毕业论文-基于单片控制的三相全控桥触发电路设计

1、毕业论文-基于单片控制的三相全控桥触发电路设计 摘 要电子技术的应用已深入到工农业经济建设交通运输空间技术国防现代化医疗环保和人们日常生活的各个领域进入新世纪后电力电子技术的应用更加广泛因此对电力电子技术的研究更为重要近几年越来越多电力电子应用在国民工业中一些技术先进的国家经过电力电子技术处理的电能己达到总电能的一半以上本文主要介绍基于单片机8098芯片控制的三相桥式全控整流电路的主电路和触发电路的原理及控制电路软件部分由8098高级语言编程具体运行由工频三相电压经变压器后在芯片控制下在不同的时刻发出不同的脉冲信号去控制相应的scr可控硅整流为直流电给负载供电此种控制方式其主要优点是输出波形稳

2、定和可靠性高触发电路结构简单控制灵活影响小控制精度可通过软件补偿移相范围可任意调节等特点目前已获得业界的广泛认可abstractthe application of electronic technology has deep into the industrial and agricultural economic development transportation space technology the modernization of national defense medical environmental protection and all fields of peoples

3、 daily life after entering the new century the power electronic technology application more widely so the study of power electronic technology is more important in recent years more and more power electronic application in the national industry some technology of advanced countries through power ele

4、ctronic technology processing power has reached more than half of total power mainly introduced in this paper based on single chip microcomputer 8098 control chip three-phase bridge type all control the rectifier circuit of main circuit and the principle of trigger circuit and control circuit the so

5、ftware part consists of 8098 high-level language programming specific operation by three-phase power frequency voltage through a transformer in under control chip at different times after different pulse signal to control the corresponding scr silicon controlled rectifier direct current to power a l

6、oad this kind of control method its main advantages are the output waveform is stable and high reliability and strong anti-interference characteristics trigger circuit has simple structure flexible control the temperature effect is small can through the software compensation control precision the ph

7、ase shifting range can be arbitrary adjustment etc has won wide recognition in the industry and will be well used in many industrial control keywords mcu trigger angle of thyristor and the synchronization signal 目 录摘要abstract引言111 研究背景和意义1 111 晶闸管的发展现状1112 电力电子技术的前景2113 晶闸管的应用2第二章 三相可控整流电路晶闸管的介绍521

8、三相桥式整流电路晶闸管的特征5211 晶闸管的开关特点5 212 晶闸管的几种导通方式6213 晶闸管的基本特性6214 晶闸管的触发6第三章 三相桥式全控整流电路731 三相桥式全控整流电路电阻性负载732 三相桥式全控整流电路电感性负载12第四章 at89c52芯片介绍1641 at89c52主要性能参数1642 at89c52引脚及内部器件功能说明17第五章 控制系统原理4551 系统结构框图4552 触发器硬件组成移相触发脉冲的控制原理5061 晶闸管的参数及其选择50611 晶闸管及平波电抗器50612 晶闸管的保护5162 具体器件的计算与选择52第7章 软件设计5871 触发脉冲

9、控制软件的设计57结论65致谢66参考文献67引 言 研究背景和意义基于at89c52单片机的三相整流触发控制系统是应用于电力领域的电子技术即使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术111晶闸管的发展现状晶闸管出现前的时期用于电力变换的电子技术已经存在1904年出现了电子管 valve 能在真空中对电子流进行控制并应用于通信和无线电从而开了电子技术之先河后来出现了水银整流器mercury-vapour thyratrons其性能和晶闸管很相似在30年代到50年代是水银整流器发展迅速并大量应用的时期它广泛用于电化学工业电气铁道直流变电所以及轧钢用直流电动机的传动甚至用于直流输电各种整流电路逆变

10、电路周波变流电路的理论己经发展成熟并广为应用在晶闸管出现以后的相当一段时期内所使用的电路形式仍然是这些形式交流电变为直流电的方法除水银整流器外还有发展更早的电动机一直流发电机组即变流机组和旋转变流机组相对应静止变流器的称呼从水银整流器开始并沿用至今1947年美国贝尔实验室发明晶体管transistor引发了电子技术的一场革命晶闸管1957年scrsilicon controlled rectifier可通过门极控制开通但通过门极不能控制关断属于半控型器件目前由于其能承受的电压电流容量仍是目前器件中最高的而且工作可靠所以许多大容量场合仍大量使用112 电力电子技术的前景电力电子器件发展的目标是大

