应用LPC2131开发PLC调速器测频单元
2.2LPC2131微控制器定时器模块
LPC2131微控制器定时器方框图如图2所示。定时器控制寄存器TCR用来使能或者复位计数器操作；预分频寄存器PR用来分频时钟计数频率；VPB时钟频率Fpclk为计数提供时钟频率；预分频计数器PC是当TCR使能后，在每个pclk周期加1，当其达到预分频寄存器PR中保存的值时，定时器计数器TC值加1，预分频计数器在下一个周期复位；当预分频计数器达到上限时，定时器计数器TC值加1，当达到计数上限0xFFFFFFFF后将翻转到0x00000000；捕获寄存器与1个对应的器件引脚相关联，当引脚发生特定事件时，可将定时器计数的值装入该寄存器；捕获控制寄存器CCR用于当捕获事件发生时，确定是否装入4个捕获寄存器中的1个，以及是否产生中断。本文引用地址：//m.amcfsurvey.com/article/195412.htm
本文选用定时器1作为两路脉冲输入捕获计数器，利用它的两路脉冲捕获功能CAP1.2和CAP1.3捕获经整形后机组频率和电网频率的上升沿和下降沿信号，以CAP1.2为例，如图3所示。通过CAP1.2捕获功能，可以将每次上升沿和下降沿到来时对应的计数器值装载到T1CR2寄存器中,将连续3次捕获时计数器值依次保存到CAPJ 0、CAPJ 1和CAPJ 2 3个定义存储单元中，储存单元对应值为CAPJ 0、CAPJ 1和CAPJ 2，每完成1次T1CR2装载即可求得1次相邻上升沿或下降沿计数器差值TJ=CAPJ 0-CAPJ 2。本文设定计数时钟不分频，根据测周法原理，机组频率值Fg为：
式中, Fpclk为VPB时钟频率,在不分频情况下为11.059 2 MHz。设机组频率为Fg=50 Hz，则周期Tg=0.02 s，测得的周期数Ng=0.02×11 059 200=221 184，测频系统的理论分辨率为0.002 6 Hz，由此可见，此方法具有很高的分辨率。
2.3 测频软件流程
系统软件由1个主程序和2个中断子程序组成，如图4所示。CAPJ0、CAPJ1和CAPJ2依次保存连续3个机组频率信号捕获对应的寄存器值T1CR2，CAPX0、CAPX1和CAPX2依次保存连续3个电网频率信号捕获时对应寄存器值T1CR3，TJ和TX分别表示机组频率和电网频率在1个周期内计数器计数差值。
在系统软件中，主程序完成各种设定功能初始化。捕获中断子程序完成对整形后的机组频率和电网频率信号捕获，计算出信号在1个周期内对应的计数器计数值，并对其进行简单判断和滤波处理。在信号捕获中采用同时捕获上升沿和下降沿,计算计数器差值时上升沿和下降沿分开计算的方法，使得每半个周期就可获得1次频率值，相对1个周期或几个周期才能求得1次频率值的计算策略，它能够更快反映机组频率的波动情况，提高了调速器频率响应性，缩短了调速器不运转的时间。
在数据发送程序中，将1个周期内计数器差值通过UART0口采用串口通信方式发送到PLC控制器中，在PLC中完成信号频率值计算。此处采用发送频率信号计数器差值而不是计算后频率值或周期值，一方面是整数比小数传送方便，通信更加简单；另一方面是频率值或周期值具有多位小数，传送时将丢失精度，不能保证频率值的原始性。频率值在PLC中计算完成后直接使用进行调速器控制PID计算，将使调速器控制过程更加精确。在数据发送程序中，完成喂狗操作，防止程序“跑飞”，同时对机组频率和电网频率信号是否消失进行判断，增加控制过程可靠性。
评论