1、I摘要本文首先在对该系统的整体结构、控制方案和各部分功能实现的方法进行了详细分析，并设计出该系统的硬件电路。其中硬件电路包括主电路和控制电路，在控制电路中以 ARM(LPC2148)控制器为核心，通过键盘的给定频率并由LPC2148 控制智能模块 SA4828 产生可调频率的 SPWM 方波,并通过 SPWM 控制技术对交流电机实现恒压频比控制，并用数码管对当前频率进行实时显示。主电路包括整流、滤波和逆变电路。为了三相交流异步电动机的可靠性，还设计了软启动电路、过欠压、过热、过流保护电路。使设计的可靠性得到了提高。在软件设计中，采用通用的模块化设计方式，编写了三相交流异步电动机调速程序，并且使
2、用 C 语言进行程序，在 ADS(ARM Developer Suite)开发环境下编译、链接、运行通过。 论文的创新点在于将 ARM 嵌入式微处理器作为控制核心结构简单、可靠易行。相对于传统交流调速，该系统采用全数字式控制方式，极大地提高了系统的实时性能。关键词:ARM 变频调速 智能功率模块 恒压频比控制 SPWMIIAbstractIn this paper，first The whole structure and control scheme of the system, realization methods for all Parts have been analyzed in
3、detail, then, the feasibility of design is demonstrated, and hardware circuit is designed. The system hardware circuit is composed of the power circuit and control circuit ,the control circuit uses LPC2148 as its core，the frequency is given with keyset , the LPC2148 control intelligent module SA4824
4、 ,and can generate a variable SPWM wave, this system use SPWM Technology to realize constant U/f Control of AC motor, and displays frequency at present with LED The Power circuit includes rectification，filtering and inverter. In order to improve reliability of three Phase AC asynchronous motor, the
5、paper also designed soft start circuit and other protect circuits such as the undervoltage and overvoltage, the too overheated and the output flow. So that the reliability of the design has been enhanced.Software is designed the process ,the speed-adjusted program of three Phase AC asynchronous moto
6、r control system has been Written with C language，compiled, linked and run in ADS(ARM Developer Suite) environment successfully .The innovation of this paper consists in its simplicity and reliability using ARM embedded microprocessor as the kernel .Relative to traditional Variable speed ,this syste
