C，20H。RtoB：MOV20H,P0；读4位循环码ANL20H,#0FH；屏蔽高4位CLRA；A清0MOVC,03H；20H的第3位送CMOV.2，C；送第2位XRL20H,A；异或，求CLRAMOVC,02H；20H的第2位送CMOV.1，C；送第1位XRL20H,A；异或，求CLRAMOVC,01H；20H的第1位送CMOV.0，C；送第0位XRL20H,A；异或，求RET硬件法除了采用软件法将循环码转换为二进制码外，还可以通过异或门硬件电路进行转换，图3-11给出了4位循环码硬件转换实现电路的例子。图3-114位循环码转换电路3.5驱动电路驱动电路的作用为逆变器中的逆变电路换流器提供驱动信号。主电路逆变电路设计中采用的电力电子器件是IGBT，故称为门极驱动电路。3.5.1IR22381三相IGBT驱动电路概述IR22381Q和IR21381Q是三相高压电IGBT驱动器，适合交流电动机驱动应用。其所集成的去饱和逻辑将提供所有的过电流保护模式，包括接地故障保护。去饱和的床啊输入与主动偏置功能用以抑制噪声，一旦过电流发生软关断将有效启动保护，从而关闭所有六相输入，并且为用用户提供了一个关断输入端来实现关断功能，该DT引脚允许外接电阻来调整死区。全部的输出驱动器都有独立的开启/关断引脚，并用两级的驱动输出达到预期的IGBT的di/dt切换值。电压反馈提供准确的伏秒测量。3.5.2IR22381三相IGBT驱动电路图15VVCCVB1,2,3DSH1,2,3LIN1,2,3HIN1,2,3FAULTHOP1,2,3BRINHOQ1,2,3SDHON1,2,3VFH1,2,3VFL1,2,3VS1,2,3DSBDSL1,2,3LOP1,2,3BRLOQ1,2,3DTLON1,2,3VSSCOMIRR22381QPBFDCbusTocontroller电动机15VVCCVB1,2,3DSH1,2,3LIN1,2,3HIN1,2,3FAULTHOP1,2,3BRINHOQ1,2,3SDHON1,2,3VFH1,2,3VFL1,2,3VS1,2,3DSBDSL1,2,3LOP1,2,3BRLOQ1,2,3DTLON1,2,3VSSCOMIRR22381QPBFDCbusTocontroller电动机图3-12IR22381三相IGBT驱动电路图3.6显示装置3.6.1数码管显示原理

我们最常用的是七段式和八段式LED数码管，八段比七段多了一个小数点，其他的基本相同。所谓的八段就是指数码管里有八个小LED发光二极管，通过控制不同的LED的亮灭来显示出不同的字形。数码管又分为共阴极和共阳极两种类型，其实共阴极就是将八个LED的阴极连在一起，让其接地，这样给任何一个LED的另一端高电平，它便能点亮。而共阳极就是将八个LED的阳极连在一起。其原理图如图3-13所示。

图3-13数码管原理图其中引脚图的两个COM端连在一起，是公共端，共阴数码管要将其接地，共阳数码管将其接正5伏电源。一个八段数码管称为一位，多个数码管并列在一起可构成多位数码管，它们的段选线（即a,b,c,d,e,f,g,dp）连在一起，而各自的公共端称为位选线。显示时，都从段选线送入字符编码，而选中哪个位选线，那个数码管便会被点亮。数码管的8段，对应一个字节的8位，a对应最低位，dp对应最高位。所以如果想让数码管显示数字0，那么共阴数码管的字符编码为00111111，即0x3f；共阳数码管的字符编码为11000000，即0xc0。可以看出两个编码的各位正好相反。如图3-14。图3-14共阳极的数码管0~f的段编码是这样的：

0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,//0~3

0x99,0x92,0x82,0xf8,//4~7

0x80,0x90,0x88,0x83,//8~b

0xc6,0xa1,0x86,0x8e//c~f

共阴极的数码管0~f的段编码是这样的：

0x3f,0x06,0x5b,0x4f,

//0~3

0x66,0x6d,0x7d,0x07,

//4~7

0x7f,0x6f,0x77,0x7c,

//8~b

0x39,0x5e,0x79,0x71

//c~f

3.6.2数码管显示电路图3-153.7键盘输入图3-16单片机键盘输入电路图图3-16为行列式键盘输入示意图，列线接P1.0~P1.3，行线接P1.4~P1.7。行列式键盘输入适合于按键输入多的情况，如有16个按键输入，用简单按键输入用2个输入口（共16位），而使用行列式键盘输入只需占用一个输入口（8位）。总结本文以SPWM方法为理论基础，以8051,SA4828为核心器件，在分别讨论了它们的原理和特点后，设计了一种电压型交直交变频器，本设计有以下特点:选用的变频调速控制方式是比恒定控制，从而实现了恒磁通变频调速即恒转矩调速。选用了芯片生成SPWM方法，此法不仅思想先进、实现方法简便易行，而且减轻了单片机的负担，直流电压利用率高、输出电流谐波成分小。主回路采用交—直—交电压型结构，非常适用于中、小容量的交流调速系统。选用6只IGBT构成三相桥式逆变器，IGBT开关速度快、耐压高、承受电流大、驱动简单。采用SA4828作为IGBT的驱动芯片，它不仅可以产生可靠的驱动信号，而且可以在发生故障时对被驱动的IGBT进行快速有效的保护。变频器可以控制电机时启动和正反转并显示其运行状态。变频器具有过流保护、泵升电压保护和过压保护三种保护功能。本文对以上电路进行了全面的设计，实现了变频器的基本功能。但是真正使本设计产品化是不可能通过一次的研究就能够完成的，因此本次研究仅仅是交直交变频器的基本原理，还有许多向题有待进一步研究。如:进一步完善变频器的控制功能和保护功能，提高整个系统的工作稳定性，采用IPM智能功率模块等。虽然本次设计已经结束，但以此为基础将会研制出性能更加完善的。参考文献吴红星《电动机驱动与控制专用集成电路应用手册》中国电力出版社王晓明《电动机的单片机控制》（第3版）北京航空航天大学出版社李朝青《单片机原理及接口技术》北京航空航天大学出版社许期英刘敏军《交流调速技术与系统》化学工业出版社周渊深《交直流调速系统与MATLAB仿真》中国电力出版社张承慧崔纳新李珂《交流电机变频调速及其应用》机械工业出版社基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现