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河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于單片機(jī)的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 部: 自動(dòng)控制系 專 業(yè):電氣自動(dòng)化技術(shù) 班 級(jí): 自111班 姓 名: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)老師: 田效伍 二零一四年四月 摘要 近年來(lái)由于微型機(jī)的快速發(fā)展，國(guó)外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響，且單片機(jī)具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性好和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已逐漸成為工廠自動(dòng)化和各控制領(lǐng)域的支柱之一。其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律。所以微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)在各個(gè)方面的性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，按照控制要求，自動(dòng)地對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。特點(diǎn)是用單片機(jī)取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設(shè)備。最后進(jìn)行軟件編程、調(diào)試。本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度高等特點(diǎn)，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制；速度檢測(cè)；速度控制 ABSTRACT As the fast development of microcomputer, AC/DC speed control system for digitization has reached the applied stage overseas. Since the hardware circuit of digital control system centered by microprocessor possesses the advantages that it has higher standardization and lower cost, and it doesn’t be influenced by temperature drift of devices. Single chip computer has been becoming theocrat of factory automatic and all kinds of controlling field because of its good function, small volume ,and good reliability . Furthermore, the control software of digital control system can carry through logical judgment and sophisticated operation, and it has the control laws of optimality, adaptive trait, nonlinear and intelligence, which are different from the ordinary linear adjustability. In every aspects the function of digital control system has exceeded analog control system and is being used widely. This design is based withAT89S52single chip computer and controls automatically the rotational speed of the direct current electric machinery.which has the characteristic that the analog trigger, current regulator, rotation regulator, logical handoff and other devices were replaced by single-chip computer; and finally put through the software programmer, testing and computer simulation. The result of real time control indicates that the digital DC speed control system realized the constant speed adjustability of the double closed-loop of electric current and rotate speed. This system also has the specialties such as simple structure, high control accuracy, low cost and easiness to be spread. In addition, its entire performance index is better than analog DC speed control system. As a result, the digital DC speed control system could be applied into production and ordinary life to satisfy the needs of modern manufacture. Keywords:Singlechip microcomputer control system；check the rotational speed；control the rotational speed 目 錄 1緒論 1.1選題背景 1.2選題的科學(xué)依據(jù)、意義 1.3選題的研究?jī)?nèi)容2 2直流調(diào)速控制電路設(shè)計(jì)5 2.1控制電路總體設(shè)計(jì)5 2.2控制器電路設(shè)計(jì) 2.2.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)7 2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 2.2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 2.2.4人機(jī)界面電路設(shè)計(jì) 2.2.5觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 2.2.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)25 2.2.7電源電路設(shè)計(jì)26 3直流調(diào)速控制主回路設(shè)計(jì)27 3.1三相橋式全控整流電路設(shè)計(jì)27 3.2反饋傳輸電路設(shè)計(jì)29 3.3保護(hù)電路設(shè)計(jì)30 4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)33 4.1系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)33 4.2 PID的控制算法設(shè)計(jì)34 5系統(tǒng)的抗干擾措施39 5.1系統(tǒng)中系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)39 5.2系統(tǒng)的抗干擾措施主要方面39 5.2.1供電系統(tǒng)的抗干擾措施39 5.2.2過(guò)程通道的抗干擾措施39 參考文獻(xiàn)40 致謝41 附錄42 第1章緒論 1.1 選題背景 在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備中，還是在日常生活中的家用電器中，都大量地使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有90%以上的動(dòng)力源來(lái)自于電動(dòng)機(jī)。