基于單片機的PWM轉DAC實現通用變頻器的自動控制

游乙龍（廣東省粵東高級技工學校，廣東汕頭515041）

基于單片機的PWM轉DAC實現通用變頻器的自動控制

游乙龍
（廣東省粵東高級技工學校，廣東汕頭515041）

提出一種基于單片機的PWM轉DAC方式，實現對通用變頻器的自動控制，包括啟?？刂啤㈩l率調節等，通過在SX-608D實訓平臺上的變頻器實際運行，取得了很好的控制效果。本設計具有成本低廉，控制小巧等優點，通過簡單改進，如增加光耦隔離等，可用以實際工業控制。

SX-608D；單片機；PWM；DAC；通用變頻器

0　引言

廣東三向教學儀器制造有限公司生產的SX-608D是為維修電工技師、高級技師的職業培訓與技能鑒定而設計的，集PLC、變頻器、觸摸屏、工業網絡、傳感器、計算機及多媒體于一體的新技術、新工藝的標準化實訓設備[1]。該設備是筆者學校開展維修電工高級工、技師、高級技師培訓的主要設備之一。

眾所周知，通用變頻器的運行方式有面板控制、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實訓平臺（變頻器選用的是日本三菱公司生產的FR-A700系列通用高性能變頻器）開展“變頻技術”實訓教學時，有學生提出能否用所學的單片機來對變頻器進行控制的問題。普通單片機相對于PLC及其DA模塊，在價格上具有十分明顯的優勢，為幫助、引導學生實現單片機對變頻器的控制，激發其學習興趣，筆者設計了一塊簡單的STC單片機實驗板，并以此為基礎，并設計了“基于單片機實現對變頻器的自動控制”課題，作為高技層次學生的實訓課題。

1　控制原理

單片機選用STC生產的STC15F2K60S2[2]。該單片機是STC生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，內部集成高精度R/C時鐘(±0.3%)，ISP編程時5MHz～35MHz寬范圍可設置，可徹底省掉外部昂貴的晶振和外部復位電路（內部已集成高可靠復位電路，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內部的PWM模塊，通過外接RC濾波電路，實現廉價而適用的DA功能，用以對變頻器的頻率給定。相應的控制原理如圖1所示。

圖1　控制原理圖

圖1中，使用普通I/O輸出正轉信號、反轉信號的控制信號。特別說明：正轉信號與反轉信號是互逆的，一般先關后開，避免同時打開。由于STC單片機本身并無DAC模塊，但具備了3路的CCP/PWM/PCA，通過查閱數據手冊及其他文獻可知，PWM可轉換為DAC，實現模擬電壓輸出功能[2-3]。PWM的占空比0-100%通過程序連續可調，經過“PWM整形—RC濾波—功率放大”后，即可實現輸出0～5V模擬電壓，作為變頻器的電壓給定信號，從而實現自動調速功能。

2　控制實現

（1）變頻器設置

要實現對變頻器的控制，必須合理設置變頻器相關參數[4]。同時為避免其他操作導致參數異常，建議在實訓前，執行“ALLC=1”操作，將所有參數恢復為出廠值，斷電，重新上電后設置其他相關參數設置如表1所示。設置完畢后，變頻器處于“EXT”運行模式，面板上的“EXT”指示燈常亮，此時可通過外部控制端子實現對變頻器的控制。

表1　變頻器參數設置

（2）單片機程序

STC單片機的硬件PWM分辨率較低，只有8位，將0～100%的占空比分為256級，對應數值0～255。為實現更高分辨率的PWM可采用軟件方式來實現9～16位軟件PWM[2]。本設計直接使用硬件PWM方式，用戶只有需要變更占空比時才需要對PWM模塊進行操作，其他時候無需做任何干預，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并給出注釋。

1）PWM模塊初始化

使用模塊0，設置為8位PWM模式，禁止中斷。詳細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

當需要調速時，只要簡單地修改CCAP0H寄存器，當一個PWM周期結束，可自動將CCAP0H賦值給CCAP0L，實現占空比的無擾更新。詳細代碼及注釋如圖3所示。

圖3　PWM更新程序

3）變頻器啟?？刂?/p>

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?？刂瞥绦?/p>

（3）聯機調試

以正轉為例，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，對應關系如表2所示。

表2　PWM、DA、頻率對應關系

3　結束語

本文給出利用STC單片機實現對變頻器的運行控制、頻率調節，通過在SX-608D實訓平臺上驗證，取得了較好的控制效果。但需要特別指出的是，本設計若要改進為實際工業控制器，必須考慮抗干擾、強弱電隔離保護等現實問題。

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

［2］宏晶科技.STC15系列單片機數據手冊［Z］.2014.

［3］秦健.一種基于PWM的電壓輸出DAC電路設計［J］.現代電子技術，2004（14）：81-83.

［4］三菱電機自動化（中國）有限公司.三菱通用變頻器FR-A700使用手冊：應用篇［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。研究領域：單片機應用技術，職業教育。已發表論文3篇。