1、摘 要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，很多設(shè)備都要求穩(wěn)定的交流電源供電，近幾十年來(lái),交流穩(wěn)壓電源技術(shù)發(fā)展飛速,勢(shì)頭迅猛。傳統(tǒng)的以炭刷移動(dòng)觸點(diǎn)為主要控制方式的機(jī)械調(diào)整型交流穩(wěn)壓電源存在機(jī)械磨損嚴(yán)重、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢、工作壽命時(shí)間短、系統(tǒng)抗干擾能力弱等問(wèn)題。從當(dāng)前的電源技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,應(yīng)當(dāng)采用單片機(jī)控制無(wú)觸點(diǎn)型取代伺服電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),使用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)控制,從而達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命、提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的目的。針對(duì)目前交流穩(wěn)壓電源技術(shù)的發(fā)展需要, 本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)的無(wú)觸點(diǎn)自動(dòng)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓裝置。該電源的主電路是補(bǔ)償變壓器,運(yùn)用單片機(jī)和有關(guān)元件構(gòu)成反饋控制網(wǎng)絡(luò)。采用雙向可控硅作為開(kāi)關(guān)器件，單片機(jī)作

2、為控制器。本文設(shè)計(jì)的交流穩(wěn)壓電源,調(diào)壓范圍寬、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、輸出正弦波失真度小、智能化程度高、抗干擾能力強(qiáng)、功率因數(shù)和效率比較高,可帶電感性和電容性負(fù)載。其穩(wěn)壓精度比較高,完全可以滿足一般場(chǎng)合的需要。關(guān)鍵詞:無(wú)觸點(diǎn);補(bǔ)償式;雙向可控硅;單片機(jī)ABSTRACTWith the development of power electronic technology, a variety of electronic devices require stable AC power system. A great development has happened in the technology of

3、 AC voltage-stabilized source during many years. The traditional AC regulated power supply which is controlled by the method of changing the place of charcoal brush moving contact has some disadvantages, such as mechanic abrade, long reactive time, short work life and low anti-jamming. From the stan

4、dpoint of technology, we should use a MCU without contact to replace servo motor, and use semiconductor device to realize the non-contact control of longer using life and shorten reactive time.To meet the need of developing power technology, a non-contact AC regulated power supply, which uses automa

5、tic compensation and is designed based on MCU, is presented in this paper. The main circuit of the regulation is an compensated transformer, which forms a feedback control network with a MCU and other elements to compose the AC regulator. It uses bi-directional triode thruster as electronic swath an

6、d uses a MCU as controller. The unit has the features of wide voltage controlled range, fast respond speed, small distortion factor of sine wave in output, high intelligence, strong anti-interference ability and high power factor and efficiency. It can carry inductive and captive loads. It can achie

7、ve higher voltage stabilized accuracy and can meet common requirements.KEY WORDS: Non-contact; compensated stabilizer; BCR; MCU目 錄前 言11.1國(guó)內(nèi)交流穩(wěn)壓電源的發(fā)展現(xiàn)狀11.2國(guó)外交流穩(wěn)壓電源的發(fā)展現(xiàn)狀22穩(wěn)壓器的分類及無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的比較42.1 按調(diào)壓方式不同分類可分為三類42.2 按電源使用環(huán)境不同分類可分為兩類42.3無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的比較42.3.1 自耦調(diào)壓補(bǔ)償式42.3.2 自耦式52.3.3純補(bǔ)償式53無(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源的總體設(shè)計(jì)73.1主要設(shè)計(jì)技

8、術(shù)參數(shù)73. 2補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源的基本原理73. 3交流調(diào)整電路93. 3. 1補(bǔ)償變壓器的選擇93. 3. 2雙向可控硅的選用103. 3.3雙向可控硅導(dǎo)通模式與對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓114硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)144. 1硬件系統(tǒng)的整體框架144.1.1主回路144.1.2控制電路154. 2電壓采樣電路154.2.1 ADC0809的特性154.2.2 ADC0809與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)174. 2. 2采樣電路194. 3控制電路194.3. 1 AT89C51單片機(jī)194. 3. 2 AT89C51的外圍電路224. 4雙向可控硅的觸發(fā)電路254.4.1 MOC3061254. 5保護(hù)電路264.5.

9、1保護(hù)電路原理264. 6輔助電源275系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)285.1啟動(dòng)程序285.2初始化程序285. 3中斷服務(wù)程序285. 4主程序295. 5子程序305. 5. 1采樣子程序305.5.2比較處理子程序316.單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾336.1單片機(jī)系統(tǒng)的干擾分析336.1.1 干擾的分類336.1.2干擾的形成346.1.3干擾的耦合方式346.2單片機(jī)系統(tǒng)中硬件抗干擾設(shè)計(jì)346.2.1配置去耦電容356.2.2提高敏感器件的抗干擾性能356.2.3采用接地技術(shù)356.2.4采用屏蔽技術(shù)366. 3軟件抗干擾措施366. 3.1指令冗余366. 3.2軟件陷阱376. 3.3軟件“看門狗”37

