晶閘管數(shù)字觸發(fā)器畢業(yè)設(shè)計

1、 畢業(yè)設(shè)計(論文)題 目 晶閘管數(shù)字觸發(fā)器 學(xué)院名稱 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 職 稱 班 級 電子 學(xué) 號 學(xué)生姓名 2015年6月4日南 華 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué) 院： 電氣工程學(xué)院 題 目： 晶閘管數(shù)字觸發(fā)器 起 止 時 間: 2015 年 1月10日 至2015年6月6日 學(xué) 生 姓 名： 專 業(yè) 班 級： 指 導(dǎo) 教 師： 教研室主 任： 院 長： 王新林 2015年 1 月 10 日論文 (設(shè)計) 內(nèi)容及要求：一、畢業(yè)設(shè)計（論文）原始依據(jù) 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，數(shù)字觸發(fā)器為主電路的晶閘管提供實時開關(guān)信號，通過實時開通晶閘管來達到調(diào)節(jié)輸

2、出直流電壓的目的。與傳統(tǒng)的模擬觸發(fā)器相比，數(shù)字觸發(fā)器具有參數(shù)設(shè)定方便、硬件結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、調(diào)試方便、系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好和實時性強等特點。它為晶閘管觸發(fā)器將來能夠?qū)崿F(xiàn)智能化、小型化、聯(lián)網(wǎng)化打下來了一個很好的基礎(chǔ)。二、畢業(yè)設(shè)計（論文）主要內(nèi)容及基本要求 設(shè)計一個晶閘管數(shù)字觸發(fā)器，能夠根據(jù)設(shè)定的直流電壓值給晶閘管提供實時的觸發(fā)脈沖。要求自主設(shè)計一個可行、合理的觸發(fā)方案，此方案除了能夠給晶閘管提供觸發(fā)脈沖外，還需要能夠顯示設(shè)定的直流電壓值和通過晶閘管整流后的主電路實際的直流電壓值，并且，能夠顯示晶閘管的導(dǎo)通角。要求給出詳細的電路原理圖，并制作出實物，撰寫出規(guī)范的設(shè)計文檔對設(shè)計內(nèi)容進行詳細的闡述。

3、4、 畢業(yè)設(shè)計（論文）進度安排起止時間主要研究內(nèi)容成果形式時間2015.1.10-2015.1.25任務(wù)書下達，資料搜集認真閱讀搜集的資料，并認真做好讀書筆記，定出初步方案。1周2015.3.9-2015.3.22完成開題報告確定系統(tǒng)的方案，并完成開題報告。2周2015.3.23-2015.4.12完成系統(tǒng)的整體設(shè)計，軟硬件的初步框架制作出PCB板，編寫出程序流程圖及各個分塊的程序3周2015.4.13-2015.5.10完成系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試完成PCB板的調(diào)試，以及程序調(diào)試 4周2015.5.11-2015.5.17撰寫畢業(yè)論文初稿 1周2015.5.18-2015.5.24完成畢業(yè)論文的撰

4、寫交作品和論文，并提供對應(yīng)的電子文檔 1周2015.5.252015.6準備答辯 指導(dǎo)老師： （簽 名） 年 月 日南華大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目 晶閘管數(shù)字觸發(fā)器設(shè)計（論文）題目來源 自選課題設(shè)計（論文）題目類型 工程設(shè)計類起止時間2015.1.18-2015.6.1一設(shè)計（論文）依據(jù)及研究意義： 在電解、電鍍、焊接、鑄造等生產(chǎn)工藝中，一般需要低電壓、大電流的直流電源，在這些生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)總電流通常會達到幾千安培，并且還需要根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求能夠?qū)崟r改變直流電壓的大小。受電力電子器件本身耐壓值和通過電流能力的限制，在上述應(yīng)用場合中，通常采用晶閘管作為整流系統(tǒng)中的電力

5、電子器件，而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)器為晶閘管提供實時開關(guān)信號，通過實時開通晶閘管來達到調(diào)節(jié)輸出直流電壓的目的。與傳統(tǒng)的模擬觸發(fā)器相比，數(shù)字觸發(fā)器具有參數(shù)設(shè)定方便、硬件結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、調(diào)試方便、系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好和實時性強等特點。二設(shè)計（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線） 1.總體設(shè)計方案圖1 數(shù)字觸發(fā)器總體設(shè)計方案 2、各個模塊元器件選擇 (1)同步信號獲取模塊：同步信號獲取模塊獲得晶閘管的自然換相點，且生成的同步信號接入單片機的外部中斷口，一旦有同步信號就及時通知單片機處理。各相電壓經(jīng)過LM311電壓比較器比較后，輸出3個方波信號，這三個信號

