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摘 要 本文结合单片80C51与SPWM的理论知识，以80C51产生的智能控制信号为技术手段对控制SPWM的新方法进行分析与研究。
关键词 电力拖动；SPWM；Intel 80C51单片机
中图分类号：TG502 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0066-01
随着现代技术的不断发展与进步，在现代的大型重工企业的机床生产过程中，大多使用的是比较先进的多电机拖动系统，在机床的操作过程中，主轴和各个进给系统都有一套独立的电力系统给其进行拖动，这种电力系统的优点是使机床的传动结构得到最简化，同时满足各个传动系统在进行工件加工时能选择不同的转动速度，在加工过程中有时候会遇到精度要求比较高的加工标准，因此对于速度的有效控制可以使工件精度得到提高。目前，我国的许多领域都有机床的应用，同时机床能对多种工件进行加工，而在工件加工的时候会因加工工件要求标准的不同会选择使用不同的操作选择，如程序、刀具等，因此在机床加工工件的时候，要根据程序和刀具对执行部件设置不同的转速以便达到工件所需要的标准。在机床的调速系统中一般分为两种，即有极调速和无极调速。机床的无极调速系统在加工过程中一般能达到工件加工时所需要的加工精度和要求，而有机调速通常在加工过程成中机床达不到工件加工的标准和要求，然而一个工件加工的精度是否精准一般情况下取决于机床的进给系统，而进给系统是有无极调速和有机调速系统所控制，因此在当前的机床加工过程中通常会用无极调速系统来控制机床的进给系统，以便在加工工件时达到工件的高精度标准。本文结合PWM技术的理论知识，运用单片80C51 的组成系统来对机床电力拖动系统进行控制，同时通过具有电压的频率及其在具有故障显示的功能来对机床电力拖动系统进行研究，以期能推动机床技术的不断发展。
1 机床电力拖动系统的硬件电路组成原理
采用Intel 80C51单片机作为SPWM的逆变控制的主要技术手段，实现机床电力拖动系统的正常运行。机床电力拖动系统主要有以下几个部分组成：交-直-交主电路、单片机控制系统、采样电压输入系统、键盘插座、电压显示、频率显示、去光电隔离及驱动电路、故障信号显示等。
1.1 单片机系统设计
1）最小系统。单片机的最小系统指的是单片机在工作过程中，利用最少的原件能够使单片机正常工作的系统。80C51系列单片机的最小系统的组成部分主要包括：时钟电路、复位电路、输入/输出设备等。
2）单片机主回路的设计。功率流程在单片机主回路的设计过程占有重要作用，其功率流程原理主要是：当市电输入保护电路系统时，保护电路对其进行滤除噪声，然后再对其进行整流、滤波，使其转换为直流电压，最后直流电压输入桥式逆变电路，变成直流电压，然后直流电压输入到桥式逆变电路，再通过三相逆变器再经输出变压器隔离后将整流后的直流电转换为可进行压频协调控制电压。在单片机的控制下，PWM发生器输出六路PWM波形，输出脉冲经过驱动电路的调制，最后使其输出电压和频率发生改变，电机转速就会随之发生变化。变频器工作的频率范围在0 Hz到50 Hz之间，其中把50 Hz设定为基频，即电机从0 Hz到50 Hz变化时，输出电压是根据压频比协调变换的。单片机主回路主要分为四大部分：即全桥逆变电路、整流滤波、驱动电路以及单片机控制PWM产生器的控制电路；另外电路在输入和输出端还有过流检测，电压电流取样电路以及保护电路，从而保证电路的稳定性。
1.2 机床电力拖动系统的交-直-交主电路
交- 直- 交主电路整流器的供电电压是220 V，可直接进行供电。逆变器在电路设计中设有专用模块，其内部构造有四只场效因管，作为电路的逆变桥臂，同时内部还有驱动电路和过流、过压过温等系列的检测电路，电路中发生异常时，检测电路会发出异常信号，具FO输出会相应地调节为低电平，送入80C51。
1.3 机床电力拖动系统的SPWM信号原理
脉宽调制逆变器简称SPWM，SPWM是在冲量相等而形状发生变化的窄脉冲。SPWM信号原理图如图所示。
如图所示，SPWM产生的调制波是等幅而不等宽的脉冲列，其调制的基本特点是在正弦波半个周期内，两边的脉冲窄，中间的脉冲宽，各个脉冲之间等距。
1.4 机床电力拖动系统的光电隔离及驱动电路
光电隔离及驱动电路的逆变器专用模块与80C51的P0之间采用光电隔离电路，三极管采用高频开关管，光耦采用6N137，供电电压为9 V。
2 机床电力拖动系统系统软件
2.1 系统软件主程序
通过汇编语言对系统软件主程序进行相应的编写程序。系统主程序主要包括：初始化子程序、PWM信号产生子程序、显示子程序。SPWM信号产生在子程序中，由单片机产生单极性恒幅正弦波脉宽调制模拟信号，通过给定两个计数，查表得出各调制脉宽值，经过CPU系列运算，由I/O输出SPWM信号，经光电隔离、电平转换，最终实现控制各场效因管的通断。
2.2 系统软件子程序
逆变器专用模块出现过压、过流、过温等异常情况时，FO输出端变为低电平，送入80C51的P32口，使单片机工作产生中断，同时发出故障信号，封锁SPWM的输出信号。
参考文献
[1]冯辛安.机械制造与装备设计（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2005.