10、結(jié)論39致 謝40參考文獻(xiàn)41前 言計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及建立在其基礎(chǔ)上的用電設(shè)備應(yīng)用的越來(lái)越廣泛，這些系統(tǒng)對(duì)供電質(zhì)量有著很高的要求：首先，供電應(yīng)連續(xù)、可靠。其次，應(yīng)該保證良好的電能質(zhì)量，而供電電壓幅值的不穩(wěn)是最容易造成用電設(shè)備不能正常工作而使產(chǎn)品質(zhì)量下降，甚至損壞生產(chǎn)設(shè)備,尤其是計(jì)算機(jī)、儀器設(shè)備、通訊系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、測(cè)試系統(tǒng)帶來(lái)工作不正常、精度下降等問(wèn)題，甚至對(duì)用電設(shè)備造成意外的損壞。電網(wǎng)直接供電己不能滿足需要，為了解決這些問(wèn)題，提高供電質(zhì)量，交流穩(wěn)壓器的使用是非常必要的1,2。大功率無(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償式自動(dòng)交流穩(wěn)壓電源是綜合了國(guó)內(nèi)外交流穩(wěn)壓電源的最新技術(shù)設(shè)計(jì)而成的。目前無(wú)觸點(diǎn)的穩(wěn)

11、壓電源形式多樣，但是由于可靠性、成本等等原因，這些技術(shù)尚未得到很好的運(yùn)用和推廣3。本文采用雙向可控硅作補(bǔ)償變壓器的一次繞組的開(kāi)關(guān)元件，去掉自耦調(diào)壓變壓器。通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制雙向可控硅的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，從而控制補(bǔ)償變壓器的補(bǔ)償與否，以達(dá)到穩(wěn)壓目的的一種新型穩(wěn)壓電源。1.1國(guó)內(nèi)交流穩(wěn)壓電源的發(fā)展現(xiàn)狀近幾十年來(lái)，隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，大型供電設(shè)備以及通信設(shè)備等應(yīng)用場(chǎng)合急速增加，這些設(shè)備對(duì)供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，采用由交流電網(wǎng)直接供電而不采取任何措施的方式已不能滿足需要。使得國(guó)內(nèi)外交流穩(wěn)壓電源技術(shù)發(fā)展飛速，勢(shì)頭迅猛。隨著國(guó)內(nèi)交流穩(wěn)壓電源技術(shù)不斷改進(jìn)，先后出現(xiàn)以下幾種形式：鐵磁諧振式交流穩(wěn)壓器，磁放大器

12、式交流穩(wěn)壓器，滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器，感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器，晶閘管交流穩(wěn)壓器，補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器等4。(1)鐵磁諧振式交流穩(wěn)壓器：利用鐵磁飽和元件與諧振電容組合后具有恒壓伏安特性而制成的交流穩(wěn)壓裝置。磁飽和式是這種穩(wěn)壓器的早期典型結(jié)構(gòu)。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，工作可靠，輸入電壓允許變化范圍寬。但輸出波形失真較大，穩(wěn)定度不高，稱為非線性交流穩(wěn)壓器。近年發(fā)展起來(lái)的穩(wěn)壓變壓器，也是借助電磁元件的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能的電源裝置。(2)磁放大器式交流穩(wěn)壓器：它是由自耦變壓器，磁放大器，電子檢測(cè)，控制回路等部分組成。這類穩(wěn)壓器具有反饋控制作用，所以穩(wěn)定度高，輸出波形好，稱為線性交流穩(wěn)壓器，但因采用慣性較大的磁放大器，所以

13、該種交流穩(wěn)壓器反應(yīng)慢一些，恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)。(3)滑動(dòng)式交流穩(wěn)壓器：通過(guò)改變變壓器滑動(dòng)接點(diǎn)位置，來(lái)使輸出電壓獲得穩(wěn)定的裝置，它由控制電路控制一個(gè)伺服電機(jī)，帶動(dòng)調(diào)壓器進(jìn)行電壓自動(dòng)調(diào)整的交流穩(wěn)壓器。這類穩(wěn)壓器效率高，輸出電壓波形好，對(duì)負(fù)載性質(zhì)無(wú)特殊要求。(4)感應(yīng)式交流穩(wěn)壓器：靠改變變壓器次級(jí)電壓相對(duì)于初級(jí)電壓的相位差，獲得輸出穩(wěn)定交流電壓的裝置。它在結(jié)構(gòu)上類似線繞式異步電動(dòng)機(jī)。它的穩(wěn)壓范圍寬，輸出電壓波形好，功率可做到很大，但反應(yīng)慢，體積龐大笨重，且轉(zhuǎn)子經(jīng)常處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，故功耗較大，效率低。(5)晶閘管交流穩(wěn)壓器：用晶閘管做功率調(diào)整元件的交流穩(wěn)壓器。它具有反應(yīng)快、無(wú)噪聲、功率大、穩(wěn)定度高等優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)市

14、電波形有損害，對(duì)電網(wǎng)造成污染，對(duì)通信設(shè)備和電子設(shè)備造成干擾。(6)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器：該種穩(wěn)壓器又稱部分調(diào)整式穩(wěn)壓器。補(bǔ)償變壓器的附加電壓串接在電源與負(fù)載之間，隨著輸入電壓的高低，用連續(xù)式的伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)補(bǔ)償變壓器滑點(diǎn)的移動(dòng)或通過(guò)算法改變變壓器初級(jí)線圈匝數(shù)來(lái)改變附加電壓的大小或極性，把輸入電壓高出的部分電壓減去，把輸入電壓不足的部分電壓加上，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。1.2國(guó)外交流穩(wěn)壓電源的發(fā)展現(xiàn)狀為了實(shí)現(xiàn)高性能交流穩(wěn)壓系統(tǒng)，國(guó)外目前主要研究采用交流斬波方式、單位功率因數(shù)變換器及串聯(lián)電壓源調(diào)節(jié)方式等方案。(1)交流斬波方式。隨著全控型開(kāi)關(guān)器件和PWM技術(shù)的應(yīng)用，出現(xiàn)了交流PWM斬波方式的交流穩(wěn)壓