6、經(jīng)過6N137光電耦合器后分別送入單片機，作為脈沖分配判斷信號，同時這3個信號經(jīng)過74LS86“異或”后產(chǎn)生同步信號輸入到外部中斷0，向單片機申請中斷。 （2）單片機最小系統(tǒng)：單片機負責(zé)處理同步信號、計算晶閘管的導(dǎo)通角和生成晶閘管的觸發(fā)脈沖。 （3）雙窄脈沖形成模塊：將單片機輸出的單脈沖變成符合晶閘管觸發(fā)所需的雙窄脈沖，由6個“或”門組成。 （4）脈沖隔離放大模塊：為了防止干擾和滿足晶閘管門極對觸發(fā)脈沖的功率要求，單片機輸出的觸發(fā)信號，經(jīng)過光電隔離、功率放大才能作為驅(qū)動晶閘管門極的觸發(fā)脈沖，電路由光電耦合器、三極管功放和脈沖變壓器構(gòu)成。 （5）A/D采樣電路：負責(zé)采集輸出的直流電壓,單片機經(jīng)過

7、A/D采樣后，將電壓值經(jīng)過一定的換算關(guān)系換算成實際電壓值，然后在數(shù)碼管上顯示,A/D采樣采用AD1647芯片。 （6）數(shù)碼管顯示模塊：顯示實際直流電壓值和晶閘管導(dǎo)通角，數(shù)碼管采用兩片74HC573鎖存器作為段選驅(qū)動和位選端。 （7）按鍵輸入模塊：由數(shù)值增加鍵、數(shù)值減小鍵、功能鍵和確認鍵組成。功能鍵用于選擇數(shù)碼管顯示的內(nèi)容，數(shù)值增加和減少鍵用于設(shè)定直流電壓，直流電壓設(shè)定好后按下確認鍵，設(shè)定好的數(shù)據(jù)送入單片機處理。 設(shè)計的最后成果能滿足上述各項指標(biāo)： （1）能夠根據(jù)設(shè)定的直流電壓值給晶閘管提供實時的觸發(fā)脈沖。 （2）能夠顯示設(shè)定的直流電壓值和通過晶閘管整流后的主電路實際的直流電壓值。 （3) 能夠

8、顯示晶閘管的導(dǎo)通角。三、設(shè)計（論文）的研究重點及難點：（1）同步信號的獲?。?）單片機脈沖輸出順序的確定四、 設(shè)計（論文）研究方法及步驟（進度安排）：進度計劃安排：起止時間主要研究內(nèi)容成果形式時間2015.1.10-2015.1.25任務(wù)書下達，資料搜集認真閱讀搜集的資料，并認真做好讀書筆記，定出初步方案。1周2015.3.9-2015.3.22完成開題報告確定系統(tǒng)的方案，并完成開題報告。2周2015.3.23-2015.4.12完成系統(tǒng)的整體設(shè)計，軟硬件的初步框架制作出PCB板，編寫出程序流程圖及各個分塊的程序3周2015.4.13-2015.5.10完成系統(tǒng)的軟硬件的調(diào)試完成PCB板的調(diào)試

9、，以及程序調(diào)試 4周2015.5.11-2015.5.17撰寫畢業(yè)論文初稿 1周2015.5.18-2015.5.24完成畢業(yè)論文的撰寫交作品和論文，并提供對應(yīng)的電子文檔 1周2015.5.252015.6準備答辯五、 進行設(shè)計（論文）所需條件：（1） 硬件設(shè)計所需的元器件及實驗環(huán)境。（2） 軟件設(shè)計所需的平臺：PC機、單片機和相關(guān)軟件等。（3） 調(diào)試作品相關(guān)的儀器設(shè)備。六、 指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年 月 日南華大學(xué)電氣工程學(xué)院畢業(yè)論文晶閘管數(shù)字觸發(fā)器摘要: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。基于單片機的數(shù)字觸發(fā)

10、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)定性好以及實時性強等特點。本設(shè)計采用單片機STC89C52為系統(tǒng)的核心，由同步信號取樣模塊獲得晶閘管的自然換相點，且生成的同步信號接入單片機，雙窄脈沖生成模塊將單片機輸出的單脈沖變成符合晶閘管觸發(fā)所需的雙窄脈沖，脈沖信號隔離放大模塊放大單片機輸出的脈沖信號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。關(guān)鍵詞：晶閘管 觸發(fā)器 單片機Thyristor digital triggerAbstract: the high power rectifier sys

