一種集散式數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、一種集散式數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)一種集散式數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)李增民1李靜2段時(shí)間:2008年04月21日字體:大中小關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:ADADμC812C812收發(fā)器收發(fā)器接口電路接口電路IOIO外部中斷外部中斷摘要：要：介紹了基于ADμC812、CAN總線和CPLDEPM7256S組成的直流調(diào)速系統(tǒng)，給出了硬件、軟件的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有軟件升級(jí)方便、控制方式靈活、性能穩(wěn)定可靠、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：ADμC812CAN

2、總線IP核CPLD在線編程隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，各種功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定可靠的新型多功能器件和一些先進(jìn)的控制理論不斷出現(xiàn)，使得控制領(lǐng)域發(fā)生了很大的變化。但目前我國相當(dāng)一部分高職院校的實(shí)訓(xùn)設(shè)施落后，這在某種程度上限制了對新型技術(shù)人才的培養(yǎng)和新技術(shù)的發(fā)展。如當(dāng)前直流調(diào)速裝置已發(fā)展到一個(gè)全數(shù)字化的高技術(shù)水平階段，控制策略已相當(dāng)成熟，新產(chǎn)品很多，但模擬直流調(diào)速系統(tǒng)仍是實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)直流調(diào)速方面的主流設(shè)備。為此筆者對其進(jìn)行了CPLDCAN總線改造，采

3、用CPLD進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)移相編碼和電機(jī)功率輸出，CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，使各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立工作又集中管理，實(shí)現(xiàn)集散控制。節(jié)點(diǎn)電機(jī)調(diào)速方案中，微控制器選用8位高性能微轉(zhuǎn)換器ADμC812，邏輯與伺服控制采用全數(shù)字化方式，晶閘管主電路觸發(fā)器選用ALTERA公司的EPM7256SCPLD來完成。1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)組成如圖1所示，系統(tǒng)的控制臺(tái)由PC機(jī)和CAN總線適配卡等組成；CAN節(jié)點(diǎn)主要由單片機(jī)、CAN控制器和CAN收發(fā)器組成。本設(shè)計(jì)實(shí)

4、現(xiàn)的直流調(diào)速控制系統(tǒng)是全數(shù)字化的。從圖1可以看出，單片機(jī)無需過問觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生從而節(jié)省了單片機(jī)的資源。單片機(jī)運(yùn)算獲得移相角α后，待一個(gè)電周期上升沿中斷到來，只需將α角以數(shù)字量的形式通過數(shù)據(jù)總線傳送至CPLD，六路觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生由CPLD來完成。而電周期上升沿中斷由CPLD實(shí)現(xiàn)。盡管與“單片機(jī)＋模擬式專用移相觸發(fā)電路”模式相類似，但與其根本區(qū)別是：CPLD實(shí)現(xiàn)的移相觸發(fā)電路是全數(shù)字化的，且可編程，可復(fù)用。1.11.1信號(hào)采集電路信號(hào)采集電

5、路系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)需要采樣的信號(hào)有轉(zhuǎn)速、電流和電壓。電流、電壓信號(hào)使用接至晶閘管整流電路交流側(cè)的電量隔離變送器測量；轉(zhuǎn)速通過與被測電機(jī)軸連接的光電脈沖發(fā)生器測量，再由轉(zhuǎn)速變送器轉(zhuǎn)化。變送器輸出的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)1~5V，經(jīng)調(diào)理電路變?yōu)?～2.5V的模擬電壓信號(hào)，送至ADμC812的ADC采集子系統(tǒng)部分。1.21.2CPLDCPLD接口電路接口電路與晶閘管移相觸發(fā)與晶閘管移相觸發(fā)IPIP核復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD(ComplexProgrammab