15、電源。對(duì)于單相電路，它們可以根據(jù)輸入和輸出電壓決定開(kāi)關(guān)元件的開(kāi)關(guān)方式，電感器和電容器所承受的諧波應(yīng)力大大減小，解決了因換相引起的高電壓尖峰，特別對(duì)輸入端的諧波電流分量大大減小，由于其開(kāi)關(guān)元件僅在半周期內(nèi)進(jìn)行調(diào)制，開(kāi)關(guān)損耗大幅度的降低，對(duì)三相電路，可以采用三相交流電壓調(diào)節(jié)器。(2)單位功率因數(shù)變換器方式。它是由PWM逆變器和PWM整流器構(gòu)成的雙PWM變換器，這類變換器能量可以雙向流動(dòng)。對(duì)這種變換器的研究主要集中在PWM技術(shù)上，通過(guò)對(duì)電路和控制方法優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步的降低諧波畸變，但其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所用開(kāi)關(guān)器件較多，開(kāi)關(guān)應(yīng)力大，裝置容量要大于負(fù)載容量，適用于中小容量，需要變頻電流的負(fù)載。(3)串

16、聯(lián)電壓源方式。該類調(diào)節(jié)器可以采用交流斬波器或逆變器。采用相電壓型逆變器的串聯(lián)型電壓調(diào)節(jié)器的基本結(jié)構(gòu)與串聯(lián)型穩(wěn)壓電源相似，但這類穩(wěn)壓電源所用功率開(kāi)關(guān)元件數(shù)目大，電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)較高。隨著信息技術(shù)的普及推廣,電力用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求日益提高,其中最基本的一條是電壓的穩(wěn)定。它是和系統(tǒng)中的無(wú)功狀況是緊密相連的。高功率因數(shù)穩(wěn)壓電源是一種既能起到穩(wěn)壓作用又可以提高電源輸入端功率因數(shù)的高性能交流電源。2穩(wěn)壓器的分類及無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的比較2.1 按調(diào)壓方式不同分類可分為三類（1）電子感應(yīng)式油式穩(wěn)壓器（2）干式接觸式調(diào)壓穩(wěn)壓器(直接調(diào)壓穩(wěn)壓器和補(bǔ)償式調(diào)壓穩(wěn)壓器)（3）干式無(wú)觸點(diǎn)調(diào)壓式穩(wěn)壓器(一般是帶補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)

17、壓器)2.2 按電源使用環(huán)境不同分類可分為兩類（1）單相交流穩(wěn)壓器（2）三相交流穩(wěn)壓器2.3無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的比較不同主電路結(jié)構(gòu)的無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，主要區(qū)別在于補(bǔ)償電壓的調(diào)節(jié)方式上，它直接關(guān)系到穩(wěn)壓器的工作可靠性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)壓精度、穩(wěn)壓范圍、最大容量、波形失真等性能指標(biāo)。目前市場(chǎng)上的無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器的主電路大致可分為以下三種類型5,6：2.3.1 自耦調(diào)壓補(bǔ)償式圖2.1自耦調(diào)壓補(bǔ)償式此種結(jié)構(gòu)通過(guò)控制雙向可控硅的通斷，來(lái)切換自耦變壓器的抽頭，從而改變補(bǔ)償變壓器補(bǔ)償電壓的大小和極性，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。主要優(yōu)點(diǎn)：(1)、由于采用自耦變壓器抽頭分級(jí)調(diào)壓，既降低了雙向可控硅的通斷電壓（由220V降至200V

18、以下），又能抑制換檔時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流（自耦變壓器自身就是一個(gè)大功率的電抗器），因而大大地提高了雙向可控硅的工作可靠性。(2)、由于控制電路中采用了“互鎖隔離”技術(shù)，徹底解決了外界干擾造成雙向可控硅誤動(dòng)作而產(chǎn)生的環(huán)流問(wèn)題，有效的避免了可控硅器件的損壞。(3)、由于控制部分主要采用模擬集成電路，因而對(duì)惡劣電網(wǎng)環(huán)境的適應(yīng)能力很強(qiáng)。2.3.2 自耦式圖2.2自耦式此種結(jié)構(gòu)的無(wú)觸點(diǎn)穩(wěn)壓器，是通過(guò)控制雙向可控硅的通斷，來(lái)直接改變自耦變壓器的變比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。主要缺點(diǎn)：由于可控硅直接串接在主電路中，負(fù)載電流全部從可控硅中流過(guò)，負(fù)載電流中的瞬變、波動(dòng)極易損壞可控硅；而長(zhǎng)期通過(guò)大電流產(chǎn)生很大熱量

19、，也使可控硅工作在惡劣的工況下，性能劣化，可靠性變差。另外，采用這種結(jié)構(gòu)來(lái)做大容量的穩(wěn)壓器，可控硅容量也需選得很大，這給可控硅余量系數(shù)的確定、可控硅散熱設(shè)計(jì)均造成很大的困難，極易引起可靠性變差。2.3.3純補(bǔ)償式圖2.3純補(bǔ)償式此種結(jié)構(gòu)是通過(guò)雙向可控硅的通斷, 控制補(bǔ)償變壓器組合的投入、退出或改變極性，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。主要缺點(diǎn)：可控硅通過(guò)橋臂形式，直接接在相線與零線之間（220V），因而工作電壓高，換檔時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流大，極易損壞可控硅；同時(shí)，這種電路在可控硅誤導(dǎo)通時(shí)，很容易造成相線與零線之間短路，瞬間就會(huì)燒毀可控硅，故其可靠性很差。2.4發(fā)展趨勢(shì)及本文的研究方法現(xiàn)有兩種無(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償

