一种基于8031单片机

摘要：采用单片机８０３１，定时器／计数器８２５４，ＨＥＦ４７５２等器件设计了ＳＰＷＭ变频调速系统，并对系统的工作原理，系统能达到的功能及其设计的方法进行了讨论。

关键词：变频;调速; ＳＰＷＭ; 逆变器; 频率; 电动机

１系统组成与主电路简介

(１)主电路：由三相桥式整流器、滤波器、三相逆变器及电流传感器ＩＥＭ组成三相交流电源经三相桥式整流后，得到脉动直流电压再经电容器Ｃ１，Ｃ２和均压电阻Ｒ１，Ｂ２组成储能滤波后，获得直流电压作为三相桥式逆变器的直流电源Ｖｄｃ。

ＳＰＷＭ驱动信号驱动逆变器的ＧＴＲ，逆变器输出频率电可调的三相ＳＰＷＭ波电压作为异步电动机的电源实现变压变频调速，在本设计中频率变化０－５０Ｈｚ对额定功率７．５Ｗ的异步电机供电。电动机为三角形或星形接法额定电压２２０Ｖ／３８０Ｖ，额定电流２２．４ｖ／１７Ａ，过载能力＝２。

无滤波电容时Ｖｄｃ＝１．３５?觹３８０＝５１３Ｖ加滤波电容时Ｖｄｃ＝１．４１?觹３８０＝５３７Ｖ考虑电网波动＋或－０．１，Ｖ，ｄｌ＝５１９Ｖ在这种情况下，如果再出现电动机再生制动，则直流电压Ｖｄｃ＞５９１Ｖ，如果直流电压高于５１９Ｖ则直动电阻接通维持电压低于５１９Ｖ,电动机在星形接法时最大过载电流为３４Ａ采用ＨＥＦ４７５２产生ＰＷＭ。要求逆变器的开关频率在６７５ＨＺ－１０００Ｈｚ之间，由上计算：三相桥式整流器选用ＲＭ２

０７Ａ－２Ｈ功率整流模块，输出直流电流额定值为４０Ａ，重复峰值反压Ｖｒｒｍ为１６００Ｖ。逆变器为２单元ＧＴＲ模块ＱＭ５０Ｄｙ－２Ｈ电流５０ＡＶｃｅｘ为１０００Ｖ，滤波电容器的选择。理论上电容器的值越大越好直流电压Ｖｄｃ越平稳但容量大，体积大价格高、综合考虑选用两个２２００ｕＦ，若在电容两端的电阻Ｒ１Ｒ２各为２０Ｋ起均起作用。同时电源关断。起了电容器放电回路的作用。

（２）系统框图略可向作者索取。

２逆变器触发模块设计

本触发模块考虑使用８０３１单片机作为中央单元，于８２５３型１６位可编程计数器／定时器８２５５可编程ＲＡＭ扩展器及ＥＰＲＯＭ待组成ＨＥＦ４７５２Ｖ的支持电路，如图所示。８０３１主要完成控制工作，并向８２５３送时间常数、控制字。８２５３分别产生ＨＥＦ４７５２所需要的Ｆｆｃｔ、ｆｖｃｔ、ｆｏｃｔ、和ｆｒｃｔ。８２５５用于键盘输入和数码管显示。

控制系统采取开环控制，对于输出进度要求不高的系统，开环控制就够了。特别是使用了ＰＷＭＩＣ，采用开环控制，使系统的硬件、软件设计均很简单，而且本系统还可以完成一些保护，检测功能，系统最后输出的鞋波次数很高，很容易率掉，因此，本触发模块具有很大的使用价值。

ＨＥＦ４７５２Ｖ各端口的连接ＨＥＦ４７２Ｖ的三个时钟输入、有

８２５３的三个计数器给出，计数器“０”的输出端，接到ＨＥＦ４７５２Ｖ的ＦＣＴ时钟输入端，计数器“１”的输出端，接到ＨＥＦ４７５２Ｖ的ＯＣＴ和ＲＣＴ时钟输入端（以经济考虑，让ＯＣＴ频率等于ＲＣＴ频率）；计数器“２”的输出端杰到ＨＥＦ４７５２Ｖ的ＶＣＴ时钟输入端。