7、m adopts digital control, and promotes the performance and anti-jamming Keywords ARM， variable frequency variable speed，U/f control method，SPWMIII目录摘 要 IAbstract .II第 1 章 绪 论 11.1 电机调速发展现况和趋势 11.2 电力电子技术的发展现况和趋势 21.3 国内外交流调速现状 31.3.1 国外现状 31.3.2 国内现状 31.4 本论文的研究内容 4第 2 章 主 电 路 设 计 62.1 主电路原理图 .62.2
8、输入整流滤波电路的设计 .72.2.1 EMI 滤波电路 72.2.2 输入整流电路 .72.2.3 输入滤波电容容量的计算 .82.2.4 电源指示灯 102.3 逆变电路的设计 102.3.1 主功率管 IGBT 的容量计算 102.3.2 续流电路 112.3.3 吸收电路 112.3.4 制动电阻 12第 3 章 控 制 电 路 设 计 143.1 控制原理图 143.2 ARM 的最小系统设计 153.2.1 微控制器 LPC2148 153.2.2 时钟和复位系统 153.3 显示电路 183.3.1 数码管控制芯片 MAX1279 .193.4 三相 SPWM 控制器 SA482
9、8.203.4.1 寄存器软件设计 .203.5 按键、指示灯和报警 233.5.1 按键 23IV3.5.2 指示灯 23第 4 章 IGBT 驱 动 电 路 设 计 254.1 驱动电路原理图 254.1.1 驱动电路 M57962L .25第 5 章 保 护 电 路 设 计 275.1 保护电路概述 .275.2 输入过欠压保护电路的设计 .275.3 限流启动电路 295.3.1 采样电路 295.3.2 限流电路中晶闸管的驱动电路 305.4 过电流保护电路 305.5 IGBT 的过热保护设计 31第 6 章 辅 助 电 源 设 计 33第 7 章 变 频 调 速 系 统 的 软
10、件 设 计 .34结 论 .37致 谢 .38参 考 文 献 39附 录 1 41附 录 2 45附 录 3 511第 1 章 绪论1.1 电机调速发展现况和趋势电机调速是电力电子技术应用的最大领域之一，具有极大的吸引力，同时也具有较强的挑战性。它的市场异常庞大，据报道，世界上大约有 100 亿以上各种电机在工作，近年来，我国空调一年的产量已经超过 1000 万台，仅此一项市场已非常庞大;另外，其应用面极其广泛，例如机床、电动工具、电力机车、机器人、家用电器、计算机的驱动器、汽车、船舶、轧钢、造纸和纺织行业等等。同时，电机行业也是一个比较老的行业，其在工业上已应用了一个多世纪，虽然随着新材料的
11、使用、计算机技术的发展，电机建模的改进和电机计算机辅助设计软件的不断推出，电机在功率密度、效率、可靠性等方面已与最初的电机有了很大的改进，但相对的变化比较缓慢。直流电机由于其便于控制和控制精度比较高的特点，在很长一段时间内被广泛应用，被人们认为难以被其它电机所取代，但随着电力电子技术的发展，各种新型器件和先进的控制方法在电机调速变换器系统中的应用，在很多的场合直流电机正逐渐被交流异步电机所代替，有人认为，在二十一世纪，直流电机将会在传动领域逐渐消失，而交流异步电机和其它类型电机的应用范围将逐渐增加。同步电机效率高，可工作在功率因数为 1 的工作状况下，在响应要求不高的场合，可以采用结构简单、成
12、本低的变换器系统给它供电，正由于其具有上述优点，虽然同步电机价格比较高，但仍具有相当的竞争力。永磁同步电机因为具有比较高的效率，虽然其控制需要加装轴位置传感器，并且难以工作在弱磁调速区，但对于长期运行是有利的。无刷直流电机虽然价格比较高，但在低惯量、小尺寸的应用场合，优点比较显著，目前在中小功率范围应用比较普遍。另一种开关磁阻电机(SMR)，其结构简单、价格低廉，但必须加装位置检测装置，转矩脉动和噪声也比较大，若对位置估测、转矩脉动和噪声问题有比较好的解决方案，这种电机有可能是交流异步电机的竞争对手。从前面几种电机特点的叙述我们可以看出，与其它几种电机相比，交流电机具有适应性强、维修简单、价格
