基于atmel单片机的永磁电机电能参数测量硬件设计.doc
《基于atmel单片机的永磁电机电能参数测量硬件设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于atmel单片机的永磁电机电能参数测量硬件设计.doc(30页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、毕业设计(论文)设计(论文)题目基于ATMEL单片机的永磁电机电能参数测量硬件设计姓名:学号:学院:年级:指导教师:2目录摘要1第1章绪论3第2章AT89S51单片机构造及其控制原理简介42.1.AT89S51简介42.2.AT89S51内部结构42.3.AT89S51单片机管脚定义及功能62.4.中断系统82.5.定时器/计数器82.6.串行口82.7.CPU的工作原理8第3章三相永磁电动机输入电压和输入电流有效值的测量方法113.1.瞬时值测量方法的引出113.2.主要元件的选择113.3.硬件电路构成173.4.由瞬时值跟踪有效值的理论依据21第4章三相永磁电机功率因数及输入功率的测量方
2、法224.1.功率因数的测量方法224.2.电机输入功率的求解方法23第5章总结与致谢25参考文献2728摘要摘 要近些年来,在电力电子技术、微电子技术、电机控制理论和稀土永磁材料的快速发展下,永磁同步电机(PMSM)得以迅速的推广应用。永磁同步电动机具有体积小,损耗低,效率高等优点,在节约能源和环境保护日益受到重视的今天,对其研究就显得非常必要。而ATMEL公司生产的AT89系列单片机是目前应用最广泛的8位单片机之一,它因具有高性能、低价格、低功耗、大存储容量、指令简洁、方便易学等诸多优点而广泛应用在工业测控系统中。在电机管理中,经常需要测量其电能参数,如电压、电流、功率、功率因数等,以便对
3、其工作状态进行正确地判断和调整,以达到及时排除隐患,节约电能,提高效率的目的。本设计即是基于此方面的考虑,拟以ATMEL公司生产的单片机AT89S51为CPU,以变压器和霍尔电流传感器为强电到弱电变换的桥梁,通过快速A/D转换器AD574A配合模拟开关CD4051对瞬时的较低的电压信号进行采样转换,以采样定理为理论基础,一连串的转换数字量输入单片机统计处理后得出的结果即可准确地跟踪电压和电流的有效值。由于交变电压和电流信号有相位差,两种交变信号顺次通过过零比较器后得到的方波信号的下降沿可以被单片机识别,若利用单片机的两个外部中断源输入引脚配合片内定时器,便可较为准确地计算电压和电流信号的相位差
4、,进而求得功率因数。综合以上电压、电流有效值和功率因数的测量结果可计算出电机的输入功率和有功功率。关键词永磁电机 ATMEL 单片机 电能参量AbstractIn recent years, with the rapid development of power electronic technology, microelectronics, new type control theory of motor and permanent magnetic material of rare earth, permanent magnet synchronous motors are being r
5、apidly promoted and utilized. Permanent magnet synchronous motor has a small size, low power loss, high efficiency, and with the increasing concerns of energy saving and protection of environment in todays life, research of it is of great necessity. AT89 series microcontrollers of ATMEL Corporation
6、is one of the most widely used 8-bit microcontrollers. Its advantages of high performance, low price, low power consumption, large storage capacity, simple instructions and easy to learn make it widely used in industrial detection and control systems. In the management of motors, parameters of elect
7、ricity such as voltage, current, power, power factors are usually necessary to judge and adjust their states aiming at removing hidden dangers, saving energy and improve efficiency. This design is based on the microcontroller of AT89S51, through the transformation of the transformer, hall current se
8、nsor, A/D converter and analog switch to get the instantaneous value of AC voltage and current. According to sampling theorem, if the sampling frequency is up to two times of the signal, the sampled values which are discrete can preciously reflect the analog signal. In this way, we can calculate the
