1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　1 基于PWM交流電源方案的設(shè)計(jì)3</p><p>

2、　　2 主電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.1 整流電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　2.2 斬波電路的設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.3 逆變電路的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.1 斬波驅(qū)動(dòng)及控制電路的設(shè)計(jì)13</p><p>　　

3、3.2 逆變驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4 單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 單片機(jī)晶振電路的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.2 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.4 電壓顯示電路的設(shè)計(jì)22</p&

4、gt;<p>　　4.5 頻率顯示電路的設(shè)計(jì)26</p><p>　　5 SPWM控制電路的設(shè)計(jì)28</p><p>　　5.1 SA828芯片功能的介紹28</p><p>　　5.2 SA828的編程29</p><p>　　5.3 SA828與C51構(gòu)成的控制電路的設(shè)計(jì)31</p><p>

5、;　　6 輔助電源的設(shè)計(jì)34</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　致 謝38</b></p><p><b>　　摘要</b></p><

6、p>　　全數(shù)字化控制技術(shù)正是正弦波電源的發(fā)展趨勢(shì)，與模擬正弦波電壓相比，它具有硬件電路簡(jiǎn)單、載波頻率調(diào)試方便和設(shè)計(jì)周期短等優(yōu)點(diǎn)。本論文設(shè)計(jì)的數(shù)字控制逆變器電源主要通過(guò)單片機(jī)對(duì)SA828和ADC0809進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、顯示電壓和頻率等功能，是對(duì)數(shù)字化正弦波電源設(shè)計(jì)的嘗試和創(chuàng)新。文中主要介紹整流、斬波、逆變、相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路以及功率管MOSFET和SPWM專用芯片SA828的特點(diǎn)以及應(yīng)用，而且討論了基于單片機(jī)AT89C51的控制電路的

7、原理和實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了逆變的主電路和驅(qū)動(dòng)電路、斬波的主電路和驅(qū)動(dòng)電路、SPWM波形產(chǎn)生電路、電壓頻率顯示電路等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：SPWM，SA828，單片機(jī)，逆變電源</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Fully digital control technology is the devel

8、opment trend of sine wave power,and analog sine wave voltage, it has the hardware circuit is simple, convenient and carrier frequency debugging advantages of shorter design cycles. In this thesis, the digital control of

9、inverter power supply, mainly through MCU control of the SA828 and the ADC0809 to achieve voltage regulation, voltage and frequency display function is a digital sine wave power supply design attempts and innovation. The

10、 article introd</p><p>　　Keywords: SPWM，SA828，SCM，Inverter</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　傳統(tǒng)的高壓直流電源通常由工頻交流電源經(jīng)升壓、直流濾波而獲得的。直流高壓電源的接線方式很多，有半波整流電路，橋式、全波、倍壓、多相整流電路以及串級(jí)電路等。</p

11、><p>　　近年來(lái)，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來(lái)越多，對(duì)電源的要求也更加靈活多樣。而且關(guān)于PWM控制技術(shù)日益發(fā)展，尤其是在電源研究領(lǐng)域取得很大的發(fā)展。傳統(tǒng)的電源一般用220V工頻交流電源經(jīng)過(guò)變壓器升壓，整流器濾波獲得，但這些方法是的電源的體積和重量都很大，并且紋波很大，穩(wěn)定性也不夠高。而采用PWM控制技術(shù)控制電源，提高了電源的穩(wěn)定性和效率。</p><p

12、>　　PWM控制就是對(duì)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)，通過(guò)對(duì)脈寬進(jìn)行調(diào)制從而改變脈沖的占空比來(lái)獲得所需的電壓，如今PWM調(diào)制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　PWM控制的交流電源一般可通過(guò)軟件和硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖寬度的控制。SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的，目前使用較廣泛的PWM法。前面提到的采樣控制理論中的一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，

13、其效果基本相同。SPWM法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，用脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形即SPWM波形控制逆變電路中開(kāi)關(guān)器件的通斷，使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等，通過(guò)改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值。</p><p>　　此外，人們還可以通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)PWM整流器的控制。PWM整流器是應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型電源變流器

14、。其基本原理是通過(guò)控制功率開(kāi)關(guān)管的通斷狀態(tài)，使整流器輸入電流接近正弦波，并且電流和電壓同相位，從而消除大部分電流諧波并使功率因數(shù)接近于1。</p><p>　　在國(guó)外，從70年代開(kāi)始，日本的一些公司開(kāi)始采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，將市電整流后逆變?yōu)?kHz左右的中頻，然后升壓，美國(guó)GE公司生產(chǎn)的AMX2移動(dòng)式X線機(jī)把蓄電池供給的直流電逆變成500Hz的中頻方波送入高壓發(fā)生器，從而減小體積和重量。進(jìn)入80年代，高壓開(kāi)關(guān)電源技

15、術(shù)迅速發(fā)展，德國(guó)西門子公司采用功率晶體管做主開(kāi)關(guān)元件，將電源的開(kāi)關(guān)頻率提高副20kHz以上。并將干式變壓器技術(shù)成功地應(yīng)用于高頻高壓電源，取消了高壓變壓器油箱，使變壓器系統(tǒng)的體積進(jìn)一步減小。近十年來(lái)，隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和開(kāi)關(guān)器件的發(fā)展，高壓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)不斷發(fā)展。突出的表現(xiàn)是頻率在不斷提高：如Philips公司30kw以下移動(dòng)式X光機(jī)的X線發(fā)生裝置頻率達(dá)30KHz以上，德國(guó)的霍夫曼公司高壓發(fā)生器頻率高達(dá)40lKHz。98年以后通用電氣公

16、司和瓦里安公司都研制成功100kHz的X線機(jī)發(fā)生器。另外，高壓開(kāi)關(guān)電源的功率也在不斷地提高，10～30kw的大功率高壓開(kāi)關(guān)電源在產(chǎn)品上已很成熟，更高功率的高壓開(kāi)關(guān)電源也有很快的發(fā)展，如用于雷達(dá)發(fā)射機(jī)的140KW高壓開(kāi)關(guān)電源(俄羅斯)；用于脈沖功率技術(shù)中的300KW大功率交流充電電源(美國(guó)EEV公司)等等</p><p>　　綜上所述，60年代開(kāi)關(guān)電源出現(xiàn)開(kāi)始，80年代開(kāi)始軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，90年代開(kāi)始用DSP進(jìn)行控制開(kāi)