11、容量高频率易驱动低损耗小体积高芯片利用率模块化新的控制技术的使用以减小电力电子器件的开关损耗如软开关技术通过谐振电路使得器件在零电压zvs或零电流zcs的状态下进行开关电力电子应用系统向着高效节能小型化和智能化的方向发展113 晶闸管的应用一般工业直流电动机有良好的调速性能给其供电的可控整流电源或直流斩波电源都是电力电子装置近年来电力电子变频技术的迅速发展使交流电机的调速性能可与直流电机媲美交流调速技术大量应用并占据主导地位几百w到数千kw的变频调速装置软起动装置等电化学工业大量使用直流电源如电解铝电解食盐水等冶金工业中的高频或中频感应加热电源淬火电源及直流电弧炉电源等场合需要大容量整流电源电

12、镀装置也需要整流电源交通运输电气机车中的直流机车中采用整流装置交流机车采用变频装置直流斩波器也广泛用于铁道车辆在未来的磁悬浮列车中电力电子技术更是一项关键技术除牵引电机传动外车辆中的各种辅助电源也都离不开电力电子技术电动汽车的电机靠电力电子装置进行电力变换和驱动控制其蓄电池的充电也离不开电力电子装置一台高级汽车中需要许多控制电机它们也要靠变频器和斩波器驱动并控制飞机船舶需要很多不同要求的电源因此航空和航海都离不开电力电子技术如果把电梯也算做交通运输那么它也需要电力电子技术以前的电梯大都采用直流调速系统近年来交流变频调速成为主流电力系统电力电子技术在电力系统中有非常广泛的应用最终用户在使用电能时

13、常常需要进行预处理如降压滤波无功补偿等据估计发达国家在用户最终使用的电能中有60以上至少经过一次电力电子变流装置的处理电力系统在通向现代化的进程中电力电子技术是关键技术之一毫不夸张地说离开电力电子技术电力系统的现代化是不可想象的直流输电在长距离大容量输电时有很大的优势其送电端的整流阀和受电端的逆变阀都采用晶闸管变流装置近年发展起来的柔性交流输电可以大幅度提高电网输电能力和稳定性手段快速精确连续地控制大容量有功和无功等参数实现对系统潮流变化功率流向输送能力阻尼振荡的性能加以改进和提高如有源滤波器apf active power filter一可进行用户端的无功补偿和谐波抑制不间断电源ups和各种

14、开关电源这一类的应用最为普遍各种电子装置一般都需要不同电压等级的直流电源供电通信设备中的程控交换机所用的直流电源以前用晶闸管整流电源现在己改为采用全控型器件的高频开关电源大型计算机所需的工作电源微型计算机内部的电源现在也都采用高频开关电源在各种电子装置中以前大量采用线性稳压电源供电由于高频开关电源体积小重量轻效率高现在己逐渐取代了线性电源家用电器照明在家用电器中有卜分突出的地位由于电力电子照明电源体积小发光效率高可节省大量能源通常被称为节能灯正逐步取代传统的白炽灯和日光灯变频空调器是家用电器中应用电力电子技术的典型例子之一电视机音响设备家用计算机等电子设备的电源部分也都需要电力电子技术此外有些

15、洗衣机电冰箱微波炉等电器也应用了电力电子技术新能源的开发和利用传统的发电方式是火力发电水力发电以及后来兴起的核能发电能源危机后各种新能源可再生能源及新型发电方式越来越受到重视其中太阳能发电风力发电的发展较快燃料电池更是备受关注太阳能发电和风力发电受环境的制约发出的电力质量较差常需要储能装置缓冲需要改善电能质量这就需要电力电子技术当需要和电力系统联网时也离不开电力电子技术为了合理地利用水力发电资源近年来抽水储能发电站受到重视其中的大型电动机的起动和调速都需要电力电子技术超导储能是未来的一种储能方式它需要强大的直流电源供电这也离不开电力电子技术核聚变反应堆在产生强大磁场和注入能量时需要大容量的脉冲

16、电源这种电源就是电力电子装置科学实验或某些特殊场合常常需要一些特种电源这也是电力电子技术的用武之地第二章 三相可控整流电路晶闸管的介绍 21 三相桥式整流电路晶闸管的特征211 晶闸管的开关特点当scr的阳极和阴极电压uak0即ea下正上负无论门极g加什么电scr始终处于关断状态 图212当uak0时只有egk0scr才能导通说明scr具有正向阻断能力 3scr一旦导通门极g将失去控制作用即无论eg如何一均保持导通状态scr导通后的管压降为1v左右主电路中的电流i由r和rw以及ea的大小决定4当uak0时无论scr原来的状态都会使r熄灭即此时scr关断其实在i逐渐降低通过调整rw至某一个小数值

