晶閘管數(shù)字觸發(fā)器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　題 目 晶閘管數(shù)字觸發(fā)器 </p><p>　　學(xué)院名稱 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　職 稱

2、 </p><p>　　班 級(jí) 電子 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p><b>　　

3、2015年6月4日</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 </p><p>　　題 目： 晶閘管數(shù)字觸發(fā)器 </p><p>　　起 止 時(shí) 間: 2015 年 1月10日</p><p>　　至2015年6月6日<

4、/p><p>　　學(xué) 生 姓 名： </p><p>　　專 業(yè) 班 級(jí)： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　教研室主 任： </p><p>　　院 長： <

5、;/p><p>　　2015年 1 月 10 日</p><p>　　南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告</p><p><b>　　晶閘管數(shù)字觸發(fā)器</b></p><p>　　摘要:在由晶閘管組成的大功率整流系統(tǒng)中，主要是用數(shù)字觸發(fā)器對晶閘管觸發(fā)角實(shí)現(xiàn)控制，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角來改變電壓或電流。基于單片機(jī)的數(shù)字觸發(fā)

6、器與傳統(tǒng)的模擬觸發(fā)器相比，數(shù)字觸發(fā)器具有體積小、參數(shù)設(shè)定方便、系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好以及實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)STC89C52為系統(tǒng)的核心，由同步信號(hào)取樣模塊獲得晶閘管的自然換相點(diǎn)，且生成的同步信號(hào)接入單片機(jī)，雙窄脈沖生成模塊將單片機(jī)輸出的單脈沖變成符合晶閘管觸發(fā)所需的雙窄脈沖，脈沖信號(hào)隔離放大模塊放大單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)且將主電路與控制電路隔離，再利用A/D采樣模塊采集輸出的直流

7、電壓，最后由數(shù)碼管顯示直流電壓值和晶閘管的導(dǎo)通角。</p><p>　　關(guān)鍵詞：晶閘管 觸發(fā)器 單片機(jī)</p><p>　　Thyristor digital trigger</p><p>　　Abstract: the high power rectifier system which is formed by thyristors , mainly use

8、s the digital trigger to realize the control of the thyristor’s trigger angle and change the voltage or current by control the thyristor’s conduction angle.compared with the traditional analog trigger, the digital trigge

9、r has characteristics of small volume, parameter setting conveniently, reliable system, good stability and being real-time .</p><p>　　This design adopts STC89C52 single-chip microcomputer as the core of the

10、system,the synchronization signal sample module gets the thyristor’s natural commutation point and synchronization signal generated is connected with the single-chip microcomputer, double narrow pulse generating module w

11、ill change the single pulse into the double narrow pulse which the thyristor trigger requires,pulse signal isolation amplifier module amplifies the pulse signal and isolates the control circuit from the main</p>&

12、lt;p>　　Keywords: thyristor; rigger; single-chip microcomputer</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引 言1</b></p><p>　　第1章 總體設(shè)計(jì)方案2</p><p>

13、<b>　　1.1應(yīng)用背景2</b></p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題3</p><p>　　1.2.1同步信號(hào)獲取4</p><p>　　1.2.2晶閘管觸發(fā)方式的選擇4</p><p>　　1.2.3單片機(jī)脈沖輸出順序的確定5</p><p>　　1.3總體設(shè)計(jì)方案6<

14、;/p><p>　　第2章 硬件設(shè)計(jì)8</p><p>　　2.1同步信號(hào)取樣模塊8</p><p>　　2.1.1電壓比較器LM311的介紹10</p><p>　　2.1.2光電耦合器6N137 的特性11</p><p>　　2.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123的介紹11</p><p

15、>　　2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)13</p><p>　　2.2.1單片機(jī)的管腳說明13</p><p>　　2.2.2振蕩電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.2.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)14</p><p>　　2.3雙窄脈沖形成模塊15</p><p>　　2.4脈沖隔離放大模塊16</p>

16、<p>　　2.4.1光電耦合器TLP521-1的管腳說明17</p><p>　　2.4.2脈沖變壓器的作用18</p><p>　　2.5 A/D采樣模塊18</p><p>　　2.5.1 AD1674的管腳說明19</p><p>　　2.6 數(shù)碼管顯示模塊21</p><p>　　2.6.

17、1共陰極四位一體數(shù)碼管的介紹21</p><p>　　2.7按鍵輸入模塊22</p><p>　　2.8電源模塊23</p><p>　　2.8.1變壓器的選擇24</p><p>　　2.8.2整流橋的選擇24</p><p>　　2.8.3濾波電容的選擇24</p><p>　　

18、2.8.4集成三端穩(wěn)壓器的選擇25</p><p>　　第3章 軟件設(shè)計(jì)26</p><p>　　3.1數(shù)字觸發(fā)器的工作過程26</p><p>　　3.2主函數(shù)及流程28</p><p>　　3.3按鍵掃描子程序29</p><p>　　3.4 A/D采樣子程序30</p><p&g

19、t;　　3.5數(shù)碼管顯示子程序31</p><p>　　3.6外部中斷0子程序32</p><p>　　3.7定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序32</p><p>　　3.8定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序33</p><p>　　3.9中斷子程序的執(zhí)行順序33</p><p>　　第4章 系統(tǒng)調(diào)試34</p>

20、<p>　　4.1硬件調(diào)試34</p><p>　　4.2測試結(jié)果34</p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　致 謝39</b></p><p&g

21、t;　　附錄一：系統(tǒng)總程序40</p><p>　　附錄二：實(shí)物圖51</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　在大功率可控整流場合，通常采用晶閘管作為主電路的電力電子器件，在晶閘管構(gòu)成的整流系統(tǒng)中，觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生電路是十分重要的，因?yàn)橛|發(fā)脈沖的好壞直接影響整流輸出的品質(zhì)，甚至影響整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，以分立元件及專

22、用集成電路為主的觸發(fā)電路，它的性能不盡人意，它的電路比較復(fù)雜，調(diào)試難度比較大，而且六個(gè)脈沖的均勻度不好。</p><p>　　隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是微機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用單片機(jī)為控制核心的數(shù)字式觸發(fā)器，可以很大程度上減化硬件電路的組成，并且可以提高觸發(fā)器的控制精度，另外由于軟件的可編程性，使數(shù)字觸發(fā)器的調(diào)速范圍更加靈活，能夠滿足多方面的需要,而且數(shù)字觸發(fā)器技術(shù)比較成熟，性價(jià)比較高，從而得到了廣泛的應(yīng)用。&l

23、t;/p><p>　　本文介紹了一種基于單片機(jī)STC89C52的晶閘管數(shù)字觸發(fā)器的的實(shí)現(xiàn)方法，它充分發(fā)揮了現(xiàn)代單片機(jī)的計(jì)算能力強(qiáng)、速度快等特點(diǎn)，巧妙地硬件設(shè)計(jì)和簡單快速的觸發(fā)脈沖算法加以輔助，使得控制形式靈活多樣，可靠性高。它為晶閘管觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)小型化、數(shù)字化、智能化和聯(lián)網(wǎng)化提夠了一個(gè)很好的平臺(tái)。</p><p>　　第1章 總體設(shè)計(jì)方案</p><p><b