17、關(guān)電源出現(xiàn)。開(kāi)關(guān)電源經(jīng)歷了由高頻到更高頻，由模擬控制到數(shù)字控制的過(guò)程。我國(guó)自80年代初開(kāi)始對(duì)高頻化的高壓大功率開(kāi)關(guān)電源技術(shù)進(jìn)行研究，分別列入了“七五”、“八五”、“九五”國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。國(guó)家“八五”攻關(guān)項(xiàng)目，200kV高壓直流開(kāi)關(guān)電源的研制，輸出功率達(dá)20KW；國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目產(chǎn)生高濃度臭氧用20kHz高壓逆變電源的研制，電源的轉(zhuǎn)換效率高于80%，輸出功率最高達(dá)20kw，電源體積降至原體積1/5，臭氧發(fā)生器體積降為原來(lái)1/6。體積

18、質(zhì)量最高可達(dá)2509/m3，還減少了原材料消耗：靜電除塵高壓直流電源也實(shí)現(xiàn)了高頻化，采用全橋零電流開(kāi)關(guān)串聯(lián)諧振逆變電路將直流高壓逆變?yōu)楦哳l電壓，然后由高頻變壓器升壓，最后整流為直流高壓，在電阻負(fù)載條件下，輸出直流電壓達(dá)到55kV，電流達(dá)到15mA，工作頻率25.6kHz。在我國(guó)開(kāi)關(guān)電源的控制領(lǐng)域，人們廣泛采用TL494、UC3875D等專用電源集成芯片來(lái)產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)逆變電路的開(kāi)關(guān)管，但是，隨著DSP芯片的問(wèn)世，尤其DSP算法的快速發(fā)展

19、，使得開(kāi)關(guān)電源的控制技術(shù)朝著全</p><p>　　總之，我國(guó)高壓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)已取得了很大的進(jìn)步，但同國(guó)外相比還有很大的差距，特別是大功率高壓開(kāi)關(guān)電源技術(shù)仍處在研發(fā)之中。</p><p>　　1 基于PWM交流電源方案的設(shè)計(jì)</p><p>　　基于PWM控制的交流電源的研制可以通過(guò)很多途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)相關(guān)資料的檢索和查詢，首先第一種方案是采用DSP，即整個(gè)電源系

20、統(tǒng)以DSP數(shù)字處理器為控制核心，用單個(gè)TMS320LF2407 DSP芯片作為實(shí)現(xiàn)移相全橋逆變技術(shù)、電源輸出調(diào)壓和過(guò)壓過(guò)流保護(hù)等功能。驅(qū)動(dòng)電路采用取IR21l0來(lái)驅(qū)動(dòng)全橋逆變器中開(kāi)關(guān)管，輔助電源電路采用模塊電源，直流電壓用于DSP和其他的集成電路芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。此種方案在硬件電路的連接上比較簡(jiǎn)單，但是在軟件編程上需要花費(fèi)很大的精力，對(duì)于尚不熟悉DSP語(yǔ)言的我們來(lái)說(shuō)短時(shí)間內(nèi)有一定的困難。</p><p>　　然后第二種

21、方案是采用單片機(jī)的方式，使用AT89C51芯片為控制核心，控制顯示電路以及PWM波的產(chǎn)生。此種方案在硬件和軟件上都能比較容易實(shí)行。而C51單片機(jī)作為一種常用的芯片，在工業(yè)應(yīng)用上非常普遍，而且從經(jīng)濟(jì)成本上考慮，相比DSP設(shè)計(jì)方案顯然更劃算，因此考慮將其作為最終選定的方案。</p><p>　　首先確定的是設(shè)計(jì)思想，其原理方框圖下圖所示：</p><p><b>　　圖1 結(jié)構(gòu)方框圖

22、</b></p><p>　　從電網(wǎng)引入的220V的交流電首先經(jīng)過(guò)整流和濾波之后變成比較平滑的直流電，然后通過(guò)可控器件IGBT對(duì)時(shí)間通斷的控制，使得數(shù)值上仍然比較高的電壓下降，從而得到低電壓的直流電，再通過(guò)逆變來(lái)使直流電再次變回所需要求的交流電壓，而控制逆變則需要單片機(jī)C51和PWM波產(chǎn)生專用芯片SA828來(lái)控制和產(chǎn)生，對(duì)輸出交流電的參數(shù)要求可以通過(guò)對(duì)SA828控制字的設(shè)定來(lái)完成，為了顯示輸出電壓值和

23、頻率的大小，采用A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809作為對(duì)采樣電壓進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，通過(guò)C51的控制，使得顯示電路的功能得以實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　2 主電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)要求斬波后的電壓為24（1±10%）V，逆變后單相交流電壓為36（1±5%）V、400Hz，輸出電流200mA，開(kāi)關(guān)工作頻率23.4375kHz，電源

24、效率η=70%，最大占空比0.45，最大磁飽和強(qiáng)度0.2T，有效磁芯面積，導(dǎo)體電流密度。</p><p>　　2.1 整流電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　整流電路是電力電子電路中最早出現(xiàn)的一種，它將交流電變?yōu)橹绷麟?，?yīng)用十分廣泛，電路形式各種各樣。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀(jì)70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負(fù)載之間，用于濾除脈動(dòng)直流

25、電壓中的交流成分。變壓器設(shè)置與否視具體情況而定，變壓器的作用是實(shí)現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。</p><p>　　整流電路的原理是是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄?fù)變化的交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)電壓的電路。在交流電源的作用下，整流二極管周期性地導(dǎo)通和截止，使負(fù)載得到脈動(dòng)直流電。在電源的正半周，二級(jí)管導(dǎo)通，使負(fù)載上的電流與電壓波形形狀完全相

26、同；在電源電壓的負(fù)半周，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，承受電源負(fù)半周電壓，負(fù)載電壓幾乎為零。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，沒(méi)有用到變壓器，采用直接將220V的交流電壓引入整流電路。如圖2所示：</p><p>　　圖2 整流部分電路圖</p><p>　　為了簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)，此處采用了4個(gè)不可控的二極管組成，這就省去了選晶閘管還要設(shè)計(jì)控制觸發(fā)電路的任務(wù)。此外，為了使得