11、tem which is formed by thyristors , mainly uses the digital trigger to realize the control of the thyristors trigger angle and change the voltage or current by control the thyristors conduction pared with the traditional analog trigger, the digital trigger has characteristics of small volume, parame

12、ter setting conveniently, reliable system, good stability and being real-time . This design adopts STC89C52 single-chip microcomputer as the core of the system,the synchronization signal sample module gets the thyristors natural commutation point and synchronization signal generated is connected wit

13、h the single-chip microcomputer, double narrow pulse generating module will 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 circuit, the A / D s

14、ampling module collects the output DC voltage and finally the digital tube displays the DC voltage value and the conduction angle of thyristor. Keywords: thyristor; rigger; single-chip microcomputer目 錄引 言1第1章 總體設(shè)計方案21.1應(yīng)用背景21.2設(shè)計的關(guān)鍵問題31.2.1同步信號獲取41.2.2晶閘管觸發(fā)方式的選擇41.2.3單片機脈沖輸出順序的確定51.3總體設(shè)計方案6第2章 硬件設(shè)計8

15、2.1同步信號取樣模塊82.1.1電壓比較器LM311的介紹102.1.2光電耦合器6N137 的特性112.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123的介紹112.2單片機最小系統(tǒng)132.2.1單片機的管腳說明132.2.2振蕩電路的設(shè)計142.2.3復(fù)位電路的設(shè)計142.3雙窄脈沖形成模塊152.4脈沖隔離放大模塊162.4.1光電耦合器TLP521-1的管腳說明172.4.2脈沖變壓器的作用182.5 A/D采樣模塊182.5.1 AD1674的管腳說明192.6 數(shù)碼管顯示模塊212.6.1共陰極四位一體數(shù)碼管的介紹212.7按鍵輸入模塊222.8電源模塊232.8.1變壓器的選擇242.8.2

16、整流橋的選擇242.8.3濾波電容的選擇242.8.4集成三端穩(wěn)壓器的選擇25第3章 軟件設(shè)計263.1數(shù)字觸發(fā)器的工作過程263.2主函數(shù)及流程283.3按鍵掃描子程序293.4 A/D采樣子程序303.5數(shù)碼管顯示子程序313.6外部中斷0子程序323.7定時器0中斷服務(wù)子程序323.8定時器1中斷服務(wù)子程序333.9中斷子程序的執(zhí)行順序33第4章 系統(tǒng)調(diào)試344.1硬件調(diào)試344.2測試結(jié)果34設(shè)計總結(jié)37參考文獻38致 謝39附錄一：系統(tǒng)總程序40附錄二：實物圖51引 言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

17、的，因為觸發(fā)脈沖的好壞直接影響整流輸出的品質(zhì)，甚至影響整個系統(tǒng)的安全運行，以分立元件及專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，而且六個脈沖的均勻度不好。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是微機的廣泛應(yīng)用，采用單片機為控制核心的數(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，性價比較高，從而得到了廣泛的應(yīng)用。本文介紹了一種基于單片機STC89C52的晶閘管數(shù)字觸發(fā)器的的實現(xiàn)方法，它充分發(fā)揮了現(xiàn)代單片機的計算能力強、速度快等特點，

18、巧妙地硬件設(shè)計和簡單快速的觸發(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)電路實現(xiàn)小型化、數(shù)字化、智能化和聯(lián)網(wǎng)化提夠了一個很好的平臺。 第1章 總體設(shè)計方案 1.1應(yīng)用背景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個晶閘管（VT，VT，VT）稱為共陽極組。 圖1.1三相橋式全控整流電路數(shù)字觸發(fā)器通過控制6個晶閘管的控制端，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個晶閘管的導(dǎo)通順序是VTVTVTVTVTVT。任何時刻都必

19、須有2個晶閘管導(dǎo)通，其中一個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導(dǎo)通；另外一個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導(dǎo)通。并且導(dǎo)通的2個晶閘管不能同相。而輸出直流電壓值是通過調(diào)節(jié)晶閘管的導(dǎo)通角來實現(xiàn)的，把主電路中A和C相鄰兩相的交點稱為VT晶閘管的自然換相點，該點就是晶閘管VT導(dǎo)通角=0的時刻，如圖1.2中的a點。即如果在a點處導(dǎo)通晶閘管，則=0，如果在a點處延遲1.67ms(30對應(yīng)的時間）導(dǎo)通晶閘管，則=30。同理，圖1.2中的-對應(yīng)VT-VT號晶閘管的自然換相點。a 圖1.2 晶閘管的自然換相點表1.1列出了=0時晶閘管的導(dǎo)通順序，當(dāng)?shù)扔谄渌嵌葧r，晶閘管

