基于單片機(jī)的PWM轉(zhuǎn)DAC實(shí)現(xiàn)通用變頻器的自動控制

游乙龍（廣東省粵東高級技工學(xué)校，廣東汕頭515041）

基于單片機(jī)的PWM轉(zhuǎn)DAC實(shí)現(xiàn)通用變頻器的自動控制

游乙龍
（廣東省粵東高級技工學(xué)校，廣東汕頭515041）

提出一種基于單片機(jī)的PWM轉(zhuǎn)DAC方式，實(shí)現(xiàn)對通用變頻器的自動控制，包括啟?？刂啤㈩l率調(diào)節(jié)等，通過在SX-608D實(shí)訓(xùn)平臺上的變頻器實(shí)際運(yùn)行，取得了很好的控制效果。本設(shè)計(jì)具有成本低廉，控制小巧等優(yōu)點(diǎn)，通過簡單改進(jìn)，如增加光耦隔離等，可用以實(shí)際工業(yè)控制。

SX-608D；單片機(jī)；PWM；DAC；通用變頻器

0　引言

廣東三向教學(xué)儀器制造有限公司生產(chǎn)的SX-608D是為維修電工技師、高級技師的職業(yè)培訓(xùn)與技能鑒定而設(shè)計(jì)的，集PLC、變頻器、觸摸屏、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、傳感器、計(jì)算機(jī)及多媒體于一體的新技術(shù)、新工藝的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)訓(xùn)設(shè)備[1]。該設(shè)備是筆者學(xué)校開展維修電工高級工、技師、高級技師培訓(xùn)的主要設(shè)備之一。

眾所周知，通用變頻器的運(yùn)行方式有面板控制、外部控制、通訊控制等方式，同時頻率給定也有面板給定、模擬量給定、通訊給定等方式。筆者在使用SX-608D實(shí)訓(xùn)平臺（變頻器選用的是日本三菱公司生產(chǎn)的FR-A700系列通用高性能變頻器）開展“變頻技術(shù)”實(shí)訓(xùn)教學(xué)時，有學(xué)生提出能否用所學(xué)的單片機(jī)來對變頻器進(jìn)行控制的問題。普通單片機(jī)相對于PLC及其DA模塊，在價(jià)格上具有十分明顯的優(yōu)勢，為幫助、引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對變頻器的控制，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，筆者設(shè)計(jì)了一塊簡單的STC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板，并以此為基礎(chǔ)，并設(shè)計(jì)了“基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對變頻器的自動控制”課題，作為高技層次學(xué)生的實(shí)訓(xùn)課題。

1　控制原理

單片機(jī)選用STC生產(chǎn)的STC15F2K60S2[2]。該單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，內(nèi)部集成高精度R/C時鐘(±0.3%)，ISP編程時5MHz～35MHz寬范圍可設(shè)置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復(fù)位電路（內(nèi)部已集成高可靠復(fù)位電路，ISP編程時8級門檻電壓可選），具備3路CCP/PWM/PCA。本文就是利用單片機(jī)內(nèi)部的PWM模塊，通過外接RC濾波電路，實(shí)現(xiàn)廉價(jià)而適用的DA功能，用以對變頻器的頻率給定。相應(yīng)的控制原理如圖1所示。

圖1　控制原理圖

圖1中，使用普通I/O輸出正轉(zhuǎn)信號、反轉(zhuǎn)信號的控制信號。特別說明：正轉(zhuǎn)信號與反轉(zhuǎn)信號是互逆的，一般先關(guān)后開，避免同時打開。由于STC單片機(jī)本身并無DAC模塊，但具備了3路的CCP/PWM/PCA，通過查閱數(shù)據(jù)手冊及其他文獻(xiàn)可知，PWM可轉(zhuǎn)換為DAC，實(shí)現(xiàn)模擬電壓輸出功能[2-3]。PWM的占空比0-100%通過程序連續(xù)可調(diào)，經(jīng)過“PWM整形—RC濾波—功率放大”后，即可實(shí)現(xiàn)輸出0～5V模擬電壓，作為變頻器的電壓給定信號，從而實(shí)現(xiàn)自動調(diào)速功能。

2　控制實(shí)現(xiàn)