我國(guó)生產(chǎn)的電能大約有60%用于電動(dòng)機(jī)?？梢姡妱?dòng)機(jī)與人們的生活息息相關(guān)、密不可分。 我們知道，動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)是可以相互轉(zhuǎn)換的。從這個(gè)意義上講，電動(dòng)機(jī)是最常用的運(yùn)動(dòng)源。對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的最有效方式是對(duì)運(yùn)動(dòng)源的控制。因此，常常通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。實(shí)際上，現(xiàn)在國(guó)外已將電動(dòng)機(jī)控制改名為運(yùn)動(dòng)控制。 對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制一般可分為簡(jiǎn)單控制和復(fù)雜控制兩種:簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、制動(dòng)和順序控制，這類控制可通過(guò)繼電器、可編程控制器和開關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)；復(fù)雜控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩、電壓和電流等物理量進(jìn)行控制，而且有時(shí)往往需要非常精確。以前對(duì)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單控制的應(yīng)用比較多，但是現(xiàn)在人們對(duì)電動(dòng)機(jī)控制的水平要求越來(lái)越高，使電動(dòng)機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為應(yīng)用主流，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。例如；事和宇航方面的雷達(dá)天線、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星姿態(tài)的控制等；業(yè)生產(chǎn)中的各種加工中心、專用加工設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、塑料機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、新型制衣機(jī)械、泵和壓縮機(jī)、工業(yè)軋機(jī)等設(shè)備的控制；公和商務(wù)設(shè)備中的磁帶機(jī)、繪圖儀、掃描儀、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等設(shè)備的控制;家用電器中的DVD、 DC、 DV、音響、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)、電動(dòng)自行車、家用汽車等設(shè)備的控制。這些設(shè)備中絕大多數(shù)采用的是直流電動(dòng)機(jī)，所以本課題在這里將研究采用單片機(jī)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行復(fù)雜控制。 1.2 選題的科學(xué)依據(jù)、意義 以前電動(dòng)機(jī)大多使用由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在單片機(jī)已經(jīng)開始取代模擬電路作為電機(jī)控制器。它有如下特點(diǎn)： （1）使電路更簡(jiǎn)單:在模擬電路中，為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要采用許多電子元件，電路比較復(fù)雜。采用單片機(jī)后，絕大多數(shù)控制邏輯可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。 （2）可以實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的控制:單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯運(yùn)算功能，運(yùn)算速度快、精度高，一般都有大容量的存儲(chǔ)單元，因此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制等。 （3）靈活性和適應(yīng)性:單片機(jī)的控制方式是由軟件完成的。如果需要修改控制規(guī)律，一般不需要改變系統(tǒng)的硬件電路，只需要修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)的時(shí)候，可以不斷嘗試選擇不同的參數(shù)，非常方便。 （4）無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高:數(shù)字控制不會(huì)出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點(diǎn)漂移問(wèn)題。無(wú)論被控量的大或小，都可以保證足夠的控制精度。 （5）多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作，提供人機(jī)界面:新型單片機(jī)內(nèi)多嵌有各種總線，可以方便地進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作；能夠和上位機(jī)進(jìn)行通信，提供可視化人機(jī)界面，方便進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。 本課題主要設(shè)計(jì)和研究采用單片機(jī)作為晶閘管觸發(fā)器和電機(jī)控制器，最初的電機(jī)控制器都是采用分立元件的模擬電路，后來(lái)隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，集成電路甚至專用電機(jī)控制集成電路被大量在中應(yīng)用。這些技術(shù)大大提高了電機(jī)控制器的靈活性、可靠性和抗干擾能力，又縮短了新型電機(jī)控制器的產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了研發(fā)費(fèi)用，因而近年來(lái)發(fā)展很快。但專用成電路之間并無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因而產(chǎn)品極其分散，且不斷有新產(chǎn)品出現(xiàn)。為滿足一次設(shè)計(jì)的需要，往往要花很大的力氣和時(shí)間去收集整理資料。當(dāng)前電機(jī)控制器的發(fā)展方向越來(lái)越趨于多樣化和復(fù)雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機(jī)的新型單片機(jī)控制器。 現(xiàn)在市場(chǎng)上通用的電機(jī)控制器大多采用單片機(jī)和DSP。但是以前單片機(jī)的處理能力有限，對(duì)采用復(fù)雜的反饋控制的系統(tǒng)，由于需要處理的數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性和精度要求高，往往不能滿足設(shè)計(jì)要求。