24、>　　1.1應(yīng)用背景</b></p><p>　　目前在各種由晶閘管組成的整流系統(tǒng)中，應(yīng)用最為廣泛的是三相橋式全控整流電路，其原理圖如圖1.1所示，其中3個(gè)陰極連在一起的晶閘管（VT，VT，VT）稱為共陰極組，將陽極連在一起的3個(gè)晶閘管（VT，VT，VT）稱為共陽極組。</p><p>　　圖1.1三相橋式全控整流電路</p><p>　　數(shù)字觸發(fā)

25、器通過控制6個(gè)晶閘管的控制端，以一定的順序開通晶閘管，根據(jù)三相橋式全控整流電路的工作原理，6個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序是VT—VT—VT—VT—VT—VT。任何時(shí)刻都必須有2個(gè)晶閘管導(dǎo)通，其中一個(gè)是共陰極組的晶閘管，是該組陽極所接交流電壓值最高的一個(gè)導(dǎo)通；另外一個(gè)晶閘管是共陽極組的，是該陰極所接交流電壓值最低的一個(gè)導(dǎo)通。并且導(dǎo)通的2個(gè)晶閘管不能同相。</p><p>　　而輸出直流電壓值是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來實(shí)現(xiàn)的，

26、把主電路中A和C相鄰兩相的交點(diǎn)稱為VT晶閘管的自然換相點(diǎn)，該點(diǎn)就是晶閘管VT導(dǎo)通角=0°的時(shí)刻，如圖1.2中的a點(diǎn)。即如果在a點(diǎn)處導(dǎo)通晶閘管，則=0°，如果在a點(diǎn)處延遲1.67ms(30°對應(yīng)的時(shí)間）導(dǎo)通晶閘管，則=30°。同理，圖1.2中的-對應(yīng)VT-VT號(hào)晶閘管的自然換相點(diǎn)。</p><p>　　圖1.2 晶閘管的自然換相點(diǎn)</p><p>　　

27、表1.1列出了=0°時(shí)晶閘管的導(dǎo)通順序，當(dāng)?shù)扔谄渌嵌葧r(shí)，晶閘管的導(dǎo)通順序依然相同，只是導(dǎo)通的時(shí)間減少了。以圖1.2中的a點(diǎn)為起始時(shí)刻，當(dāng)直流負(fù)載為電阻且負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，三相橋式全控整流電路的輸出直流電壓與導(dǎo)通角的關(guān)系為</p><p><b>　?。ǎ?lt;/b></p><p>　　換算成對應(yīng)的時(shí)間（單位為ms）為：</p><p>

28、<b>　　=</b></p><p>　　控制角就控制了直流輸出電壓，從而達(dá)到調(diào)節(jié)直流電壓的目的。而本設(shè)計(jì)的數(shù)字觸發(fā)器就是根據(jù)設(shè)定的直流輸出電壓，在以晶閘管自然換相點(diǎn)為起點(diǎn)，延時(shí)角對應(yīng)的時(shí)間后，給各個(gè)晶閘管輸出觸發(fā)脈沖。</p><p>　　表1.1 時(shí)晶閘管的導(dǎo)通順序</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題</p><

29、p>　　本設(shè)計(jì)需要解決同步信號(hào)獲取、晶閘管觸發(fā)方式的選擇、單片機(jī)輸出晶閘管脈沖的順序三個(gè)關(guān)鍵問題。</p><p>　　1.2.1同步信號(hào)獲取</p><p>　　在晶閘管移相觸發(fā)控制裝置中，它的輸出電壓和功率的改變是通過改變晶閘管的控制角來實(shí)現(xiàn)的。為了滿足晶閘管的導(dǎo)通條件，并且正確的計(jì)算控制角，必須要獲得晶閘管的自然換相點(diǎn)，并以此作為滿足晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通條件和計(jì)算控制角的基準(zhǔn)點(diǎn)，這

30、一信號(hào)通常稱為同步信號(hào)。</p><p>　　晶閘管的自然換相點(diǎn)對應(yīng)到三相交流電上，就是相鄰兩相同時(shí)大于零時(shí)的交點(diǎn)，如圖1.2中的a點(diǎn)，此a點(diǎn)就是晶閘管控制角的基準(zhǔn)點(diǎn)，因?yàn)榻嵌瓤傄袀€(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)。該點(diǎn)可以用電壓比較器來比較相鄰兩相電壓值解決，比如將A、B兩相電壓通過變壓器降壓后送入比較器，如果A接電壓比較器的正端，B接電壓比較器的負(fù)端，那么比較器由0變到1時(shí)即為a點(diǎn)。這樣就解決了同步信號(hào)獲取的難題。</p>

31、;<p>　　1.2.2晶閘管觸發(fā)方式的選擇</p><p>　　晶閘管通常有兩種觸發(fā)方式：寬脈沖觸發(fā)和雙窄脈沖觸發(fā)。當(dāng)采用寬脈沖觸發(fā)方式時(shí)，觸發(fā)脈沖的寬度，一般取為80°-120°。因?yàn)橄噜従幪?hào)兩元件自然換相點(diǎn)間的時(shí)間間隔為60°，所以在觸發(fā)某號(hào)元件時(shí)，前一號(hào)元件的觸發(fā)脈沖尚未結(jié)束。這樣即可保證各整流回路中兩個(gè)晶閘管元件同時(shí)具有觸發(fā)脈沖，并具有足夠的脈沖寬度。<

32、/p><p>　　而采用雙窄脈沖觸發(fā)方式時(shí)，對某一元件順序發(fā)出脈沖的同時(shí)，為前一號(hào)元件補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖，以保證整流回路中兩個(gè)元件同時(shí)具有觸發(fā)脈沖。這種觸發(fā)方式中的每個(gè)晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)時(shí)間間隔為60°的脈沖，故稱為雙窄脈沖觸發(fā)方式。例如，當(dāng)要求VT導(dǎo)通時(shí)，除了給VT發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時(shí)給VT發(fā)一觸發(fā)脈沖；當(dāng)要求VT導(dǎo)通的時(shí)候，除了給VT發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時(shí)給VT發(fā)一觸發(fā)脈沖，以此類推。6個(gè)晶閘管元

33、件的觸發(fā)脈沖順序及兩組元件分別換相的順序如圖1.3，采用雙窄脈沖觸發(fā)時(shí)的觸發(fā)脈沖如圖1.4所示。</p><p>　　圖1.3 觸發(fā)脈沖順序及兩組元件換相順序</p><p>　　圖1.4 采用雙窄脈沖觸發(fā)時(shí)的觸發(fā)脈沖</p><p>　　雖然這兩種觸發(fā)方式都能滿足該電路對觸發(fā)控制的要求，但相比較而言，雙窄脈沖觸沖電路雖然比較復(fù)雜，但它可減小觸發(fā)裝置的輸出功率和脈沖

34、變壓器的鐵芯體積。而用寬脈沖觸發(fā)時(shí)，雖然脈沖次數(shù)少了一半，但為了不使脈沖變壓器飽和，其鐵芯體積要做的大些，繞組匝數(shù)要多些，因而漏感增大，，導(dǎo)致脈沖的前沿不夠陡，故本設(shè)計(jì)采用雙窄脈沖的觸發(fā)方式。</p><p>　　1.2.3單片機(jī)脈沖輸出順序的確定</p><p>　　單片機(jī)輸出脈沖順序必須與三相橋式全控整流電路的晶閘管觸發(fā)脈沖的順序完全一致，這時(shí)整流系統(tǒng)才能正常工作。即如果單片機(jī)檢測到圖