20、式交流穩(wěn)壓電源在取代三相柱式交流電力穩(wěn)壓器。一種是變壓器補(bǔ)償式穩(wěn)壓器，其原理是用多個(gè)補(bǔ)償變壓器組合，通過(guò)“多全橋”變換電路，切換補(bǔ)償變壓器的初級(jí)頭、尾連接方式進(jìn)行補(bǔ)償，去掉了機(jī)械傳動(dòng)和觸點(diǎn)，提高了壽命和動(dòng)態(tài)性能。另一種是PWM開(kāi)關(guān)式交流穩(wěn)壓器，其原理是從輸入側(cè)取得工頻交流電壓，經(jīng)過(guò)整流、正激高頻PWM變換、相位跟蹤和轉(zhuǎn)換產(chǎn)生交流補(bǔ)償電壓進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償是無(wú)級(jí)的，補(bǔ)償精度高，響應(yīng)速度快。本課題的研究是由補(bǔ)償變壓器等組成補(bǔ)償單元，用雙向可控硅作開(kāi)關(guān)器件組成無(wú)觸點(diǎn)可控調(diào)節(jié)單元實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓的有效補(bǔ)償，控制電路由A/D轉(zhuǎn)換(采樣)、單片機(jī)控制器、報(bào)警指示單元及保護(hù)單元組成。3無(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源的總

21、體設(shè)計(jì)3.1主要設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)運(yùn)用單片機(jī)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種無(wú)觸點(diǎn)補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源，該電源輸入為三相交流電，每相185255V，50Hz，輸出電壓為220V交流電，輸出電壓穩(wěn)壓精度：2.5 %；效率：95%以上(電阻性負(fù)載) ；動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間：0.030.05S。3. 2補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓電源的基本原理 圖3. 1補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器原理框圖圖3.1為補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器電路原理結(jié)構(gòu)框圖。圖中，由補(bǔ)償變壓器等組成補(bǔ)償單元，用雙向可控硅作開(kāi)關(guān)器件組成無(wú)觸點(diǎn)可控調(diào)節(jié)單元，控制電路由A/D轉(zhuǎn)換(采樣)、單片機(jī)控制器、報(bào)警指示單元及保護(hù)單元組成。當(dāng)輸入電壓UI波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)采樣變壓器獲取反饋電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換

22、輸入單片機(jī)與基準(zhǔn)值進(jìn)行比較，由微機(jī)程序軟件進(jìn)行判斷處理，輸出控制指令。在電壓過(guò)零同步脈沖的作用下，使相應(yīng)的開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，切換對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償變壓器的組合繞組，改變補(bǔ)償電壓的值，從而快速地達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓U0的目的。其等效電路及矢量圖，如圖3.2所示。 圖3. 2矢量圖圖中，UI為待穩(wěn)定的電網(wǎng)輸入電壓，UB為補(bǔ)償電壓。Us=k1×UBI+k2×UB2+k3×UB3 （3.1）其中: k1 = -1, 0, +1; k2= -1, 0, +1; k3= -1, 0, +1;當(dāng)UI與UB場(chǎng)為工頻正弦電壓時(shí)，則U0=UI+UB也是工頻正弦電壓。根據(jù)余弦定理，可得:（3.2）其中

23、: U0、UI、UB分別是U0、UI、UB的模;為UI、UB之間的相位差?？梢?jiàn)，當(dāng)輸入電壓UI變化時(shí)，適當(dāng)?shù)馗淖冄a(bǔ)償電壓UB，則可保持輸出電壓U0不變。改變補(bǔ)償電壓UB的模和相位，可實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。 本文采用的方式是改變補(bǔ)償電壓UB的模。令=0或=n，則有:（3.3）即（3.4） 當(dāng)UI < UON時(shí)（UON為額定電壓220V ），UBi （i=1,2,3）提供正補(bǔ)償; 當(dāng)UI>UON時(shí)，UBi提供負(fù)補(bǔ)償; 當(dāng)UI = UON時(shí)，UBi不提供補(bǔ)償電壓。 所以，一旦電網(wǎng)輸入電壓UI偏離額定電壓UON時(shí)，單片機(jī)控制單元便調(diào)節(jié)雙向可控硅的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，來(lái)控制補(bǔ)償變壓器TRi （i=1,2

24、,3）的UB1的補(bǔ)償方式。3. 3交流調(diào)整電路3. 3. 1補(bǔ)償變壓器的選擇根據(jù)穩(wěn)壓精度及輸入電壓范圍的要求來(lái)選擇補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)，本文選擇3臺(tái)。圖3.3給出了三相交流調(diào)整電路中的一相(U相)交流調(diào)整電路，另外兩相(V相、W相)電路與其完全相同。圖中，TR1 , TR2 , TR3是三個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償變壓器，其初級(jí)繞組上輸入電壓為UON( 220V )，其次級(jí)繞組上的補(bǔ)償電壓UB1可以根據(jù)穩(wěn)壓精度的需要，設(shè)計(jì)為10V, 20V, 40V(或者5V, 10V, 20V)等。當(dāng)順極性(或反極性)疊加全部投入時(shí)，可以獲得最大正負(fù)補(bǔ)償電壓為70V(或者35V)。當(dāng)UB最小值為5V時(shí)，穩(wěn)壓精度可優(yōu)于2.5。