17、时刚刚能够维持scr导通如果继续降低i则scr同样会关断该小电流称为scr的维持电流综上所述scr导通条件 uak0同时ugk0由导通关断的条件使流过scr的电流降低至维持电流以下一般通过减小ea直至ea0来实现212 晶闸管的几种导通方式1正常触发导通uak0同时ugk02阳极电压作用当uak上升至某个大数值使v2的漏电流由于雪崩效应而加大同时由于正反馈而使漏电流放大最终使scr饱和导通3dudt作用如果uak以高速率上升则在中间结电容上产生的电流可以引起导通4温度作用温度上升v1v2的漏电流加大引起导通5光触发当强光直接照射在硅片上产生电子空穴对在电场的作用产生触发scr的电流目前有一些场

18、合使用这种方式来触发scr如高压直流输电hvdc这种方式可以保证控制电路和主电路之间有良好的绝缘这种scr又称为光控晶闸管light triggered thyristorltt213 晶闸管的基本特性1承受反向电压时无论门极是否有触发电流晶闸管都不会导通2承受正向电压时仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通3晶闸管一旦导通门极就失去控制作用4要使晶闸管关断只能使晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以从这个角度可以看出晶闸管是一种电流控制型的电力电子器件214 晶闸管的触发1作用产生符合要求的门极触发脉冲保证晶闸管在需要的时刻由阻断转为导通2广义上讲晶闸管触发电路还包括对其触发时刻进行控制的相

19、位控制电路3晶闸管触发电路应满足下列要求触发脉冲的宽度应保证晶闸管可靠导通门极电流应大于擎住电流触发脉冲应有足够的幅度不超过门极电压电流和功率且在可靠触发区域之内应有良好的抗干扰性能温度稳定性及与主电路的电气隔离三相全桥按负载不同可分为带电阻和带电感负载以下分别讨论这两种负载的区别第三章 三相桥式全控整流电路31 三相桥式全控整流电路电阻性负载图31三相桥式全控整流电路原理图三相全桥的特点 负载容量较大或要求直流电压脉动较小易滤波时使用三相整流电路 应用最为广泛 共阴极组阴极连接在一起的3个晶闸管vt1vt3vt5 共阳极组阳极连接在一起的3个晶闸管vt4vt6vt2 注意编号顺序135和46

20、2一般不特别说明均采用这样的编号顺序 由于零线平均电流为零所以可以不用零线对于每相二次电源来说每个工作周期中即有电流也有负电流所以不存在直流磁化问题提高了绕组利用率1 三相桥式全控整流电路带电阻负载 0时的情况图32 三相桥式全控整流电路带电阻负载 0时的波形1带电阻负载时的工作情况1 0时的情况对于共阴极阻的3个晶闸管阳极所接交流电压值最大的一个导通对于共极组的3个晶闸管阴极所接交流电压值最低或者说负得最多的导通任意时刻共阳极组和共阴极组中各有1个scr处于导通状态其余的均处于关断状态触发角的起点仍然是从自然换相点开始计算注意正负方向均有自然换相点从线电压波形看ud为线电压中最大的一个因此u

21、d波形为线电压的包络线表33三相桥式全控整流电路电阻负载 0时晶闸管工作情况 时段共阴极组中导通的晶闸管vt1 vt1 vt3 vt3vt5vt5共阳极组中导通的晶闸管vt6vt2 vt2vt4vt4vt6整流输出电压uduaub uabuauc uacubuc ubcubua ubaucub ucaucub ucb2三相桥式全控整流电路的特点三相全桥 两个同时导通形成供电回路其中共阴极组和共阳极组各有一个导通且不能为同相的两个否则没有输出 对触发脉冲的要求 按vt1vt2vt3vt4vt5vt6的顺序相位依次差60 共阴极组vt1vt3vt5的脉冲依次差120共阳极组vt4vt6vt2也依次

22、差120 同一相的上下两个桥臂即vt1与vt4vt3与vt6vt5与vt2脉冲相差180 ud一周期脉动6次每次脉动的波形都一样所以三相全桥电路称为6脉波整流电路 需保证同时导通的2个晶闸管均有脉冲采用两种方法一种是宽脉冲触发大于60 另一种是双脉冲触发常用在ud的6个时间段均给应该导通的scr提供触发脉冲而不管其原来是否导通所以每隔60就需要提供两个触发脉冲 实际提供脉冲的顺序为vt1vt2vt2vt3vt3vt4vt4vt5vt5vt6vt6vt1vt1vt2不断重复 晶闸管承受的电压波形与三相半波时相同晶闸管承受最大正反向电压的关系也相同为ufm urm 245 u22 三相桥式全控整流