35、1.5中的時(shí)刻，在之后的60°內(nèi)，只應(yīng)發(fā)出VT和VT導(dǎo)通的信號(hào)；如果檢測到時(shí)刻，在之后的60°內(nèi)，只應(yīng)發(fā)出VT和VT導(dǎo)通的信號(hào)；其余時(shí)刻依次。這樣，利用圖1.5中的關(guān)系即可解決單片機(jī)脈沖輸出順序的問題。當(dāng)A相電壓值大于B相電壓值時(shí)，S輸出高電平；當(dāng)B相電壓值大于C相電壓值時(shí)，S輸出高電平；當(dāng)C相電壓值大于A相電壓值時(shí)，S輸出高電平。單片機(jī)通過判斷這三個(gè)電平的組合狀態(tài)，即能分辨出-這6個(gè)自然換相點(diǎn)，從而根據(jù)每個(gè)自然換相

36、點(diǎn)來輸出合適的脈沖信號(hào)。</p><p>　　圖1.5 同步電路認(rèn)相波形</p><p>　　同步認(rèn)相電路的邏輯關(guān)系如表1.2所列。</p><p>　　表1.2 同步認(rèn)相電路邏輯關(guān)系表</p><p><b>　　1.3總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　晶閘管數(shù)字觸發(fā)器總體設(shè)計(jì)方案如圖

37、1.6所示。系統(tǒng)總共由電源模塊、同步信號(hào)獲取模塊、單片機(jī)最小系統(tǒng)、雙窄脈沖生成模塊、A/D采樣模塊、脈沖信號(hào)隔離放大模塊、鍵盤和顯示模塊組成。</p><p>　　圖1.6 數(shù)字觸發(fā)器總體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　單片機(jī)為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)處理同步信號(hào)、計(jì)算晶閘管的導(dǎo)通角和生成晶閘管的觸發(fā)脈沖。</p><p>　　同步信號(hào)獲取模塊獲得晶閘管的自然換相點(diǎn)，且生成的

38、同步信號(hào)接入單片機(jī)的外部中斷口，一旦有同步信號(hào)就及時(shí)的通知單片機(jī)處理。</p><p>　　雙窄脈沖生成模塊將單片機(jī)輸出的單脈沖變成符合晶閘管觸發(fā)所需的雙窄脈沖。</p><p>　　A/D采樣模塊負(fù)責(zé)采集輸出的實(shí)際直流電壓，單片機(jī)通過A/D采樣后，將A/D采樣值換算成實(shí)際電壓值，然后在數(shù)碼管上顯示出來。</p><p>　　脈沖信號(hào)隔離放大模塊用于將主電路和控制電

39、路隔離開來，并且放大單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)。</p><p><b>　　第2章 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1同步信號(hào)取樣模塊</p><p>　　在晶閘管移相觸發(fā)控制裝置中，它的輸出電壓和功率的改變是通過改變晶閘管的控制角來實(shí)現(xiàn)的。為了滿足晶閘管的導(dǎo)通條件，并且正確的計(jì)算控制角，必須要獲得晶閘管的自然換相點(diǎn)，并以此作為滿足晶閘

40、管的觸發(fā)導(dǎo)通條件和計(jì)算控制角的基準(zhǔn)點(diǎn)，這一信號(hào)通常稱為同步信號(hào)。晶閘管的自然換相點(diǎn)對應(yīng)到三相交流電上，就是相鄰兩相同時(shí)大于零時(shí)的交點(diǎn)，該點(diǎn)可以利用比較器比較相鄰兩相電壓值來解決。</p><p>　　同步信號(hào)取樣電路如圖2.1所示。J1接主電路同步變壓器的二次繞組側(cè)，各相電壓都經(jīng)過LM311電壓比較器比較后，輸出3個(gè)方波信號(hào)S、S和S，這3個(gè)方波信號(hào)經(jīng)過6N137光電耦合器后分別送入單片機(jī)的P2.0、P2.1和P

41、2.2腳，以作為脈沖分配判斷信號(hào)，同時(shí)這3個(gè)信號(hào)經(jīng)74LS86“異或”后產(chǎn)生同步信號(hào)輸入到外部中斷0，向單片機(jī)申請中斷。兩個(gè)二極管是限制比較器輸入電壓的鉗位二極管，一方面可以保護(hù)電壓比較器，另一方面限制正反向輸入端的電壓偏差，避免比較器因輸入偏差電壓過大而出現(xiàn)輸出延遲。</p><p>　　光電耦合器6N137的最大輸入電流，低電平時(shí):I=250；高電平時(shí)：I=15mA；所以電阻R3的值為：</p>

42、<p><b>　　R3===。</b></p><p>　　將6N137的第7腳接高電平，比較器的輸出端接6N137的第3腳，第2腳接高電平，在傳輸?shù)倪^程中，不改變邏輯狀態(tài)。</p><p>　　圖2.1同步信號(hào)取樣電路</p><p>　　同步信號(hào)取樣電路各個(gè)階段波形圖如圖2.5所示,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度計(jì)算公式為WP=RC=

43、4.7100.4710s=2.2ms。當(dāng)74HC123檢測到S的下降沿的時(shí)候開始觸發(fā)，把第4腳輸出拉為低，持續(xù)2.2ms后恢復(fù)到觸發(fā)前狀態(tài)，等到下個(gè)下降沿會(huì)繼續(xù)觸發(fā)，持續(xù)拉低2.2ms后恢復(fù)到觸發(fā)前的狀態(tài)。單片機(jī)的外部中斷0設(shè)置為下降沿觸發(fā)，則晶閘管的每個(gè)自然換相點(diǎn)都能夠觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷0。</p><p>　　圖2.5 同步信號(hào)取樣電路各個(gè)階段波形圖（)</p><p>　　2.1.

44、1電壓比較器LM311的介紹 </p><p>　　LM311電壓比較器的引腳如圖2.2所示，利用LM311可以將輸入的兩個(gè)電壓信號(hào)進(jìn)行比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓將產(chǎn)生躍變，根據(jù)正負(fù)端口電壓的高低情況輸出高電平或者低電平，即可以將正弦波變?yōu)橥l率的方波。其第7腳為輸出，是集電極開路的結(jié)構(gòu)，因此，在應(yīng)該輸出高電平的時(shí)候，就不會(huì)得到高電平，需要在第7腳與正電源8腳之間接入一個(gè)上拉電阻，使集電極不再開路。&l

45、t;/p><p>　　圖2.2 LM311引腳圖</p><p>　　2.1.2光電耦合器6N137 的特性 </p><p>　　光電耦合器6N137的引腳圖如圖2.3。</p><p>　　圖2.3 6N137引腳圖</p><p>　　NC；2.A（陽極）；3.C（陰極）；4.NC；5.GND；6.OUT（開路集電極

46、）；</p><p>　　7.EN(使能端）；8.VCC</p><p>　　第7腳是使能端，當(dāng)它在0-0.8V時(shí)，強(qiáng)制輸出為高，當(dāng)它在2.0V-VCC時(shí)允許接收端工作。由于光電耦合器6N137的第6腳輸出為集電極開路，因此輸出端要接上拉電阻，一般可選4.7；在第2腳和第3腳之間是一個(gè)LED，必須串接一個(gè)限流電阻；在VCC（8腳）和地（5腳）之間必須接一個(gè)0.1uf的高頻特性良好的電容，這