25、為提高電源系統(tǒng)的穩(wěn)壓精度，本文選擇了后者，即UB1 , UB2, UB3分別為5V, 10V和20V。圖3. 3交流調(diào)整電路圖 根據(jù)補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)電壓和二次側(cè)電壓，結(jié)合整個(gè)電源的輸出功率，就可確定各個(gè)補(bǔ)償變壓器的功率。 (1)補(bǔ)償變壓器TR1，: 其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為5V，則其輸出功率為:（3.5）(2)補(bǔ)償變壓器TR2其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為10V，則其輸出功率為:（3.6）(3)補(bǔ)償變壓器TR3其一次側(cè)電壓為220V，二次側(cè)電壓為20V，則其輸出功率為:（3.7）因此，三臺(tái)補(bǔ)償變壓器的輸出功率依次為:455VA, 909VA, 1818VA。3. 3. 2雙

26、向可控硅的選用交流調(diào)整電路中，所用開(kāi)關(guān)器件的數(shù)目與補(bǔ)償變壓器的數(shù)目有關(guān)，其規(guī)律是: 開(kāi)關(guān)器件的數(shù)目=補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)×2+2 (3. 8)其中后面的 “+2”，即公用橋臂上的兩只開(kāi)關(guān)器件，它與補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)無(wú)關(guān)。如圖2.3所示，每相只需要8個(gè)雙向可控硅。S1和S2. S3和S4 , S5和S6分別為三臺(tái)補(bǔ)償變壓器初級(jí)繞組端的控制開(kāi)關(guān)，S7和S8則是作為公共橋臂進(jìn)行工作。整個(gè)交流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)，三相共需24個(gè)雙向可控硅開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。因?yàn)榻尤胙a(bǔ)償變壓器的不同，流經(jīng)每組可控硅的最大電流隨之不同。具體情況如下:(1) S1和S2:S1和S2只接入補(bǔ)償變壓器TR1，其補(bǔ)償電壓UB1為5V，則（

27、3.9）(2) S3和S4:S3和S4只接入補(bǔ)償變壓器TR2，其補(bǔ)償電壓UB2為10V，則（3.10）(3) S5和S6:S5和S6只接入補(bǔ)償變壓器TR3，其補(bǔ)償電壓UB3為20V，則（3.11）(4) S7和S8:（3.12）S7和S8作為公共橋臂，同時(shí)接入三臺(tái)補(bǔ)償變壓器TR1、TR2和TR3，其補(bǔ)償電壓UB為35V，則四組可控硅的接入電壓都是220V。按照器件參數(shù)的選擇規(guī)律,耐壓值一般為工作值的4倍左右,電流值一般為工作值的34倍,那么,四組可控硅的選用如下:(1)S1和S2、S3和S4、S5和S6，全部選用耐壓1000 V、電流40A的器件。(2)S7和S8選用耐壓1000V、電流60A

28、的器件。3. 3.3雙向可控硅導(dǎo)通模式與對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓每組里的兩個(gè)雙向可控硅,任何時(shí)間,都必須有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)。圖3.4導(dǎo)通開(kāi)關(guān)的分析以一臺(tái)補(bǔ)償變壓器TR1和一組雙向可控硅S1 , S2為例，進(jìn)行分析，如圖3.4所示。圖中，當(dāng)穩(wěn)壓器空載時(shí)，負(fù)載電流IL為零。當(dāng)輸入電壓低于規(guī)定值時(shí)，晶閘管作為開(kāi)關(guān)將補(bǔ)償變壓器初級(jí)回路接通，即改變通斷狀態(tài)來(lái)調(diào)節(jié)補(bǔ)償電壓UB1，以保持輸出電壓U0在設(shè)定范圍內(nèi)。在晶閘管導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)補(bǔ)償變壓器一次線圈W1，的勵(lì)磁電流I0產(chǎn)生勵(lì)磁磁勢(shì)I0W1，并在二次線圈W2產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)作為補(bǔ)償電壓。晶閘管關(guān)斷時(shí)，補(bǔ)償變壓器無(wú)勵(lì)磁磁勢(shì)，因而補(bǔ)償電壓為零。當(dāng)穩(wěn)壓器有負(fù)載時(shí)，IL0，該負(fù)載

29、電流在補(bǔ)償變壓器上產(chǎn)生負(fù)載磁勢(shì)IL W2。在晶閘管導(dǎo)通時(shí)，補(bǔ)償變壓器一次邊電流為I1，一次邊磁勢(shì)為I1W1，由磁勢(shì)平衡方程，得（3.13）由于IL>>I0，忽略空載勵(lì)磁磁勢(shì)，得:（3.14）（3.15）其中，k為補(bǔ)償變壓器變比。補(bǔ)償變壓器一次邊電流有效值I1應(yīng)等于:（3.16）當(dāng)晶閘管關(guān)斷時(shí)，I1=0但由干IL存在，負(fù)載磁勢(shì)ILW2部用作補(bǔ)償變壓器的勵(lì)磁。此時(shí)的勵(lì)磁磁勢(shì)，將達(dá)空載勵(lì)磁磁勢(shì)的10多倍，致使鐵磁材料深度飽和，鐵損大大增加，鐵芯發(fā)熱。同時(shí)，由于磁通大量增加，將在補(bǔ)償變壓器初次級(jí)產(chǎn)生過(guò)電壓，使穩(wěn)壓器無(wú)法正常工作。所以，補(bǔ)償變壓器的一次繞組回路，是絕對(duì)不能開(kāi)路的。本文通過(guò)采取