23、电路带电阻负载 30时的情况图34 三相桥式全控整流电路带电阻负载 30时的波形晶闸管起始导通时刻推迟了30组成的每一段线电压因此推迟30从ut1开始把一周期等分为6段ud波形仍由6段线电压构成每一段导通晶闸管的编号等仍符合表3-3的规律变压器二次侧电流iu波形的特点在vt1处于通态的120期间iu为正iu波形的形状与同时段的ud波形相同在vt4处于通态的120期间iu波形的形状也与同时段的ud波形相同但为负值3 三相桥式全控整流电路带电阻负载 60时工作情况ud波形中每段线电压的波形继续后移平均值继续降低 60时ud出现为零的点因为在该点处线电压为零4 三相桥式全控整流电路带电阻负载60时工

24、作情况当60时如 90时电阻负载情况下的工作波形如图35所示图35三相桥式全控整流电路带电阻负载 90时的波形小结 当60时ud波形均连续对于电阻负载id波形与ud波形一样也连续 当60时ud波形每60中有一段为零ud波形不能出现负值 带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是12032 三相桥式全控整流电路电感性负载1 三相桥式全控整流电路电感性负载时的工作情况当60时ud波形连续工作情况与带电阻负载时十分相似各晶闸管的通断情况输出整流电压ud波形晶闸管承受的电压波形等都一样区别在于由于负载不同同样的整流输出电压加到负载上得到的负载电流波形不同电感性负载时由于电感的作用使得负载电流波形变

25、得平直当电感足够大的时候负载电流的波形可近似为一条水平线图36三相桥式全控整流电路带电感性负载 0时的波形图37三相桥式全控整流电路带电感性负载 30时的波形图38三相桥式全控整流电路带电感性负载 60时的波形图39三相桥式全控整流电路带电感性负载 90时的波形1当60时电感性负载时的工作情况与电阻负载时不同ud时波形不会出现负的部分而电感性负载时由于电感l的作用ud波形会出现负的部分带电感性负载时三相桥式全控整流电路的角移相范围为90因为在 90时ud波形上下对称平均值为零2基本参数关系当整流输出电压连续时即带电感性负载或带电阻负载60时的平均值为ud u2sintd t 234u2cos

26、带电阻负载且60时整流电压平均值为ud u2sintd t 234u2 1cos id 2 三相桥式全控整流的电流有效值当三相整流变压器供电变压器次级接为星形初级接三角形以减少三次谐波的影响带电感性负载时变压器二次侧电流波形为正负半周各宽120前沿相差180的矩形波其有效值为 i2 id 0816 id晶闸管电压电流等的定量分析与三相半波时一致三相桥式全控整流电路接反电势电感性负载时在负载电感足够大足以使负载电流连续的情况下电路工作情况与电感性负载时相似电路中各处电压电流波形均相同仅在计算id时有所不同接反电动势电感性负载时的id为id 式中和分别为负载中的电阻值和反电动势的值小结变压器二次侧

27、每相有两个匝数相同极性相反同名端相反的绕组分别构成abc和-a-b-c两组电路中设置了平衡电抗器来保证两组三相半波电路能同时导电每相的触发脉冲从第一个正自然换相点开始计算起分别为135和246这样在不同的时刻导通的scr分别为61122334455661实际上通过每个时刻的等效电路发现和分析变压器漏感作用时的电路十分类似输出电压ud的瞬时电压为导通两相电压瞬时值的平均值第四章 at89c52芯片介绍at89c52是美国atmel公司生产的低电压高性能cmos 8位单片机片内含8kbytes的制度程序存储器perom和256bytes的随机存取数据存储器ram期间采用atmel公司的高密度非易失

28、性存储技术生产与标准mcs-51指令系统及8052产品引脚兼容片内置通用8位中央处理器cpu和flash存储单元功能强大的at89c52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合 41 at89c52主要性能参数与mcs-51产品指令和引脚完全兼容8k字节可冲擦写flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作0hz-24mhz三级加密程序存储器2568字节内部ram32个可编程io口线3个16位定时计数器8个中断源可编程串行uart通道低功耗空闲和掉电模式功能特性概述at89c52提供以下标准功能8k字节flash闪速存储器256字节内部ram32个io口线3个16位定时计数器一个6向量两级终端结

29、构一个全双工串行通信口片内振荡及时钟电路同时at89c52可降至0hz的静态逻辑操作并支持两种软件可选的节电模式空闲方式停止cpu的工作但是允许ram定时计数器串行通信口及中断系统继续工作掉电方式保存ram中的内容但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位42 at89c52引脚及内部器件功能说明vcc电源电压gnd地p0口p0口是一组8位漏极开路型双向io端口也即地址数据总线复用口作为输出口用时每位能以吸收电流的方式驱动8个ttl逻辑门电路对端口p0写1时可作为高阻抗输入端用在访问外部数据存储器或者程序存储器时这组口线分时转换地址低8位和数据总线复用在访问期间激活内部上拉电阻在