近年來(lái)出現(xiàn)了各種單片機(jī)，其性能得到了很大提高，價(jià)格卻比DSP低很多。其相關(guān)的軟件和開發(fā)工具越來(lái)越多，功能也越來(lái)越強(qiáng)，但價(jià)格卻在不斷降低?，F(xiàn)在，越來(lái)越多的廠家開始采用單片機(jī)來(lái)提高產(chǎn)品性價(jià)比。 1.3 選題的研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究。主要分為兩部分：控制回路設(shè)計(jì)部分和主回路設(shè)計(jì)部分。控制回路設(shè)計(jì)部分主要包括：信號(hào)采集部分，模擬量與數(shù)字量互相轉(zhuǎn)換部分，速度顯示部分，同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路部分。主回路設(shè)計(jì)部分包括三相橋式全控整流電路部分和直流電動(dòng)機(jī)部分。通過(guò)控制回路和主回路的有機(jī)組合達(dá)到對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)有效的控制要求。 第2章直流調(diào)速控制電路設(shè)計(jì) 2.1 控制電路總體設(shè)計(jì) 控制電路原理圖如圖2-1所示 圖2-1控制電路原理圖 控制電路以AT89S52為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的控制、檢測(cè)、顯示。 DAC0832實(shí)現(xiàn)了把數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)化為模擬量，本身是電流輸入型，輸出的電流信號(hào)需要經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，此電壓為觸發(fā)電路提供控制電壓Uoc,觸發(fā)電路有三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大，鋸齒波的形成、脈沖的移相，同步環(huán)節(jié)，觸發(fā)電路為主回路提供電壓和電流。8279是一種可編程、顯示器接口芯片，能完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。 2.2 控制器電路設(shè)計(jì) （1）AT89S52單片機(jī)管腳及片外總線結(jié)構(gòu) 圖2-2 AT89S52 外部管腳結(jié)構(gòu) 按其引腳功能可分為三部分 1）I/O口線：P0、P1、P2、P3共4個(gè)8位口 2）控制口線：PSEN（片外取指令控制）ALE（地址鎖存控制）EA（片外存儲(chǔ)器選擇）RESET（盤位控制） 3）電源及時(shí)鐘：VCC　VSS；XTAL1　XTAL2 （2）AT89S52單片機(jī)管腳及片外總線結(jié)構(gòu) 1）管 腳 I/O口線不能都用作用戶I/O口線，P0口可驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL門電路：P1、P2、P3則只能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL門電路；P3口是雙重功能口中。 2）總線擴(kuò)展 圖2-3 總線結(jié)構(gòu)圖 地址總線（AB）地址總線寬度為16位，因此起其外部存儲(chǔ)器直接地址范圍為64K字節(jié)。 16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（A0—A7）；P2口直接提供高八位地址（A8—A15）。 數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0供給。 控制總線（CB）：由部分P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線 RESET EA ACE PSEN 組成。 2.2.1時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) AT89S52單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。 在引腳XTAL1和XTAL2外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖2-5所示。 圖2-5中，電容器C0l，C02起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其電容值一般在5-30pF。晶振頻率的典型值為12MHz采用6MHz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)用電路中使用較多。 外部振蕩方式是把外部已有的時(shí)鐘信號(hào)引入單片機(jī)內(nèi)。這種方式適宜用來(lái)使單片機(jī)的時(shí)鐘與外部信號(hào)保持同步。外部振蕩方式的外部電路如圖2-6所示。 圖2-5 內(nèi)部振蕩方式 圖2-6 外部振蕩方式 由圖2-6可見，外部振蕩信號(hào)由XTAL1引入，XTAL2接地。為了提高輸入電路的驅(qū)動(dòng)能力，通常使外部信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)帶有上拉電阻的TTL反相門后接入XTAL1。 2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 1.A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟 （1）采樣-保持 為了能不失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)，采樣頻率應(yīng)不小于輸入模擬信號(hào)的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即 ｆs≥fmax (2-1) 由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓在一段時(shí)間內(nèi)不變，直到下一次采樣的開始。實(shí)際中采樣-保持是做成一個(gè)電路。 （2）量化與編碼 模擬信號(hào)經(jīng)采樣-保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號(hào)的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號(hào)在給定時(shí)刻上的瞬時(shí)值，并不是數(shù)字信號(hào)。還要把每個(gè)樣值脈沖轉(zhuǎn)換成與它幅值成正比的數(shù)字量。 以上為A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟，在本電路中由ADC0809芯片完成。 2.ADC0809內(nèi)部功能與引腳介紹 分辨率和精度在第一章中已作了相應(yīng)的計(jì)算和分析。 ADC0809八位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器是一種單片CMOS器件，包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開關(guān)能直接連通8個(gè)單端模擬信號(hào)中的任何一個(gè)。 1）ADC0809主要性能： （1）逐次比較型 （2）CMOS工藝制造 （3）單電源供電 （4）無(wú)需零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整 （5）具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與TTL兼容 （6）易與各種微控制器接口 （7）具有鎖存控制的8路模擬開關(guān) （8）分辨率：8位 （9）功耗：15mW （10）最大不可調(diào)誤差小于1LSB（最低有效位） （11）轉(zhuǎn)換時(shí)間（?CLK=500KHz）128us （12）轉(zhuǎn)換精度：0.4％ 2）引腳排列及各引腳的功能，引腳排列如圖2-10所示。 圖2-10 ADC0809引腳 各引腳的功能如下： IN0～I(xiàn)N7：8個(gè)通道的模擬量輸入端?？