关键词 电力拖动；SPWM；Intel 80C51单片机
中图分类号：TG502 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0066-01
随着现代技术的不断发展与进步，在现代的大型重工企业的机床生产过程中，大多使用的是比较先进的多电机拖动系统，在机床的操作过程中，主轴和各个进给系统都有一套独立的电力系统给其进行拖动，这种电力系统的优点是使机床的传动结构得到最简化，同时满足各个传动系统在进行工件加工时能选择不同的转动速度，在加工过程中有时候会遇到精度要求比较高的加工标准，因此对于速度的有效控制可以使工件精度得到提高。目前，我国的许多领域都有机床的应用，同时机床能对多种工件进行加工，而在工件加工的时候会因加工工件要求标准的不同会选择使用不同的操作选择，如程序、刀具等，因此在机床加工工件的时候，要根据程序和刀具对执行部件设置不同的转速以便达到工件所需要的标准。在机床的调速系统中一般分为两种，即有极调速和无极调速。机床的无极调速系统在加工过程中一般能达到工件加工时所需要的加工精度和要求，而有机调速通常在加工过程成中机床达不到工件加工的标准和要求，然而一个工件加工的精度是否精准一般情况下取决于机床的进给系统，而进给系统是有无极调速和有机调速系统所控制，因此在当前的机床加工过程中通常会用无极调速系统来控制机床的进给系统，以便在加工工件时达到工件的高精度标准。本文结合PWM技术的理论知识，运用单片80C51 的组成系统来对机床电力拖动系统进行控制，同时通过具有电压的频率及其在具有故障显示的功能来对机床电力拖动系统进行研究，以期能推动机床技术的不断发展。
1 机床电力拖动系统的硬件电路组成原理
采用Intel 80C51单片机作为SPWM的逆变控制的主要技术手段，实现机床电力拖动系统的正常运行。机床电力拖动系统主要有以下几个部分组成：交-直-交主电路、单片机控制系统、采样电压输入系统、键盘插座、电压显示、频率显示、去光电隔离及驱动电路、故障信号显示等。
1.1 单片机系统设计
1）最小系统。单片机的最小系统指的是单片机在工作过程中，利用最少的原件能够使单片机正常工作的系统。80C51系列单片机的最小系统的组成部分主要包括：时钟电路、复位电路、输入/输出设备等。
2）单片机主回路的设计。功率流程在单片机主回路的设计过程占有重要作用，其功率流程原理主要是：当市电输入保护电路系统时，保护电路对其进行滤除噪声，然后再对其进行整流、滤波，使其转换为直流电压，最后直流电压输入桥式逆变电路，变成直流电压，然后直流电压输入到桥式逆变电路，再通过三相逆变器再经输出变压器隔离后将整流后的直流电转换为可进行压频协调控制电压。在单片机的控制下，PWM发生器输出六路PWM波形，输出脉冲经过驱动电路的调制，最后使其输出电压和频率发生改变，电机转速就会随之发生变化。变频器工作的频率范围在0 Hz到50 Hz之间，其中把50 Hz设定为基频，即电机从0 Hz到50 Hz变化时，输出电压是根据压频比协调变换的。单片机主回路主要分为四大部分：即全桥逆变电路、整流滤波、驱动电路以及单片机控制PWM产生器的控制电路；另外电路在输入和输出端还有过流检测，电压电流取样电路以及保护电路，从而保证电路的稳定性。
1.2 机床电力拖动系统的交-直-交主电路
交- 直- 交主电路整流器的供电电压是220 V，可直接进行供电。逆变器在电路设计中设有专用模块，其内部构造有四只场效因管，作为电路的逆变桥臂，同时内部还有驱动电路和过流、过压过温等系列的检测电路，电路中发生异常时，检测电路会发出异常信号，具FO输出会相应地调节为低电平，送入80C51。
1.3 机床电力拖动系统的SPWM信号原理
脉宽调制逆变器简称SPWM，SPWM是在冲量相等而形状发生变化的窄脉冲。SPWM信号原理图如图所示。
如图所示，SPWM产生的调制波是等幅而不等宽的脉冲列，其调制的基本特点是在正弦波半个周期内，两边的脉冲窄，中间的脉冲宽，各个脉冲之间等距。
1.4 机床电力拖动系统的光电隔离及驱动电路
光电隔离及驱动电路的逆变器专用模块与80C51的P0之间采用光电隔离电路，三极管采用高频开关管，光耦采用6N137，供电电压为9 V。
2 机床电力拖动系统系统软件
2.1 系统软件主程序
通过汇编语言对系统软件主程序进行相应的编写程序。系统主程序主要包括：初始化子程序、PWM信号产生子程序、显示子程序。SPWM信号产生在子程序中，由单片机产生单极性恒幅正弦波脉宽调制模拟信号，通过给定两个计数，查表得出各调制脉宽值，经过CPU系列运算，由I/O输出SPWM信号，经光电隔离、电平转换，最终实现控制各场效因管的通断。
2.2 系统软件子程序
逆变器专用模块出现过压、过流、过温等异常情况时，FO输出端变为低电平，送入80C51的P32口，使单片机工作产生中断，同时发出故障信号，封锁SPWM的输出信号。
参考文献
[1]冯辛安.机械制造与装备设计（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2005.