30、flash编程时p0口接受指令字节而在程序校验时输出指令字节校验时要求外接上拉电阻p1口p1口是一个带内部上拉电阻的8位双向io口p1的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个ttl逻辑门电路对端口p1写1通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平此时可作输入口做输入口使用时因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流i1l与at89c51不同之处是p10 和p11还可分别作为定时计数器2的外部计数输入p10t2和输入p11t2ex参见表1flash编程和程序校验期间p1口接受低8位地址p2口p2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向io口p2的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个ttl逻辑门电路对

31、端口p2写1通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平此时可作输入口做输入口使用时因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流i1l 在访问外部程序存储器器或16位地址的外部数据存储器例如执行movx dptr指令时p2口送出高8位地址数据在访问8位地址的外部数据存储器movx r1时p2口输出p2锁存器的内容 flash编程或校验时p2亦接收高位地址和一些控制信号p3口p3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向io口p3的输出缓冲级可驱动吸收或输出电流4个ttl逻辑门电路对端口p3写1时他们被外部上拉电阻拉高并可作为输入端口此时被外部拉低的p3口将用上拉电阻输出电流i1l p3口除了作为一

32、般的io口线外更重要的用途是它的第二功能如下表所示此外p3口还接受一些用于flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号rst复位输入当振荡器工作时rst引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位aleprog当访问外部程序存储器或数据存储器时ale地址锁存允许输出脉冲用于锁存地址的低8位字节一般情况下ale仍以时钟振荡频率的16输出固定的脉冲信号因此它可对外输出时钟或用于定时目的要注意的是每当访问外部数据存储器时将跳过一个ale脉冲对flash存储器编程期间该引脚还用于输入编程脉冲prog如有必要可通过对特殊功能寄存器sfr区中的8eh单元的d0位置位可禁止ale操作该位置位后只有一条mov

33、x和movc指令才能将ale激活此外该引脚会被微弱拉高单片机执行外部程序时应设置ale禁止位无效psen程序储存允许psen输出是外部程序存储器的读选通信号当at89c52由外部程序存储器取指令或数据时每个机器周期两次psen有效即输出两个脉冲在此期间当访问外部数据存储器将跳过两次psen信号eavpp外部访问允许欲使cpu仅访问外部程序存储器地址为0000hffffhea端必须保持低电平接地需注意的时如果加密位lbi被编程复位时内部会锁存ea端状态如ea端为高电平接vcc端cpu则执行内部程序存储器中的指令flash存储器编程时该引脚加上12v的编程允许电源vpp当然必须是该器件时使用12v

34、编程电压vppxtal1振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端xtal2振荡器反相放大器的输出端特殊功能寄存器在at89c52片内存储器中80hffh共128个单元为特殊功能寄存器sfe写入未定义的单元由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的共功能在这种情况下复位后这些单元数值总是0at89c52除了有与at89c51所有的定时计数器0和定时计数器1外还增加了一个定时计数器2定时计数器2的控制和状态位位于t2con参见表3t2mod参见表4寄存器对rcao2hrcap2l是定时器自动重装载方式下的捕获自动重装载寄存器中断寄存器at89c52有6个中断源2个中断优先级ie寄存器控制各中断位ip

35、寄存器中6个中断源的每一个可定为2个优先级数据存储器 at89c52有256个字节的内部ram80hffh高128个字节与特殊功能寄存器sfr地址是重叠的也就是高128字节的ram和特殊功能寄存器的地址时相同的但是物理上它们是分开的 当一条指令访问7fh以上的内部地址单元时指令使用的寻址方式是不同的也即寻址方式决定是访问高128字节ram还是访问特殊功能寄存器如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器例如下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0a0h即p2口地址单元mov 0a0h data间接寻址指令访问高128字节ram例如下面的间接寻址指令中r0的内容为0a0h则访问数据字节地址为0a0

36、h而不是p2口0a0hmov r0 data堆栈操作也是间接寻址方式所以高128位数据ram亦可作为堆栈区使用定时器0和定时器1 at89c52的定时器0和定时器1的工作与at89c51相同定时器2 定时器2是一个16位定时计数器它既可以当定时器使用也可以作为外部时间计数器使用其工作凡是由特殊功能寄存器t2con如表3的ct2位选择定时器2有三种工作方式捕获方式自动重装载向上或向下计数方式和波特率发生器方式工作方式由t2con的控制位来选择参见表4定时器2由两个8位寄存器th2和tl2组成在定时器工作方式中每个机器周期tl2寄存器的值加1由于一个机器周期由12个振荡时钟构成因此计数速率为振荡频