奢斎?～5V待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 D0～D7：8位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，D7是最高位，D0是最低位。 A、B、C：通道選擇端。當(dāng)CBA=000時(shí)，IN0輸入；當(dāng)CBA=111時(shí)，IN7輸入。 ALE：地址鎖存信號(hào)輸入端。該信號(hào)在上升沿處把A、B、C的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關(guān)的地址鎖存器中，從而選通8路模擬信號(hào)中的某一路。 START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端。從START端輸入一個(gè)正脈沖，其下降沿啟動(dòng)ADC0809開始轉(zhuǎn)換。脈沖寬度應(yīng)不小于100～200ns。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)它自動(dòng)變?yōu)榈碗娖健? OE：輸出允許端。 CLK：時(shí)鐘輸入端。ADC0809的典型時(shí)鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100μs。 REF(-)、REF(+)：參考電壓輸入端。ADC0809的參考電壓為＋5V。 VCC、GND：供電電源端。ADC0809使用＋5V單一電源供電。 當(dāng)ALE為高電平時(shí)，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START上升沿時(shí)，所有的內(nèi)部寄存器清零，在下降沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，此期間START應(yīng)保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，EOC為低電平時(shí)，表示正在轉(zhuǎn)換，為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為低電平時(shí)，D0～D7為高阻狀態(tài)，OE為高電平時(shí)，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。 3.ADC0809與AT89S52單片機(jī)的接口方法 ADC0809與AT89S52單片機(jī)的硬件接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時(shí)等待方式，本題中選用中斷接口方式。 由于ADC0809無(wú)片內(nèi)時(shí)鐘，時(shí)鐘信號(hào)可由單片機(jī)的ALE信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳的脈沖頻率是AT89S52時(shí)鐘頻率的1/6。該題目中單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用6MHz,則ALE輸出的頻率是1MHz，二分頻后為500KHz,符合ADC0809對(duì)頻率的要求。 由于ADC0809內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。通道基本地址為0000H～0007H。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2-1所示。 表2-1 0809輸入通道地址 地址碼 輸入 通道 C B A 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 控制信號(hào)：將P2.0作為片選信號(hào)，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫信號(hào)和P2.0控制ADC的地址鎖存和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。 在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用單片機(jī)的讀信號(hào)RD和P2.0引腳經(jīng)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號(hào)，用來(lái)打開三態(tài)輸出鎖存器。 其接口電路如圖2-11所示。 圖 2-11ADC0809與AT89S52的接口 START信號(hào)和OE信號(hào)的邏輯表達(dá)式為 　　　　　　　　　　　　　　(2-2) 當(dāng)AT89S52通過(guò)對(duì)0000H～0007H（基本地址）中的某個(gè)口地址進(jìn)行一次寫操作，即可啟動(dòng)相應(yīng)通道的A／D轉(zhuǎn)換；當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后,ADC0809的EOC端向AT89S52發(fā)出中斷申請(qǐng)信號(hào)；AT89S52通過(guò)對(duì)0000H～0007H中的某個(gè)口地址進(jìn)行一次讀操作，即可得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。 注：ADC0809的基準(zhǔn)電壓可通過(guò)基準(zhǔn)電壓芯片供給，如MAX875,可供給5V基準(zhǔn)電壓。 圖2-12 ADC0809時(shí)序圖 2.2.3 D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)重”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)重”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A變換器的基本思想。 DAC0832是具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，它能直接與AT89S52單片機(jī)相連接，其主要特性如下： （1） 分辨率8位； （2） 電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為1微秒； （3） 可緩沖、單緩沖或直接數(shù)字輸入； （4） 單一電源供電； （5） 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； （6） 低功耗，20mW。 1）DAC0832引腳結(jié)構(gòu)及邏輯結(jié)構(gòu) DAC0832的引腳圖如圖2-13所示。 　　　　　　　　　 圖2-13 DAC0832引腳圖 各引腳的功能定義如下： CS：片選端，當(dāng)CS為低電平時(shí)，本芯片被選中。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許端，高電平有效。 WR1：第一級(jí)輸入寄存器寫選通控制，低電平有效。 XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制，低電平有效。 WR2；DAC寄存器寫選通控制，低電平有效。 DI7～DI0：8位的數(shù)據(jù)輸入端，DI7為最高位。 IOUT1：模擬電流輸出端1，當(dāng)DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng) DAC寄存器中數(shù)據(jù)全為0時(shí)，輸出電流為0。 IOUT2：模擬電流輸出端2， IOUT2與IOUT1的和為一個(gè)常數(shù)，即IOUT1＋I(xiàn)OUT2＝常數(shù)。 RFB：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。 VREF：參考電壓輸入端，此端可接一個(gè)正電壓，也可接一個(gè)負(fù)電壓，它決定0至255的數(shù)字量轉(zhuǎn)化出來(lái)的模擬量電壓值的幅度，VREF范圍為(+10～-10)V。