13、低、容易实现高速和大容量化等特点，因此过去直流电机占主要地位的调速传动领域，将逐渐被交流电机变频调速所占领。交流电机变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、输出性能、功率因数、工作效率、使用方便等方面是以往的交流调速方式无法比拟的，其优越性体现在两个方面:一是节电显著;二是卓越的调速性能。随着电力电子技术的发展变频调速系统性能逐渐改进，而成本不断下降，在另一方面，全球性2的能源危机使人们对能源的绿色利用越来越重视，对于消耗了 30%左右能量的电机，其驱动系统也越来越引起人们的重视，每一台电机配备一个变频调速驱动系统正获得越来越多的认同和采用，同时对变频调速驱动系统也提出了高效率、高精
14、度、高可靠性、多功能、智能化、小型化、低成本等要求。1.2 电力电子技术的发展现况和趋势自从 1956 年第一只晶闸管的问世，电力电子技术作为电子技术的一个分支建立以来，电力电子技术已取得了令人注目的发展，早期的半控型电力电子器件 SCR 已逐渐被全控型半导体器件所代替，并发展出了多种高电压、大电流、快速(高频)、驱动简单、复合化和智能化的功率半导体开关器件。例如，单极型器件有功率 MOSFET 和 SIT 双极型全控器件有:GTR、达林顿管、GTO 等;复合器件有 IGBT，MCT，MGT，SITH 等;近几年发展的智能型功率器件有IPM，SMARTFET，TOPS witch 等。其中场效
15、应晶体管(MOSFET)作为一种电压控制型多子器件，具有快速、安全工作区大、容易驱动的特点，因此，近些年来MOSFET 和以 MOSFET 为基础的复合型器件被广泛应用在高频开关和电机控制中，并随着生产工艺和制造技术的发展，性能不断被改进。例如 MOSFET 的通态内阻不断减小，新的 MOSFET 通态内阻不仅比 PN 结的正向好，甚至比肖特基二极管的正向内阻还小，己成为最佳的整流器件之一;以 MOSFET 为基础的复合型器件 IGBT、IEGT、MER(固态继电器)、FETKEY(MOSFET+SCHOTTKY)等器件耐压不断增加，电流逐渐增大。如目前 IGBT 耐压已达到 4500V 以上
16、，IEGT 已有4500v/1000A 的产品。同时由于电压控制型器件的应用，使功率开关管的驱动电路大大简化，例如 IGBT 器件的门极驱动电路比双极型晶体管的基极驱动电路所用的元器件要小得多，而且，所需要的驱动功率也比双极型晶体管的基极驱动电路的要少很多，从而使将驱动电路和功率开关管集成在同一芯片或模块中成为可能，并且经过了近些年来的发展，功率电子器件制造公司以推出了多种有智能特性的复合器件或模块，例如 SMARTFET 和 IPM，它们内部不仅集成了各种自保护功能，也将控制芯片集成在里面。其中 SMARTFET 是采用了微电子工艺集成的器件，PIM 是一种智能功率模块。从电力电子器件的发展
17、历程，我们可以看出电力电子器件正在向高耐压、大电流、小的正向内阻、智能化的电压控制型器件发展。1.3 国内外交流调速现状1.3.1 国外现状在大功率交一交变频调速技术方面，法国阿尔斯通己能提供单机容量达 3万 KW 的电气传动设备用于船舶推进系统。在大功率无换向器电机变频调速技3术方面，意大利 ABB 公司提供了单机容量为 6 万 KW 的设备用于抽水蓄能电站。在中功率变频调速技术方面，德国西门子公司 simovert A 电流型晶闸管变频调速设备单机容量为 10-2600kVA，其控制系统己实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动。在小功率交流变频调速技术方面，日本富士 BTJ 变频器最大
18、单机容量可达 7Ok0VA，IGBT 变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。国外交流变频调速技术高速发展有以下特点:1) 市场的大量需求。随着工业自动化程度的不断提高和能源的全球性短缺，变频器越来越广泛地应用在机械、纺织、化工、造纸、冶金、食品等各个行业以及风机、水泵等的节能场合，已取得显著的经济效益。2) 功率器件的发展。近年来高电压、大电流的 SCR，GTO，IGBT，IGCT 等器件的生产以及并联、串联技术的发展应用，使高电压、大功率变频器产品的生产及应用成为现实。3) 控制理论和微电子技术的发展。矢量控制、磁通控制、转矩控制、模糊控制等新的控制理论为高性能的变频器提供了理论