6、leLogicDevice)，具有體積小、集成度高、速度快、成本低、設(shè)計(jì)方便、可反復(fù)編程及現(xiàn)場模擬調(diào)試等優(yōu)點(diǎn)，在自控領(lǐng)域應(yīng)用很廣。現(xiàn)今，SoC(SystemonaChip)發(fā)展迅速，隨之而來的是芯片功能越來越強(qiáng)，規(guī)模越來越大，導(dǎo)致開發(fā)周期增長，成本變高。這樣基于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)模式的IP核(IntellectualPropertyCe)復(fù)用技術(shù)便隨之產(chǎn)生，它已成為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師普遍采用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法之一，具有通用性、正確性和可移植性。因

7、此在晶閘管移相觸發(fā)中，筆者設(shè)計(jì)了移相觸發(fā)IP核。CPLD功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)邏輯電路非常容易，所以將系統(tǒng)的其他邏輯門電路在CPLD內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。由于數(shù)據(jù)總線復(fù)用，所以采用138譯碼進(jìn)行片選。74LS138的A、B、C分別接至P25、P26、P27，其輸出分別對CAN控制器、鍵盤接口擴(kuò)展芯片74LS245、1602液晶、CPLD數(shù)據(jù)口進(jìn)行片選，對應(yīng)的地址為0000H，2000H，4000H，接口電路如圖4所示，SJA1000的AD0～A

8、D7連接到ADμC812的P00～P07口CS連接到74LS138的對應(yīng)引腳上。SJA1000的RD、WR、ALE分別與ADμC812的對應(yīng)引腳相連，INT接ADμC812的中斷0。SJA1000的TX0、RX0和收發(fā)器TJA1050連接。TJA1050的CANH、CANL通過5Ω電阻后與CAN總線連接。1.41.4ADADμC812C812和在線編程接口和在線編程接口ADμC812是集成12位ADC的8052單片機(jī)。片內(nèi)有8KB程序存

9、儲(chǔ)器、640B非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和256B的片內(nèi)數(shù)據(jù)靜態(tài)存儲(chǔ)器。另外包括看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器、溫度監(jiān)測和DAC功能，為多處理器連接和IO擴(kuò)展提供了32條可編程的IO線、I2C兼容的SPI和標(biāo)準(zhǔn)UART串行口IO等。不僅如此，ADμC812具有在線下載(ISP)的功能，因而不需要任何硬件仿真器就可以對ADμC812進(jìn)行開發(fā)。這也是選擇ADμC812作為控制核心的原因之一。ADμC812具有在線編程的功能。通過標(biāo)準(zhǔn)的UART串行接口便可

10、以實(shí)現(xiàn)用戶代碼的下載。但必須將PSEN引腳通過外部電阻拉至低電平，此時(shí)，上電復(fù)位或手動(dòng)復(fù)位后，ADμC812就可以進(jìn)入編程模式，用戶可以使用AD公司的WSD.exe軟件進(jìn)行用戶代碼的下載。2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件包括單片機(jī)程序和CPLD程序兩部分。單片機(jī)程序包括初始化、數(shù)字濾波、PID運(yùn)算、LCD顯示、CAN發(fā)送等子程序。定時(shí)器中斷包括系統(tǒng)1ms定時(shí)中斷、轉(zhuǎn)速測量中斷，外中斷包括CPLD取α角中斷、CAN接收中斷。主程序流

11、程如圖5所示，初始化包括單片機(jī)寄存器、LCD、SJA1000、CPLD的初始化。進(jìn)入監(jiān)控程序后，首先進(jìn)行采樣信號(hào)滑動(dòng)平均值濾波計(jì)算，將結(jié)果送至PID運(yùn)算，獲得的α角送至緩沖區(qū)，等待CPLD取α角中斷，然后將電機(jī)運(yùn)行參數(shù)顯示，并通過CAN總線向上位機(jī)發(fā)送。CAN控制器SJA1000通過單片機(jī)外部中斷0獲得單片機(jī)的實(shí)時(shí)訪問。SJA1000的數(shù)據(jù)溢出中斷、錯(cuò)誤中斷、接收中斷都將引發(fā)單片機(jī)的外部中斷。在單片機(jī)的外部中斷子程序中首先讀出SJA10