單片機的應用舉例

廣東理工學院電氣工程系 宮占霞 吳 瓊

單片機的應用舉例

廣東理工學院電氣工程系 宮占霞 吳 瓊

針對單片機這門課程,使用單片機實現一些基本的控制功能。本文根據正弦脈寬調制的原理,使用單片機實現脈寬調制,應用于卷揚機變頻調速器的設計當中。從硬件方面對單片機進行詳細綜述,介紹了單片機的型號及各引腳的配置和單片機最小系統(tǒng)結構圖。通過硬件的精確選擇,使整個系統(tǒng)操作簡單,可靠性高,能量損耗降低,以及性價比高等優(yōu)點。

單片機;卷揚機;最小系統(tǒng)結構圖;硬件原理圖

1.引言

單片機作為電氣自動化、電子信息及通信工程等專業(yè)的一門核心課程,書本上僅介紹了一些如何使用單片機引腳及其程序和簡單的運用單片機實現控制的小電路模型。學生通常會對今后如何使用單片機設計一個完整應用的案例產生疑惑,此處以使用單片機設計卷揚機變頻調速器為例,進行整體的介紹。

首先,單片機選型以80C51為例,80C51的各個引腳及其功能可從說明書上查得,資料多,便于同學們使用。

其次,卷揚機是一種提升機械設備,由于它的恒轉矩位能負載特性,啟動時的力矩比較大。卷揚機很少情況下能再次產生能量,因為它的大部分的工作狀態(tài)是電動的,變頻器要滿足重車在下降時再次制動,能夠穩(wěn)定的下降,就需要接入一個制動單元,同時還要接入一個制動電阻。這是一種高效的而且十分節(jié)能的變頻調速方法。由于處于電動狀態(tài),所以它的節(jié)能效果很好,還可以產生不錯的經濟效益[1]。

卷揚機的電控系統(tǒng)在很大程度上使用的控制方式是在回路中串接電阻調節(jié),串電阻調速有很多缺點:例其調速范圍小,速度突變,不穩(wěn)定,而且大部分電能消耗在電阻器上等。變頻調速器的引入改善了很多性能。應用變頻調速,調速范圍寬了,并且呈現了無極調速,系統(tǒng)運作起來更加穩(wěn)定了,大大減少了故障發(fā)生的幾率;使用壽命相對延長[2]。

2.硬件設計

設計一個應用單片機的控制系統(tǒng)包括硬件部分和軟件部分,硬件部分可以使用Aultium Designer軟件進行設計,軟件則使用C語言、C++或匯編語言進行編程實現。本文主要介紹硬件部分。

2.1 單片機的引腳配置

51單片機使用的是雙列直插試封裝。其中有兩個引腳為電源引腳,還有很多雙功能引腳,并且擁有地址數據分時復用引腳。[3]

(1)主電源引腳VSS和VCC在正常操作時接在+5VVCC電源上;而VSS則接0V,即接地。

(2)外接晶體引腳XTAL1和XTAL2,XTAL1與XTAL2分別連接外部晶體的兩個引腳,構成片內振蕩器的輸入端。

(3)RST為復位輸入端。當此引腳保持兩個周期以上有效信號時,及進行復位。

(7)輸入輸出引腳。

P0:作為地址和數據總線分時復用的引腳,能驅動8個TTL負載。

P1:作為輸入低位字節(jié)地址,能驅動4個TTL負載。

P2:作為接受高位字節(jié)地址,能驅動4個TTL負載。

P3:作為I/O接口和第二引腳功能,能驅動4個TTL負載。

2.2 單片機最小系統(tǒng)設計

80C51單片機最小系統(tǒng)如圖1所示。單片機外接有一個12MHZ晶振,手動復位電路,兩個容值為30pF的電容,當訪問外部ROM使能引腳,引腳接高電平,若接低電平,系統(tǒng)訪問外部ROM。 P1口用于擴展接口,與8255芯片連接,其他P口部分用于連接SA4828芯片用以控制。最小系統(tǒng)中的復位電路的作用是當系統(tǒng)出故障時使80C51單片機狀態(tài)恢復到初始化。例如由于人為錯誤或程序出錯導致系統(tǒng)停止工作,這時就需要給單片機的復位引腳加上高電平并且維持兩個周期以上來完成復位操作。

圖1 單片機最小系統(tǒng)圖

2.3 單片機應用原理圖設計

控制芯片選用80C51單片機作為主要控制部件,單片機與SPWM波形發(fā)生器連接,通過智能功率模塊進行功率放大等控制,進而對電機進行變頻調速控制。采用LED模塊顯示,利用獨立鍵盤作為輸入端,使用壓電式蜂鳴器作為報警電路,PM10CSJ060為逆變放大模塊,電路中還加入了隔離驅動放大器件,減少了外部干擾的影響,設計中還加有電流檢測和速度檢測電路,使整個系統(tǒng)運行起來更加安全可靠,更加穩(wěn)定。

通過調節(jié)滑動變阻器,或者按鍵,設定速度,使卷揚機從零運行到所設定的速度,通過數碼管顯示當前速度。當給定的速度與當前速度比較,得到偏差時,通過PID控制器,進行調節(jié)。

硬件原理圖設計如圖2所示。

3.結論

本文主要介紹了單片機在實際工程中的應用舉例,不局限于書本上的微型電路的設計。結合卷揚機的機械特性,運用單片機來實現變頻調速,實現無級調速、成本降低、耗能少等優(yōu)點。單片機可以實現很多功能,在學習單片機時,可以運用學到的電路知識來設計單片機電路實現一定的功能,進而對其進行編程實現控制功能。為了更好觀察設計電路的控制效果,可以使用仿真軟件進行仿真。

圖2 硬件原理圖

[1]趙梅花,楊奎民。變頻調速技術節(jié)能應用的研究[J]。機電產品開發(fā)與創(chuàng)新,2008,2008(04)。

[2]方連眾,張志彬,翟德陽,翟淑霞?；趩纹瑱C的變頻調速系統(tǒng)網絡控制研究[J]。電測量技術,2009,34(3):125-128.

[3]李璞,郭敏。單片機的應用與發(fā)展[J]。中國校外教育,2010,2010(S1)。

圖4 角色轉換之后的零數據丟失保護

4 結論

ADG遠程同步可將零數據丟失保護擴展至位于主數據庫任意距離的備用數據庫,解決了主數據庫性能和數據保護上的沖突問題。與其它遠距離數據保護和可用性解決方案相比,ADG 遠程同步技術成熟、復雜性最小和成本最低。利用遠程同步無需執(zhí)行任何其他過程,即可跨廣域網執(zhí)行零數據丟失故障切換。

參考文獻

[1]董華。一種基于主機系統(tǒng)的零數據丟失的金融容災設計方案[J]。吉林大學,2006.

[2]喬奇臻:遠程同步共享數據。網管員世界,2007.

[3]朱健,王盛明,盧秉亮?；趯崟r數據庫的實時數據處理研究[J]。微處理機,2010.

作者簡介:

薛雁丹,女,講師,研究方向:計算機科學與技術。

宮占霞(1989-),女,黑龍江哈爾濱人,碩士研究生,助教,研究方向:控制理論與控制工程。

吳瓊(1989-),女,黑龍江齊齊哈爾人,碩士研究生,助教,研究方向:控制理論與控制工程。