37、率的112在计数工作方式时当t2引脚上外部输入信号产生由1至0的下降沿时寄存器的值加1在这种工作方式下每个机器周期的5sp2期间对外部输入进行采样若在第一个机器周期中采到的值为1而在下一个机器周期中采到的值为0则在紧跟着的下一个周期的s3p1期间寄存器加1由于识别1至0的跳变需要2个机器周期24个振荡周期因此最高计数速率为振荡频率的124为确保采样的正确性要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间以保证输入信号至少被采样一次 捕获方式 在捕获方式下通过t2con控制位exen2来选择两种方式如果exen2 0定时器2是一个16位定时器或计数器计数溢出时对t2con的溢出标志tf2置位同时

38、激活中断如果exen2 1定时器2完成相同的操作而当t2ex引脚外部输入信号发生1至0负跳变时也出现th2和tl2中的值分别被捕获到rcap2h和rcap2l中另外t2ex引脚信号的跳变使得t2con中的exf2置位与tf2相仿exf2也会激活中断捕获方式如图4所示自动重装载向上或向下计数器方式 当定时器2工作于16位自动重装载方式时能对其编程为向上或向下计数方式这个功能可通过特殊功能寄存器t2con见表5的dcen位允许向下计数来选择的复位时dcen位置0定时器2默认设置为向上计数当dcen置位时定时器2既可向上计数也可向下计数这取决于t2ex引脚的值参见图5当dcen 0时定时器2自动设置

39、为向上计数在这种方式下t2con中的exen2控制位有两种选择若exen2 0定时器2为向上计数至0ffffh溢出置位tf2激活中断同时把16位计数寄存器rcap2h和rcap2l重装载rcap2h和rcap2l的值可由软件预置若exen2 1定时器2的16位重装载由溢出或外部输入端t2ex从1至0的下降沿触发这个脉冲使exf2置位如果中断允许同样产生中断当dcen 1时允许定时器2向上或向下计数如图6所示这种方式下t2ex引脚控制计数器方向t2ex引脚为逻辑1时定时器向上计数当计数0ffffh向上溢出时置位tf2同时把16位计数寄存器rcap2h和rcap2l重装载到th2和tl2中t2ex

40、引脚为逻辑0时定时器2向下计数当th2和tl2中的数值等于rcap2h和rcap2l中的值时计数溢出置位tf2同时将0ffffh数值重新装入定时寄存器中当定时计数器2向上溢出或向下溢出时置位exf2位波特率发生器 当t2con表3中的tclx和rclx置位时定时计数器2作为波特率发生器使用如果定时计数器作为发送器或接收器其发送和接收的波特率可以是不同的定时器1用于其它功能如图7所示若rclx和tclx置位则定时器2工作于波特率发生器方式波特率发生器的方式与自动重装载方式相仿在此方式下th2翻转使定时器2的寄存器用rcap2h和rcap2l中的16位数值重新装载该数值由软件设置在方式1和方式3中

41、波特率由定时器2的溢出速率根据下式确定定时器既能工作于定时方式也能工作与计数方式在大多数的应用中时工作在定时方式ct2 0定时器2作为波特率发生器时与作为定时器的操作时不同的通常作为定时器时在每个机器周期112振荡频率寄存器的值加1而作为波特率发生器使用时在每个状态时间12振荡频率寄存器的值加1波特率的计算公式如下式中rcap2hrcap2l是rcap2h和rcap2l中的16位无符号数定时器2作为波特率发生器使用的电路如图7所示t2con中的rclk或tclk 1时波特率工作方式才有效在波特率发生器工作凡是中th2翻转不能使tf2置位故而不产生中断但若exen2置位且t2ex端产生由1至0的

42、负跳变则会使exf2置位此时并不能将rcap2hrcap2l的内容重新装入th2和tl2中所以当定时器2作为波特率发生器使用时t2ex可作为附加的外部中断源来使用需要注意的时当定时器2工作于波特率发生器时作为定时器运行tr2 1时并不能访问th2和tl2因为此时每个状态时间定时器都会加1对其读写将会得到一个不确定的数值然而对rcap2则可读而不可写因为写入操作将是重新装载写入操作可能令写和或重装载出错在访问定时器2或rcap2寄存器之前应将定时器关闭清除tr2可编程时钟输出 定时器2可通过编程从p10输出一个占空比为50的时钟信号如图8所示p10引脚除了是一个标准的io口外还可以通过编程使其作

43、为定时计数器2的外部时钟输入和输出占空比50的时钟脉冲当时钟振荡频率为16mhz时输出时钟频率范围为61hz4mhz当设置定时计数器2为时钟发生器时ct2 t2con1 0t2oe t2mod1 1必须由tr2t2con2启动或停止定时器时钟输出频率取决于振荡频率和定时器2捕获寄存器rcap2hrcap2l的重新装载值公式如下在时钟输出方式下定时器2的翻转不会产生中断这个特性与作为波特率发生器使用时相仿定时器2作为波特率发生器使用时还可作为时钟发生器使用但是需要注意的是波特率和时钟输出频率不能分开确定这是因为它们同使用rcap2h和rcap2luart at89c52的uart工作方式与at8