19、基础，16 位、32 位高速微处理器以及数字信号处理器(DSP)和专用集成电路(ASIC)技术的快速发展，为实现变频器高精度、多功能提供了硬件手段。4) 基础工业和各种制造业的高速发展，变频器相关配套件社会化、专业化生产。1.3.2 国内现状从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距 10-15 年。在大功率交一交、无换向器电机等变频技术方面，国内只有少数科研单位有能力制造，但在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当大的差距。而这方面产品在诸如抽水蓄能电站机组起动及运行、大容量风机、压缩机和轧机传动、矿井卷扬方面有很大需求。在中小功率变频技术方面，国内学者作了大量的变频理论的基础研究，早
20、在二十世纪 80 年代，已成功引入矢量控制的理论，针对交流电机具有多变量、强祸合、非线性的特点，采用了线性解耦和非线性解耦的方法，探讨交流电机变频调速的控制策略。进入 90 年代，随着高性能单片机和数字信号处理器的使用，国内学者紧跟国外最新控制策略，针对交流感应电机特点，采用高次谐波注入 SPWM 和空间磁通矢量 PWM 等方法，控制算法采用模糊控制、神经网络理论对感应电机转子电阻、磁链和转矩进行在线观测，在实4现无速度传感器交流变频调速系统的研究上作了大量的有益基础研究。在新型电力电子器件应用方面，由于 GTR，GTO，IGBT，PIM 等全控型器件的使用，使得中小功率的变流主电路大大简化，
21、大功率 SCR，GTO，IGBT，IGCT 等器件的并联、串联技术的应用，使高电压、大电流变频器产品的生产及应用成为现实。在控制器件方面，实现了从 16 位单片机到 32 位的应用。国内学者一直致力于变频调速新型控制策略的研究，但由于半导体功率器件和等器件依赖进口，使得变频器的制造成本较高，无法形成产业化，与国外的知名品牌相抗衡。国内几乎所有的产品都是普通的 V/f 控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口高性能的变频器。国内交流变频调速技术产业状况表现如下:1) 变频器的整机技术落后，国内虽有很多单位投入了一定的人力、物力，但由于力量分散，并没有形成一定的
22、技术和生产规模。2) 变频器产品所用半导体功率器件的制造业几乎是空白。3) 相关配套产业及行业落后。4) 产销量少，可靠性及工艺水平不高。1.4 本论文的研究内容本文在掌握交流电机变频调速基本原理的基础上，采用 ARM(LPC2148)控制器为核心，运用变频调速的 U/f 控制方式,提出了交流电机变频调速系统的总体设计方案，并详细阐述了其中关键技术的研究和设计。U/f 控制方式的变频调速系统是转速开环控制，因此其通用性比较强，性能/价格比比较高。具体研究工作包括:（1）交流电机变频调速原理的研究;（2）变频调速系统硬件电路的研究和设计，包括主电路、系统保护电路和控制电路;（3）变频调速系统控制
23、软件的研究和设计。本设计主要技术指标：输入电压：AC380 士 20%V；输出电压：AC400 士 20%V;频率： 260Hz；起动转矩 5Hz 时不低于额定转矩；过载能力 1 分钟以内 130%；电动机参数如下：额定功率 PN=10kW，额定电压 UN=380V，额定电流IN=11A，额定转速 nN=1470r/min，过载能力 1.7，功率因数 cos=0.755适用范围：用于煤炭、电力、油气开采、塑胶、冶金、石油、化工、市政等行业中设计系统框图如图 1-1 所示不可控整流限流滤波电路变换电路电机辅助电源驱动电路控制电路生成 SPWM电路保护电路给定图 1-1 设 计 系 统 框 图输入
24、采用三相全桥整流电路，主电路采用全桥 SPWM 逆变电路驱动电路，保护电路以及辅助电源的设计6第 2 章 主电路设计2.1 主电路原理图主电路原理图如图 2-1 所示图 2-1 主 电 路 原 理 图图 2-1 中 主电路由整流电路、滤波电路、逆变电路和吸收电路组成。主电路采用典的交-直-交电压源型通用变频器结构，输入功率级采用桥式不可控整流电路，整流输出经中间环节大电容(由 C010 到 C011 电容组成)滤波，获得平滑的直流电压。逆变部分通过功率器件 IGBT 的导通和关断，输出交变的脉冲电压序列。由于功率器件开关频率过高，会产生电压尖脉冲，因此需要吸收电路来消除该尖峰。图中为 C 型吸