（1）變頻器設(shè)置

要實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制，必須合理設(shè)置變頻器相關(guān)參數(shù)[4]。同時為避免其他操作導(dǎo)致參數(shù)異常，建議在實(shí)訓(xùn)前，執(zhí)行“ALLC=1”操作，將所有參數(shù)恢復(fù)為出廠值，斷電，重新上電后設(shè)置其他相關(guān)參數(shù)設(shè)置如表1所示。設(shè)置完畢后，變頻器處于“EXT”運(yùn)行模式，面板上的“EXT”指示燈常亮，此時可通過外部控制端子實(shí)現(xiàn)對變頻器的控制。

表1　變頻器參數(shù)設(shè)置

（2）單片機(jī)程序

STC單片機(jī)的硬件PWM分辨率較低，只有8位，將0～100%的占空比分為256級，對應(yīng)數(shù)值0～255。為實(shí)現(xiàn)更高分辨率的PWM可采用軟件方式來實(shí)現(xiàn)9～16位軟件PWM[2]。本設(shè)計(jì)直接使用硬件PWM方式，用戶只有需要變更占空比時才需要對PWM模塊進(jìn)行操作，其他時候無需做任何干預(yù)，使用起來十分方便。通過對PWM信號的整形、濾波以及功率放大等操作，即將0～100%占空比化為0～5V輸出。這里只介紹幾個主要函數(shù)并給出注釋。

1）PWM模塊初始化

使用模塊0，設(shè)置為8位PWM模式，禁止中斷。詳細(xì)初始化代碼和注釋如圖2所示。

圖2　PWM初始化程序

2）PWM占空比更新

當(dāng)需要調(diào)速時，只要簡單地修改CCAP0H寄存器，當(dāng)一個PWM周期結(jié)束，可自動將CCAP0H賦值給CCAP0L，實(shí)現(xiàn)占空比的無擾更新。詳細(xì)代碼及注釋如圖3所示。

圖3　PWM更新程序

3）變頻器啟停控制

假定使用P1.0作為STF控制信號，P1.1作為STR控制信號，并且都以低電平為輸出有效。變頻器啟?？刂拼a如圖4所示。

圖4　變頻器啟停控制程序

（3）聯(lián)機(jī)調(diào)試

以正轉(zhuǎn)為例，分別測試占空比為10%、25%、50%、75%、100%等情形，變頻器均能很好地給予響應(yīng)，對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2　PWM、DA、頻率對應(yīng)關(guān)系

3　結(jié)束語

本文給出利用STC單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對變頻器的運(yùn)行控制、頻率調(diào)節(jié)，通過在SX-608D實(shí)訓(xùn)平臺上驗(yàn)證，取得了較好的控制效果。但需要特別指出的是，本設(shè)計(jì)若要改進(jìn)為實(shí)際工業(yè)控制器，必須考慮抗干擾、強(qiáng)弱電隔離保護(hù)等現(xiàn)實(shí)問題。

［1］廣東三向教學(xué)儀器制造有限公司.SX-608D使用說明書［Z］.2007.

［2］宏晶科技.STC15系列單片機(jī)數(shù)據(jù)手冊［Z］.2014.

［3］秦健.一種基于PWM的電壓輸出DAC電路設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2004（14）：81-83.

［4］三菱電機(jī)自動化（中國）有限公司.三菱通用變頻器FR-A700使用手冊：應(yīng)用篇［Z］.2007.

(編輯：向飛)

Automatic Control of General Frequency Converter Based on the PWM Output of MCU to DAC

YOU Yi-long
（Guangdong Province Yuedong Senior TechnicalSchool，Shantou515041，China）

This paper presents a PWM based on microcomputer to DACmode,to realize the automatic control of the general frequency converter,including start and stop control,frequency regulation，through the frequency converter in SX-608D training platform on the actual operation,has achieved a good control effect.This design has the advantages of low cost,controlcabinetand so on.Through simple improvement,such as increasing theoptocoupler isolation，it isavailable to theactual industrial control.

SX-608D；MCU；PWM；DAC；general frequency converter

TP368

A

1009－9492(2015)06－0090－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.06.023

2015－01－12

游乙龍，男，1980年生，福建平和人，碩士，講師/高級技師。研究領(lǐng)域：單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)，職業(yè)教育。已發(fā)表論文3篇。