44、9c51工作方式相同中断 at89c52共有6个中断向量两个外中断int0和int1三个定时器中断定时器012和串行口中断所有这些中断源如图9所示这些中断源可通过分别设置专用寄存器ie的置位或清0来控制每一个中断的允许或禁止ie也有一个总禁止位ea它能控制所有中断的允许或禁止注意表5中的ie6为保留位在at89c51中ie5也是保留位程序员不应将1写入这些位它们是将来at89系列产品作为扩展用的定时器2的中断是由t2con中的tf2和exf2逻辑或产生的当转向中断服务程序时这些标志位不能被硬件清除事实上服务程序需确定是tf2或exf2产生中断而由软件清除中断标志位定时器0和定时器1的标志位tf

45、0和tf1在定时器溢出那个机器周期的s5p2状态置位而会在下一个机器周期才查询到该中断标志然而定时器2的标志位tf2在定时器溢出的那个机器周期的s2p2状态置位并在同一个机器周期内差续道该标志时钟振荡器 at89c52中一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器引脚xtal1和xtal2分别是该放大器的输入端和输出端这个放大器与作为反馈原件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器振荡电路参见图10 外接石英晶体或陶瓷谐振器激电容c1c2接在放大器的反馈回路上构成并联并联振荡电路对外接电容c1c2虽然没有十分严格的要求但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低振荡器工作的的稳定性起振的难易程序及

46、温度稳定性如果使用石英晶体但容使用30pf10pf而如果使用陶瓷谐振器则选择40pf10pf用户也可以使用外部时钟采用外部时钟的电路如图10右图所示这种情况下外部时钟脉冲接到xtal1端即内部时钟发生器的输入端xtal2则悬空由于外部时钟信号时通过一个2分频触发器后作为内部时钟信号的所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求空闲节点模式在空闲工作模式状态下cpu自身处于睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态这种方式由软件产生此时同时将片内ram和所有特殊功能寄存器的内容冻结空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止由硬件复位终止空

47、闲状态只需要两个机器周期有效复位信号在此状态下片内硬件禁止访问内部ram但可以访问端口引脚当用复位终止空闲方式时为避免可能对端口产生意外写入激活空闲模式的那条指令后一天指令不应是一条指令对端口或外部存储器的写入指令掉电模式在掉电模式下振荡器停止工作进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令片内ram和特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结退出掉电模式的唯一方法是硬件复位复位后将重新定义全部特殊功能寄存器但不改变ram中的内容在vcc恢复到正常工作电平前复位应无效且必须保持一定时间以使振荡器重启动并稳定工作空闲和掉电模式下端口引脚状态如表6所示程序寄存器的功能at89c52有三个程序加密位可对

48、芯片上的三个加密位lb1lb2lb3进行编程p或不编程u来得到如表7所示的功能当加密位lb1被编程时在复位期间ea端的逻辑电平被采样并锁存如果单片机上电后一直没有复位则锁存起的初始值是一个随机数且这个随机数会一直保存到真正复位为止为使单片机能正常工作被锁存的ea电平值必须与该引脚当前的逻辑电平保持一致此外加密位只能通过整片擦除的方法清除flash存储器的编程at89c52单片机内部有8k字节的flash perom这个flash存储阵列出厂时处于擦除状态 即所有存储单元的内容均为ffh 用户可随时对其编程编程接口可接受高电平12v或低电平vcc的允许编程信号低电压编程模式适合于用户在线编程系统

49、而高电平编程模式可与通用eprom编程器兼容 at89c52单片机中有些属于低电压编程方式而有些属于低电压编程方式而有些则属于高电压编程方式用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息见表8at89c52的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的每次写入一个字节要对整个芯片年内的perom程序存储器写入一个非空字节必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除编程方法编程前须按表9和表11所示设置好地址数据及控制信号at89c52编程方法如下在地址线上加上要编程单元的地址信号在数据线上加上要写入的数据字节激活相应的控制信号在高电压编程方式时将eavpp端加上12v编程电压每对flash存储阵

50、列写入一个字节或每写入一个程序加密位加上一个aleprog编程脉冲每个字节写入周期时自身定时的通常约为15ms重复15的步骤改变编程单元的地址和写入的数据直到全部文件编程结束数据查询at89c52单片机用data palling表示一个写周期结束为特征在一个写周期中如需读取最后写入的一个字节则读出的数据的最高位p07时原来写入字节最高位的反码写周期完成后所输出的数据是有效的数据即可进入下一个字节的写周期写周期开始后data palling可能随时有效readybusy字节编程的进度可通过rdybsy输出信号监测编程期间ale变为高电平h后p34rdybsy端电平被拉低表示正在编程状态忙状态编程