VREF端與D/A內(nèi)部T形電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 Vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5~ 15)V。 AGND ：模擬量地，即模擬電路接地端。 DGND ：數(shù)字量地。 2）DAC8032與AT89S52的接口電路如圖2-14所示。 圖2-14 DAC8032與AT89S52的接口電路 2.2.4 人機(jī)界面電路設(shè)計(jì) 8279可編程鍵盤/顯示器接口芯片。 Intel8279是一種通用的可編程序的鍵盤、顯示接口器件，單片器件就能夠完成鍵盤輸入和顯示控制兩種功能。 鍵盤部分提供一種掃描的工作方式，可以和具有64個(gè)按鍵的矩陣鍵盤相連接，能對(duì)鍵盤不斷掃描，自動(dòng)消抖，自動(dòng)識(shí)別按下的鍵并給出編碼，能對(duì)雙鍵或n鍵同時(shí)按下實(shí)行保護(hù)。 顯示部分為發(fā)光二極管、熒光管及其它顯示器提供了按掃描方式工作的顯示接口，它為顯示器提供多路復(fù)用信號(hào)，可以顯示多達(dá)16位的字符或數(shù)字。 1）8279的組成和基本工作原理 （1）輸入/輸出控制及數(shù)據(jù)緩沖器 數(shù)據(jù)緩沖器是雙向緩沖器，用于傳送CPU和8279之間的命令或數(shù)據(jù)。 A0用于區(qū)別信息的狀態(tài) A0=1，輸入：指令 輸出：狀態(tài)字 A0=0，輸入：數(shù)據(jù) 輸出：數(shù)據(jù) （2）控制與定時(shí)寄存器及定時(shí)控制 控制與定時(shí)寄存器用于寄存鍵盤及顯示的工作方式，以及由CPU編程的其它操作方式。定時(shí)控制包括基本的計(jì)數(shù)鏈。首級(jí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的N級(jí)計(jì)數(shù)器，N可在2-31之間由軟件控制，以便從外部時(shí)鐘CLK得到內(nèi)部所需要的100KHz時(shí)鐘信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)分頻為鍵盤提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示的掃描時(shí)間。 （3）掃描計(jì)數(shù)器 掃描計(jì)數(shù)器有兩種工作方式。按編碼方式工作時(shí)，計(jì)數(shù)器作二進(jìn)制計(jì)數(shù)。四位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0-SL3輸出，經(jīng)外部譯碼器譯碼后，為鍵盤和顯示器提供掃描線。按譯碼方式工作時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的最低二位被譯碼后，從SL0-SL3輸出。 （4）回復(fù)緩沖器、鍵盤消抖及控制 來(lái)自RL0-RL78根回復(fù)線的回復(fù)信號(hào)，由回復(fù)緩沖器緩沖并儲(chǔ)存。在鍵盤工作方式中，這些線被接到鍵盤矩陣的列線。在逐行掃描時(shí)，回復(fù)線用來(lái)搜索一行中閉合的鍵。當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，消振電路就被置位，延時(shí)等待100mS之后，再檢驗(yàn)該鍵是否是連續(xù)保持閉合。若閉合，則該鍵的地址和附加的位移、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)被送入8279內(nèi)部的FIFO存儲(chǔ)器。鍵盤的數(shù)據(jù)格式如表2-2： 表2-2 D7 D6 D5D4D3 D2D1D0 控制 移位 掃描 回復(fù) 控制和位移（D7和D6）的狀態(tài)由兩個(gè)獨(dú)立的附加開關(guān)決定，而掃描（D5、D4、D3）和回復(fù)（D2、D1、D0）則是被按鍵的位置數(shù)據(jù)。D5、D4、D3三位來(lái)自掃描計(jì)數(shù)器，是按鍵的行編碼，而D2、D1、D0三位則是來(lái)自列計(jì)數(shù)器，它們是根據(jù)回復(fù)信號(hào)而確定的列編碼。在傳感器矩陣方式中，回復(fù)線的內(nèi)容直接被送往相應(yīng)的傳感器RAM（即FIFO存儲(chǔ)器）。在選通輸入方式時(shí)，回復(fù)線的內(nèi)容在CNTL/STB線的脈沖上升沿時(shí)，被送入FIFO存儲(chǔ)器。 （5）FIFO/傳感器RAM及其狀態(tài) FIFO/傳感器RAM是一個(gè)雙重功能的8X8RAM。在鍵盤或選通工作方式時(shí)，它是FIFO存儲(chǔ)器。每次新的輸入都順序?qū)懭氲絉AM單元，而每次讀出時(shí)，總是按輸入的順序，將最先輸入的數(shù)據(jù)讀出。FIFO狀態(tài)寄存器用來(lái)存放FIFORAM的工作狀態(tài)。例如：RAM是滿還是空；其中存有多少字符；是否操作出錯(cuò)等等。當(dāng)FIFO存儲(chǔ)器不空時(shí)，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生IRQ=1信號(hào)，向CPU申請(qǐng)中斷。 在傳感器矩陣方式時(shí)，這個(gè)存儲(chǔ)器又是傳感器RAM。它存放著傳感器矩陣中每一個(gè)傳感器的狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器的變化，IRQ信號(hào)便變?yōu)楦唠娖?，向CPU請(qǐng)求中斷。 （6）顯示RAM和顯示地址寄存器 顯示RAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)。該區(qū)具有16個(gè)字節(jié)，也就是最多可以存儲(chǔ)16個(gè)字節(jié)的顯示信息。顯示地址寄存器用來(lái)積存由CPU進(jìn)行讀/寫的顯示RAM的地址，它可以由命令設(shè)定，也可以設(shè)置成每次讀出或?qū)懭胫笞詣?dòng)遞增。 2）8279與AT89S52的接口電路如圖2-15所示 圖2-158279與AT89S52的接口電路 3）8279各引腳功能如下： D7-D0（數(shù)據(jù)總線）：雙向、三態(tài)總線； CLK（系統(tǒng)時(shí)鐘）：輸入； RESET（復(fù)位）：輸入，高電平有效； 復(fù)位時(shí)默認(rèn)狀態(tài) （1）16個(gè)字符顯示------左入； （2）編碼掃描鍵盤------雙鍵鎖定； （3）程序時(shí)鐘編程設(shè)定為31。 CS（片選）：輸入，低有效。 A0（緩沖器地址）：輸入。 RD（讀信號(hào)）和WR（寫信號(hào)）：輸入，低有效。 IRQ（中斷請(qǐng)求）：輸出，高有效。 在鍵盤工作方式中，當(dāng)FIFO/傳感器RAM存有數(shù)據(jù)時(shí)，IRQ為高電平。CPU每次從RAM讀出數(shù)據(jù)時(shí)。IRQ就變?yōu)榈碗娖健Ｈ鬜AM中仍有數(shù)據(jù)，則IRQ再次恢復(fù)為高電平。 在傳感器工作方式中，每逢檢出傳感器狀態(tài)變化時(shí)，IRQ就出現(xiàn)高電平。 SL0—SL3（掃描線）：輸出。 RL0—RL7（回復(fù)線）：輸入。它們是鍵盤矩陣或傳感器矩陣的列信號(hào)輸入線。 SHIFT（換檔信號(hào)）：輸入，高有效。該信號(hào)線用來(lái)擴(kuò)充鍵開關(guān)的功能，可以用作鍵盤的上、下檔功能鍵。在傳感器方式和選通方式中，SHIFT無(wú)效。 CNTL/STB（控制/選通）：輸入，高電平有效。 在鍵盤工作方式時(shí)，作為控制功能鍵使用。 在選通方式時(shí)，該信號(hào)的上升沿可以將來(lái)自RL0-RL7的數(shù)據(jù)存入FIFO存儲(chǔ)器。在傳感器方式，無(wú)效。 OUTA0—OUTA3（A組顯示信號(hào)）：輸出。 OUTB0—OUTB3（B組顯示信號(hào)）：輸出。 BD（消隱顯示）：輸出，低有效。該輸出信號(hào)在數(shù)字切換顯示或使用顯示消隱命令時(shí)，將顯示消隱。 