20、的導(dǎo)通順序依然相同，只是導(dǎo)通的時間減少了。以圖1.2中的a點為起始時刻，當(dāng)直流負載為電阻且負載電流連續(xù)時，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 （）換算成對應(yīng)的時間（單位為ms）為：=控制角就控制了直流輸出電壓，從而達到調(diào)節(jié)直流電壓的目的。而本設(shè)計的數(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為起點，延時角對應(yīng)的時間后，給各個晶閘管輸出觸發(fā)脈沖。表1.1 時晶閘管的導(dǎo)通順序 電源電壓UUUUUU開關(guān)元件共陰極組VTVTVTVTVTVT共陽極組VTVTVTVTVTVT1.2設(shè)計的關(guān)鍵問題本設(shè)計需要解決同步信號獲取、晶閘管觸發(fā)方式的選擇、單片機輸出晶閘管脈沖的順序三個關(guān)

21、鍵問題。1.2.1同步信號獲取在晶閘管移相觸發(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現(xiàn)的。為了滿足晶閘管的導(dǎo)通條件，并且正確的計算控制角，必須要獲得晶閘管的自然換相點，并以此作為滿足晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通條件和計算控制角的基準點，這一信號通常稱為同步信號。晶閘管的自然換相點對應(yīng)到三相交流電上，就是相鄰兩相同時大于零時的交點，如圖1.2中的a點，此a點就是晶閘管控制角的基準點，因為角度總要有個基準點。該點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接電壓比較器的負端，那么比較器由0變到1時即為a點。這樣

22、就解決了同步信號獲取的難題。1.2.2晶閘管觸發(fā)方式的選擇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，觸發(fā)脈沖的寬度，一般取為80-120。因為相鄰編號兩元件自然換相點間的時間間隔為60，所以在觸發(fā)某號元件時，前一號元件的觸發(fā)脈沖尚未結(jié)束。這樣即可保證各整流回路中兩個晶閘管元件同時具有觸發(fā)脈沖，并具有足夠的脈沖寬度。而采用雙窄脈沖觸發(fā)方式時，對某一元件順序發(fā)出脈沖的同時，為前一號元件補發(fā)一個觸發(fā)脈沖，以保證整流回路中兩個元件同時具有觸發(fā)脈沖。這種觸發(fā)方式中的每個晶閘管在一個周期內(nèi)有兩個時間間隔為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，除了給V

23、T發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時給VT發(fā)一觸發(fā)脈沖；當(dāng)要求VT導(dǎo)通的時候，除了給VT發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時給VT發(fā)一觸發(fā)脈沖，以此類推。6個晶閘管元件的觸發(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)時的觸發(fā)脈沖如圖1.4所示。圖1.3 觸發(fā)脈沖順序及兩組元件換相順序圖1.4 采用雙窄脈沖觸發(fā)時的觸發(fā)脈沖雖然這兩種觸發(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變壓器的鐵芯體積。而用寬脈沖觸發(fā)時，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，

24、故本設(shè)計采用雙窄脈沖的觸發(fā)方式。1.2.3單片機脈沖輸出順序的確定單片機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，這時整流系統(tǒng)才能正常工作。即如果單片機檢測到圖1.5中的時刻，在之后的60內(nèi)，只應(yīng)發(fā)出VT和VT導(dǎo)通的信號；如果檢測到時刻，在之后的60內(nèi)，只應(yīng)發(fā)出VT和VT導(dǎo)通的信號；其余時刻依次。這樣，利用圖1.5中的關(guān)系即可解決單片機脈沖輸出順序的問題。當(dāng)A相電壓值大于B相電壓值時，S輸出高電平；當(dāng)B相電壓值大于C相電壓值時，S輸出高電平；當(dāng)C相電壓值大于A相電壓值時，S輸出高電平。單片機通過判斷這三個電平的組合狀態(tài)，即能分辨出-這6個自然換相點，從而根據(jù)每個自然