47、個(gè)電容可以吸收電源線上的紋波，又可以減小接收端開關(guān)工作時(shí)對電源的沖擊。若希望在傳輸過程中不改變邏輯狀態(tài)，則從腳3輸入，腳2接高電平；若以2腳為輸入，腳3接地，則它的真值表如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 6N137的真值表</p><p>　　2.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123的介紹</p><p>　　74HC123它是一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)

48、器的作用是：不管觸發(fā)信號(hào)持續(xù)多長時(shí)間，它只固定維持外圍電阻電容給定的一段時(shí)間后就恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)，即外圍的電阻和電容決定單穩(wěn)時(shí)間。脈沖寬度的計(jì)算公式是：WP=RC。74HC123的芯片引腳如圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 74HC123引腳圖</p><p>　　引腳名稱與引腳說明如表2.2所示。</p><p>　　表2.2 引腳名稱與引腳說明<

49、;/p><p>　　功能表如表2.3所示。</p><p>　　表2.3 74HC123的功能表</p><p>　　2.2單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　本系統(tǒng)采用的是單片機(jī)STC89C52。單片機(jī)STC89C52是一種低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8KB 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。它使用高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與

50、工業(yè)80C51 產(chǎn)品引腳和指令完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。</p><p>　　STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8KBFlash；256字節(jié)RAM；32 位I/O 口線；2個(gè)數(shù)據(jù)指針；三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；看門狗定時(shí)器；一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)；全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。</p><p>　　2.2.1單片機(jī)的管腳說明</p&g

51、t;<p><b>　　RST：復(fù)位引腳。</b></p><p>　　X1：振蕩器反相放大器的輸入端。</p><p>　　X2：振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　P0口：可以作為基本的I/O口使用，當(dāng)P0口作為輸出端口時(shí)，為確保能正常工 作必須外接上拉電阻。當(dāng)P0口作為輸入端口時(shí)，有兩種工作方式，分別是讀引腳操作

52、和讀鎖存器操作。當(dāng)系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)也可分時(shí)作為數(shù)據(jù)總線和低八位地址總線。</p><p>　　P1口：P1口雖然有上拉電阻，但是由于其阻值過大，所以驅(qū)動(dòng)能力較弱，只能驅(qū)動(dòng)功耗較低的系統(tǒng)，在應(yīng)用時(shí)最好還要外接10K左右的上拉電阻，此外P1口也擁有豐富的第二功能。</p><p>　　P2口：P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向端口，可以作為通用的I/O口使用，在系統(tǒng)擴(kuò)展外圍總線是輸出高八位地址。</p>

53、<p>　　P3口：P3.0-P3.7的八位雙口線，它的第一功能為基本輸入/輸出，P3口更重要的是它的第二功能。</p><p>　　2.2.2振蕩電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)的振蕩電路有內(nèi)部振蕩電路跟外部振蕩電路。外部振蕩電路一般應(yīng)用在由幾片單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)中，使各個(gè)單元的時(shí)鐘信號(hào)同步運(yùn)行，因此選擇內(nèi)部振蕩的方式。通過X1和X2在芯片外并接石英晶體振蕩器和電容C2

54、和C3，石英晶體與電容構(gòu)成振蕩回路，為片內(nèi)放大器提供正反饋和振蕩所需的條件，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機(jī)外接的是12MHZ晶振，則機(jī)器周期是1。</p><p>　　2.2.3復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　STC89C52單片機(jī)有2種復(fù)位方式：上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。上電復(fù)位是通過給電容充電，經(jīng)過一段時(shí)間后使復(fù)位引腳收到高電平信號(hào)，單片機(jī)執(zhí)行復(fù)位。按鍵電平復(fù)位是在上電復(fù)位的基

55、礎(chǔ)上，加上串聯(lián)電阻和復(fù)位按鍵，然后再與電容并聯(lián)，當(dāng)電源接通時(shí)，完成上電復(fù)位。需要手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位鍵SR使電容C1跟電阻R1形成回路，電容C1放電使單片機(jī)RST引腳接收到高電平信號(hào)，完成復(fù)位。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用按鍵電平復(fù)位，上電時(shí)C1通過電阻R1進(jìn)行充電，就可以完成復(fù)位操作，C1結(jié)束充電復(fù)位端電平為低，這時(shí)CPU將正常工作。當(dāng)需要進(jìn)行按鍵復(fù)位時(shí)，就按下按鍵SR，C1通過R1和SR進(jìn)行放電，復(fù)位端將

56、會(huì)變成高電平，這就實(shí)現(xiàn)人工按鍵復(fù)位，按鍵松開后，C1重新充電，結(jié)束充電后，CPU將會(huì)重新工作。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.6 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖</p><p>　　2.3雙窄脈沖形成模塊</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用雙窄脈沖的觸發(fā)方式，對某一元件發(fā)出觸發(fā)脈沖的同時(shí)，為前一號(hào)元件補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)

57、脈沖，以保證整流回路中兩個(gè)元件同時(shí)具有觸發(fā)脈沖。這種觸發(fā)方式中的每個(gè)晶閘管在一個(gè)周期內(nèi)有兩個(gè)時(shí)間間隔為60°的脈沖，故稱為雙窄脈沖觸發(fā)方式。例如：當(dāng)要求VT導(dǎo)通時(shí)，除了給VT發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時(shí)給VT發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖；當(dāng)要求VT導(dǎo)通的時(shí)候，除了給VT發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時(shí)給VT發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖；以此類推。</p><p>　　雙窄脈沖電路模塊由6個(gè)“或”門組成，P1.1到P1.6分別控制6個(gè)晶閘管，當(dāng)給晶

58、閘管VT1發(fā)送觸發(fā)脈沖時(shí)，通過U9B“或”門，給VT6補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖；當(dāng)給晶閘管VT2發(fā)送脈沖時(shí)，通過U8A“或”門給VT1補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖；這樣就利用硬件實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)輸出單脈沖變成雙脈沖的目的。電路如圖2.7所示。</p><p>　　圖2.7 雙窄脈沖電路模塊</p><p>　　2.4脈沖隔離放大模塊</p><p>　　因?yàn)閺膯纹瑱C(jī)輸出的脈沖信號(hào)強(qiáng)度不夠，

59、不可以驅(qū)動(dòng)晶閘管，為了滿足晶閘管門極對觸發(fā)脈沖的功率要求和避免干擾，所以由單片機(jī)輸出的觸發(fā)信號(hào)，必須經(jīng)過光電隔離、功率放大才能作為驅(qū)動(dòng)晶閘管門極的觸發(fā)脈沖。</p><p>　　脈沖隔離放大電路由光電耦合器、三極管功放和脈沖變壓器組成。本設(shè)計(jì)采用了光電耦合器TLP521-1，發(fā)光二極管把輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳給光敏三極管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，由于沒有直接的電氣連接，輸入端和輸出端僅用光耦合，故在電性能上完全隔離，