4）8279的命令和狀態(tài)字 8279共有八條命令 （1）鍵盤/顯示方式設(shè)置命令 命令特征位：D7D6D5=000 0 0 0 D D K K K DD兩位用來(lái)設(shè)定顯示方式： 00　　　8個(gè)字符顯示----左入 01　　　16個(gè)字符顯示----左入 10　　　8個(gè)字符顯示----右入 11　　　16個(gè)字符顯示----右入 所謂的左入就是在顯示時(shí)，顯示字符是從左面向右面逐個(gè)排列。右入就是顯示字符從右面向左面移動(dòng)。 所對(duì)應(yīng)的SL編碼最小的為顯示的最高位KKK三位用來(lái)設(shè)定鍵盤工作方式： K000編碼掃描鍵盤----雙鍵鎖定 K001譯碼掃描鍵盤----雙鍵鎖定 K010編碼掃描鍵盤----N鍵輪回 K011譯碼掃描鍵盤----N鍵輪回 K100編碼掃描傳感器矩陣 K101譯碼掃描傳感器矩陣 K110選通輸入，編碼顯示掃描 K111選通輸入，譯碼顯示掃描 第一位K沒(méi)有任何意義。雙鍵鎖定和N鍵輪回是兩種不同的多鍵同時(shí)按下保護(hù)方式。雙鍵鎖定為兩鍵同時(shí)按下提供保護(hù)，在消振周期內(nèi)，如果有兩鍵同時(shí)被按下，則只有其中的一鍵彈起，而另一鍵在按下位置時(shí)，才能被認(rèn)可。N鍵輪回為N鍵同時(shí)按下提供保護(hù)，當(dāng)有若干個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，鍵盤掃描能根據(jù)發(fā)現(xiàn)它們的次序，依次將它們的狀態(tài)送入FIFO RAM。 （2）時(shí)鐘編程命令 命令特征位：D7D6D5=001 0 0 1 P P P P P 將來(lái)自CLK的外部時(shí)鐘進(jìn)行PPPPP分頻（2-31）。 （3）讀FIFO/傳感器RAM命令 命令特征位：D7D6D5=010 0 1 0 AI X A A A 該命令字只在傳感器方式時(shí)使用，在CPU讀傳感器RAM之前，必須用這條命令來(lái)設(shè)定將要讀出的傳感器RAM地址。由于傳感器RAM的容量是8X8bit，因此需要用命令字中的三位二進(jìn)制代碼AAA來(lái)選址。命令字中的AI為自動(dòng)增量特征位。若AI=1，則每次讀出傳感器RAM后，地址將自動(dòng)增量（加1），使地址指針指向順序的下一個(gè)存儲(chǔ)單元。這樣，下一次讀數(shù)便從下一個(gè)地址讀出，而不必重新設(shè)置讀FIFO/傳感器RAM命令。 在鍵盤工作方式中，由于讀出操作嚴(yán)格按照先入先出的順序，因此不必使用這條命令。 （4）讀顯示RAM命令 命令特征位：D7D6D5=011 0 1 1 AI A A A A 在CPU讀顯示RAM之前，該命令字用來(lái)設(shè)定將要讀出的顯示RAM的地址，四位二進(jìn)制代碼AAAA用來(lái)尋址顯示RAM中的一個(gè)存儲(chǔ)單元。如果自動(dòng)增量特征位AI=1，則每次讀出后，地址自動(dòng)加1，使下一次讀出順序指向下一個(gè)地址。 （5）寫顯示RAM命令 命令特征位：D7D6D5=100。 1 0 0 AI A A A A 與前面命令字位相同。 （6）顯示禁止寫入/消隱命令 命令特征位：D7D6D5=101。 1 0 1 X IW IW BL BL IW用來(lái)掩蔽A組和B組（D3對(duì)應(yīng)A組，D2對(duì)應(yīng)B組）。例如，當(dāng)A組的掩蔽位D3=1時(shí)，A組的顯示RAM禁止寫入。因此從CPU寫入顯示器RAM的數(shù)據(jù)不會(huì)影響A的顯示。這種情況通常在采用雙四位顯示時(shí)使用。因?yàn)閮蓚€(gè)四位顯示器是相互獨(dú)立的，為了給其中一個(gè)四位顯示器輸入數(shù)據(jù)，而又不影響另一個(gè)四位顯示器，因此必須對(duì)另一組的輸入實(shí)行掩蔽。 BL位是消隱特征，要消隱兩組顯示輸出，必須設(shè)置兩個(gè)BL位。若BL=1。則執(zhí)行此命令后，對(duì)應(yīng)組的顯示輸出被消隱。若BL=0，則恢復(fù)顯示。 （7）清除命令 命令特征位：D7D6D5=110。 1 1 0 CD CD CD CF CA 該命令字用來(lái)清除FIFO RAM和顯示RAM。D4D3D2三位（CD）用來(lái)設(shè)定清除顯示RAM的方式。其意義如表2-3： 表2-3 D4 D3 D2 清除方式 1 0 X 將顯示RAM全部清“0” 1 1 0 將顯示RAM置20H（即A組=0010 B組=0000） 1 1 1 將顯示RAM全部置“1” 0 不清除（若CA=1，則D3、D2仍有效） D1（CF）位用來(lái)清空FIFO存儲(chǔ)器。D1=1時(shí)，執(zhí)行清除命令后，F(xiàn)IFO RAM被清空，使中斷IRQ復(fù)位。同時(shí)，傳感器RAM的讀出地址也被清0。 D0（CA）位是總清的特征位，它兼有CD和CF的聯(lián)合有效。在CA=1時(shí)，對(duì)顯示RAM的清除方式由D3D2的編碼決定。 清除顯示RAM大約需要100uS的時(shí)間。在此期間，F(xiàn)IFO狀態(tài)字的最高位Du=1，表示顯示無(wú)效。CPU不能向顯示RAM寫入數(shù)據(jù)。 （8）結(jié)束中斷/錯(cuò)誤方式設(shè)置命令 命令特征位D7D6D5=111E 1 1 1 E X X X X 這個(gè)命令有兩個(gè)不同的應(yīng)用： 作為結(jié)束中斷命令。在傳感器工作方式中，每當(dāng)傳感器狀態(tài)出現(xiàn)變化時(shí)，掃描檢測(cè)電路接將其狀態(tài)寫入傳感器RAM，并啟動(dòng)中斷邏輯，使IRQ變高，向CPU請(qǐng)求中斷。并且禁止寫入傳感器RAM。此時(shí)，如傳感器RAM讀出地址的自動(dòng)遞增特征沒(méi)有置位（AI=0），則中斷請(qǐng)求IRQ在CPU第一次從傳感器RAM讀出數(shù)據(jù)時(shí)就被清除。若自動(dòng)遞增特征已置位（AI=1），則CPU對(duì)傳感器RAM的讀出并不能清除IRQ，而必須通過(guò)給8279寫入結(jié)束中斷/錯(cuò)誤方式設(shè)置命令才能使IRQ變低。因此，在傳感器工作方式中，此命令用來(lái)結(jié)束傳感器RAM的中斷請(qǐng)求。 作為特定錯(cuò)誤方式的設(shè)置命令。在8279已被設(shè)定為鍵盤掃描N鍵輪回方式以后，如果CPU給8279又寫入結(jié)束中斷/錯(cuò)誤方式設(shè)置命令（E=1）。則8279的消振周期內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)有多個(gè)鍵被同時(shí)按下，則FIFO狀態(tài)字中的錯(cuò)誤特征位S/E將置位。并產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)和阻止寫入FIFO RAM。 錯(cuò)誤特征位S/E在讀出FIFO狀態(tài)字時(shí)被讀出。而在執(zhí)行CF=1的清除命令時(shí)被復(fù)位。 8279的FIFO狀態(tài)字，主要用于鍵盤和選通工作方式，以指示FIFO RAM中的字符數(shù)和是否有錯(cuò)誤發(fā)生，其字位意義如下： Du S/E O U F N N N Du：Du=1顯示無(wú)效 S/E：傳感器信號(hào)結(jié)束/錯(cuò)誤特征碼 O：O=1出現(xiàn)溢出錯(cuò)誤 U：U=1出現(xiàn)不足錯(cuò)誤 F：F=1表示FIFO RAM已滿 NNN：為FIFO RAM中的字符數(shù) 對(duì)FIFO RAM的操作可能出現(xiàn)兩種錯(cuò)誤：溢出和不足。當(dāng)FIFO RAM已滿時(shí)，若其它的鍵盤數(shù)據(jù)企圖寫入FIFO RAM，則出現(xiàn)溢出錯(cuò)誤，狀態(tài)字位“O”被置位。當(dāng)FIFO RAM已被清空時(shí)，若CPU還企圖讀出，則將會(huì)出現(xiàn)“不足”的錯(cuò)誤，狀態(tài)字位“U”被置位。 對(duì)于狀態(tài)字的S/E位，當(dāng)8279工作在傳感器工作方式時(shí)，若S/E=1，表示傳感器的最后一個(gè)傳感信號(hào)一進(jìn)入傳感器RAM。當(dāng)8279工作在特殊錯(cuò)誤方式時(shí)，若S/E=1，表示出現(xiàn)了多鍵同時(shí)下按的錯(cuò)誤。 當(dāng)顯示RAM由于“各處顯示“或”全清”命令尚未完成時(shí)，狀態(tài)字的最高位Du被置位。 