27、到的電壓更加平滑，輸出端串入一個(gè)濾波電容，因此輸出電壓的大小</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　考慮到每個(gè)二極管的最大反向電壓至少要大于峰值 ，即大于311V，同時(shí)為保證電流不至于過(guò)大，在輸出端串上10K的電阻，因此回路中的最平均電流為24.2mA，每個(gè)二極管流過(guò)的電流為12.1mA，因此選擇4個(gè)IN4007型的二極管，其耐最

28、大反向電壓為1000V，承受最大電流為1A，符合設(shè)計(jì)的要求。 </p><p>　　濾波電容采用470uF耐壓450V的鋁電解電容，在工業(yè)上由于其體積小容量大，且損耗大，常應(yīng)用于電源濾波、低頻耦合等場(chǎng)合，而耐壓450V也滿足反向最大電壓的沖擊。</p><p>　　2.2 斬波電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　斬波就是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，也稱為

29、直流—直流變換器（DC/DC Converter）。斬波電路包括6種基本的電路：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路、Cuk斬波電路、Sepic斬波電路和Zeta斬波電路。</p><p>　　整流輸出的電壓達(dá)到了242V，而斬波后希望的電壓為24V，因此首先確定采用降壓斬波電路，降壓斬波電路得原理圖如圖3所示：</p><p>　　圖3 降壓斬波的原理圖</p>&l

30、t;p>　　該電路采用一個(gè)全控型器件V，圖中為IGBT，也可以使用其他器件。通過(guò)對(duì)IGBT關(guān)斷和導(dǎo)通時(shí)間的控制可以控制輸出的電壓，若導(dǎo)通時(shí)間為，關(guān)斷時(shí)間為，則輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　而與周期T的比值稱為占空比D，保持T不變，改變導(dǎo)通時(shí)間控制輸出電壓就稱為PWM控制方式。</p>

31、<p>　　在斬波部分的設(shè)計(jì)中斬波開(kāi)關(guān)器件采用IGBT模塊的MG75Q1J40來(lái)實(shí)現(xiàn)，其工作頻率為40kHz。其電路圖如圖4所示：</p><p>　　圖4 斬波部分電路圖</p><p>　　而在本圖中，R2和IN4007和電容C2其緩沖保護(hù)作用，D6為續(xù)流二極管。而驅(qū)動(dòng)電路采用M57962L芯片組成。 </p><p>　　MG75Q1J40的參數(shù)

32、如下, ，，，。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用了并聯(lián)緩沖電路，主要是用來(lái)保護(hù)功率開(kāi)關(guān)器件，包括2個(gè)任務(wù)，一是限制開(kāi)關(guān)器件上的應(yīng)力，使其在安全范圍內(nèi)；二是但開(kāi)關(guān)器件狀態(tài)變化時(shí)，將能量轉(zhuǎn)化到其他電路上去，減小開(kāi)關(guān)期間的功率損耗。</p><p>　　電路圖采用并聯(lián)緩沖電路，緩沖電容的臨界值：</p><p><b>　?。?-3）</b><

33、;/p><p>　　一般IGBT的導(dǎo)通時(shí)間為（3~5）RC，這里斬波輸出應(yīng)為24V，故導(dǎo)通時(shí)間為：</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　前面可以得到， ,取系數(shù)為1/4，則：</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　最后

34、確定斬波電路中電容和電感的值：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　故L1可取40mH,C3可取470pF。</p><p>　　2.3 逆變電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　逆變電路是與整流電路（

35、Rectifier）相對(duì)應(yīng)，將低電壓變?yōu)楦唠妷?，把直流電變成交流電的電路稱為逆變電路。交流側(cè)接電網(wǎng)，為有源逆變；交流側(cè)接負(fù)載，為無(wú)源逆變。</p><p>　　逆變器用雙向可控電力電子開(kāi)關(guān)構(gòu)成能夠改變負(fù)載電壓方向的電路。按規(guī)律控制電子開(kāi)關(guān)，切換負(fù)載電壓方向，便可將輸入的直流電能逆變?yōu)檩敵龅慕涣麟娔?；調(diào)節(jié)電子開(kāi)關(guān)的切換周期就可以改變交流電的頻率，通過(guò)自身的電子開(kāi)關(guān)的斬波控制，使得輸出電壓為脈沖列。改變輸出脈沖列的寬

36、度，便可達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓的目的。</p><p>　　在逆變部分采用的是推挽式電路，推挽式電路的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是變壓器雙邊勵(lì)磁，在輸入回路中僅有一個(gè)開(kāi)關(guān)的通態(tài)壓降，而半橋形電路和全橋型電路都有2個(gè)，因此在同樣的條件下，產(chǎn)生的通態(tài)損耗較小，而且不需要驅(qū)動(dòng)隔離，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。這對(duì)很多輸入電壓較低的電源十分有利，因此低電壓輸入類電源采用推挽式電路比較合適。但要注意，功率開(kāi)關(guān)所承受的電壓應(yīng)大于2Ui。</p>

37、<p>　　推挽式電路的原理圖如圖5所示：</p><p>　　圖5 推挽型電路原理圖</p><p>　　其工作原理可概述為：由驅(qū)動(dòng)電路的作用，兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管S1和S2交替導(dǎo)通，在繞組W1和W1’兩點(diǎn)分別形成相位相反的交流電壓。S1導(dǎo)通時(shí)，二極管VD1處于通態(tài)；S2導(dǎo)通時(shí)，二極管VD2處于通態(tài)；兩個(gè)開(kāi)關(guān)都關(guān)斷時(shí)，二極管VD1和VD2都處于通態(tài)，各分擔(dān)電感電流的一半。S1或S

38、2導(dǎo)通時(shí)，電感L的電流逐漸上升；兩個(gè)開(kāi)關(guān)管都關(guān)斷時(shí)，電感L的電流逐漸下降。S1和S2斷態(tài)時(shí)通過(guò)變壓耦合器作用承受2Ui。</p><p>　　為了驗(yàn)證推挽式電路的確可以將直流電逆變?yōu)榻涣麟姡ㄟ^(guò)MATLAB對(duì)其進(jìn)行仿真，接線圖如圖6所示：</p><p>　　圖6 MATLAB接線圖</p><p>　　通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，可以得到輸出的交流電正弦波的波形，其波形