60、能夠有效抑制各種頻率的干擾，所以用它來傳送所需要的頻率信號(hào)，完全可以做到輸入與輸出端的頻率高度一致。</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)輸出口為高電平1時(shí)，TLP521-1光電耦合器截止，三極管Q1因基極為高電平而使其導(dǎo)通，此時(shí)脈沖變壓器TM有脈沖輸出，因而在晶閘管VT1控制端處形成滿足晶閘管門極的觸發(fā)脈沖；反之，則脈沖變壓器無脈沖輸出，晶閘管門極無觸發(fā)脈沖。R18和D10主要起續(xù)流作用，D11、D12和R19主要起整

61、形的作用，二極管可以選用1N4007。</p><p>　　晶閘管的門極觸發(fā)電流是I=50mA,則R19===。</p><p>　　光電耦合器TLP521-1的光耦電流在0.5-10mA區(qū)間段線性度比較好，所以限流電阻R15的值為：R15===。</p><p>　　脈沖隔離放大電路如圖2.8所示。</p><p>　　圖2.8 脈沖隔離放

62、大電路</p><p>　　2.4.1光電耦合器TLP521-1的管腳說明</p><p>　　光電耦合器的引腳如圖2.9，為了盡快進(jìn)入光敏三極管的飽和區(qū)，需加大光電耦合器的光敏三極管的上拉電阻，這里選10K的電阻。</p><p>　　圖2.9光電耦合器引腳圖</p><p>　　1.Anode（陽極）； 2.Cathode（陰極）；&l

63、t;/p><p>　　3.Emitter(發(fā)射極）；4.Collector（集電極）</p><p>　　2.4.2脈沖變壓器的作用</p><p>　　脈沖變壓器的作用是隔離主回路與觸發(fā)電路，并且把觸發(fā)脈沖加到晶閘管的門極上。利用脈沖變壓器，可以把脈沖電壓升高或者降低，改變脈沖的極性以及使阻抗匹配。脈沖變壓器和普通的變壓器在結(jié)構(gòu)上比較相似，但是它們的工作情況有很大的差

64、別，普通的變壓器初級(jí)加的是正弦電壓，脈沖變壓器初級(jí)加的是周期脈沖電壓，脈沖變壓器在傳送脈沖信號(hào)的時(shí)候，脈沖的波形不會(huì)發(fā)生畸變。</p><p>　　2.5 A/D采樣模塊</p><p>　　A/D采樣電路是負(fù)責(zé)采集輸出的直流電壓,單片機(jī)通過A/D采樣以后，將采集到的電壓經(jīng)過一定的換算關(guān)系換算成實(shí)際電壓值，然后在數(shù)碼管上顯示出來。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中A/D

65、采樣采用AD1674芯片，它是Analog Devices公司在它原有的12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574，AD674和AD774等系列的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，是12位逐次逼近型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，在轉(zhuǎn)換速度上有了很大的提高。AD1674的電源應(yīng)經(jīng)過濾波，濾除高頻噪聲，濾波電容通常為47的電容和0.1的瓷片電容的并聯(lián)。R55用于系統(tǒng)調(diào)零，即保證在V=0時(shí)輸出數(shù)字量為全0；R56用于微調(diào)片內(nèi)DAC基準(zhǔn)電流。A/D采樣電路如圖2.10所示。</p&g

66、t;<p>　　圖2.10 A/D采樣電路</p><p>　　2.5.1 AD1674的管腳說明</p><p>　　AD1674的引腳如圖2.11所示，引腳說明如表2.4所示。</p><p>　　圖2.11 AD1674引腳圖</p><p>　　表2.4 AD1674引腳說明</p><p>　

67、　AD1674的數(shù)據(jù)鎖存器是可控三態(tài)的，可直接與單片機(jī)的P0口相連。由于AD1674的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是12位的，而單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線是8位的，因此單片機(jī)須經(jīng)過2次讀操作才能獲取一次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，一次高8位即DB11-DB4，另外一次為低4位即DB3-DB0，在讀低4位時(shí)DB4-DB7始終輸出為0。AD1674的真值表如表2.5所示。</p><p>　　表2.5 AD1674的真值表</p><

68、;p>　　2.6 數(shù)碼管顯示模塊 </p><p>　　本設(shè)計(jì)采用2個(gè)共陰極的四位一體數(shù)碼管，用來顯示直流電壓值和晶閘管的導(dǎo)通角，前1個(gè)數(shù)碼管顯示設(shè)定的電壓值和晶閘管導(dǎo)通角α，具體顯示哪個(gè)由按鍵模塊的功能鍵key4決定。在顯示α角時(shí)，第一個(gè)數(shù)碼管的第一位顯示“A”作為顯示晶閘管導(dǎo)通角α的標(biāo)志。后面1個(gè)數(shù)碼管用來顯示實(shí)際的電壓值。顯示模塊采用兩片74HC573鎖存器作為段選驅(qū)動(dòng)和位選端，當(dāng)鎖存控制端是高電平時(shí)

69、，74HC573處于數(shù)據(jù)直通狀態(tài)，單片機(jī)P0口數(shù)據(jù)能直接輸出到74HC573的輸出端；當(dāng)鎖存控制端LE是低電平0時(shí)，74HC573處于鎖存狀態(tài)，輸出端數(shù)據(jù)保持原來狀態(tài)不變，不受輸入端影響。數(shù)碼管顯示模塊的電路如圖2.12所示。</p><p>　　圖2.12 數(shù)碼管顯示模塊</p><p>　　2.6.1共陰極四位一體數(shù)碼管的介紹</p><p>　　數(shù)碼管顯示模塊

70、采用2個(gè)共陰極的四位一體數(shù)碼管，數(shù)碼管的引腳圖如圖2.13所示。</p><p>　　圖2.13 共陰極四位一體數(shù)碼管引腳圖</p><p>　　內(nèi)部的4個(gè)數(shù)碼管共用8根數(shù)據(jù)線a-dp,有4個(gè)公共端，一共有12個(gè)引腳，w1、w2、w3、w4為4個(gè)位選，a、b、c、d、e、f、g、dp為8個(gè)段選，即12、9、8、6為公共端，A-11，B-7，C-4，D-2,E-1,F-10,G-5,DP-3

71、。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.14所示：</p><p>　　2.14共陰極四位一體數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.7按鍵輸入模塊</b></p><p>　　按鍵輸入模塊有4個(gè)按鍵：數(shù)值增加鍵、數(shù)值減小鍵、功能鍵和確認(rèn)鍵。數(shù)值增加鍵和數(shù)值減小鍵用于設(shè)定直流電壓，當(dāng)直流電壓設(shè)定好后按下確定鍵，設(shè)定好的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)處理。功能鍵用于選擇數(shù)碼

72、管前4位是顯示設(shè)定的電壓值還是晶閘管的導(dǎo)通角α。由于只有四個(gè)按鍵，所以接成獨(dú)立鍵盤的形式，4個(gè)按鍵分別接在單片機(jī)的P3.3到P3.6口上。按鍵輸入模塊電路如圖2.15所示。</p><p>　　圖2.15按鍵輸入模塊</p><p><b>　　2.8電源模塊</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源有四部分：電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)

73、壓電路。變壓器把220V交流電變?yōu)樗枰牡碗妷旱慕涣麟?整流電路把輸入的交流電變成直流電，再經(jīng)濾波和穩(wěn)壓電路后，就可以輸出穩(wěn)定的直流電壓了。本次要設(shè)計(jì)一個(gè)直流輸出15V、-15V和5V的電源。</p><p>　　圖2.16穩(wěn)壓電源的組成框圖</p><p>　　圖2.17 整流與穩(wěn)壓的過程</p><p>　　2.8.1變壓器的選擇</p><