25、換相點來輸出合適的脈沖信號。圖1.5 同步電路認相波形同步認相電路的邏輯關(guān)系如表1.2所列。表1.2 同步認相電路邏輯關(guān)系表 自然換相點 S S SP2口低3位索引字被觸發(fā)晶閘管 0 0 1 1VT（VT） 0 1 1 3VT（VT） 0 1 0 2VT（VT） 1 1 0 6VT（VT） 1 0 0 4VT（VT） 1 0 1 5VT（VT）1.3總體設(shè)計方案晶閘管數(shù)字觸發(fā)器總體設(shè)計方案如圖1.6所示。系統(tǒng)總共由電源模塊、同步信號獲取模塊、單片機最小系統(tǒng)、雙窄脈沖生成模塊、A/D采樣模塊、脈沖信號隔離放大模塊、鍵盤和顯示模塊組成。圖1.6 數(shù)字觸發(fā)器總體設(shè)計方案單片機為系統(tǒng)的核心，負責(zé)處理同

26、步信號、計算晶閘管的導(dǎo)通角和生成晶閘管的觸發(fā)脈沖。同步信號獲取模塊獲得晶閘管的自然換相點，且生成的同步信號接入單片機的外部中斷口，一旦有同步信號就及時的通知單片機處理。雙窄脈沖生成模塊將單片機輸出的單脈沖變成符合晶閘管觸發(fā)所需的雙窄脈沖。A/D采樣模塊負責(zé)采集輸出的實際直流電壓，單片機通過A/D采樣后，將A/D采樣值換算成實際電壓值，然后在數(shù)碼管上顯示出來。脈沖信號隔離放大模塊用于將主電路和控制電路隔離開來，并且放大單片機輸出的脈沖信號。第2章 硬件設(shè)計2.1同步信號取樣模塊在晶閘管移相觸發(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現(xiàn)的。為了滿足晶閘管的導(dǎo)通條件，并且正確

27、的計算控制角，必須要獲得晶閘管的自然換相點，并以此作為滿足晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通條件和計算控制角的基準點，這一信號通常稱為同步信號。晶閘管的自然換相點對應(yīng)到三相交流電上，就是相鄰兩相同時大于零時的交點，該點可以利用比較器比較相鄰兩相電壓值來解決。同步信號取樣電路如圖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個方波信號S、S和S，這3個方波信號經(jīng)過6N137光電耦合器后分別送入單片機的P2.0、P2.1和P2.2腳，以作為脈沖分配判斷信號，同時這3個信號經(jīng)74LS86“異或”后產(chǎn)生同步信號輸入到外部中斷0，向單片機申請中斷。兩個二極管是限制比較器輸

28、入電壓的鉗位二極管，一方面可以保護電壓比較器，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。光電耦合器6N137的最大輸入電流，低電平時:I=250；高電平時：I=15mA；所以電阻R3的值為：R3=。 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)。圖2.1同步信號取樣電路 同步信號取樣電路各個階段波形圖如圖2.5所示,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的脈沖寬度計算公式為WP=RC=4.7100.4710s=2.2ms。當(dāng)74HC123檢測到S的下降沿的時候開始觸發(fā)，把第4腳輸出拉為低，持續(xù)2.2ms后恢復(fù)到觸發(fā)

29、前狀態(tài)，等到下個下降沿會繼續(xù)觸發(fā)，持續(xù)拉低2.2ms后恢復(fù)到觸發(fā)前的狀態(tài)。單片機的外部中斷0設(shè)置為下降沿觸發(fā)，則晶閘管的每個自然換相點都能夠觸發(fā)單片機的外部中斷0。圖2.5 同步信號取樣電路各個階段波形圖（)2.1.1電壓比較器LM311的介紹 LM311電壓比較器的引腳如圖2.2所示，利用LM311可以將輸入的兩個電壓信號進行比較，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)該輸出高電平的時候，就不會得到高電平，需要在第7腳與正電源8腳之間接入一個上拉電阻，使集電極不再

30、開路。圖2.2 LM311引腳圖2.1.2光電耦合器6N137 的特性 光電耦合器6N137的引腳圖如圖2.3。 圖2.3 6N137引腳圖1. NC；2.A（陽極）；3.C（陰極）；4.NC；5.GND；6.OUT（開路集電極）；7.EN(使能端）；8.VCC 第7腳是使能端，當(dāng)它在0-0.8V時，強制輸出為高，當(dāng)它在2.0V-VCC時允許接收端工作。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LED，必須串接一個限流電阻；在VCC（8腳）和地（5腳）之間必須接一個0.1uf的高頻特性良好的電容，這個電容可以吸收電源線上