51、完成后p34变为高电平表示准备就绪状态程序校验如果加密位lb1lb2没有进行编程则代码数据可通过地址和数据线读回原编写的数据采用如图12的电路加密位不可直接校验加密位不可直接校验加密位的校验可通过对存储器的校验和写入状态来验证芯片擦除利用控制信号的正确组合表6并保持alepgog引脚10ms的低电平脉冲宽度即可将perom阵列4k字节和三个加密位整片擦除代码阵列在片擦除操作中将任何非空单元写入1这步骤需再编程之前进行读片内签名字节at89c52单片机内有3个签名字节地址为030h031h和032h用于申明该器件的厂商型号和编程电压读at89c52签名字节com低电平该签名字节的过程和单元030

52、h031h和032h的正常校验相仿其返回值意义如下030h 1eh申明产品由atmel公司制造031h 52h申明为at89c52单片机032h ffh申明为12v编程电压032h 05h申明为5v编程电压at89c52极限参数直流参数交流特性在以下工作条件下p0口aleprogpsen的负载电容为100pf其他输出口负载电容为80pf外部程序和数据存储器参数第五章 控制系统原理51系统结构框图 单片机控制的晶闸管触发主要由同步信号检测触发脉冲电路部分组成如图所示通过检测电路获知依据所要控制的电路要求通过编程实现预定的程序流程在相应时间段内通过单片机io端输出触发脉冲信号触发器硬件组成 图给出

53、单片机控制的移相触发脉冲控制硬件电路图单片机选用at89c共有个引脚kb内存同步信号的输入经电阻r1r1起到限流和保护的作用正弦同步信号经vd1和vd2两个限制比较器输入电压的箝位二极管削波后送入比较器lm339的输入端lm339输出为180与电源相位相同的方波同步检测信号发生正跳变时由于at89c5采用低电平为有效触发信号经反相以中断方式向单片机的int0 引脚 提供同步指令从表面上看好像是外部中断信号输入实际上是要量脉冲的宽度这决定于信号到来的时间使用该比较电路无论输入的同步电压信号高还是低lm339的输出信号都能较准确的反映同步输入信号的过零点r2和c3对输出信号进行滤波以避免输出信号出

54、现波动由于at89c为位单片机所以该触发器内部均为位数字量计算其触发延迟角范围为0180控制精度为0虽然控制精度受到内部运算位数的限制但足以满足一般控制要求at89c52控制的为阻感性负载其移相范围00之间所以p0口接显示两位动态显示的led显示器p1口作为4x4键盘接口其中f键作为确认键由于键盘存在一定的局限性每输入触发角时必须先确认一次然后在输入想要按下的键值否则将会发生紊乱其中用p2com位控制口分别为十位和个位p2端口的pp 引脚26 分别用于输出三相桥式全控整流电路vt1vt6的触发脉冲信号6路脉冲信号经驱动光电耦合器 移相触发脉冲的控制原理 相位控制要求以变流电路的自然换相点为基准

55、经过一定的相位延迟后再输出触发信号使晶闸管导通在实际应用中自然换相点通过同步信号给出再按同步电压过零检测的方法在中实现同步并由控制软件完成移相计算按移相要求输出触发脉冲 为三相桥式全控整流电路触发脉冲信号输出的时序也可由单片机根据同步信号电平确定当单片机检测到a相同步信号时输出脉冲时序通常采用移相触发脉冲的方法即用一个同步电压信号和一个定时器完成触发脉冲的计算这在三相电路对称时是可行的因为三相完全对称各相彼此相差120电路每隔60换流一次且换流的时序事先已知该方法所用单片机资源少只需一个同步信号电路比较简单但软件设计工作量稍大因为只用一个同步输入信号所有晶闸管的触发脉冲延迟都以其为基准为了保证触发脉冲延迟相位的精度用一个定时器测量同步电压信号的周期并由此计算出60和120电角度所对应的时间由于三相桥式全控整流电路的触发电路必须每隔60触发导通一只晶闸管也就是说每隔60时间必然要输出一次触发脉冲信号因此作为基准的第一个触发脉冲信号必须调整到小于60才能保证触发脉冲不遗漏当以a相同步电压信号为基准单片机检测到a相同步电压信号正跳变时启动定时器工作当定时器溢出时输出第一个触发脉冲信号以后由所计算出的周期确定每隔60己时输出一次触发脉冲直到单片机再次检测到a相同步信号的正跳变时这个周期结束开始下一个周期需要注意从单片机检测到同步电压