晶闸管数字触发器毕业设计

1、 毕业设计(论文)题 目 晶闸管数字触发器 学院名称 电气工程学院 指导教师 职 称 班 级 电子 学 号 学生姓名 2015年6月4日南 华 大 学毕业设计（论文）任务书学 院： 电气工程学院 题 目： 晶闸管数字触发器 起 止 时 间: 2015 年 1月10日 至2015年6月6日 学 生 姓 名： 专 业 班 级： 指 导 教 师： 教研室主 任： 院 长： 王新林 2015年 1 月 10 日论文 (设计) 内容及要求：一、毕业设计（论文）原始依据 在大功率可控整流场合，通常采用晶闸管作为主电路的电力电子器件，数字触发器为主电路的晶闸管提供实时开关信号，通过实时开通晶闸管来达到调节输

2、出直流电压的目的。与传统的模拟触发器相比，数字触发器具有参数设定方便、硬件结构紧凑、体积小、调试方便、系统可靠性高、稳定性好和实时性强等特点。它为晶闸管触发器将来能够实现智能化、小型化、联网化打下来了一个很好的基础。二、毕业设计（论文）主要内容及基本要求 设计一个晶闸管数字触发器，能够根据设定的直流电压值给晶闸管提供实时的触发脉冲。要求自主设计一个可行、合理的触发方案，此方案除了能够给晶闸管提供触发脉冲外，还需要能够显示设定的直流电压值和通过晶闸管整流后的主电路实际的直流电压值，并且，能够显示晶闸管的导通角。要求给出详细的电路原理图，并制作出实物，撰写出规范的设计文档对设计内容进行详细的阐述。

3、4、 毕业设计（论文）进度安排起止时间主要研究内容成果形式时间2015.1.10-2015.1.25任务书下达，资料搜集认真阅读搜集的资料，并认真做好读书笔记，定出初步方案。1周2015.3.9-2015.3.22完成开题报告确定系统的方案，并完成开题报告。2周2015.3.23-2015.4.12完成系统的整体设计，软硬件的初步框架制作出PCB板，编写出程序流程图及各个分块的程序3周2015.4.13-2015.5.10完成系统的软硬件的调试完成PCB板的调试，以及程序调试 4周2015.5.11-2015.5.17撰写毕业论文初稿 1周2015.5.18-2015.5.24完成毕业论文的撰

4、写交作品和论文，并提供对应的电子文档 1周2015.5.252015.6准备答辩 指导老师： （签 名） 年 月 日南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目 晶闸管数字触发器设计（论文）题目来源 自选课题设计（论文）题目类型 工程设计类起止时间2015.1.18-2015.6.1一设计（论文）依据及研究意义： 在电解、电镀、焊接、铸造等生产工艺中，一般需要低电压、大电流的直流电源，在这些生产过程中，系统总电流通常会达到几千安培，并且还需要根据生产工艺的要求能够实时改变直流电压的大小。受电力电子器件本身耐压值和通过电流能力的限制，在上述应用场合中，通常采用晶闸管作为整流系统中的电力

5、电子器件，而在由晶闸管组成的大功率整流系统中，主要是用数字触发器为晶闸管提供实时开关信号，通过实时开通晶闸管来达到调节输出直流电压的目的。与传统的模拟触发器相比，数字触发器具有参数设定方便、硬件结构紧凑、体积小、调试方便、系统可靠性高、稳定性好和实时性强等特点。二设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 1.总体设计方案图1 数字触发器总体设计方案 2、各个模块元器件选择 (1)同步信号获取模块：同步信号获取模块获得晶闸管的自然换相点，且生成的同步信号接入单片机的外部中断口，一旦有同步信号就及时通知单片机处理。各相电压经过LM311电压比较器比较后，输出3个方波信号，这三个信号