74、;p>　　變壓器的作用是將220V的交流電壓變換成整流濾波電路所需要的交流電壓。電源變壓器的效率為：</p><p>　　一般變壓器的效率如表2.6所示：</p><p>　　表2.6 變壓器的效率</p><p>　　因此，當(dāng)算出了副邊功率后，就可以根據(jù)上表算出原邊功率。</p><p>　　對于集成三端穩(wěn)壓器，（）=2-2.5V具有

75、較好的穩(wěn)壓輸出特性。輸出為15V的集成穩(wěn)壓器，其最小輸出電壓為：</p><p>　　U=15V+2V=17V</p><p>　　取U=20V，由：U=（1.1-1.2）U，得U==18V。</p><p>　　變壓器副邊電流：=80mA,取I=0.1A，由I，U得變壓器副邊輸出功率：P==1.8VA。</p><p>　　由表2.6可得效

76、率，變壓器原邊輸入功率P=3W。</p><p>　　2.8.2整流橋的選擇</p><p>　　整流橋是將橋式整流的四個(gè)二極管封裝在一起，只引出四個(gè)引腳，四個(gè)引腳中，兩個(gè)直流輸出端標(biāo)有＋或－，兩個(gè)交流輸入端有～標(biāo)記。它可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電?？紤]到負(fù)載，選擇2W10的，即電流2A,最大耐壓1000V。</p><p>　　2.8.3濾波電容的選擇</p&g

77、t;<p>　　利用電容器兩端的電壓不能突變和流過電容器的電流不能突變的特點(diǎn)，將電容器和負(fù)載電容并聯(lián)或電容器與負(fù)載電阻串聯(lián)，以達(dá)到使輸出波形基本平滑的目的。選擇電容濾波電路后，直流輸出電壓：Uo1=(1.1～1.2)U2，直流輸出電流： I=（I2是變壓器副邊電流的有效值。）電容的耐壓要大于U==25V，所以濾波電容的耐壓為25V。</p><p>　　2.8.4集成三端穩(wěn)壓器的選擇

78、</p><p>　　集成三端穩(wěn)壓器選用+15V輸出的LM7815、-15V輸出的LM7915和+5V輸出的LM7805，它們的輸出電壓誤差為0.5V，輸出最大電流為=100mA。在工作環(huán)境溫度內(nèi)和功耗范圍內(nèi)有過溫和過流保護(hù)。</p><p>　　電路原理圖如圖2.18所示。</p><p>　　2.18電源模塊電路圖</p><p>　　2

79、20V、50HZ交流電壓經(jīng)18V電源變壓器降壓后，通過整流橋變?yōu)橹绷麟姡缓蠼?jīng)過一系列的電容濾波后，直流電會(huì)變得更加平滑，將紋波系數(shù)降低，最后通過集成三端穩(wěn)壓器7815、7915、7805進(jìn)行穩(wěn)壓，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓。</p><p><b>　　第3章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1數(shù)字觸發(fā)器的工作過程</p><p>　

80、　系統(tǒng)上電以后，單片機(jī)執(zhí)行鍵盤掃描程序，根據(jù)主電路交流電壓有效值，按鍵設(shè)定好的輸出直流電壓的計(jì)算公式為：</p><p>　　=2.34cos (0)</p><p>　　根據(jù)上面公式計(jì)算出角度值。由于電網(wǎng)電壓周期是20ms，對應(yīng)360°，根據(jù)這一關(guān)系將換算成對應(yīng)的時(shí)間（單位為ms),即：</p><p><b>　　==55.6s</b&

81、gt;</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)的外部中斷0腳檢測到電平變化時(shí)，意味著已達(dá)到晶閘管的自然換相點(diǎn)，此時(shí)單片機(jī)執(zhí)行外部中斷0中斷服務(wù)子程序，在該子程序中，根據(jù)時(shí)間長度計(jì)算定時(shí)器0的定時(shí)初值TH0和TL0，然后啟動(dòng)定時(shí)器0，并退出外部中斷0中斷服務(wù)子程序。</p><p>　　當(dāng)定時(shí)器0定時(shí)時(shí)間到，意味著單片機(jī)延時(shí)了角對應(yīng)的時(shí)間，單片機(jī)執(zhí)行定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序。在該子程序中，單片機(jī)檢測到圖

82、3.1中S、S和S的電平狀態(tài)，然后根據(jù)表3.2確定導(dǎo)通晶閘管的序號(hào)，再將控制導(dǎo)通晶閘管的I/O口輸出高電平，這樣即完成了觸發(fā)脈沖的起始電平變化部分。</p><p>　　圖3.1 SSS的電平狀態(tài)</p><p>　　表3.1 同步認(rèn)相電路邏輯關(guān)系表</p><p>　　接下來計(jì)算15°對應(yīng)的時(shí)間，即：T==833。</p><p&g

83、t;　　根據(jù)T時(shí)間長度計(jì)算定時(shí)器1的定時(shí)初值TH1和TL1，然后啟動(dòng)定時(shí)器1，并退出定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序。</p><p>　　當(dāng)定時(shí)器1定時(shí)時(shí)間到，意味著觸發(fā)脈沖持續(xù)了15°的脈沖寬度，單片機(jī)執(zhí)行定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序。在定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序中，將定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序中控制導(dǎo)通晶閘管的I/O口由高電平變?yōu)榈碗娖?，這就即完成了一個(gè)晶閘管的脈沖發(fā)生。最后退出定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序。</p>

84、;<p>　　單片機(jī)由外部中斷0獲取晶閘管的自然換相點(diǎn)，然后利用定時(shí)器0延時(shí)角所對應(yīng)的時(shí)間，再由定時(shí)器1完成脈沖寬度的確定。</p><p>　　單片機(jī)在主程序中還完成A/D采樣和顯示的功能。</p><p>　　因?yàn)閱纹瑱C(jī)的運(yùn)算能力有限，上面的計(jì)算過程可以通過事先運(yùn)算好后制成幾個(gè)表格存入單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器內(nèi)，單片機(jī)通過查表的方法獲取所需的計(jì)算數(shù)據(jù)，下面介紹這些表格的制作方法

85、。</p><p>　　主電路的交流電壓有效值=100V，按鍵設(shè)定好的輸出直流電壓的調(diào)節(jié)范圍是117-234V，對應(yīng)的角的范圍是60°- 0°（實(shí)際應(yīng)用中調(diào)節(jié)是通過聯(lián)合主電路和角兩者一起調(diào)節(jié)，并且不會(huì)讓角調(diào)節(jié)到60°，因?yàn)榻嵌仍酱螅麟娐返闹C波分量也越大。這里為了方便計(jì)算，故作此設(shè)定），并且以0.5V步進(jìn)。因此總共對應(yīng)234個(gè)角度值，根據(jù)公式：</p><p>

86、;<b>　　=2.34cos</b></p><p>　　可計(jì)算出234個(gè)角，并且根據(jù)公式：=</p><p>　　可計(jì)算出234個(gè)值，將234個(gè)值以為單位存入數(shù)組</p><p>　　Unsigned int code [234]={...}；</p><p>　　中。需要注意的是，把以為單位存入時(shí)，所有存入的數(shù)據(jù)都