39、大致如圖7所示：</p><p>　　圖7 MATLAB仿真圖</p><p>　　首先要計(jì)算相關(guān)的參數(shù)，斬波后的電壓為24V，而要求輸出的交流電壓為36V，400HZ，開(kāi)關(guān)工作頻率f=23.4375kHz，電源效率為70%，最大占空比D=0.45，最大磁飽和強(qiáng)度B=0.2T，有效芯片面積，導(dǎo)體電流密度。</p><p>　　開(kāi)啟和關(guān)短的時(shí)間的計(jì)算：</p&g

40、t;<p><b>　　（2-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　最大直流輸入電壓與最小直流輸入電壓計(jì)算：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　（2-11）</

41、b></p><p>　　一次側(cè)平均輸入電流與峰值電流（peak)的計(jì)算：</p><p><b>　　（2-12）</b></p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　二次側(cè)輸出的峰值電流計(jì)算：</p><p><b>　?。?-1

42、4）</b></p><p>　　一次側(cè)繞組匝數(shù)的計(jì)算：本例輸出7.2W，因此選擇EI28磁芯，磁芯有效截面積 ,最大磁通強(qiáng)度，則：</p><p><b>　　（2-15）</b></p><p><b>　　N1取整數(shù)30匝。</b></p><p>　　二次側(cè)繞組匝數(shù)的計(jì)算： &l

43、t;/p><p><b>　　（2-16）</b></p><p><b>　　N2取整數(shù)59匝。</b></p><p><b>　　則電壓比</b></p><p>　　一次側(cè)繞組導(dǎo)體截面的計(jì)算： </p><p><b>　　（2-17）&l

44、t;/b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p>　　二次側(cè)繞組導(dǎo)體截面的計(jì)算： </p><p><b>　　（2-19）</b></p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　然后是輸出部分的

45、設(shè)計(jì)，輸出部分由輸出濾波部分和整流電路構(gòu)成，濾波部分的作用是將二次側(cè)輸出的脈動(dòng)的交流電壓濾波成為近似于正弦波的交流電壓。整流部分是將交流電壓通過(guò)全波整流電路整流，變成適合A/D轉(zhuǎn)換的直流電壓。</p><p>　　設(shè)計(jì)濾波電感應(yīng)考慮輸出電壓，輸出電流和開(kāi)關(guān)頻率，并應(yīng)首先選定允許的電感電流最大紋波值，根據(jù)相應(yīng)的公式計(jì)算電感值。變壓器的視在功率PT是電感值的伏安值，等于端電壓和電流的乘積。</p>&l

46、t;p><b>　?。?-21） </b></p><p><b>　　和關(guān)系如下式：</b></p><p><b>　　（2-22）</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，選擇疊式鐵芯，，，，K0取0.4，計(jì)算時(shí)取，選擇最接近該數(shù)據(jù)的型號(hào)為1-186-167EE，其，計(jì)算匝數(shù)：</p

47、><p><b>　?。?-23）</b></p><p><b>　　取整數(shù)12匝。</b></p><p>　　然后計(jì)算感抗XL和電感L的值：</p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　（2-25）</

48、b></p><p><b>　　計(jì)算氣隙長(zhǎng)度：</b></p><p><b>　?。?-26） </b></p><p><b>　　計(jì)算電感導(dǎo)體截面：</b></p><p><b>　?。?-27）</b></p><p&

49、gt;<b>　?。?-28）</b></p><p>　　此外還得確定濾波電容的大小，根據(jù)選定的輸出電壓最大波紋的有效值，可以按下式計(jì)算濾波電容的阻抗。</p><p><b>　?。?-29）</b></p><p>　　電感電流最大波紋峰值 取最大輸出電流的20%，即是0.04A。輸出電壓最大波紋有效值為輸出電壓的0

50、.5%，取0.18V，按上面的式子計(jì)算出濾波電容的阻抗 。根據(jù)輸出電壓最大值90V，選擇一支瓷介電容就可以了。 </p><p>　　最后是全波整流電路的設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖8所示：</p><p>　　圖8 全波整流原理圖</p><p>　　該電路采用2個(gè)二極管VD1和VD2以及LC濾波元件構(gòu)成。電路有2個(gè)整流工作回路，正半周時(shí)VD1導(dǎo)通，負(fù)載承受正向電壓；負(fù)

51、半周時(shí)，VD2導(dǎo)通，負(fù)載同樣承受正向電壓。這樣VD1和VD2輪流導(dǎo)通，負(fù)載上的電壓始終為直流，實(shí)現(xiàn)整流。輸出電壓電流和輸入電壓電流之間的關(guān)系如下：</p><p><b>　?。?-30）</b></p><p><b>　?。?-31）</b></p><p><b>　　變壓器的次級(jí)功率：</b>

52、</p><p><b>　?。?-32）</b></p><p>　　變壓器的效率，則初級(jí)功率： </p><p><b>　?。?-33）</b></p><p>　　變壓器的功率等于初級(jí)功率之和的一半：</p><p><b>　?。?-34）</b&g

53、t;</p><p>　　鐵芯截面積 ，K為修正系數(shù)，硅鋼片一般取1.1，S取 。選擇YEI-1型硅鋼片。其截面積為 。</p><p><b>　　初級(jí)匝數(shù)的計(jì)算： </b></p><p><b>　　（2-35）</b></p><p>　　根據(jù)電路原

54、理和輸出的要求，工頻變壓器變比選為1：1。</p><p>　　一次導(dǎo)體截面積計(jì)算： </p><p><b>　?。?-36）</b></p><p><b>　?。?-37）</b></p><p>　　二次導(dǎo)體截面積計(jì)算： </p><p><b>　　（2-

55、38）</b></p><p><b>　?。?-39）</b></p><p>　　整流二極管的承受的斷態(tài)電壓為36V，流過(guò)二極管的平均電流為0.18A，選擇IN5819就可以了，其耐壓超過(guò)40V，最大電流為1A。</p><p>　　輸出電容直流電壓為34V，電感電流最大波紋峰值取最大輸出電流的20%，即是0.036A。輸出電壓