25、收电路，R 06 到 R011 和 C012 到 C017 组成RC 型吸收电路。电源指示灯 HL 用来显示滤波电容两端的电量，R 01 是软启动限流电阻，1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 12-Jun-2008 Sheet of File: D:交交交交交交交chargedesiner charg.ddbDrawn By:D05D04 D02D06D03L01L02L03 C09C07C06C08C01C03C02 C04C05D01C011C010 R02R03R01R04S0112T07T0C T0BVhotH
26、LL1380R43R441 2 3 4 5 6ABCD654321DCBA TitleNumber RevisionSizeBDate: 12-Jun-2008 Sheet of File: D:交交交交交交交chargedesiner charg.ddbDrawn By:D07D08C013C014C015C012 C016R09R07R08R06 R010R05R011T01T01 T03 T05T04 T06 T02 D016D017D014D09D011D012D010D013D15D018C017T1cT1bT3cT4cT3bT4b T6bT6cT5cT5bT2bT2cT01cT01
27、bGNDM127T07 是晶闸管，Vhot 是经整流滤波后直流母线上的采样电压检测值，L 1 是电流传感器。2.2 输入整流滤波电路的设计输入整流滤波电路原理图如图 2-2 所示图 2-2 输 入 整 流 滤 波 电 路 原 理 图 2.2.1 EMI 滤波电路图 2-2 中，C 01C 09，L 01L 03 为电网 EMI 滤波电路。其中 L01L 03 为共模扼流圈，可以消除共模干扰，其电感量一般取几毫亨至几十微亨，视电磁干扰滤波器的额定电流而定。C 01C 09 为滤波电容器，C 07C 012 采用薄膜电容器，容量范围大致是 0.01F0.47F，主要用来滤除串模干扰。C07C 09
28、 宜选用陶瓷电容器，容量范围是 22004700pF，能有效地抑制共模干扰。2.2.2 输入整流电路图 2-2 中，D 01D 06 为输入整流电路。1额定电流。当输入为交流电时，电机容量为：kW。10P三相整流电路中的交流输入线电流为： 2.3A5.38cos31UPIl(21)1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 12-Jun-2008 Sheet of File: D:交交交交交交交chargedesiner charg.ddbDrawn By:D05D04 D02D06D03L01L02L03 C09C07C06
29、C08C01C03C02 C04C05D01C011C010 R02R03R01S01 T07T0C T0B3808式中：电机输入容量；1P输入交流电压；U功率因数。cos根据三相整流中线电流与整流平均电流的关系有：(22)A8.24.038.lI交式中：三相整流电路中的交流输入线电流；lI0.82三相整流中线电流与整流平均电流的比例关系。在留有 3 倍安全裕量的条件下整流电流平均值至少为：(23)A4.738.2实际选用额定电流为 100A 的整流管。2额定电压当输入为交流电时，整流桥的工作电压为线电压有效值：V (24)45630%)21(380U线电压峰值：V (25)94所以，在考虑到
30、瞬时过压冲击和加有防护措施并保证留出 2 倍的安全裕量的情况下，额定电压至少为：V (26)8.132.62实际选用额定电压为 1400V 的整流管。2.2.3 输入滤波电容容量的计算图 2-2 中，由电容 C010，C 011 共同组成了输入滤波电路。输入滤波电容容量计算(1)线电压有效值：V (27)45630%)21(30U(2)线电压峰值：9V (28)9.64.2U(3)整流滤波后直流电压的最大脉动为：%)107(p (29)则， V，取 =35V。439.42FUFU(4)整流滤波后的直流电压 Uin 为 430665V。本设计的输入功率 Pin 为10kW。(5)每个周期中输入滤
31、波电容所提供的能量为 ：inWJ (210)7.65031minfAPWin式中：输入交流电的相数；Aminf输入交流电的频率；输入功率。iP(6)每半个周期输入滤波电容所提供的能量为： )2()2(12 2(min)(minpleleinin UUCW(211)式中：每个周期中输入滤波电容所提供的能量；in由电容 C010，C 011 共同组成的输入滤波电容容量；输入线电压峰值最小值；(mi)le输入整流滤波后直流电压的最大脉动。FU由式(212)可得输入滤波电容容量为：F (212)163)2()2( 2(min)(min pleleiin UW式中：为 66.7J， 为 429.9V，