31、的紋波，又可以減小接收端開關(guān)工作時對電源的沖擊。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。 表2.1 6N137的真值表 輸入 使能 輸出 輸入 使能 輸出 H H L H L H L H H L L H2.1.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74HC123的介紹 74HC123它是一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的作用是：不管觸發(fā)信號持續(xù)多長時間，它只固定維持外圍電阻電容給定的一段時間后就恢復(fù)觸發(fā)前狀態(tài)，即外圍的電阻和電容決定單穩(wěn)時間。脈沖寬度的計算公式是：WP=RC。74HC123的芯片引腳如圖2.4所示。圖2.4 74HC123引腳圖

32、引腳名稱與引腳說明如表2.2所示。表2.2 引腳名稱與引腳說明 引腳名稱 引腳說明 引腳名稱 引腳說明 Cext1、Cext2 RCext1、RCext2外接電阻電容端 、低電平復(fù)零端（低電平有效） Q、Q高電平輸出端 A、A下降沿觸發(fā) 輸入端 、低電平輸出端 B、B上升沿觸發(fā) 輸入端功能表如表2.3所示。表2.3 74HC123的功能表 輸入 輸出 L X X L H X H X L H X X L L H H L H H L H 2.2單片機最小系統(tǒng) 本系統(tǒng)采用的是單片機STC89C52。單片機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

33、儲器。它使用高密度、非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品引腳和指令完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。STC89C52具有以下標(biāo)準功能：8KBFlash；256字節(jié)RAM；32 位I/O 口線；2個數(shù)據(jù)指針；三個16 位定時器/計數(shù)器；看門狗定時器；一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)；全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。2.2.1單片機的管腳說明RST：復(fù)位引腳。X1：振蕩器反相放大器的輸入端。X2：振蕩器反相放大器的輸出端。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，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，有兩種工作方式，分別

34、是讀引腳操作和讀鎖存器操作。當(dāng)系統(tǒng)擴展時也可分時作為數(shù)據(jù)總線和低八位地址總線。P1口：P1口雖然有上拉電阻，但是由于其阻值過大，所以驅(qū)動能力較弱，只能驅(qū)動功耗較低的系統(tǒng)，在應(yīng)用時最好還要外接10K左右的上拉電阻，此外P1口也擁有豐富的第二功能。P2口：P2口是一個準雙向端口，可以作為通用的I/O口使用，在系統(tǒng)擴展外圍總線是輸出高八位地址。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。2.2.2振蕩電路的設(shè)計單片機的振蕩電路有內(nèi)部振蕩電路跟外部振蕩電路。外部振蕩電路一般應(yīng)用在由幾片單片機構(gòu)成的系統(tǒng)中，使各個單元的時鐘信號同步運行，因此選擇內(nèi)部

35、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)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。單片機外接的是12MHZ晶振，則機器周期是1。2.2.3復(fù)位電路的設(shè)計STC89C52單片機有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)過一段時間后使復(fù)位引腳收到高電平信號，單片機執(zhí)行復(fù)位。按鍵電平復(fù)位是在上電復(fù)位的基礎(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，完成上電復(fù)位。需要手動復(fù)位時，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RST引腳接收到高電平信號，完成復(fù)

36、位。本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位，上電時C1通過電阻R1進行充電，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CPU將正常工作。當(dāng)需要進行按鍵復(fù)位時，就按下按鍵SR，C1通過R1和SR進行放電，復(fù)位端將會變成高電平，這就實現(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將會重新工作。單片機最小系統(tǒng)如圖2.6所示。圖2.6 單片機最小系統(tǒng)圖2.3雙窄脈沖形成模塊 本設(shè)計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，為前一號元件補發(fā)一個觸發(fā)脈沖，以保證整流回路中兩個元件同時具有觸發(fā)脈沖。這種觸發(fā)方式中的每個晶閘管在一個周期內(nèi)有兩個時間間隔為60的脈沖，故稱為雙窄脈沖觸發(fā)方式。