56、最大波紋有效值為輸出電壓的0.5%，取0.17V，按上面的式子計(jì)算出濾波電容的阻抗最大值為 ，選擇一只 ，耐壓50V的電解電容就可以了。</p><p>　　設(shè)計(jì)的電路圖如圖9所示：</p><p><b>　　圖9 逆變主電路圖</b></p><p><b>　　3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</b><

57、/p><p>　　3.1 斬波驅(qū)動(dòng)及控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是實(shí)現(xiàn)主電路中電力電子器件按照預(yù)定設(shè)想運(yùn)行的重要開(kāi)關(guān)。采用良好的驅(qū)動(dòng)電路，可以使電力電子器件工作在較為理想的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，縮短開(kāi)關(guān)時(shí)間，減小開(kāi)關(guān)損耗。此外，對(duì)器件或整個(gè)裝置的一些保護(hù)措施也往往設(shè)在驅(qū)動(dòng)電路中，或通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)。因此，驅(qū)動(dòng)電路對(duì)裝置的運(yùn)行效率、可靠性和安全性重要的影

58、響。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路的基本任務(wù)是將控制電路發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為加載在電力電子器件控制端和公共端之間，可以使其開(kāi)通或關(guān)斷信號(hào)。同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路通常還具有電氣隔離及電力電子器件的保護(hù)功能。</p><p>　　IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT(雙極型三極管)和MOS(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)

59、式功率半導(dǎo)體器件, 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動(dòng)電流較大；MOSFET驅(qū)動(dòng)功率很小，開(kāi)關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開(kāi)關(guān)電源、照明電路、牽引傳動(dòng)等領(lǐng)域。</p><p>　　斬波的驅(qū)動(dòng)電路的作用就是控制全控器件IG

60、BT導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間，達(dá)到控制輸出電壓幅值的目的，同時(shí)能驅(qū)動(dòng)IGBT模塊讓其正常工作，并對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的電路。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用的是M57962L的芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT工作，M57962L是專用IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)器，M57962L的內(nèi)部集成了退飽和，檢測(cè)和保護(hù)單元，當(dāng)發(fā)生過(guò)電流時(shí)能快速響應(yīng)，能慢速關(guān)斷IGBT，并向外部電路給出故障信號(hào)，M57962L輸出的正驅(qū)動(dòng)電壓為+15V，負(fù)驅(qū)動(dòng)電壓為-15V。其

61、引腳圖如圖10所示：</p><p>　　圖10 M57962L外形及引腳圖</p><p>　　其具體的相關(guān)功能如表1所示：</p><p>　　表1 M57962L管腳功能</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路圖如圖11所示：</p><p>　　圖11 M57962L驅(qū)動(dòng)IGBT電路圖</p><p&

62、gt;　　其次是斬波部分PWM波控制部分的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)電路所需的PWM波的形成就是在此部分形成的，因此在設(shè)計(jì)時(shí)該部分也具有很重要的作用。</p><p>　　該部分采用以TL494為核心芯片來(lái)設(shè)計(jì)的，TL494 是一種頻率固定的脈沖寬度控制器，主要為開(kāi)關(guān)電源控制器而設(shè)計(jì)。 其引腳圖如圖12所示：</p><p>　　圖12 TL494引腳圖</p><p>　　TL4

63、94的引腳功能如下：1、16腳和2、15腳分別是誤差放大器1和誤差放大器2的同相輸入端和反向輸入端；3腳是反饋輸入端；4腳是死區(qū)時(shí)間控制端；5、6腳分別接RC振蕩器的定時(shí)電容和電阻；7腳接地；8、9腳11、10腳分別是兩個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)三極管的集電極和發(fā)射極；12腳為電源正端；13腳為輸出狀態(tài)控制端，當(dāng)13腳為高電平時(shí)，兩個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)三極管交替導(dǎo)通，當(dāng)13腳為低電平時(shí)，兩個(gè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)三極管同時(shí)導(dǎo)通或截止，此時(shí)只能控制一個(gè)開(kāi)關(guān)管；14腳是集成電路內(nèi)

64、部輸出的5V基準(zhǔn)電壓輸出端。</p><p>　　TL494輸出脈沖的寬度是通過(guò)電容CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)。功率輸出管Q1和Q2受控于或非門。當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。</p><p>　　利用TL494產(chǎn)生PWM波的電路圖如圖13所示：</p><p>　　圖13

65、TL494控制PWM波的電路圖</p><p>　　3.2 逆變驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　MOSFET是電壓驅(qū)動(dòng)型器件，其靜態(tài)輸入電阻很大，所以需要的驅(qū)動(dòng)功率很小。但由于柵源間、柵漏間存在輸入電容，當(dāng)器件高頻通斷時(shí)，電容頻繁充放電，為快速建立驅(qū)動(dòng)電壓，要求驅(qū)動(dòng)輸出電阻小，且具有一定的驅(qū)動(dòng)功率。MOSFET開(kāi)通的柵源極間驅(qū)動(dòng)電壓一般取10到15V，在器件關(guān)斷時(shí)，對(duì)器件施加反向電壓可

66、減小關(guān)斷時(shí)間，保證器件的可靠關(guān)斷；反向電壓一般為0到15V。此外，在柵極驅(qū)動(dòng)回路中，通常需串入低值電阻，以減小寄生振蕩，該電阻阻值應(yīng)隨被驅(qū)動(dòng)器件電流額定值的增大而減小。</p><p>　　MOSFET的驅(qū)動(dòng)方式有很多，例如直接驅(qū)動(dòng)、耦合驅(qū)動(dòng)和混合驅(qū)動(dòng)。本系統(tǒng)采用TTL直接驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　如果TTL中的一些晶體管工作經(jīng)過(guò)線性區(qū)間，達(dá)到飽和有一段較長(zhǎng)的時(shí)間，使MOSFET的性能不

67、能達(dá)到最佳的狀態(tài)，可像圖13所示，在TTL器件與MOSFET之間加上、，可減少開(kāi)關(guān)上升和下降的時(shí)間。這些晶閘管要有較大的增益和較寬的頻帶。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路如圖14所示，選用S9013，和分別選用S9013和S9015既可滿足要求。</p><p>　　圖14 TTL驅(qū)動(dòng)MOSFET電路圖</p><p>　　然后是開(kāi)關(guān)期間的設(shè)計(jì)：開(kāi)關(guān)器件選電力MOSF