32、为 35V。inW(in)leUF所以，C 010，C 011 选择 450V/4700F 的铝电解电容。并联在电容两端的为均衡电阻，由于电容的各个参数不是完全相同，此均衡电阻使串联的电容分压相同，同时在电源关断时，给电容提供一个放电回路，此电阻阻值选用1047k。2.2.4 电源指示灯电源指示灯除了表示电源是否接通以外，还有一个十分重要的功能，即在主电路切断电源后，显示滤波电容上的电荷是否已经释放完毕。由于滤波电容的容量较大，而切断电源又必须在逆变电路停止工作的状态下进行，如果滤波电容没有快速放电的回路，其放电时间往往长达数分钟。又由于滤波电容上的电压较高，如电荷不放完，将对人身安全构成威胁
33、2.3 逆变电路的设计逆变电路原理图如图 2-3 所示图 2-3 逆 变 电 路 原 理 图2.3.1 主功率管 IGBT 的容量计算图 2-10 中，T 01T 06 为主功率管 IGBT。1额定电压整流滤波后的直流母线上电压最大值为 665V，功率开关管的额定电压一般要求高于直流母线上电压的两倍，即：V (213)130652实际选用额定电压为 V 关管。1302额定电流IGBT 通态峰值电流为:A (214)1.32NMIIIGBT 电流定额为：1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 12-Jun-2008 Shee
34、t of File: D:交交交交交交交chargedesiner charg.ddbDrawn By:D07D08C013C014C015C012 C016R09R07R08R06 R010R05R011T01T01 T03 T05T04 T06 T02 D016D017D014D09D011D012D010D013D15D018C017T1cT1bT3cT4cT3bT4b T6bT6cT5cT5bT2bT2cT01cT01bGNDM1211A (215)02.71.325.2.15IIMd式中：1.5是安全裕量1.2考滤电机过载倍数实际选用最大电流为 100A 的功率开关管实际选择 GA1
35、00TS120K 型 IGBT 四个。其工作最大电流为 100A，耐压1400V，集电极发射极电压为 2.5V，最高栅极发射极电压20V，开通时间 180ns，关断时间 405ns。2.3.2 续流电路续流二极管的主要功能有:1.电动机的绕组是电感性的，其电流具有无功分量。续流二极管为无功电流返回直流电源提供“通道” 。2.当频率下降、电动机再生制动状态时，再生电流将通过续流二极管返回直流回路。3.IGBT （T 01-T06 ）进行逆变的基本工作过程:同一桥臂的两个逆变管，处于不停的交替导通和截止的状态。在这交替导通和截止的换相过程中，也不时地需要续流二极管提供通路。2.3.3 吸收电路本系
36、统采用的是充放电型 RC 吸收电路。由于本系统在主电路直流侧电压高于 150V，在某些时刻会出现误关断现象，而在采用上述吸收电路后，只有充放电型 RC 吸收电路能消除这一现象，且能很好的控制电压尖峰。经测试，主回路直流侧为 665V 时，本系统电压尖峰控制在 10V 以内，取得了很好的效果。因此这里仅介绍充放电型 RC 吸收电路的参数计算。吸收电容 C012 的计算公式:(216)dLSUlI%2012式中：引线杂散电感Ls最大负载电流I保护程度l直流母线电压dU引线的杂散电感我们以 10cm 长的引线为 1 估计，负载电流为 11A，保H12护程度取 1.5%，直流侧母线电压为 665V，因
37、此F (217)3.765%.1203012 C取 为 10F/1000V 的无感电容电阻 的计算公式为：06R(218)3.810265301fS式中 为开关频率，在选定 之后，只要满足sf C(219).10606SLR就尽量取小的电阻值。因为 越小， 越大，对限制过电压就越有利。R012选取 为 的绕线电阻。06W1/2.3.4 制动电阻制动电阻计算实际应用中，当电动机及负载的飞轮力矩数据不容易获得时，可采用估计算法。考虑到再生电流经三相全波整流后的平均值约等于其峰值，而所需制动转矩中扣除电动机自身制动转矩以及直流电压的裕量，近似认为放电电流约为电动机额定电流的一半，便可以得到与电动机额