2.2.5 觸發(fā)電路設(shè)計(jì) 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路： 圖2-17是同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路。此電路輸出可為單窄脈沖，也可為雙窄脈沖，以適用于有兩個(gè)晶閘管同時(shí)導(dǎo)通的電路。電路可分為三個(gè)基本環(huán)節(jié)：脈沖的形成與放大、鋸齒波的形成和脈沖移相、同步環(huán)節(jié)。此外，電路中還有強(qiáng)觸發(fā)和雙窄脈沖的形成環(huán)節(jié)。這里重點(diǎn)講述脈沖的形成、脈沖移相、同步等環(huán)節(jié)。 （1）脈沖形成的環(huán)節(jié) 脈沖形成環(huán)節(jié)由晶體管V4、V5組成，V7、V8起脈沖放大作用?？刂齐妷簎co加在V4基極上，電路的觸發(fā)脈沖由脈沖變壓器TP二次側(cè)輸出，其一次繞組接在V8集電極電路中。當(dāng)控制電壓uco=0時(shí)，V4截止。+E1（+15V）電源通過(guò)R11供給V5一個(gè)足夠大的基極電流，使V5飽和導(dǎo)通，所以V5的集電極電壓Uc5接近于-E1（-15V）。V7、V8處于截止?fàn)顟B(tài)，無(wú)脈沖輸出。另外，電源的+E1（15V）經(jīng)R9、V5發(fā)射結(jié)到-E1(-15V),對(duì)電容C3充電，充滿之電容兩端電壓接近2E1(30V),極性如圖2-17。 圖2-17 同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路 當(dāng)控制電壓uco≈0.7V時(shí)，V4導(dǎo)通，Ａ點(diǎn)電位由＋E1(+15V)迅速降低至1.0V左右，由于電容C3兩端電壓不能突變，所以V5基極電位迅速降至約-2E1（-30V），由于V5發(fā)射結(jié)反偏置，V5立即截止。它的集電極電壓由-E1（-15V）迅速上升到鉗位電壓+2.1V（VD6、V7、V8三個(gè)PN結(jié)正向壓降之和），于是V7、V8導(dǎo)通，輸出觸發(fā)脈沖。同時(shí)，電容C3經(jīng)電源+ E1、R11、VD4、V4放電和反向充電，使V5基極電位又逐漸上升，直到ub5>- E1(-15V) ，V5又重新導(dǎo)通。這時(shí)uc5又立即降到- E1，使V7 \V8截止，輸出脈沖截止。可見，脈沖前沿由V4導(dǎo)通時(shí)刻確定，V5（V6）截止持續(xù)時(shí)間即為脈沖寬度。所以脈沖寬度與反向充電回路時(shí)間常數(shù)R11C3有關(guān)。 （2）鋸齒波的形成和脈沖移相環(huán)節(jié) 鋸齒波電壓形成的方案較多，如采用自舉式電路、恒流源電路等。圖所示為恒流源電路方案，由V1、V2、V3和C2等元件組成，其中V1、VS、RP2和R3為一恒流源電路。 當(dāng)V2截止時(shí)，恒流源電流I1C對(duì)電容C2充電，所以C2兩端電壓uc為 (2-3) uc按線性增長(zhǎng)，即V3的基極電位ub3按線性增長(zhǎng)。調(diào)節(jié)電位器RP2,即改變C2的恒定充電電流I1c,可見RP2是用來(lái)調(diào)節(jié)鋸齒波斜率的。 當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí),由于R4阻值很小，所以C2迅速放電，使ub3電位迅速降到零伏附近。當(dāng)V2周期性地導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)，ub3便形成一鋸齒波，同樣，ue3也是一個(gè)鋸齒波電壓，如圖所示。射極跟隨器V3的作用是減小控制回路的電流對(duì)鋸齒波電壓ub3的影響。 V4管的基極電位由鋸齒波電壓、直流控制電壓uco、直流偏移電壓up三個(gè)電壓作用的疊加值所確定,它們分別通過(guò)電阻R6、R7和R8與基極相接。 設(shè)uh為鋸齒波電壓ue3單獨(dú)作用在V4基極b4時(shí)的電壓，其值為 (2-4) 可見uh仍為一鋸齒波，但斜率比ue3低。同理偏移電壓up單獨(dú)作用時(shí)b4的電壓u’p （2-5） 可見u’p仍為一條與up平行的直線,但絕對(duì)值比up小。 直流控制電壓uco單獨(dú)作用時(shí)b4的電壓u’co為 （2-6） 可見u’co仍為與uco平行的一條直線，但絕對(duì)值比uco小。 如果uco=0，up為負(fù)值時(shí)，b4點(diǎn)的波形由uh+u’p確定，如圖所示。當(dāng)uco為正值時(shí)，b4點(diǎn)的波形由uh+u’p+u’co確定。由于V4的存在，上述電壓波形與實(shí)際波形有出入。當(dāng)b4點(diǎn)電壓等于0.7V后，V4導(dǎo)通。之后ub4一直被鉗位在0.7V。所以實(shí)際波形如圖所示。圖中M點(diǎn)是V4由截止到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。由前面分析可知V4經(jīng)過(guò)M點(diǎn)時(shí)使電路輸出脈沖。因此當(dāng)up為某固定值時(shí)，改變uco便可改變M點(diǎn)的時(shí)間坐標(biāo)，即改變了脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻，脈沖被移相。可見，加up的目的是為了確定控制電壓uco=0時(shí)脈沖的初始相位。當(dāng)接阻感負(fù)載電流連續(xù)時(shí)，三相全控橋的脈沖初始相位應(yīng)定在α=90o；如果是可逆系統(tǒng)，需要在整流和逆變狀態(tài)下工作，這時(shí)要求脈沖的移相范圍理論上為180o（ 由于考慮αmin和βmin,實(shí)際一般為120o），由于鋸齒波波形兩端的非線性，因而要求鋸齒波的寬度大于180o，例如240o，此時(shí)，令uco=0，調(diào)節(jié)up的大小使產(chǎn)生脈沖的M點(diǎn)移至鋸齒波240o的中央（120o處），對(duì)應(yīng)于α=90o的位置。這時(shí)，如uco為正值，M點(diǎn)就向前移，控制角α<90o，晶閘管電路處于整流工作狀態(tài)；如uco為負(fù)值，M點(diǎn)就向后移，控制角 α>90o，晶閘管電路處于逆變狀態(tài)。 （3）同步環(huán)節(jié) 在鋸齒波同步的觸發(fā)電路中，觸發(fā)電路與主電路的同步是指要求鋸齒波的頻率與主電路電源的頻率相同且相位關(guān)系確定。從圖可知，鋸齒波是由開關(guān)V2管來(lái)控制的。V2由導(dǎo)通變截止期間產(chǎn)生鋸齒波，V2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)的時(shí)間就是鋸齒波的寬度，V2開關(guān)的頻率就是鋸齒波的頻率。要使觸發(fā)脈沖與主電路電源同步，使V2開關(guān)的頻率與主電路電源的頻率同步就可達(dá)到。圖中的同步環(huán)節(jié)，是由同步變壓器TS和作同步開關(guān)用的晶體管V2組成的。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上，用同步變壓器的二次電壓來(lái)控制V2的通斷作用，這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步. 同步變壓器TS二次電壓uTS經(jīng)二極管VD1間接加在V2的基極上。當(dāng)二次電壓波形在負(fù)半周的下降段時(shí)，VD1導(dǎo)通，電容C1被迅速充電。因O點(diǎn)接地為零電位，R點(diǎn)為負(fù)電位，Q點(diǎn)電位與R點(diǎn)相近，故在這一階段V2基極為反向偏置，V2截止。在負(fù)半周的上升段，+E1電源通過(guò)R1給電容C1反向充電，uQ為電容反向充電波形，其上升速度比uTS波形慢，故VD1截止。如圖所示。當(dāng)Q點(diǎn)電位達(dá)1.4V時(shí)，V2導(dǎo)通，Q點(diǎn)電位被鉗位在1.4V。直到TS二次電壓的下一個(gè)負(fù)半周到來(lái)時(shí)，VD1重新導(dǎo)通，C1迅速放電后又被充電，V2截止。如此周而復(fù)始。