30、在每臺(tái)補(bǔ)償變壓器的一次側(cè)加裝電阻R和電容C的方法，圖3.3中的R1，R2, R3，C1，C2，C3,好地解決了這個(gè)問(wèn)題7,8。在主電路中，每一級(jí)補(bǔ)償電路中，必須得保持同一組中兩個(gè)可控硅有一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)需要提供正向補(bǔ)償電壓時(shí)，三個(gè)補(bǔ)償變壓器有7種組合；當(dāng)需要提供反向補(bǔ)償電壓時(shí)，三個(gè)補(bǔ)償變壓器有7種組合；當(dāng)不需要提供補(bǔ)償電壓時(shí)，三個(gè)補(bǔ)償變壓器有2種組合；共有16種組合，如表3.1所示。組合 各個(gè)可控硅的狀態(tài) 補(bǔ)償電壓12345678910111213141516S2, S3, S5, S7關(guān)斷，S1, S4, S6, S8導(dǎo)通S1, S4, S5, S7關(guān)斷，S2, S3, S6, S8導(dǎo)通

31、S2, S4, S5, S7關(guān)斷，S1, S3, S6, S8導(dǎo)通S1, S3, S6, S7關(guān)斷，S2, S4, S5, S8導(dǎo)通S2, 53, S6, S7關(guān)斷，S1, S4, S5, SS導(dǎo)通S1, S4; S6, S7關(guān)斷，S2, S3, S5, S8導(dǎo)通S2, S4, S6, S7關(guān)斷，S1, 53, S5, S8導(dǎo)通S2, S4, S6, S8關(guān)斷，S1, S3, S5, S7導(dǎo)通S1, S3, S5, S7關(guān)斷，S2, 54, S6, S8導(dǎo)通S1, S4, S6, S8關(guān)斷，S2, S3, S5, S7導(dǎo)通S2, S3, S6, S8關(guān)斷，S1, S4, S5, S7導(dǎo)通S1,

32、 S3, S6, S8關(guān)斷，S2, S4, S5, S7導(dǎo)通S2, S4, S5, S8關(guān)斷，S1, 53, S6, S7導(dǎo)通Si, S4, S5, S8關(guān)斷，S2, S3, S6, S7導(dǎo)通S2, S3, S5, S8關(guān)斷，S1, S4, S6, S7導(dǎo)通S1, S3, S5, S8關(guān)斷，S2, S4, S6, S7導(dǎo)通負(fù)5V負(fù)10V負(fù)15V負(fù)20V負(fù)25V負(fù)30V負(fù)35V 0V 0V正5V正10V正15V正20V正25V正30V正35V表3.1各種組合及對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電壓4硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)4. 1硬件系統(tǒng)的整體框架4.1.1主回路 一相的主回路電路，如圖4.1所示。圖4. 1補(bǔ)償式穩(wěn)壓器主電路圖根

33、據(jù)穩(wěn)壓精度及輸入電壓范圍的要求，本文選擇3臺(tái)補(bǔ)償變壓器TR1， TR2 ， TR3。圖中，TR1 ， TR2， TR3是三個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償變壓器，其次級(jí)繞組上的補(bǔ)償電壓UB可以設(shè)計(jì)為10V， 20V， 40V(或者5V， 10V， 20V)等。當(dāng)順極性(或反極性)疊加全部投入時(shí)，可以獲得最大正負(fù)補(bǔ)償電壓為74V(或者35V)。當(dāng)UB最小值為5V時(shí)，穩(wěn)壓精度可優(yōu)于2.5。S1S8是雙向可控硅器件，它與補(bǔ)償變壓器TR1，TR2，TR3組成“多全橋電路"形式，圖中S7和S8為公用橋臂，它分別與S1，S2，S3和S4，S5，S6組成3個(gè)全橋電路。工作過(guò)程為:當(dāng)輸入電壓UI高于額定值UIN時(shí)，要求

34、補(bǔ)償變壓器TR1，TR2，TR3中的1個(gè)、2個(gè)或3個(gè)同時(shí)工作，產(chǎn)生反極性的電動(dòng)勢(shì)來(lái)抵消UI升高的那部分電壓。例如:經(jīng)判斷僅需TR1投入時(shí)(設(shè)UI極性為U正N負(fù))，可觸發(fā)S1和S8導(dǎo)通，電流通路為:UTR1(上繞組)S1TR1(下繞組)S8N。當(dāng)U，N反極性時(shí)，沿上述通路反向流動(dòng)。當(dāng)輸入電壓UI低于額定值UIN時(shí)，需要TR1產(chǎn)生順極性電動(dòng)勢(shì)補(bǔ)足UI所缺的那部分電壓，可使S2和S7導(dǎo)通。如果UI升高(或降低)較多，需要TR1和TR2同時(shí)投入，在UI高于額定值UIN時(shí)，可使S1，S3和S8導(dǎo)通；在UI低于額定值UIN時(shí)，可使S2，S4和S7導(dǎo)通。如果需要TR1，TR2和TR3都投入，在UI高于額定值