6、经过6N137光电耦合器后分别送入单片机，作为脉冲分配判断信号，同时这3个信号经过74LS86“异或”后产生同步信号输入到外部中断0，向单片机申请中断。 （2）单片机最小系统：单片机负责处理同步信号、计算晶闸管的导通角和生成晶闸管的触发脉冲。 （3）双窄脉冲形成模块：将单片机输出的单脉冲变成符合晶闸管触发所需的双窄脉冲，由6个“或”门组成。 （4）脉冲隔离放大模块：为了防止干扰和满足晶闸管门极对触发脉冲的功率要求，单片机输出的触发信号，经过光电隔离、功率放大才能作为驱动晶闸管门极的触发脉冲，电路由光电耦合器、三极管功放和脉冲变压器构成。 （5）A/D采样电路：负责采集输出的直流电压,单片机经过

7、A/D采样后，将电压值经过一定的换算关系换算成实际电压值，然后在数码管上显示,A/D采样采用AD1647芯片。 （6）数码管显示模块：显示实际直流电压值和晶闸管导通角，数码管采用两片74HC573锁存器作为段选驱动和位选端。 （7）按键输入模块：由数值增加键、数值减小键、功能键和确认键组成。功能键用于选择数码管显示的内容，数值增加和减少键用于设定直流电压，直流电压设定好后按下确认键，设定好的数据送入单片机处理。 设计的最后成果能满足上述各项指标： （1）能够根据设定的直流电压值给晶闸管提供实时的触发脉冲。 （2）能够显示设定的直流电压值和通过晶闸管整流后的主电路实际的直流电压值。 （3) 能够

8、显示晶闸管的导通角。三、设计（论文）的研究重点及难点：（1）同步信号的获取（2）单片机脉冲输出顺序的确定四、 设计（论文）研究方法及步骤（进度安排）：进度计划安排：起止时间主要研究内容成果形式时间2015.1.10-2015.1.25任务书下达，资料搜集认真阅读搜集的资料，并认真做好读书笔记，定出初步方案。1周2015.3.9-2015.3.22完成开题报告确定系统的方案，并完成开题报告。2周2015.3.23-2015.4.12完成系统的整体设计，软硬件的初步框架制作出PCB板，编写出程序流程图及各个分块的程序3周2015.4.13-2015.5.10完成系统的软硬件的调试完成PCB板的调试

9、，以及程序调试 4周2015.5.11-2015.5.17撰写毕业论文初稿 1周2015.5.18-2015.5.24完成毕业论文的撰写交作品和论文，并提供对应的电子文档 1周2015.5.252015.6准备答辩五、 进行设计（论文）所需条件：（1） 硬件设计所需的元器件及实验环境。（2） 软件设计所需的平台：PC机、单片机和相关软件等。（3） 调试作品相关的仪器设备。六、 指导教师意见： 签名： 年 月 日南华大学电气工程学院毕业论文晶闸管数字触发器摘要:在由晶闸管组成的大功率整流系统中，主要是用数字触发器对晶闸管触发角实现控制，通过控制晶闸管的导通角来改变电压或电流。基于单片机的数字触发

10、器与传统的模拟触发器相比，数字触发器具有体积小、参数设定方便、系统可靠性高、稳定性好以及实时性强等特点。本设计采用单片机STC89C52为系统的核心，由同步信号取样模块获得晶闸管的自然换相点，且生成的同步信号接入单片机，双窄脉冲生成模块将单片机输出的单脉冲变成符合晶闸管触发所需的双窄脉冲，脉冲信号隔离放大模块放大单片机输出的脉冲信号且将主电路与控制电路隔离，再利用A/D采样模块采集输出的直流电压，最后由数码管显示直流电压值和晶闸管的导通角。关键词：晶闸管 触发器 单片机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 录引 言1第1章 总体设计方案21.1应用背景21.2设计的关键问题31.2.1同步信号获取41.2.2晶闸管触发方式的选择41.2.3单片机脉冲输出顺序的确定51.3总体设计方案6第2章 硬件设计8