在一個(gè)正弦波周期內(nèi)，V2包括截止與導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，對(duì)應(yīng)鋸齒波波形恰好是一個(gè)周期，與主電路電源頻率和相位完全同步，達(dá)到同步的目的。可以看出，Q點(diǎn)電位從同步電壓負(fù)半周上升段開始時(shí)刻到達(dá)1.4V的時(shí)間越長(zhǎng)，V2截止時(shí)間就越長(zhǎng)，鋸齒波就越寬?？芍忼X波的寬度是由充電時(shí)間常數(shù)R1C1決定的。 在三相橋式全控整流電路中，器件的導(dǎo)通次序?yàn)閂T1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6，彼此間隔60。，相鄰器件成雙接通。因此，觸發(fā)電路中雙脈沖環(huán)節(jié)的接線方式為：以VT1器件觸發(fā)單元而言，圖中電路中的Y端應(yīng)該接VT2器件觸發(fā)單元的X端，因?yàn)閂T2器件的第一個(gè)脈沖比VT1器件的第一個(gè)脈沖滯后60。。所以當(dāng)VT2觸發(fā)單元的V4由截止變導(dǎo)通時(shí)，本身輸出一個(gè)脈沖，同時(shí)使VT1器件觸發(fā)單元的V6管截止，給VT1器件補(bǔ)送一個(gè)脈沖。同理，VT1器件觸發(fā)單元的X端應(yīng)當(dāng)接VT6器件觸發(fā)單元的Y端。依此類推，可以確定六個(gè)器件相應(yīng)觸發(fā)單元電路的雙脈沖環(huán)節(jié)間的相互接線。 2.2.6 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)中由于要對(duì)所測(cè)量的電壓、電流量的超限發(fā)報(bào)警，因此要在系統(tǒng)中加入報(bào)警電路。本系統(tǒng)中采用的是二極管的過(guò)電流與過(guò)電壓電笛報(bào)警電路，如圖2-18 所示： 圖2-18 報(bào)警電路圖 在圖2-18中，P1.4晶體管基極輸入端。當(dāng)P1.4出高電平“1”時(shí)，晶體管導(dǎo)通，壓電蜂鳴器兩端獲得+5V電壓而鳴叫，二級(jí)管；當(dāng)P1.4出低電平“0”時(shí)，二極管截止，蜂鳴器停止發(fā)聲。 2.2.7電源電路設(shè)計(jì) 電源電路如圖2-19所示 圖2-19 電源電路圖 電源電路由降壓電路，整流電路，濾波電路，穩(wěn)壓電路組成。 7805、7815是提供正電源的穩(wěn)壓塊，7915是提供負(fù)電源的穩(wěn)壓塊。 第3章直流調(diào)速控制主回路設(shè)計(jì) 整個(gè)硬件系統(tǒng)包括單片機(jī)部分、觸發(fā)電路部分、整流電路部分、光耦隔離部分和直流電機(jī)部分。其中單片機(jī)部分重點(diǎn)講AT89S52的部分 3.1 三相橋式全控整流電路設(shè)計(jì) 可控整流電路基本可分為單相可控整流電路、三相可控整流電路以及由此發(fā)展來(lái)的大功率6相、12相整流電路等幾類。單相可控整流電路可分為單相半控整流電路和單相全控整流電路兩類，這種電路簡(jiǎn)單、調(diào)整方便，但是只適用負(fù)載功率較小的場(chǎng)合。當(dāng)負(fù)載功率較大時(shí)，考慮到三相負(fù)載的平衡，應(yīng)采用三相可控整流電路。三相可控整流電路也分為三相半控整流電路和三相全控整流電路兩類。三相半控整流電路一般只采用三個(gè)晶閘管，只需要三套觸發(fā)電路，不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，因此在要求不高的場(chǎng)合中，可采用三相半控整流電路。本課題要求適應(yīng)負(fù)載的范圍比較寬，所以采用三相橋式全控整流電路，三相橋式全控整流電路原理圖如圖3-2所示。 圖3-2三相橋式全控整流電路原理圖 輸出整流電壓Ud的波形是兩組半波整流電壓的波形疊加。通過(guò)改變晶閘管的控制角δ，可以獲得0 --2.34U2 cosδ的直流電壓?？刂平恰暗母淖兎秶鸀?～δ.直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載除了本身的感性阻抗外，還有一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)E。因此晶閘管在施加觸發(fā)脈沖后可導(dǎo)通的必要條件是，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)E和電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e：的代數(shù)和應(yīng)小于變壓器二次繞組的瞬時(shí)電壓。在整流情況下，電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)E的極性與整流電壓Ud的極性相反。對(duì)于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e：的極性，當(dāng)電流在增加時(shí)，e：的極性與Ud的極性相反;當(dāng)電流在減小時(shí)，e：的極性與Ud的極性相同，當(dāng)電流達(dá)到極值時(shí)，e：為零。 由于整流電路輸出電壓的波形是脈動(dòng)的，所以輸出電流的波形也是脈動(dòng)的，可以看成一個(gè)恒定的直流分量和一個(gè)包含高頻成分的交流分量組合。因?yàn)樨?fù)載只需要直流分量，為了消除負(fù)載電流中的交流分量，一般在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，保證整流電流的波形在較大范圍內(nèi)比較光滑。對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載，過(guò)大的交流分量會(huì)使電機(jī)的換相惡化和損耗增大，因此應(yīng)該在直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器，使輸出電流的波形比較光滑。 整流裝置輸出的電壓發(fā)生變化時(shí)，若輸出的負(fù)載電流不變，則變壓器原邊的電流基本不變。原邊的電壓也基本不變，表明整流裝置的視在功率基本不變。顯然，當(dāng)輸出的直流電壓較低時(shí)，直流側(cè)的功率變低了，而整流裝置的視在功率不變，表明整個(gè)系統(tǒng)無(wú)功功率增大了。由此可以得出，電網(wǎng)電壓的波動(dòng)可以近似地認(rèn)為是無(wú)功功率的變化。電網(wǎng)電壓的波動(dòng)無(wú)疑地會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的其它負(fù)載產(chǎn)生不良影響。可以在負(fù)載端并聯(lián)電容器抑制電壓波動(dòng)，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無(wú)功功率的沖擊。 各種晶閘管和其它電力電子器件的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，對(duì)于各個(gè)工業(yè)部門提高生產(chǎn)技術(shù)水平、改善生產(chǎn)過(guò)程和提高經(jīng)濟(jì)效益都有很大的作用。但是必須同時(shí)看到，隨著各種電力電子設(shè)備應(yīng)用數(shù)量的不斷增多和容量的不斷增大，對(duì)供電電網(wǎng)造成的影響和危害也與日俱增。電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使電網(wǎng)中諧波的含量大大增加，造成了電力系統(tǒng)的污染。 變流裝置實(shí)質(zhì)上是一個(gè)非線性系統(tǒng)，交流側(cè)電流是變流裝置對(duì)直流電流進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果，直流側(cè)電壓是變流裝置對(duì)交流電壓進(jìn)行調(diào)制的結(jié)果。兩個(gè)結(jié)果相互作用，變流裝置兩端的高次諧波就是在這種情況下產(chǎn)生的。 實(shí)現(xiàn)的功能沒(méi)有區(qū)別，但是雙脈沖觸發(fā)可以減小觸發(fā)電路的輸出功率，所以本課題采用雙脈沖觸發(fā)。 3.2 反