35、UIN時(shí)，使S1，S3，S5和S8導(dǎo)通；在UI低于額定值UIN時(shí)，使S2，S4，S6和S7導(dǎo)通。雙向可控硅網(wǎng)絡(luò)安排在補(bǔ)償變壓器的輸出側(cè)，可提高其抗干擾能力，此時(shí)TR1，TR2，TR3都有濾波作用，可吸收電網(wǎng)側(cè)的各種瞬態(tài)干擾。在輸入輸出側(cè)接入壓敏電阻RV1，RV2，可防止各種過(guò)電壓(或感應(yīng)雷電)信號(hào)的串入。開(kāi)關(guān)器件不在負(fù)載電流的主通路中，從而使其易于選擇，并可靠工作9,10。4.1.2控制電路該穩(wěn)壓器控制電路的硬件組成與工作原理見(jiàn)圖4.2，它由8051單片機(jī)系統(tǒng)、外擴(kuò)檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)等接口電路構(gòu)成。AT89C51單片機(jī)雙向可控硅MOC30618255A模數(shù)轉(zhuǎn)換器AC/DCUi 圖4.2控制電路原理圖輸

36、入電壓變化經(jīng)AC/DC變換電路,轉(zhuǎn)換成05V的直流信號(hào),后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809輸入8051單片機(jī),由CPU檢測(cè)穩(wěn)壓電源輸入值。雙向可控硅由光隔離/光耦合過(guò)零觸發(fā)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器MOC3061驅(qū)動(dòng)10。4. 2電壓采樣電路4.2.1 ADC0809的特性ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口11。  （1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)  由圖4.3可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。

37、多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖4.3 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809引腳結(jié)構(gòu)  ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。 GND：地。 REF（+）：參考電壓正端。 REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。 （以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)

38、換）. EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。4.2.2 ADC0809與單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)本文采用的硬件接口是查詢方式，如圖4.4所示。由于ADC0809片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，可利用單片機(jī)提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得，ALE腳的頻率是單片機(jī)時(shí)鐘頻率的1/6。如果單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用6MHz，則ALE引腳的輸出頻率為1 MHz，再二分頻后為500kHz，符合ADC0809對(duì)時(shí)鐘頻率的要求。由于ADC0809具有輸

39、出三態(tài)鎖存器，故其8位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。地址譯碼引腳A、 B 、C分別與地址總線的低三位A0, A1, A2相連，以選通IN0IN7，中的一個(gè)通道。將P2.7(地址線最高位A15)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(xiě)信號(hào)和P2.7控制ADC的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。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)和P2.7引腳經(jīng)一級(jí)或非門后，產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號(hào)，用以打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。（4.1）（4.2）由此可見(jiàn)，P2.7應(yīng)置為低電平。因此，編寫(xiě)軟件時(shí)，令P2.7=A15=0; A0, A1, A2

40、給出被選擇的模擬通道的地址；執(zhí)行一條輸出指令，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換;執(zhí)行一條輸入指令，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。AT89C51圖4. 4單片機(jī)與ADC0809的接口電路 下面程序是采用查詢方法，分別對(duì)3路模擬信號(hào)輪流采樣一次，并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的采樣轉(zhuǎn)換程序。MAIN: MOV Rl，#data ;置數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR,#7FF8H ; P2.7=o，且指向通道0 MOV R7,#03H ;置通道數(shù)LOOP: MOVX DPTR, A ;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 MOV R6,#OAHDLAY: NOP ;軟件延時(shí) NOP NOPNOPNOPDJNZ R6, DLAY MOVX A, DPTR

41、 ;讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV R1，A ;存儲(chǔ)數(shù)據(jù)INC DPTR ;指向下一個(gè)通道INC R1 ;修改數(shù)據(jù)區(qū)指針DJNZ R7, LOOP ;3個(gè)通道全采樣完了嗎?4. 2. 2采樣電路如圖4.5所示，輸入電壓UI經(jīng)采樣變壓器TC降壓后，通過(guò)繞組N21，及電位器RP1;送至由D1D4，及C，組成的整流濾波電路，R5與R2對(duì)工作電源(12V)進(jìn)行分壓，給運(yùn)放IC的反相輸入端固定6V作為基準(zhǔn)電壓。其中，C3, R4組成積分電路，防止產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象，運(yùn)放IC的輸出端經(jīng)電位器RP2調(diào)整，輸出到ADC0809的信號(hào)輸入端。圖4. 5采樣電路圖4. 3控制電路4.3. 1 AT89C51單片機(jī)AT89C51是一

42、種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案12 ,14。如圖4.6所示：圖4.6 AT89C51單片機(jī)管腳管腳說(shuō)明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口

43、，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TT

44、L門電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（I

45、LL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLAS

46、H編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)

47、，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。4. 3. 2 AT89C51的外圍電路由于MCS-SI應(yīng)用系統(tǒng)中，單片機(jī)本身提供給用戶使用的輸入、輸出口線并不多，只有P1口和部分P3口線。因此，在大部分MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中都不可避免的要進(jìn)行I/O口的擴(kuò)展，本文也不例外。本文，選用了Intel公司生產(chǎn)的82

48、55A芯片。 (1) 8255A芯片的介紹8255A是Intel公司為其80系列微處理器生產(chǎn)的通用可編程并行輸入輸出接口芯片，也可以與其他系列的微處理器配套使用。由于其通用性強(qiáng)，與微機(jī)接口方便，且可通過(guò)程序指定完成各種輸入輸出操作，因此，8255獲得了廣泛的應(yīng)用13,15。 1 8255A的引腳 8255A是可編程的三端口并行輸入輸出接口芯片，具有40個(gè)引腳，雙列直插式封裝，由+5V供電，其引腳與功能示意圖如圖4.7所示。 B組控制部件內(nèi)部DB（8）PA7 PA0D0D7數(shù)據(jù)總線緩沖器讀/寫(xiě)控制邏輯RESETA1A0WRRDCSA組端口A（8）A組端口C(高4位)B組端口C(低4位)B組端口B