9、 effective value accurately. The existing phase difference between AC voltage and AC current leads to the formation of the power factor. If the signals of voltage and current go through the over zero comparator, there must be two square waves with time difference output which we can utilize to acces
10、s the two external interrupt entrance of AT89S51. We can handle the interrupts in routines with the timers inside the microcontroller which can easily calculate the power factor and the power input the motors.Key wordsPermanent Magnet Synchronous Motors, ATMEL, Microcontroller, Electricity parameter
11、s第1章 绪论一、 绪论本文研究的主要任务是测量三相交流永磁同步电机输入电压和输入电流的有效值、功率因数和输入功率等电能参量的方法。这其中包括几个问题:(1). 常用三相电机的输入电压为220V或380V,输入电流为几安到十几安,这么大的模拟量如何测量?(2). 功率因数是以交流电网中电压和电流之间存在的相位差决定,但是该相位差如何测定?、(3). 整个测量系统中的各类芯片如何选型?它们所需的供电电压如何保证?针对以上问题,本设计的主要研究方法可概括为:以变压器、霍尔电流传感器、电压/电流互感器、耦合电感为强电到弱电的桥梁,以A/D转换器为低压模拟量和数字量的交互通道,利用单片机进行一连串的数
12、字量的运算处理显示等相关控制。具体如下:(1). 交变电流信号只有转换为电压才能进行后续的测量,这需要用霍尔电流传感器进行相关转换,由于其阻抗很小,它的接入不会对电机的正常工作产生影响;(2). 由于各类芯片正常工作耗能都很少,因此我们可以从电网中引出交变电压自制稳压电源对它们供电;(3). 待测电压电流均为交变量,须选择具有双极性信号转换功能的A/D转换器。这里我们拟采用Analog Devices公司生产的AD574A芯片;(4). 结合精度的考虑,交变信号周期为20ms,拟采用ATMEL公司生产的AT89S51单片机作为整个系统的CPU芯片进行全面控制;(5). 如把低压交变电压和交变电
13、流信号分别引入过零比较器,输入信号就是具有一定时间间隔的方波。若用单片机的外部中断输入引脚接收来自两个方波的下降沿,配合片内定时器便可对它们的相位差进行较为准确的测量;(6). 结合电压和电流有效值、功率因数的测量结果,利用相关公式,电机的输入功率便不难求得。在后续的章节中,我们将详细介绍单片机的工作原理、电压电流有效值的测量方法及理论依据、功率因数的测量方法以及电机输入功率的计算方法。第2章 AT89S51单片机构造及其控制原理简介二、 AT89S51单片机构造及其控制原理简介本章将就本设计所采用的CPU芯片AT89S51单片机的组成、结构及引脚功能作一详细介绍,深入分析AT89S51单片机
14、的控制方法,编程方法。(一)、 AT89S51简介AT89S51是一个低功耗,高性能的CMOS 8位单片机,片内含4k字节的ISP(在系统编程)闪存只读程序存储器,可反复擦写1000次。器件采用ATMEL公司的高密度非非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令集和80C51引脚结构,芯片集成了8位通用中央处理单元和ISP闪存存储单元,被广泛应用在各种嵌入式控制系统中。其主要性能特点如下:(1) 拥有4k Bytes Flash片内程序存储器;(2) 128 bytes的随机存取数据存储器(RAM);(3) 32个外部双向输入/输出(I/O)口;(4) 5个中断优先级、2层中断嵌套中断;(5
15、) 6个中断源;(6) 2个16位可编程定时器/计数器;(7) 2个全双工串行通信口;(8) 看门狗(WDT)电路;(9) 片内振荡器和时钟电路;(10) 与MCS-51兼容;(11) 全静态工作时钟频率:0Hz-33MHz;(12) 三级程序存储器保密锁定;(13) 可编程串行通道;(14) 低功耗的闲置和掉电模式。(二)、 AT89S51内部结构图2-1为AT89C51内部结构框图。从图中我们可以看出,单片机内部不仅有CPU、RAM、ROM、定时/计数器、串行口等主要部件,还有驱动电路、锁存器、指令寄存器、地址寄存器等辅助电路。下面将就几个主要部分做一详细介绍。图 二1中央处理器(CPU)
16、:中央处理器是单片机的核心部分,是MCU的大脑和心脏,主要任务是完成操作和控制功能。AT89S51的CPU的字长为8位,一次可以处理一个字节的数据。随机存储器(RAM):这部分是用来存储变量的,掉电后消失。AT89S51的RAM大小为256字节,但是专用寄存器占用后128个字节,用户只能使用前128个字节。只读存储器(ROM):ROM用于存储程序和固定的常数,掉电后存储的数据不消失。AT89S51拥有4KB闪存,比EEPROM的更新速度更快,并可以承受约1000次的擦除重写操作。定时/计数器(Timer/Counter):AT89S51单片机提供了2个16位的加计数器,分别称为“T0”、“T1