37、例如：當(dāng)要求VT導(dǎo)通時，除了給VT發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時給VT發(fā)一個觸發(fā)脈沖；當(dāng)要求VT導(dǎo)通的時候，除了給VT發(fā)觸發(fā)脈沖外，還要同時給VT發(fā)一個觸發(fā)脈沖；以此類推。雙窄脈沖電路模塊由6個“或”門組成，P1.1到P1.6分別控制6個晶閘管，當(dāng)給晶閘管VT1發(fā)送觸發(fā)脈沖時，通過U9B“或”門，給VT6補發(fā)一個觸發(fā)脈沖；當(dāng)給晶閘管VT2發(fā)送脈沖時，通過U8A“或”門給VT1補發(fā)一個觸發(fā)脈沖；這樣就利用硬件實現(xiàn)了單片機輸出單脈沖變成雙脈沖的目的。電路如圖2.7所示。圖2.7 雙窄脈沖電路模塊2.4脈沖隔離放大模塊因為從單片機輸出的脈沖信號強度不夠，不可以驅(qū)動晶閘管，為了滿足晶閘管門極對觸發(fā)脈沖的功率要

38、求和避免干擾，所以由單片機輸出的觸發(fā)信號，必須經(jīng)過光電隔離、功率放大才能作為驅(qū)動晶閘管門極的觸發(fā)脈沖。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)計采用了光電耦合器TLP521-1，發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏三極管轉(zhuǎn)換為電信號輸出，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，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，完全可以做到輸入與輸出端的頻率高度一致。當(dāng)單片機輸出口為高電平1時，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

39、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主要起整形的作用，二極管可以選用1N4007。晶閘管的門極觸發(fā)電流是I=50mA,則R19=。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=。脈沖隔離放大電路如圖2.8所示。圖2.8 脈沖隔離放大電路2.4.1光電耦合器TLP521-1的管腳說明光電耦合器的引腳如圖2.9，為了盡快進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。圖2.9光電耦合器引腳圖 1.Anode（陽極

40、）； 2.Cathode（陰極）； 3.Emitter(發(fā)射極）；4.Collector（集電極）2.4.2脈沖變壓器的作用 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別，普通的變壓器初級加的是正弦電壓，脈沖變壓器初級加的是周期脈沖電壓，脈沖變壓器在傳送脈沖信號的時候，脈沖的波形不會發(fā)生畸變。2.5 A/D采樣模塊A/D采樣電路是負責(zé)采集輸出的直流電壓,單片機通過A/D采樣以后，將采集到的電壓經(jīng)過一定的換算關(guān)系換算成實際

41、電壓值，然后在數(shù)碼管上顯示出來。本設(shè)計中A/D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時輸出數(shù)字量為全0；R56用于微調(diào)片內(nèi)DAC基準電流。A/D采樣電路如圖2.10所示。圖2.10 A/D采樣電路2.5.1 AD1674的管腳說明AD1674的引腳如圖2.11所示，引腳說明如表2.4所示。圖2.11

42、 AD1674引腳圖表2.4 AD1674引腳說明 引腳名稱 引腳說明VLOGIC+5V邏輯電路電源。12/該端決定輸出數(shù)據(jù)的格式。為低則為兩個8位字節(jié)，為高則為一個12位字節(jié)。CS芯片選擇。低電平有效。A0在轉(zhuǎn)換的過程中，A0為低是12位轉(zhuǎn)換，否則是8位轉(zhuǎn)換；再以8位字節(jié)為單位的讀數(shù)過程中，A0為0時輸出高8位（DB11-DB4），A0為1時輸出DB3-DB0，而DB7-DB4為0000。R/高電平時為讀操作，低電平時為轉(zhuǎn)換操作。CE芯片使能。高電平激活，用于開始一個轉(zhuǎn)換過程或讀取操作。VCC+12V/+15V電路電源。REFOUT+10V參考電壓輸出。AGND模擬地。REFIN正常情況下該

43、端通過一個50的電阻連接到+10V參考電壓源上。VEE-12V/-15V電路電源。BIPOFF雙極性偏置電平輸入端。雙極性模式下將其通過一個50電阻連接到REFOUT端，單極性模式下則連接到模擬地。DGND數(shù)字地。DB0-DB1112位數(shù)字量輸出端。STATUS狀態(tài)標(biāo)識。當(dāng)轉(zhuǎn)換正在進行時為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時為低電平。AD1674的數(shù)據(jù)鎖存器是可控三態(tài)的，可直接與單片機的P0口相連。由于AD1674的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是12位的，而單片機的數(shù)據(jù)總線是8位的，因此單片機須經(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DB4-DB7

