基于80C196KC微控制器的晶閘管整流裝置數字控制器的設計
發布時間：2010-12-8 12:11
發布者：techshare
|
冶金、化工、電力行業中廣泛采用了晶閘管可控整流裝置。在這些裝置中通過控制晶閘管的導通角來改變電壓或電流，并實現穩流控制。這類裝置大多采用模擬裝置來實現觸發和穩流，其硬件電路復雜，調試困難，不適應現代迅速發展并大量采用的集散型控制系統（簡稱DCS）的需要。我國現有的數字觸發裝置大多采用51系列單片機構成，由于受51系列單片機的運行速度和性能的限制，無法將三相同步信號都檢測出來，運算速度也不夠快，因此，控制精度和實時性均不理想，同內還沒有性能很可靠的產品。本文介紹的數字觸發裝置采用先進的微控制器80C196KC構成。80C196KC運行速度快（比51系列產品快近十倍），而且它的一些功能對于構成數字觸發裝置非常實用。第一，它擁有的六個高速輸出口剛好用來發生整流裝置所需要的六相觸發脈沖,電流反饋、PID控制及觸發脈沖的移相由軟件來實現，不需要其他移相電路，從而大大簡化了硬件電路；第二，它的兩個高速口，可以將三相同步信號都檢測出來。而已有的基于51系列單片機的數字觸發裝置只采用了單相或兩相同步，其它相是依靠推算來確定同步信號到來的時間，所以控制精度和控制的實時性都不夠理想�；�80C196KC微控制器的系統克服了已有系統的不足，大大改善了系統的整體性能。 1 系統結構 80C196KC單片微控制器控制的晶閘管可控整流系統框圖如圖1所示。圖中虛線框內為單片機所完成的工作。 (1) CPU主電路 由80C196KC為主組成的CPU電路包括程序存儲器（EPROM）電路數據存儲器（RAM）電路、總線及讀寫控制電路以及CPU的時鐘電路、復位電路等，在此不再詳述。 (2) 同步信號電路 80C196KC的四個高速輸入／高速輸出復用口中的兩個用作輸出口后，就只剩下兩個高速輸入口可用來作同步信號檢測。也就是說，用高速輸入口只能檢測到兩相同步信號。利用80C196KC的新功能，可以檢測剩下的一相同步信號。80C196KC的計時器T2可采用內部時鐘即與T1為同一時鐘，同時T2信號捕獲口可將信號的上升沿發生時間記錄下來。利用這項功能可將另一相同步信號檢測出來。 同步信號的獲取是將Uab、Ubc、Uca三路線電壓經過光電隔離、濾波整形，獲得三路同步脈沖。將其中兩路脈沖送到80C196KC的高速輸入口，高速輸入口將這兩路信號的正、負跳變的發生及發生時間記錄在HIS的FIFO隊列寄存器中。由于T2捕獲口只能捕獲信號的上升沿發生時間，所以另一路同步信號需同時兩個單穩觸發器處理，分別將信號的上升沿和下降沿都轉化為一個上跳變信號后送到T2信號捕獲口，該口將信號發生的時間記錄在T2CAPTURE寄存器中，經CPU識別相序后，根據控制要求將相應的觸發脈沖的發生及發生時間寫入高速輸出口的保持寄存器中，在觸發時間到來后，高速輸出口會自動產生6路觸發脈沖，而無需CPU的干涉。 (3) A／D采樣電路 80C196KC有內嵌的10位A／D轉換器，但10位的A／D轉換器的精度只有千分之一,不能滿足該系統的要求。雖然可以通過外接一些高精度的電阻來完成12位的A／D轉換,但其可靠程度仍然不高。所以，本系統采用外接的12位A／D轉換器AD1674。在AD1674與80C196連接時，其時序匹配問題需要注意。當采用16MHz的時鐘源時，80C196KC的時鐘周期只有125ns，而AD1674的運行速度相對而言比較慢，其使能信號、片選信號及讀／轉換信號的有效寬度都在300ns以上，為了使它們的時序匹配，要將AD1674的片選信號與80C196的就緒控制端READY相連，并在80C196KC的芯片控制字CCR中寫入等待周期,得CPU在對AD1674進行操作時加上等待周期，從而兩者時序相匹配。在此系統中需要轉換的信號有給定和反饋電流，單片機通過控制一模擬開關選擇需要轉換的多路信號中的一個。 (4) 鍵盤控制與顯示電路 為了進行人機對話，實現系統的在線控制，并將電流反饋值實時顯示出來，采用專用的8279接口芯片，配6位LED顯示器。需要改變一些設定值時，可以通過按鍵來實現。當CPU接受到有鍵按下的信息后，就轉出相應的處理程序。電流反饋值也在LED上實時顯示出來。 (5) 隔離驅動電路 從80C196KC的高速輸出口輸出的六相脈沖需要經過隔離、放大后輸出才能驅動晶閘管。在此不再詳述。 2 軟件技術 系統軟件由一個主程序和兩個中斷子程序組成。主程序框圖見圖2。 (1) 數字觸發大多應用在大功率條件下，其工作電流達十萬安培，因此，系統初始化后，為了減小啟動電流對設備及電網的影響，應將工作電流從零逐步增加至給定電流（開環狀態下）。系統啟動的軟件模塊就是完成該工作。 (2) 開HSI和T2捕獲中斷中斷后，系統允許處理HSI和T2捕獲中斷，得到所需要的同步信號的信息。要讓HSO的引腳上輸出要求的觸發脈沖，應在HSO－CAM中寫入脈沖的上升沿時間和下降沿時間，該系統采用雙窄脈沖觸發，脈沖寬度為18度。HSO－CAM中可同時保存八個事件，每次同步信號到來時，只需向其中寫入兩個事件，而每個同步信號相距約60度，觸發角度在0～120度，因此,在第四個同步信號到來之前,HSO－C AM中的事件最少已經發生了兩個，因此，事件可以及時寫入。在HIS中斷程序中，先將同步信號到來的狀態（正跳變還是負跳變）和時間讀出來，再向HSO－CAM中寫入相應的事件；而在T2捕獲中斷程序中，還需先判斷相序�！� (3) 待機狀態是80C196系列產品的一種特殊的節電工作方式。在這種方式下，CPU停止工作，CPU時鐘被凍結在邏輯零狀態，但外設時鐘繼續工作。當中斷信號到來時 ,CPU退出待機工作方式，進入中斷服務程序。中斷服務程序的返回地址為鍵盤查詢,之后進入采樣程序模塊，這樣一來，就保證了在兩次同步信號之間進行一次采樣和PID計算。 3 結 論 采用80C196KC構成的該系統由于其運算速度很快，采樣、PID運算及顯示全部程序可在兩次同步信號之間完成（本文所涉及的該段程序全部運行只需2．5ms左右），而且每個同步信號均被采集到了。因此，每次同步信號到來之后，在中斷程序中都可按最新的電流反饋數據改寫觸發脈沖發生的時間，所以，該系統的控制精度和實時性幾乎可以與模擬系統相比。 |
網友評論