變頻調(diào)速作為交流電機(jī)調(diào)速的主要手段已經(jīng)在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用的十分廣泛，其具有的調(diào)速范圍寬、穩(wěn)速精度高、動態(tài)響應(yīng)快、適用范圍廣、運(yùn)行可靠等技術(shù)性能，已逐步取代直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。變頻器的控制方式主要有三種：1.通過變頻器面板操作，即通過操作面板改變頻率的輸出和其他運(yùn)行參數(shù);2.在變頻器模擬量輸入端輸入0～10V或4～20mA信號,通過改變輸入模擬量的大小控制變頻器的輸出頻率;3.通過變頻器的通訊口(多為RS485)進(jìn)行控制。第一種方式一般用于現(xiàn)場手動調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)定，后二種方式多用于自動調(diào)節(jié)和遠(yuǎn)程控制。工控領(lǐng)域中常用的PLC、DCS等控制系統(tǒng)都具有適用于變頻器接口條件的控制模塊，可以方便的實現(xiàn)變頻器的閉環(huán)自動控制，在大中型的控制系統(tǒng)中使用較為普遍。而對于一些小型實驗裝置和嵌入式控制裝置，處理器在控制變頻器之外，一般還需要處理鍵盤輸入、顯示屏、數(shù)據(jù)采集和其它過程控制等工作，這種控制要求更適合采用單片機(jī)系統(tǒng)作為控制核心，而以PLC加操作面板的形式，雖能實現(xiàn)功能但成本過高，不宜采用。
使用單片機(jī)控制變頻器可以選擇后二種方式，采用通訊口方式控制，其優(yōu)點(diǎn)是控制功能全面，通過相應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換電路適合變頻器的通訊口形式(RS484/RS232/CAN等)，就可與變頻器進(jìn)行通訊，硬件簡單，二者間的連線數(shù)量少連接方便。缺點(diǎn)是需要了解掌握變頻器的通訊協(xié)議才能進(jìn)行控制編程，軟件設(shè)計復(fù)雜。由于不同品牌的變頻器通訊接口和通訊協(xié)議各不相同，目前尚沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，只能針對一種變頻器進(jìn)行開發(fā)，縮小了變頻器品種的選擇范圍，適用性受到限制。而對于模擬量輸入控制方式，則幾乎在所有的變頻器中都能支持，雖然在功能上比較單一，但可實現(xiàn)調(diào)速的主要功能，能滿足多數(shù)場合的使用要求，具有普遍性。
最常用的模擬量輸入調(diào)速方法是通過電位器來調(diào)節(jié)頻率，即改變模擬量輸入的電壓值，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。采用機(jī)械式電位器雖簡單易行，但易磨損，長期使用不夠穩(wěn)定，同時還有一個最大的缺陷是只適合手動調(diào)節(jié)，不能實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。筆者采用數(shù)字電位器替代機(jī)械式電位器，在單片機(jī)的控制下，不但能進(jìn)行簡單的手動變頻調(diào)速，還能根據(jù)控制要求實現(xiàn)PID閉環(huán)自動控制，不失為一種功能全面的單片機(jī)控制變頻器的好方法。
數(shù)字電位器
筆者采用美國Xicor公司的X9221雙E2POT非易失性數(shù)控電位器，電阻陣列端電壓±5V，分為64個抽頭。X9211包含二個電阻陣列，每個陣列包含有63個電阻單元。在每個單元之間和二個端點(diǎn)都有可以被訪問的抽頭點(diǎn)�；瑒訂卧陉嚵兄械奈恢糜捎脩敉ㄟ^二線制串行總線接口控制。每個電阻陣列與一個滑動端計數(shù)寄存器和四個8位數(shù)據(jù)寄存器聯(lián)系在一起，這四個數(shù)據(jù)寄存器可以由用戶直接寫入和讀出，滑動端計數(shù)寄存器的內(nèi)容控制滑動端在電阻陣列中的位置。功能框圖如圖1 所示。
圖1 功能框圖
單片機(jī)與數(shù)字電位器接口
X9221支持I2C二線制串行總線規(guī)約，與單片機(jī)的接口只需要2根I/O線。單片機(jī)作為主機(jī)可按照規(guī)約規(guī)定的時序啟動數(shù)據(jù)的傳輸，并為發(fā)送和接收操作提供時鐘，X9221作為從機(jī)響應(yīng)主機(jī)的操作，從總線上接收數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)送至總線上，從而實現(xiàn)單片機(jī)對X9221的讀寫操作，硬件接口電路如圖2所示。
軟件設(shè)計
X9221包括二個滑動端計數(shù)寄存器(WCR)，每個E2POT電位器各對應(yīng)一個。WCR可以被認(rèn)為是一個6位并行和串行裝載的帶有輸出譯碼的計數(shù)器，用來選擇沿著電阻陣列的六十四選一的開關(guān)。WCR的內(nèi)容可以有4種方法來改變：1.可以由主機(jī)通過Write WCR指令來直接寫入(串行加載);2.可以通過XFR Data Register指令把四個輔助數(shù)據(jù)寄存器之一的內(nèi)容直接寫入(并行裝載);3.可以通過Increment/Decrement指令一步一步地修改;4.可以在上電時裝入它的數(shù)據(jù)寄存器0(R0)的內(nèi)容。
送給X9221所有的命令都由開始條件為引導(dǎo)，這個條件就是當(dāng)SCL為高時，SDA由高至低的跳變。X9221連續(xù)監(jiān)視SCL和SDA線上的開始條件，在遇到這個條件前將不響應(yīng)任何命令。接著單片機(jī)必須輸出要訪問的X9221的8位地址。其中高4位為器件類型辨識符，固定為0101，低4位是該器件地址，由X9221的A0-A3輸入端的狀態(tài)來定義。在本設(shè)計中A0-A3全部接地，故地址為50H。 X9221在比較地址成功后會作出一個應(yīng)答響應(yīng)，以表示數(shù)據(jù)接收成功。接著單片機(jī)可以送出一個字節(jié)包括指令和寄存器指針的信息，格式如下：
其中