38、定转矩相等的制动转矩。所以制动电阻估算式为601505AVIURND（2-20）式中: IN 电动机的额定电流（A）所以取 为 056制动电阻容量计算制动电阻容量确定的原则为在制动时间内电阻的温升不足以达到稳定温升。因此在保证电阻温升符合要求条件下，尽量减小其功率。其计算公式为:13WVrRUPBD8.2105.360452（2-21）式中: B制动电阻消耗功率（W） ；r修正系数14第 3 章控制电路设计3.1 控制原理图以 LPC2148 为核心控制器硬件原理图如图 3-0 所示，它由嵌入式微控制器LPC2148，时钟系统，复位电路，独立键盘，控制生成 SPWM 模块等部分组成。图 3-0
39、 硬 件 原 理 图系统以 LPC2148 微控制器为核心;键盘负责给定频率，键盘有加频率和减1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 12-Jun-2008 Sheet of File: D:交交交交交交交chargedesiner charg.dbDrawn By:C130PF C230PFY112.000Hz3.3VP0.1P0.2S1 STARTS2 quen_adS3 quen-subLS1SPEAKERR26470R27470R25470R28470QPNPD34VOLTTYD34CURENTD33DISPAY
40、TRST5V5VS4 RESETP0.21/PWM5/AD1.6/CAP1.31 P0.2/AD1.7/CAP0.0/MAT0.02RTxC13 P1.19/TRACEPKT34RTxC25 Vs6Vda7 P1.18/TRACEPKT38P0.25/AD0.4/AOUT9 D+10D-1 P1.17/TRACEPKT112P0.28/AD0.1/CAP0.2/MAT0.213 P0.29/AD0.2/CAP0.3/MAT0.314P0.30/AD0.3/EINT3/CAP0.015 P1.16/TRACEPKT016P0.31/UP-LED17Vss18P0.0/TxD0/PWM119P1.
41、3/TRST20P0.1/RxD0/PWM3/EINT021P0.2/SCL0/CAP0.022Vdd23P1.26/RTCK24Vss25P0.3/SDA0/MAT0.0/EINT126P0.4/SCK0/CAP0.1/AD0.627P1.25/EXTIN028P0.5/MISO0/MAT0.1/AD0.729P0.6/MOSI0/CAP0.2/AD1.030P0.7/SSEL0/PWM2/EINT231P1.24/TRACECLK32P0.8/TxD1/PWM4/AD1.1 3P0.9/RxD1/PWM6/EINT3 34P0.10/RTS1/CAP1.0/AD1.2 35P1.23/PI
42、PESTAT2 36P0.1/CTS1/CAP1.1/SCL1 37P0.12/DSR1/MAT1.0/AD1.3 38P0.13/DTR1/MAT1.1/AD1.4 39P1.2/PIPESTAT1 40P0.14/DCD1/EINT1/SDA1 41Vs 42Vd 43P1.21/PIPESTAT0 4P0.15/RI1/EINT2/AD1.5 45P0.16/EINT0/MAT0.2/CAP0.2 46P0.17/CAP1.2/SCK1/MAT1.2 47P1.20/TRACESYNC 48Vbat49Vss50Vdd51P1.30/TMS52P0.18/CAP1.3/MISO1/MAT
43、1.353P0.19/MAT1.3/SSEL1/EINT354P0.20/MAT1.3/SSEL1/EINT355P1.29/TCK56RESET57P0.23/Vbus58Vssa59P1.28/TD160XTAL261XTAL162Vref63P1.27/TD064LPC2148U15CPUMR 1NC 6PF1 4GND 3PF05 RST7 RST8VCC2 U21SP708SRST213U22A74HC125R3810KR3710K3.3V3.3VDIN1 DIG02DIG43 GND4DIG65 DIG26DIG37 DIG78GND9 DIG510DIG11 LOAD(CS)12
