基于单片机的PWM转DAC实现通用变频器的自动控制

游乙龙（广东省粤东高级技工学校，广东汕头515041）

基于单片机的PWM转DAC实现通用变频器的自动控制

游乙龙
（广东省粤东高级技工学校，广东汕头515041）

提出一种基于单片机的PWM转DAC方式，实现对通用变频器的自动控制，包括启停控制、频率调节等，通过在SX-608D实训平台上的变频器实际运行，取得了很好的控制效果。本设计具有成本低廉，控制小巧等优点，通过简单改进，如增加光耦隔离等，可用以实际工业控制。

SX-608D；单片机；PWM；DAC；通用变频器

0　引言

广东三向教学仪器制造有限公司生产的SX-608D是为维修电工技师、高级技师的职业培训与技能鉴定而设计的，集PLC、变频器、触摸屏、工业网络、传感器、计算机及多媒体于一体的新技术、新工艺的标准化实训设备[1]。该设备是笔者学校开展维修电工高级工、技师、高级技师培训的主要设备之一。

众所周知，通用变频器的运行方式有面板控制、外部控制、通讯控制等方式，同时频率给定也有面板给定、模拟量给定、通讯给定等方式。笔者在使用SX-608D实训平台（变频器选用的是日本三菱公司生产的FR-A700系列通用高性能变频器）开展“变频技术”实训教学时，有学生提出能否用所学的单片机来对变频器进行控制的问题。普通单片机相对于PLC及其DA模块，在价格上具有十分明显的优势，为帮助、引导学生实现单片机对变频器的控制，激发其学习兴趣，笔者设计了一块简单的STC单片机实验板，并以此为基础，并设计了“基于单片机实现对变频器的自动控制”课题，作为高技层次学生的实训课题。

1　控制原理

单片机选用STC生产的STC15F2K60S2[2]。该单片机是STC生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，内部集成高精度R/C时钟(±0.3%)，ISP编程时5MHz～35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路（内部已集成高可靠复位电路，ISP编程时8级门槛电压可选），具备3路CCP/PWM/PCA。本文就是利用单片机内部的PWM模块，通过外接RC滤波电路，实现廉价而适用的DA功能，用以对变频器的频率给定。相应的控制原理如图1所示。

图1　控制原理图

图1中，使用普通I/O输出正转信号、反转信号的控制信号。特别说明：正转信号与反转信号是互逆的，一般先关后开，避免同时打开。由于STC单片机本身并无DAC模块，但具备了3路的CCP/PWM/PCA，通过查阅数据手册及其他文献可知，PWM可转换为DAC，实现模拟电压输出功能[2-3]。PWM的占空比0-100%通过程序连续可调，经过“PWM整形—RC滤波—功率放大”后，即可实现输出0～5V模拟电压，作为变频器的电压给定信号，从而实现自动调速功能。

2　控制实现

（1）变频器设置

要实现对变频器的控制，必须合理设置变频器相关参数[4]。同时为避免其他操作导致参数异常，建议在实训前，执行“ALLC=1”操作，将所有参数恢复为出厂值，断电，重新上电后设置其他相关参数设置如表1所示。设置完毕后，变频器处于“EXT”运行模式，面板上的“EXT”指示灯常亮，此时可通过外部控制端子实现对变频器的控制。

表1　变频器参数设置

（2）单片机程序

STC单片机的硬件PWM分辨率较低，只有8位，将0～100%的占空比分为256级，对应数值0～255。为实现更高分辨率的PWM可采用软件方式来实现9～16位软件PWM[2]。本设计直接使用硬件PWM方式，用户只有需要变更占空比时才需要对PWM模块进行操作，其他时候无需做任何干预，使用起来十分方便。通过对PWM信号的整形、滤波以及功率放大等操作，即将0～100%占空比化为0～5V输出。这里只介绍几个主要函数并给出注释。

1）PWM模块初始化

使用模块0，设置为8位PWM模式，禁止中断。详细初始化代码和注释如图2所示。

图2　PWM初始化程序

2）PWM占空比更新

当需要调速时，只要简单地修改CCAP0H寄存器，当一个PWM周期结束，可自动将CCAP0H赋值给CCAP0L，实现占空比的无扰更新。详细代码及注释如图3所示。

图3　PWM更新程序

3）变频器启停控制

假定使用P1.0作为STF控制信号，P1.1作为STR控制信号，并且都以低电平为输出有效。变频器启停控制代码如图4所示。

图4　变频器启停控制程序

（3）联机调试

以正转为例，分别测试占空比为10%、25%、50%、75%、100%等情形，变频器均能很好地给予响应，对应关系如表2所示。

表2　PWM、DA、频率对应关系

3　结束语

本文给出利用STC单片机实现对变频器的运行控制、频率调节，通过在SX-608D实训平台上验证，取得了较好的控制效果。但需要特别指出的是，本设计若要改进为实际工业控制器，必须考虑抗干扰、强弱电隔离保护等现实问题。

［1］广东三向教学仪器制造有限公司.SX-608D使用说明书［Z］.2007.

［2］宏晶科技.STC15系列单片机数据手册［Z］.2014.

［3］秦健.一种基于PWM的电压输出DAC电路设计［J］.现代电子技术，2004（14）：81-83.

［4］三菱电机自动化（中国）有限公司.三菱通用变频器FR-A700使用手册：应用篇［Z］.2007.

(编辑：向飞)

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

游乙龙，男，1980年生，福建平和人，硕士，讲师/高级技师。研究领域：单片机应用技术，职业教育。已发表论文3篇。