68、ET，其耐壓值為輸入電壓的2倍，考慮到關(guān)斷時(shí)的電壓以及輸入電壓的浪涌，其耐壓值取75V以下。</p><p>　　通過(guò)開(kāi)關(guān)器件的峰值電流為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　流過(guò)開(kāi)關(guān)器件的最大平均電流為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p

69、><p>　　電力MOSFET的通態(tài)損耗應(yīng)該按其電流的有效值來(lái)計(jì)算，考慮到計(jì)算的簡(jiǎn)單，可以用開(kāi)關(guān)電流峰值為來(lái)估算，即開(kāi)關(guān)期間的電流有效值為0.3A，開(kāi)關(guān)期間的損耗為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　為開(kāi)關(guān)器件電流有效值，即0.3A；為開(kāi)關(guān)器件通態(tài)電阻，根據(jù)資料取44。查資料型號(hào)為IRF540F的器件，其耐壓值為

70、100V，電流為33A，通態(tài)電阻為44，可以滿足設(shè)計(jì)上的要求。</p><p>　　為了在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)提供一個(gè)無(wú)功功率能量回路，在每個(gè)開(kāi)關(guān)管兩端反并聯(lián)一個(gè)快速恢復(fù)二極管，選擇IRF540F即可。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路如圖15所示：</p><p><b>　　圖15 驅(qū)動(dòng)電路圖</b></p><p>　　4 單

71、片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 單片機(jī)晶振電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　每個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全稱是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個(gè)基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振是用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定

72、、精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對(duì)精度可達(dá)百萬(wàn)分之五十。</p><p>　　晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步。 </p><p>　　一般單片機(jī)的晶振工作于并聯(lián)諧振狀態(tài)，也可以理解為諧振電容的一部分。它是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求選擇負(fù)載電容值的

73、大小，換句話說(shuō)，晶振的頻率就是在它提供的負(fù)載電容下測(cè)得的，能最大限度的保證頻率值的誤差，也能保證溫漂等誤差。兩個(gè)電容的取值都是相同的，或者說(shuō)相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，容易造成停振或干脆不起振。</p><p>　　設(shè)計(jì)的電路圖如圖16所示：</p><p>　　圖16 單片機(jī)晶振電路圖</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，由于ADC0809的典型工作

74、頻率640KHz不太容易得到，所以通常使用相近的頻率且容易獲得信號(hào)來(lái)代替。在本設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的晶振頻率為12MHz，ALE信號(hào)的輸出頻率為晶振頻率的六分之一，即2MHz，可將2MHz經(jīng)過(guò)74HC74四分頻后得到500KHz信號(hào)供給ADC0809使用，在后面的內(nèi)容中會(huì)詳細(xì)介紹。</p><p>　　4.2 單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　關(guān)于單片機(jī)的置位和復(fù)位，都是為了把電路初始化

75、到一個(gè)確定的狀態(tài)，一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)復(fù)位電路作用是把一個(gè)例如狀態(tài)機(jī)初始化到空狀態(tài)，而在單片機(jī)內(nèi)部，復(fù)位的時(shí)候單片機(jī)是把一些寄存器以及存儲(chǔ)設(shè)備裝入廠商預(yù)設(shè)的一個(gè)值。</p><p>　　當(dāng)MCS-5l系列單片機(jī)的復(fù)位引腳RST(全稱RESET)出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果RST持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。本

76、論文中采用的是開(kāi)關(guān)復(fù)位的方式，上電后，由于電容C3的充電和反相門的作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵S1后松開(kāi)，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。具體的電路圖如圖17所示：</p><p>　　圖17 單片機(jī)復(fù)位電路圖</p><p>　　系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。51單片機(jī)的復(fù)位

77、是由RESET引腳來(lái)控制的，此引腳與高電平相接超過(guò)24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。</p><p>　　4.3 A/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)</p&g

78、t;<p>　　以單片機(jī)為核心構(gòu)成的測(cè)控系統(tǒng)，是單片機(jī)諸多應(yīng)用中最為廣泛的用途之一。當(dāng)單片機(jī)用作測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)要有被測(cè)信號(hào)量的輸入通道。輸入通道一般由信號(hào)處理、模擬開(kāi)關(guān)、放大、采樣、保持及A/D轉(zhuǎn)換電路等組成，而A/D轉(zhuǎn)換是測(cè)控系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。</p><p>　　在A/D轉(zhuǎn)換電路中采用的是ADC0809芯片，其引腳圖如圖18所示：</p><p>　　圖18 ADC

79、0809引腳圖</p><p><b>　　其引腳的功能如下：</b></p><p>　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。</p><p>　　D0～D7：8位數(shù)字量輸出端。</p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路</p><p>　　A

80、LE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 </p><p>　　START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。 </p><p>　　EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 </p><p>　　OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效

81、。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。</p><p>　　CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端，要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。 </p><p>　　REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。 </p><p>　　Vcc：電源＋5V。 </p><p><b>　　GND：地。</b></p

82、><p>　　ADC0809是一種8路模擬輸入、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器,它由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、8位A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成，其轉(zhuǎn)換結(jié)果為8位二進(jìn)制數(shù)。C、B、A是三條通道的地址線。當(dāng)?shù)刂锋i存信號(hào)ALE為高電平時(shí)，C、B、A三條線上的數(shù)據(jù)送入ADC0809內(nèi)部的地址鎖存器中，經(jīng)過(guò)譯碼器譯碼后選中某一通道。當(dāng)ALE為低電平時(shí), 址鎖存器處于鎖存狀態(tài)，在此狀態(tài)下，模擬開(kāi)關(guān)始終與剛才選中的輸入通道接

83、通。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)START的上升沿將ADC0809復(fù)位。當(dāng)被選中通道的模擬量到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器并未對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)START出現(xiàn)下降沿并經(jīng)延遲后，才會(huì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程是在時(shí)鐘信號(hào)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的，ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)由CLOCK端送入，時(shí)鐘頻率的典型值為640KHz，在這個(gè)頻率下，ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100ns。由于ADC0809片內(nèi)沒(méi)有時(shí)鐘，因此，當(dāng)