87、是整數(shù)，這樣便于單片機(jī)處理。同樣，將234個(gè)值對應(yīng)的角度乘以10后存入數(shù)組</p><p>　　Unsigned int code jiaodu[234]={...}；</p><p>　　中。同樣，計(jì)算出15°角對應(yīng)的時(shí)間，以為單位存入變量</p><p>　　Unsigned int code T15=833；</p><p>

88、　　中。這樣單片機(jī)在運(yùn)行時(shí)只需查要表即可，可大大提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。</p><p>　　程序設(shè)計(jì)時(shí)還要注意對中斷的管理。一個(gè)完整的觸發(fā)脈沖由上升沿、脈沖寬度和下降沿三個(gè)部分組成。假設(shè)單片機(jī)在=30°時(shí)觸發(fā)脈沖，當(dāng)晶閘管的自然換相點(diǎn)即a點(diǎn)到來時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行外部中斷0子程序，給定時(shí)器0裝載初值，初值的內(nèi)容是延時(shí)30°所對應(yīng)的時(shí)間。啟動(dòng)定時(shí)器0，開放定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序。</p>&

89、lt;p>　　當(dāng)定時(shí)器0定時(shí)時(shí)間到，在定時(shí)器0中斷子程序中給1號(hào)晶閘管對應(yīng)的I/O口P1.1輸出高電平，即完成脈沖上升沿的部分。同時(shí)給定時(shí)器1裝載初值，初值的內(nèi)容是脈沖寬度15°所對應(yīng)的時(shí)間，然后啟動(dòng)定時(shí)器1，開放定時(shí)器1中斷子程序，同時(shí)關(guān)閉定時(shí)器0中斷。</p><p>　　當(dāng)定時(shí)器1定時(shí)時(shí)間到，在定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序中給1號(hào)晶閘管對應(yīng)的I/O口P1.1輸出低電平，即完成了脈沖下降沿的部分，同

90、時(shí)關(guān)閉定時(shí)器1中斷。</p><p><b>　　3.2主函數(shù)及流程</b></p><p>　　主程序流程圖如圖3.2所示。主函數(shù)一開始完成對外部中斷0、定時(shí)器0和定時(shí)器1的初始化，將外部中斷設(shè)置為下降沿觸發(fā)，開啟外部中斷0，把定時(shí)器0和定時(shí)器1設(shè)置為工作方式1，但是不開放定時(shí)器0和1的中斷。</p><p>　　定時(shí)器0的中斷在外部中斷0服

91、務(wù)子程序中開放。執(zhí)行完定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序后又關(guān)閉定時(shí)器0中斷。</p><p>　　定時(shí)器1的中斷在定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序中開放，執(zhí)行完定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序后又關(guān)閉定時(shí)器1中斷。這樣就保證了中斷服務(wù)子程序的有序執(zhí)行。</p><p>　　圖3.2主程序流程圖</p><p>　　3.3按鍵掃描子程序</p><p>　　按鍵掃描函數(shù)負(fù)責(zé)

92、接收設(shè)定的直流電壓值，并通過查表將設(shè)定的直流電壓值轉(zhuǎn)換為角所對應(yīng)的時(shí)間，同時(shí)按鍵掃描子程序根據(jù)key4功能鍵的按鍵狀態(tài)決定顯示的信息。</p><p>　　Key1-key4四個(gè)鍵按獨(dú)立鍵盤方式連接，分別接在單片機(jī)的P3.3-P3.6口上。</p><p>　　定義unsigned int型全局變量vol，該變量存儲(chǔ)10倍設(shè)定的電壓值，如某一時(shí)刻設(shè)定電壓值為160.5V，則該變量存儲(chǔ)的值為

93、1605.</p><p>　　定義unsigned int型全局變量Tnum，該變量存儲(chǔ)[234]數(shù)組的序號(hào)。</p><p>　　顯示功能鍵key4用于在顯示設(shè)定電壓和角之間選擇，當(dāng)按下顯示功能鍵后，數(shù)碼管的顯示將從角顯示跳轉(zhuǎn)到設(shè)定電壓顯示，或者從設(shè)定電壓顯示跳轉(zhuǎn)到角顯示。按鍵模塊流程圖如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 按鍵模塊流程圖</p&

94、gt;<p>　　3.4 A/D采樣子程序</p><p>　　A/D采樣子程序采集實(shí)際的輸出電壓值。</p><p>　　AD1674的數(shù)據(jù)位寬為12位，在讀取A/D采樣結(jié)果數(shù)據(jù)時(shí)，設(shè)置芯片的第2引腳為低電平，這樣，輸出數(shù)據(jù)的格式為兩個(gè)8位的字節(jié)，單片機(jī)讀取兩次數(shù)據(jù)即獲得采樣結(jié)果。</p><p>　　定義unsigned int型全局變量adres

95、u，用來存入A/D采樣值。</p><p>　　定義unsigned int型全局變量realvol，用來存入通過A/D采樣結(jié)果換算的實(shí)際電壓值。A/D采樣模塊流程圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 A/D采樣模塊流程圖</p><p>　　3.5數(shù)碼管顯示子程序</p><p>　　數(shù)碼管顯示模塊由2個(gè)共陰極四位一體的數(shù)碼管組

96、成，前一個(gè)數(shù)碼管顯示設(shè)定的電壓值或者角信息，具體顯示哪個(gè)由全局變量key4flag決定。Key4flag為1時(shí)顯示設(shè)定電壓值，key4flag為0時(shí)，顯示角。顯示角時(shí)，第一個(gè)數(shù)碼管的第一位顯示“A”作為顯示角標(biāo)志。后一個(gè)數(shù)碼管顯示實(shí)際的電壓值。數(shù)碼管的duanxuan接單片機(jī)的P1.0口,數(shù)碼管的weixuan接單片機(jī)的P1.7口。</p><p>　　變量jiaodu[Tnum]為設(shè)定直流電壓值，按下確認(rèn)鍵ke

97、y3后，對應(yīng)的晶閘管觸發(fā)角度。數(shù)碼管顯示模塊流程圖如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5數(shù)碼管顯示模塊流程圖</p><p>　　3.6外部中斷0子程序</p><p>　　當(dāng)達(dá)到晶閘管的自然換相點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生外部中斷0信號(hào)，單片機(jī)執(zhí)行外部中斷0子程序。</p><p>　　進(jìn)入外部中斷0中斷服務(wù)子程序后，給定時(shí)器0裝載初值，初值的內(nèi)容是

98、根據(jù)按鍵輸入的電壓值，通過查表獲得的對應(yīng)角的延時(shí)時(shí)間。</p><p>　　3.7定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序</p><p>　　定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序負(fù)責(zé)輸出晶閘管觸發(fā)脈沖的上升沿。進(jìn)入該程序后，先讀取單片機(jī)P2口低3位SSS的電平狀態(tài)，然后根據(jù)這3個(gè)信號(hào)的電平狀態(tài)，單片機(jī)決定觸發(fā)哪個(gè)晶閘管，給對應(yīng)晶閘管的I/O口輸出高電平，而輸出的觸發(fā)信號(hào)經(jīng)過雙窄脈沖電路模塊后，被觸發(fā)晶閘管序號(hào)的前一個(gè)晶