44、DOUT 24SEGD 23SEGDP 2SEGE 21SEGC 20V+ 19ISET 18SEGG 17SEGB 16SEGF 15SEGA 14CLK 13U14MAX7219a bfcgdeDPY01234567abcdefg8 dp dpa bfcgdeDPY2dpa bfcgdeDPY3dpa bfcgdeDPY4dpa bfcgdeDPY5dp9 10 11 12 13JP1R249.53K 5VP0.19AD31 AD42AD53 AD64AD75 WR6RD7 ALE8RESET9 CLK10CS1 TRIP12RPHB13 YPHB14 BPHB 15VS 16BPHT 1
45、7YPHT 18SETTRIP 19RPHT 20WSS 21ZPPR 2RS 23MUX 24VDD 25VD0 26VD1 27VD2 28SA4828U05V1.83.33.33.3V3.3V15频率和复位；数码管用于显示给定的频率;采集电压用于保护主电路正常工作；时钟、复位，等是构成最小系统必备的外围电路。3.2 ARM 的最小系统设计基于 LPC2148 的最小系统主要由时钟模块、复位配置模块构成，LPC2148自带 16K 静态 SRAM 和 128KFLASH，可以下载用户程序，所以不需要外扩存储器模块。3.2.1 微控制器 LPC2148LPC2148 是基于一个支持实时仿真和
46、跟踪的 32 位 ARM7TDMI- S CPU 的微控制器，带有 256KB 嵌入式的高速片内 Flash 存储器。片内 128 位宽度的存储器接口和独特的加速结构使 32 位代码能够在最大的时钟频率下运行。对代码规模有严格控制的应用可使用 16 位 Thumb 模式将代码规模降低超过 30%，而性能的损失却很小。本系统中，LPC2148 是整个控制系统的核心，一方面要负责接收采集按键给定的频率信号并控制 SA4825PWM 的占空比，从而控制电机的转速,实现变频技术3.2.2 时钟和复位系统(1)时钟电路系统使用外部晶振或外部时钟源，内部 PLL(锁相环)电路可以调整系统时钟，使系统的运行
47、速度更快(CPU 的最大操作时钟为 60MHz)。倘若不使用片内的 PLL 功能及 ISP(在系统编程)功能，则外部晶振频率范围是 130MHz，外部时钟频率的范围是 150MHz;若使用外部 PLL 功能或 ISP 功能，则外部晶振频率范围是 1025MHz，外部时钟频率范围是 1025MHz。图 3-1 系 统 时 钟 原 理 图本系统中使用了外部 11.0592MHz 晶振，电路如图 3-1 所示，用 1M 电阻并联到晶振两端，使系统更容易启振。使用 11.0592MHz 的晶振的原因是使串口波特率更精确，同时支持微控制器芯片内部 PLL 功能。1 2 3 4ABCD4321DCBA T
48、itleNumber RevisionSizeA4Date: 12-Jun-2008 Sheet of File: D:交交交交交交交chargedesiner charg.ddbDrawn By:C120PFC220PFY111.0592MHzR591M16LPC2148 具有 PLL 电路，通过 PLL 升频，可以获得更高的系统时钟(CCLK)。PLL 接受的输入时钟频率范围是 1025MHz，输入频率通过一个电流控制振荡器(CCO)倍增到 1060MHz。倍频器可以是从 132 的整数(实际上，由于 CPU最高频率的限制，LPC2148 的倍频值不能高于 6)，本系统选择系统时钟频率 4
49、倍频。VPB 分频器决定处理器时钟(CCLK)与外设器件所使用的时钟(PCLK)之间的关系。VPB 分频器有两个用途，一个是通过 VPB 总线为外设(例如我需要的A/D、定时器等)提供所需的 PCLK 时钟，以便外设在合适的速度下工作。为了实现此目的，VPB 总线可以降低到 1/2 或 1/4 处理器时钟频率。由于 VPB 总线必须在上电后正常工作(并且如果由于 VPB 分频器控制器位于 VPB 总线上而使上电时 VPB 总线不工作，其时序就不能改变)，VPB 总线在复位后默认的状态是以 1/4 速度运行。VPB 的另一个用途是在应用于不需要任何外设全速运行时，使功耗降低。VPB 分频器与振荡器和处理器时钟的连接如图 3-2 所示PLLVPB 分频器处理器时钟 CLKFVPB 外设