84、ADC0809用于MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，ADC0809的時(shí)鐘信號(hào)可由MCS-51單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻電路獲得。一般情況下，AL</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到三態(tài)輸出鎖存緩沖器中。此時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒(méi)有出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線DB0～DB7上，單片機(jī)尚未獲取到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。單片機(jī)想要得到A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果，必須使ADC0809的輸出允許控制端OE為高電平，使三態(tài)輸出鎖存緩

85、沖器打開(kāi)，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果才會(huì)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線DB0～DB7上，EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。在A/D轉(zhuǎn)換期間，EOC 維持低電平，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC變成高電平。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換電路圖如圖19所示：</p><p>　　圖19 A/D轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換接口控制電路由二輸入四或非門74HC02、六非門74HC04等組成。它為A/D轉(zhuǎn)

86、換器提供必要的時(shí)序信號(hào)，如A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)START、多路模擬信號(hào)的通道地址鎖存信號(hào)ALE、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC、三態(tài)輸出鎖存緩沖器輸出允許信號(hào)OE等等，并在轉(zhuǎn)換結(jié)束后向單片機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，以便單片機(jī)能夠及時(shí)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　ADC0809內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，因此，它的數(shù)據(jù)輸出端D7～D0可直接與MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線P0.7～P0.0相連；通道地址輸入端C、B、A分別與單片機(jī)的

87、地址總線的低三位A2～A0相連，以選通ADC0809的8個(gè)通道中的一個(gè)；由于整流之后電壓的最大值為34V，因此在輸出端接上10K的電位器，使34V經(jīng)過(guò)分壓后為A/D轉(zhuǎn)換允許的的最大電壓輸入電壓5V。ADC0809的ALE與START連在一起，則在鎖存通道地址的同時(shí)便啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)始。由于ADC0809沒(méi)有片選信號(hào)，任意某一時(shí)刻，只要START有效，ADC0809就立即啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。為了有效控制轉(zhuǎn)換的進(jìn)行，本系統(tǒng)將MCS-51單片機(jī)地址總線的最高

88、位A15即P2.7作為片選信號(hào)。ADC0809的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)由片選信號(hào)P2.7與寫信號(hào)WR共同控制，而三態(tài)輸出鎖存緩沖器輸出允許控制信號(hào)OE由片選信P2.7與讀信號(hào)RD共同控制，以實(shí)現(xiàn)A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的獲取。由此可知，ADC0809的8個(gè)通道地址為7FF8H～7FFFH。</p><p>　　A/D 轉(zhuǎn)換的相關(guān)程序?yàn)椋?lt;/p><p>　　ACALL A_D ；啟動(dòng)A

89、/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　JNB F0, $ ；等待ADC0809中斷</p><p>　　ACALL B_D ；二—十進(jìn)制轉(zhuǎn)換</p><p>　　ACALL DISP ；顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　SJMP LOOP</b></p><p>

90、　　INT_0: CLR EA</p><p>　　MOVX A, @DPTR ；發(fā)RD信號(hào)，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　CPL F0</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　RETI</b></p

91、><p>　　A_D:MOV DPTR, #7FFFH ；設(shè)置ADC0809片選信號(hào)并選擇通道7進(jìn)行轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOVX @DPTR, A ；發(fā)WR信號(hào)</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　4.4 電壓顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p

92、>　　將MCS-51單片機(jī)的串行口設(shè)定為工作方式0，再外接移位寄存器，就可以使串行口擴(kuò)展為并行口，進(jìn)而控制LED數(shù)碼顯示器的顯示。在圖17中，串行口控制寄存器SCON的各位均復(fù)位，此時(shí)的串行口工作于方式0，RXD為數(shù)據(jù)輸出端，TXD為移位脈沖輸出端。74HC595為8位串行輸入/并行輸出的移位寄存器。在移位脈沖SRCLK的作用下，SER端的串行數(shù)據(jù)進(jìn)入移位寄存器的Q0端，此后Q0→Q1→Q2→……Q7→Q7'，逐位移出。Q

93、7'為串行輸出端，用于多個(gè)移位寄存器的級(jí)連。當(dāng)在RCLK端輸入了一個(gè)正跳變的鎖存控制信號(hào)，并且在OE端輸入了一個(gè)輸出允許信號(hào)(圖中的OE端接地，即OE始終有效)，移位寄存器中的數(shù)據(jù)從Q0～Q7上并行輸出，從而實(shí)現(xiàn)了串行口到并行口的擴(kuò)展。圖17中用了3塊74HC595級(jí)連，構(gòu)成24位并行輸出電路。當(dāng)MCS-51單片機(jī)從RXD端連續(xù)送出24位串行數(shù)據(jù)后，利用一根I/O口線(如P3.4)送出鎖存控制信號(hào)RCLK，就可以使24位并行數(shù)據(jù)

94、從3片74HC595上同時(shí)輸出，驅(qū)動(dòng)3塊LED數(shù)碼顯示器顯示數(shù)據(jù)。</p><p>　　74HC595內(nèi)含一個(gè)8位的串行輸入、并行輸出的移位寄存器，該移位寄存器的內(nèi)容輸出到一個(gè)8位的具有并行三態(tài)、總線驅(qū)動(dòng)輸出鎖存的D存儲(chǔ)寄存器。兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘信(SRCLK和RCLK)分別都提供給移位寄存器和D存儲(chǔ)寄存器。移位寄存器含有一個(gè)不考慮結(jié)果的直接清零輸入端(SRCLR)、一個(gè)串行輸入端(SER)以及一個(gè)用于級(jí)連的串行輸出

95、端(Q7')。任何時(shí)刻，只要輸出使能端(OE)的輸入信號(hào)為低電平，存儲(chǔ)寄存器中的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)在輸出端(Q0～Q7)。當(dāng)輸出使能端(OE)的輸入信號(hào)為高電平時(shí)，輸出就呈高阻態(tài)。</p><p>　　74HC595的引腳圖如圖20所示：</p><p>　　圖20 74HC595的引腳圖</p><p>　　其管腳功能如表2所示：</p><

96、p>　　表2 74HC595引腳功能</p><p>　　因?yàn)锳DC0809的最大輸入電壓為5V，其轉(zhuǎn)換結(jié)果FFH對(duì)應(yīng)5V。所以FFH對(duì)應(yīng)的輸出電壓應(yīng)大于等于5V，表示超過(guò)量程。在本論文中FFH對(duì)應(yīng)輸出電壓最大的有效值37.8V，其轉(zhuǎn)換公式為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　即：&l