99、閘管也獲得了觸發(fā)信號(hào)。比如某時(shí)刻給1號(hào)晶閘管輸出觸發(fā)信號(hào)，則單片機(jī)的P1.1口輸出高電平，P1.1口的高電平經(jīng)過U9B“或”門后，6號(hào)晶閘管的控制端也獲得了高電平。</p><p>　　定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序給相應(yīng)晶閘管輸出脈沖上升沿后，還要給定時(shí)器1裝載初值，初值內(nèi)容為15°角對應(yīng)的延時(shí)時(shí)間。</p><p>　　定義全局變量“unsigned char state；”,用該變

100、量存儲(chǔ)P2口低3位的電平狀態(tài)，這樣進(jìn)入定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序后，直接判斷state的值即可獲知應(yīng)給哪個(gè)晶閘管的控制端輸出低電平，從而完成觸發(fā)脈沖下降沿的輸出。</p><p>　　3.8定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序</p><p>　　定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序完成觸發(fā)脈沖下降沿的輸出。如果定時(shí)器1定時(shí)時(shí)間到，說明15°角對應(yīng)的延時(shí)時(shí)間到。至此，即完成一個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖的全過程。</

101、p><p>　　3.9中斷子程序的執(zhí)行順序</p><p>　　當(dāng)達(dá)到晶閘管的自然換相點(diǎn)時(shí)，單片機(jī)執(zhí)行外部中斷0子程序，在該子程序中，給定時(shí)器0裝載初值，然后啟動(dòng)定時(shí)器0，并退出該中斷子程序。當(dāng)定時(shí)器0定時(shí)時(shí)間到，單片機(jī)執(zhí)行定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序，在該子程序中，根據(jù)P2口低3位的電平狀態(tài)，給相應(yīng)的晶閘管輸出脈沖上升沿后，給定時(shí)器1裝載初值，然后啟動(dòng)定時(shí)器1，并退出該中斷子程序。當(dāng)定時(shí)器1定時(shí)時(shí)

102、間到，單片機(jī)執(zhí)行定時(shí)器1中斷服務(wù)子程序，在該子程序中，給相應(yīng)晶閘管輸出脈沖下降沿，然后關(guān)閉定時(shí)器1中斷。</p><p><b>　　第4章 系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)的軟件完成之后，首先按系統(tǒng)的原理圖以及PCB圖對硬件的各個(gè)模塊進(jìn)行組裝，然后就可以對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，系統(tǒng)調(diào)試主要是為了檢查設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤和不足，以便修改設(shè)計(jì)。</p><

103、;p><b>　　4.1硬件調(diào)試</b></p><p>　　硬件調(diào)試主要是檢查應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路的故障，包括設(shè)計(jì)電路中錯(cuò)誤和工藝性的錯(cuò)誤，可以把硬件系統(tǒng)分成幾個(gè)模塊，分開調(diào)試。</p><p>　　1.電源模塊，首先檢查電解電容的正負(fù)極有沒有接反以及穩(wěn)壓芯片的引腳是否接對，然后用萬用表分別測試，是否有穩(wěn)定的+15V、-15V和5V的電壓輸出。</p>

104、;<p>　　2.對于同步信號(hào)取樣模塊，將J端接同步變壓器的二次繞組側(cè)，將信號(hào)SSS的輸出端連接至示波器，在示波器上觀察這三個(gè)輸出信號(hào)的波形。</p><p>　　雙窄脈沖電路模塊。將同步信號(hào)取樣模塊和單片機(jī)以及雙窄脈沖形成模塊連接起來，將雙窄脈沖輸出端連接到示波器，調(diào)節(jié)各個(gè)輸出脈沖的波形，看是否可以輸出雙窄脈沖。</p><p>　　脈沖隔離放大模塊。首先將各個(gè)模塊按原理圖

105、與PCB圖安裝好，把脈沖隔離放大模塊應(yīng)該連接到晶閘管門極與陰極的輸出端連接到示波器，看是否有可以觸發(fā)晶閘管的脈沖輸出。</p><p><b>　　4.2測試結(jié)果</b></p><p>　　同步信號(hào)取樣電路中的同步電路認(rèn)相波形如圖4.1所示；雙窄脈沖的輸出端的波形如圖4.2所示；晶閘管的觸發(fā)脈沖波形如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.

106、1同步電路認(rèn)相波形 圖4.2雙窄脈沖的波形 </p><p>　　圖4.3晶閘管的觸發(fā)脈沖波形</p><p>　　根據(jù)主電路交流電壓有效值U，輸出的整流電壓的平均值U與導(dǎo)通角的關(guān)系為：</p><p>　　U=2.34Ucos（0）</p><p>　　U=2.34U[1+cos(+)](）</p&

107、gt;<p>　　當(dāng)改變設(shè)定的電壓值，導(dǎo)通角與實(shí)際電壓值的測試數(shù)據(jù)如表4.1所示。</p><p><b>　　表4.1測試數(shù)據(jù)</b></p><p>　　電壓的平均誤差為：==0.66</p><p>　　對應(yīng)的晶閘管的整流輸出電壓波形如下圖所示。</p><p>　　圖4.4 晶閘管整流輸出電壓波形&

108、lt;/p><p>　　圖4.5 晶閘管整流輸出電壓波形</p><p>　　圖4.6 =54°晶閘管整流輸出電壓波形</p><p>　　誤差分析：（1）電路安裝的元器件本身存在誤差。</p><p>　?。?）元器件在通電后消耗能量產(chǎn)生的誤差。</p><p>　　（3）在測量過程中測量儀器本身存在的誤差。&

109、lt;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過本次設(shè)計(jì)，讓我對單片機(jī)和電力電子方面的知識(shí)又有了更深刻的學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面知識(shí)的欠缺和經(jīng)驗(yàn)的不足。通過自己動(dòng)手制作，使我們學(xué)習(xí)的知識(shí)不再紙上談兵，不僅鞏固了以前學(xué)過的知識(shí)，而且將理論知識(shí)與實(shí)踐相

110、結(jié)合，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用課本理論解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　　在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，讓我深切體會(huì)到了只有掌握了專業(yè)知識(shí)才能更好的指導(dǎo)我們的實(shí)踐，使我們在實(shí)踐中游刃有余。這次利用單片機(jī)和一些外圍電路以及軟硬件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的功能，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問題，有的時(shí)候可能是個(gè)很小的問題，但是如果不知道的話，可能就會(huì)卡在那里，為后面的設(shè)計(jì)造成很大的麻煩，就需要查很多的資料來解決這個(gè)問題，所以在做的過程中要注意許

111、多細(xì)節(jié)的問題，更不能太心急，要沉下心認(rèn)真的做。</p><p>　　另外，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對Altium Designer軟件的運(yùn)用也變得更加熟練了，還學(xué)會(huì)了一些以前不會(huì)的東西，比如根據(jù)元器件的實(shí)物準(zhǔn)確的畫出它的封裝，為了讓PCB圖畫的更好可以適當(dāng)?shù)募訋讉€(gè)過孔等。當(dāng)然本次設(shè)計(jì)中還有很多不足之處，還需要以后繼續(xù)學(xué)習(xí)改進(jìn)，使得系統(tǒng)更加完善。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&l

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