44、始終輸出為0。AD1674的真值表如表2.5所示。表2.5 AD1674的真值表CECSR/ 12/A0 功能0XXX X無X1XX X無100X0啟動12位A/D轉(zhuǎn)換100X1啟動8位A/D轉(zhuǎn)換1011X12位并行輸出10100高8位數(shù)據(jù)輸出10101低4位數(shù)據(jù)輸出，余下4位為02.6 數(shù)碼管顯示模塊 本設(shè)計采用2個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個數(shù)碼管顯示設(shè)定的電壓值和晶閘管導(dǎo)通角，具體顯示哪個由按鍵模塊的功能鍵key4決定。在顯示角時，第一個數(shù)碼管的第一位顯示“A”作為顯示晶閘管導(dǎo)通角的標(biāo)志。后面1個數(shù)碼管用來顯示實際的電壓值。顯示模塊采用兩片74HC5

45、73鎖存器作為段選驅(qū)動和位選端，當(dāng)鎖存控制端是高電平時，74HC573處于數(shù)據(jù)直通狀態(tài)，單片機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，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。圖2.12 數(shù)碼管顯示模塊2.6.1共陰極四位一體數(shù)碼管的介紹數(shù)碼管顯示模塊采用2個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。圖2.13 共陰極四位一體數(shù)碼管引腳圖 內(nèi)部的4個數(shù)碼管共用8根數(shù)據(jù)線a-dp,有4個公共端，一共有12個引腳，w1、w2、w3、w4為4個位選，a、b、c、d、e、f、g、dp為

46、8個段選，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。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.14所示：2.14共陰極四位一體數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖2.7按鍵輸入模塊按鍵輸入模塊有4個按鍵：數(shù)值增加鍵、數(shù)值減小鍵、功能鍵和確認鍵。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)送入單片機處理。功能鍵用于選擇數(shù)碼管前4位是顯示設(shè)定的電壓值還是晶閘管的導(dǎo)通角。由于只有四個按鍵，所以接成獨立鍵盤的形式，4個按鍵分別接在單片機的P3.3到P3.6口上。按鍵輸入模塊電路如圖2.15所示。圖2.15按鍵輸入模塊2.8電源模塊直流穩(wěn)壓電源有四部分：電

47、源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)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)計一個直流輸出15V、-15V和5V的電源。圖2.16穩(wěn)壓電源的組成框圖圖2.17 整流與穩(wěn)壓的過程2.8.1變壓器的選擇變壓器的作用是將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：一般變壓器的效率如表2.6所示：表2.6 變壓器的效率 副邊功率P 效率0.60.70.80.85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。對于集成三端穩(wěn)壓器，（）=2-2.5V具有較好的穩(wěn)壓輸

48、出特性。輸出為15V的集成穩(wěn)壓器，其最小輸出電壓為：U=15V+2V=17V取U=20V，由：U=（1.1-1.2）U，得U=18V。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。由表2.6可得效率，變壓器原邊輸入功率P=3W。2.8.2整流橋的選擇 整流橋是將橋式整流的四個二極管封裝在一起，只引出四個引腳，四個引腳中，兩個直流輸出端標(biāo)有或，兩個交流輸入端有標(biāo)記。它可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電?？紤]到負載，選擇2W10的，即電流2A,最大耐壓1000V。2.8.3濾波電容的選擇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，將電容器和負載電

49、容并聯(lián)或電容器與負載電阻串聯(lián)，以達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=(1.11.2)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。2.8.4集成三端穩(wěn)壓器的選擇集成三端穩(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。 電路原理圖如圖2.18所示。2.18電源模塊電路圖 220V、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?/p>

50、后經(jīng)過一系列的電容濾波后，直流電會變得更加平滑，將紋波系數(shù)降低，最后通過集成三端穩(wěn)壓器7815、7915、7805進行穩(wěn)壓，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓。第3章 軟件設(shè)計3.1數(shù)字觸發(fā)器的工作過程 系統(tǒng)上電以后，單片機執(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算公式為：=2.34cos (0)根據(jù)上面公式計算出角度值。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)的時間（單位為ms),即：=55.6s當(dāng)單片機的外部中斷0腳檢測到電平變化時，意味著已達到晶閘管的自然換相點，此時單片機執(zhí)行外部中斷0中斷服務(wù)子程序，在該子程序中，根據(jù)時間長度計算定時器0的定時初值TH0和TL0，然后啟動定時器0，并退出外部中斷0中斷服務(wù)子程序。當(dāng)定時器0定時時間到，意味著單片機延時了角對應(yīng)的時間，單片機執(zhí)行定時器0中斷服務(wù)子程序。在該子程序中，單片機檢測到圖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，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。 圖3.1 SSS的電平狀態(tài) 表3.1 同步認相電路邏輯關(guān)系表 自然換相點 S S SP2口低3位索引字被觸發(fā)晶閘管 0 0