97、t;/b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　因此程序中有二進(jìn)制轉(zhuǎn)換及乘以15后除以100的子程序。電壓顯示電路如圖21所示：</p><p>　　圖21 電壓顯示電路圖</p><p>　　因?yàn)閱纹瑱C(jī)的I/O口帶載能力不大，用總線驅(qū)動(dòng)74LS245作為段碼驅(qū)動(dòng)。電壓的線的顯示程序

98、如下：</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p>　　LJMP MAIN ；轉(zhuǎn)入實(shí)際的主程序入口</p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p>　　LJMP INT_0 ； 轉(zhuǎn)入實(shí)際

99、的中斷程序入口</p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p>　　MAIN:MOV SCON, #00H ；設(shè)置串行口工作于方式0</p><p>　　SETB P3.4 ；禁止SRCLR 信號(hào)有效</p><p><b>　　SETB EA&

100、lt;/b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p><b>　　SETB IT0</b></p><p>　　LOOP: CLR F0</p><p>　　ACALL A_D ； 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　JNB F

101、0, $ ； 等待ADC0809中斷</p><p>　　ACALL B_D ； 二- 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換</p><p>　　ACALL DISP ； 顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　SJMP LOOP</b></p><p>　　MUL S_DATA，0FH ；執(zhí)行計(jì)

102、算檢測(cè)電壓二進(jìn)制數(shù)</p><p>　　MOV BL，64H</p><p><b>　　DIV BL</b></p><p>　　INT_0: CLR EA</p><p>　　MOVX A, @DPTR ； 發(fā)RD 信號(hào)，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　C

103、PL F0</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　A_D:MOV DPTR, #7FFFH ； 設(shè)置ADC0809片選信號(hào)并選擇通道7進(jìn)行轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOVX @DPTR,

104、 A ； 發(fā)WR 信號(hào)</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　S_DATA:MOV DPTR, #TAB ； 查表取出顯示字形碼</p><p>　　MOVC A, @A+DPTR</p><p>　　MOV SBUF, A ；從串行口送出顯

105、示</p><p><b>　　JNB TI, $</b></p><p><b>　　CLR TI</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DISP: MOV A, R7</p><p>　　ACALL S_DATA

106、 ；顯示最低位</p><p><b>　　MOV A, R6</b></p><p>　　ACALL S_DATA ；顯示中間位</p><p><b>　　MOV A, R5</b></p><p>　　ACALL S_DATA ；顯示最高

107、位</p><p>　　CLR P3.5 ；發(fā)RCLK 信號(hào)</p><p><b>　　SETB P3.5</b></p><p><b>　　RET</b></p><p>　　END </p><p>　　4.

108、5 頻率顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　SA828帶有頻率輸出端口，將其與單片機(jī)的中斷INT1口相接。中斷INT1的功能就是計(jì)算ZPPY輸出的調(diào)制波的頻率以及顯示頻率的大小的值。理論上調(diào)制波的頻率為400Hz,定時(shí)器不會(huì)產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷。這樣，在一個(gè)INT1中斷間隔里，所用的時(shí)間是2個(gè)字節(jié)的數(shù)（TH0、TH1的值）。</p><p>　　因?yàn)樵谡撐闹蠥T89C51使用12MHz的時(shí)鐘電

109、源，一個(gè)機(jī)器周期是1us，所以調(diào)制波的頻率計(jì)算公式為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　，是一個(gè)3字節(jié)的數(shù)，因此式子（4-3）是一個(gè)3字節(jié)的除法運(yùn)算。如果對(duì)精度要求不高，式子（4-3）的分子可以舍掉最低字節(jié)來(lái)簡(jiǎn)化運(yùn)算，這樣就變成雙字節(jié)除法運(yùn)算。所以當(dāng)INT1中斷時(shí)，取TH0、TH1的值，將其放置到71H和70H中，除法整數(shù)的商存放在

110、72H和73H，小數(shù)商放在75H中，然后將72H、73H中的頻率整數(shù)（二進(jìn)制數(shù)）部分先進(jìn)行二一十進(jìn)制轉(zhuǎn)換，存于R3、R4、R5中。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的十進(jìn)制數(shù)只有百位，即R3中的值為00，R4中的值為0X。因此將R4、R5中的數(shù)分離，分別在最高位、次高位、最低位顯示。 </p><p><b>　　ORG 0003H</b></p><p>　　LJMP INT_1

111、 ； 轉(zhuǎn)入實(shí)際的中斷程序入口</p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p>　　MAIN:MOV SCON, #00H ；設(shè)置串行口工作于方式0</p><p>　　SETB P3.4 ；禁止SRCLR 信號(hào)有效</p><p><

112、;b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　SETB EX0</b></p><p><b>　　SETB IT1</b></p><p>　　LOOP: CLR F0</p><p>　　MOV AX , S_DATA</p><p>

113、　　MOV BX , #0F4240H</p><p><b>　　DIV BX</b></p><p>　　MOV [72H] , AL</p><p>　　MOV [73H] , AH</p><p>　　MOV [70H] , TH0</p><p>　　MOV [71H] ,

114、TH1</p><p>　　ACALL B_D ； 二- 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換</p><p>　　ACALL DISP ； 顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　SJMP LOOP</b></p><p>　　INT_1: CLR EA</p><p>　　MOVX A, @DP

115、TR ； 發(fā)RD 信號(hào)，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　CPL F0</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　S_DATA:MOV DPTR, #TAB ； 查

116、表取出顯示字形碼</p><p>　　MOVC A, @A+DPTR</p><p>　　MOV SBUF, A ；從串行口送出顯示</p><p><b>　　JNB TI, $</b></p><p><b>　　CLR TI</b></p><p>

117、;<b>　　RET</b></p><p>　　DISP: MOV A, R7</p><p>　　ACALL S_DATA ；顯示最低位</p><p><b>　　MOV A, R6</b></p><p>　　ACALL S_DATA ；顯示中間位&l

118、t;/p><p><b>　　MOV A, R5</b></p><p>　　ACALL S_DATA ；顯示最高位</p><p>　　CLR P3.5 ；發(fā)RCLK 信號(hào)</p><p><b>　　SETB P3.5</b></p>&