49、（8）A組控制部件PC7 PC4PC3 PC0PB7 PB0圖4.7 8255A內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖A、B、C三個(gè)端口各有8條端口I/O線：PA7PA0，PB7PB0，PC7PC0，共32個(gè)引腳，用于8255A與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)（或控制、狀態(tài)信號(hào)）的傳送。 D0D7：8位三態(tài)數(shù)據(jù)線，接至系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線。CPU通過(guò)它實(shí)現(xiàn)與8255之間數(shù)據(jù)的讀出與寫(xiě)入，以及控制字和狀態(tài)字的寫(xiě)入與讀出等。 A0A1：地址信號(hào)。A0和A1經(jīng)片內(nèi)譯碼產(chǎn)生四個(gè)有效地址分別對(duì)應(yīng)A、B、C三個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)端口以及一個(gè)公共的控制端口。在實(shí)際使用中，A1、A0端接到系統(tǒng)地址總線的A1、A0。：片選信號(hào)，由系統(tǒng)地址譯碼器產(chǎn)生，低電平有效。讀寫(xiě)控

50、制信號(hào)和：低電平有效，用于決定CPU和8255A之間信息傳送的方向：當(dāng)=0時(shí)，從8255A讀至CPU；當(dāng)=0時(shí)，由CPU寫(xiě)入8255A。CPU對(duì)8255A各端口進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)的信號(hào)關(guān)系如表4.1所示。 表4.1 8255A各端口讀寫(xiě)操作時(shí)的信號(hào)關(guān)系A(chǔ)1A0操作01000寫(xiě)端口A01001寫(xiě)端口B01010寫(xiě)端口C01011寫(xiě)控制寄存器00100讀端口A00101讀端口B00110讀端口C00111無(wú)操作RESRT：復(fù)位信號(hào)，高電平有效。8255A復(fù)位后，A、B、C三個(gè)端口都置為輸入方式。(2) 8255A的工作方式  8255A在使用前要寫(xiě)入一個(gè)方式控制字，選擇A、B、C三

51、個(gè)端口各自的工作方式，共有三種: 方式0：基本的輸入輸出方式，即無(wú)須聯(lián)絡(luò)就可以直接進(jìn)行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入或輸出。    方式1：選通I/O,此時(shí)接口和外圍設(shè)備需聯(lián)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，只有A口和B口可以工作在方式1，此時(shí)C口的某些線被規(guī)定為A口或B口與外圍設(shè)備的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，余下的線只有基本的I/O功能，即只工作在方式0.  方式2：雙向I/O方式，只有A口可以工作在這種方式，該I/O線即可輸入又可輸出，此時(shí)C口有5條線被規(guī)定為A口和外圍設(shè)備的雙向聯(lián)絡(luò)線，C口剩下的三條線可作為B

52、口方式1的聯(lián)絡(luò)線，也可以和B口一起方式0的I/O線。  8255A是一個(gè)并行輸入、輸出器件，具有24個(gè)可編程設(shè)置的I/O口，包括3組8位的I/O為PA口、PB口、PC口，又可分為2組12位的I/O口：A組包括A口及C口高4位，B組包括B口及C組的低4位。本文對(duì)8255采取方式0進(jìn)行工作。在這種方式下，三個(gè)端口由程序設(shè)置先輸出，各端口的輸出可構(gòu)成16種組合，并且數(shù)據(jù)輸出時(shí)可以鎖存。 (3)8051單片機(jī)和8255的接口在8051單片機(jī)的I/O口上擴(kuò)展8255A芯片，其接口邏輯如圖4.8所示。W相V相U相74LS373圖4.8 8051與8255A的接口電路圖中，8255A的片

53、選信號(hào)及口地址選擇線A0 , A1分別由8051的P2.6和P0.0,P0.1經(jīng)地址鎖存后提供。故8255A的A, B, C口及控制地址分別為BFFCH、 BFFDH、BFFEH、 BFFFH, 8255A的復(fù)位端與8051的復(fù)位端相連，都接到8051的復(fù)位電路上。(4) 8255A的編程本文根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)外圍設(shè)備的類型選擇8255的操作方式，并在初始化程序中把相應(yīng)的控制字寫(xiě)入操作口。圖4.9中，各端口的地址如下:A口地址:BFFCHB口地址:BFFDHC口地址:BFFEH控制口地址:BFFFH本文的應(yīng)用系統(tǒng)，要求8255A工作在方式0, A口、B口和C口均作為輸出，則工作程序如下:31MOV

54、A,#80HMOV DPTR,#0BFFFHMOVX DPTR, AMOV DPTR,#0BFFCHMOV A, DATA1MOVX DPTR, AMOV DPTR,#0BFFDHMOV A, DATA2MOVX DPTR, AMOV DPTR,#0BFFEHMOV A, DATA3MOVX DPTR, A;方式0, A, B, C口均輸出;控制寄存器地址DPTR;方式控制字控制寄存器;A口地址DPTR;要輸出的數(shù)據(jù)DATA1A;將DATA 1送A口輸出;B口地址DPTR;要輸出的數(shù)據(jù)DATA2B;將DATA2送B口輸出;C口地址DPTR;要輸出的數(shù)據(jù)DATA3B;將DATA3送B口輸出4. 4雙向可控硅的觸發(fā)電路4.4.1 MOC306