17、”。如使用12MHz晶振,单个定时器的计时周期可以达到65.536ms,每个定时/计数器都有4种不同的工作方式,方便用户根据自身的不同需要灵活选择。并行I/O口(PORT 0-PORT 3):AT89S51单片机共有4个8位的并行I/O口,每个口都由1个驱动器和1个锁存器组成,并行I/O口主要用于实现与外部设备中数据的并行输入/输出。有些I/O口还具有其他功能。(三)、 AT89S51单片机管脚定义及功能DIP封装的AT89S51芯片共有40个引脚,如下图所示:图 二2各管脚功能定义如下:VCC:电源电压输入端。 GND:电源地。 P0口:P0口是一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8位T
18、TL门电流。第一次写1时,被定义为高阻输入。能够用于外部程序数据存储器,被定义为数据或地址的低八位。编程时,P0口作为源码输入口,校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。写入0时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。写入1后,上拉为高,可用作输入。P2口:P2口是一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收或输出4个TTL门电流,当P2口用于外部程序存储器或16位地址进行存取时,输出地址的高八位。当P2口被写1时,管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。P2口在编程和校验时接收高八位控制信
19、号和地址信号。 P3口:P3口管脚是8个带上拉电阻的双向I/O口,可接收或输出4个TTL门电流。当P3口写入1后,被拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)。P3口除了作为普通I/O口,还有其它功能: P3.0 RXD(串行输入口)P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(T0定时器的外部计数输入) P3.5 T1(T1定时器的外部计数输入) P3.6 /WR(外部数据存储器的写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器的读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号
20、。 I/O口作为输入口有两种工作方式,即读端口与读引脚。读端口时实际上并不从外部读入数据,而是把端口锁存器的内容读入到内部总线,经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器。只有读引脚时才真正地把外部的数据读入到内部总线。 RST:复位输入端,高电平有效。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 :外部程序存储器访问允许。当保持低电平时,则在此期间外部程序存储器有效,不管是否有内部程序存储器。当端保持高电平时,内部程序存储器有效。编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 :外部程序存储器的选通信号,低电平有效。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次有效。但在访问
21、外部数据存储器时,这两次有效信号将不出现。 :地址锁存允许/编程脉冲信号端。当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。在平时,ALE端以不变的频率输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。要注意的是:每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。XTAL1:片内振荡器反相放大器和时钟发生器的输入端。 XTAL2:片内振荡器反相放大器的输出端。(四)、 中断系统中断系统的主要作用是对外部或内部的中断请求进行管理,AT89S51共有5个中断源,其中2个外部中断源和,3个内部中断源(
22、2个定时计数中断和1个串行口中断)。外部中断申请通过和输入,输入方式可以是电平触发,也可以是边沿触发。两个定时器中断请求是当定时器溢出时,由硬件分别向CPU发出的,CPU响应中断后,由硬件自动清除标志位TF0或TF1。T0和T1也接收来自外部的计数中断请求。串行口每发送或接收完一个数据,可产生一次中断请求。(五)、 定时器/计数器AT89S51单片机内部有两个16位可编程定时器, T0和T1。它们的最大计数值均为216-1=65535。工作方式由指令来设置,可作为定时器或计数器使用,并且可以通过定时器方式控制寄存器TMOD来设置定时/计数的范围。定时器在计到规定的定时值时可以向CPU发出中断申
23、请,在计数状态下计到规定的数值时也可以申请中断。定时器控制寄存器TCON用来设置定时器的启动、停止和中断管理。(六)、 串行口AT89S51单片机内部有一个可编程的、全双工的串行口。由TXD端口发送数据,由RXD端口接收数据,串行数据缓冲器SBUF占用内部RAM地址99H。单片机内部实际上同时存在发送缓冲器和接收缓冲器,但两个缓冲器的名字都是SBUF。读取数据表示读取接收缓冲器SBUF中的数据,写数据,表示写数据到接收缓冲器SBUF中。收发数据都是对同一地址99H进行的。串行收发数据可以根据需要产生相应的中断请求,由串行口控制寄存器SCON设定。(七)、 CPU的工作原理CPU主要由控制器和运
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 atmel 单片机 永磁 电机 电能 参数 测量 硬件 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。