三个控制输入ｕ、ｖ、ｗ是为了生产器件做试验用的，在通常操作期间不用，因此把他们均接到数字地上。

相叙输入ＣＷ用来控制输出电压的相序，ＣＷ置高电平，相序为Ｕ、Ｖ、Ｗ，是正序，ＣＷ置低电平，相序为Ｗ、Ｖ、Ｕ是负序。把８０３１的Ｐ１．４铜ＣＷ输入端相连，就可以利用软件来选择相序。控制输入Ｉ的功能是决定逆变器的驱动输出是用于晶体管模式，还是晶闸管模式。控制输入Ｉ（脚２５）的输入端接到８０３１的Ｐ１．５端，利用软件来选择是工作于晶体管模式还是工作于晶闸管模式。控制输入Ｌ用来控制启动和停止，控制Ｌ的输入端接到８０３１的Ｐ１．３端。Ｌ的高低电平也利用软件程序来选择。

在晶体管模式下Ｌ置低电平时，所有的主输出和换相输出全被封锁；而Ｌ置高电平时，解除封锁。Ｌ的功能仅是封锁输出，所以当Ｌ置低电平时，产生输出信号的内部电平仍然继续运行。

１、８０３１寄存器结构

８０３１内有多种专用寄存器。专用寄存器主要用于表示当前要执行的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等等。

①程序计数器

程序计数器ＰＣ是一个二进制１６位的程序地址寄存器，专用来存放下一条需要执行指令的内存地址，当一个指令码被取出执行后，ＰＣ自动加１，以执行下一条指令。

８０３１的ＰＣ的寻址范围是００００Ｈ－ＦＦＦＦＨ，共６４ＫＢ。

②累加器Ａ(Ａｃｃｕｍｕｌａｆｏｒ)

累加器Ａ又记作ＡＣＣ，用来存放８位操作数与运算结果。

③通用寄存器Ｂ(ＧｅｎｅｒａｌＰｕｒｐｏｓｅＲｅｇｉｓｔｅｒ) 通用寄存器Ｂ是专门为乘、除法设置的寄存器，也是个二进制的８位寄存器，由８个触发器组成，当用于乘法或除法前，用来存放乘数或除数，在乘法或除法完成后用于存放乘积的高８位或除法的余数。

④状态寄存器ＰＳＷ(ＰｒｏｇｒａｍＳｔａｔｕｓｗｏｒｄ)

ＰＳＷ是一个８位标志寄存器，用来存放执行指令后的有关状态。ＰＳＷ通常是在指令执行后自动形成的，但同时也可以根据用户需要来加以改变。

⑤堆栈指针ＳＰ(ＳｔａｃｋＰｏｉｎｔｅｒ)

ＳＰ是一个８位寄存器，能自动加１或减１，专门用来存放堆栈的栈顶地址。它遵守“先进先出”或“后进后出”的规律。我们用ＰＵＳＨ与ＰＯＰ命令来控制堆栈和出栈。８０３１片内ＲＡＭ共有１２８字节，寻址范围为０００Ｈ－７ＦＨ，在这个区域的任何子域都可以用作堆栈区。栈底地址是不变的，而栈顶地址是变化的。当堆栈的数据越多，栈项地址越往ＲＡＭ后走。在程序设计时应主动给可能的堆栈区空出若干区间。要考虑堆栈的位置，以免与部分数据发生冲突。

⑥数据指针ＤＰＴＲ(ＤａｔａＰｏｉｎｔｅｒ)

ＤＰＴＲ是一个１６位的寄存器。ＤＰＴＲ可以用来存放片内ＲＯＭ的地址，也可以存放片外ＲＯＭ的地址和片外ＲＡＭ的地址。

２、８０３１存储器结构

(１) 片内ＲＯＭ存储器

８０３１内部没有ＲＯＭ存储器。因此只能用片外ＲＯＭ。

(２) 片内ＲＡＭ存储器

８０３１片内ＲＡＭ又称数据存储器。８０３１片内有１２８字节的片内ＲＡＭ，地址范围是ＯＯＨ－７ＦＨ。片内ＲＡＭ分为工作寄存器区、位寻址区和便笺区。

● 工作寄存器区(００Ｈ－１ＦＨ)

这３２个ＲＡＭ单元共分为四组，每组占８个ＲＡＭ单元，分别用代号ＲＯ－Ｒ７表示。由ＰＳＷ中的ＲＳ１与ＲＳＯ的状态决定工作在何组。

● 位寻址区(２０Ｈ－２ＦＨ)

这１６个ＲＡＭ单元具有位寻址功能。操作方便（表略）。

● 便笺区(３０Ｈ－７ＦＨ)

便笺区共有８０个ＲＡＭ单元，用于用户存放数据和堆栈。

（３）特殊功能寄存器ＳＦＲ(ＳｐｅｃｉａｌＦｕｎｃｔｉｏｎＲｅｇｉｓｔｅｒ)

８０３１的ＳＦＲ有２１个，如表略可向作者索取。带?觹号的是表示可以位操作的寄存器。