15、2.1同步信号取样模块82.1.1电压比较器LM311的介绍102.1.2光电耦合器6N137 的特性112.1.3单稳态触发器74HC123的介绍112.2单片机最小系统132.2.1单片机的管脚说明132.2.2振荡电路的设计142.2.3复位电路的设计142.3双窄脉冲形成模块152.4脉冲隔离放大模块162.4.1光电耦合器TLP521-1的管脚说明172.4.2脉冲变压器的作用182.5 A/D采样模块182.5.1 AD1674的管脚说明192.6 数码管显示模块212.6.1共阴极四位一体数码管的介绍212.7按键输入模块222.8电源模块232.8.1变压器的选择242.8.2

16、整流桥的选择242.8.3滤波电容的选择242.8.4集成三端稳压器的选择25第3章 软件设计263.1数字触发器的工作过程263.2主函数及流程283.3按键扫描子程序293.4 A/D采样子程序303.5数码管显示子程序313.6外部中断0子程序323.7定时器0中断服务子程序323.8定时器1中断服务子程序333.9中断子程序的执行顺序33第4章 系统调试344.1硬件调试344.2测试结果34设计总结37参考文献38致 谢39附录一：系统总程序40附录二：实物图51引 言在大功率可控整流场合，通常采用晶闸管作为主电路的电力电子器件，在晶闸管构成的整流系统中，触发脉冲的产生电路是十分重要

17、的，因为触发脉冲的好坏直接影响整流输出的品质，甚至影响整个系统的安全运行，以分立元件及专用集成电路为主的触发电路，它的性能不尽人意，它的电路比较复杂，调试难度比较大，而且六个脉冲的均匀度不好。随着电子技术的不断发展，尤其是微机的广泛应用，采用单片机为控制核心的数字式触发器，可以很大程度上减化硬件电路的组成，并且可以提高触发器的控制精度，另外由于软件的可编程性，使数字触发器的调速范围更加灵活，能够满足多方面的需要,而且数字触发器技术比较成熟，性价比较高，从而得到了广泛的应用。本文介绍了一种基于单片机STC89C52的晶闸管数字触发器的的实现方法，它充分发挥了现代单片机的计算能力强、速度快等特点，

18、巧妙地硬件设计和简单快速的触发脉冲算法加以辅助，使得控制形式灵活多样，可靠性高。它为晶闸管触发电路实现小型化、数字化、智能化和联网化提够了一个很好的平台。 第1章 总体设计方案 1.1应用背景目前在各种由晶闸管组成的整流系统中，应用最为广泛的是三相桥式全控整流电路，其原理图如图1.1所示，其中3个阴极连在一起的晶闸管（VT，VT，VT）称为共阴极组，将阳极连在一起的3个晶闸管（VT，VT，VT）称为共阳极组。 图1.1三相桥式全控整流电路数字触发器通过控制6个晶闸管的控制端，以一定的顺序开通晶闸管，根据三相桥式全控整流电路的工作原理，6个晶闸管的导通顺序是VTVTVTVTVTVT。任何时刻都必

19、须有2个晶闸管导通，其中一个是共阴极组的晶闸管，是该组阳极所接交流电压值最高的一个导通；另外一个晶闸管是共阳极组的，是该阴极所接交流电压值最低的一个导通。并且导通的2个晶闸管不能同相。而输出直流电压值是通过调节晶闸管的导通角来实现的，把主电路中A和C相邻两相的交点称为VT晶闸管的自然换相点，该点就是晶闸管VT导通角=0的时刻，如图1.2中的a点。即如果在a点处导通晶闸管，则=0，如果在a点处延迟1.67ms(30对应的时间）导通晶闸管，则=30。同理，图1.2中的-对应VT-VT号晶闸管的自然换相点。a 图1.2 晶闸管的自然换相点表1.1列出了=0时晶闸管的导通顺序，当等于其它角度时，晶闸管

20、的导通顺序依然相同，只是导通的时间减少了。以图1.2中的a点为起始时刻，当直流负载为电阻且负载电流连续时，三相桥式全控整流电路的输出直流电压与导通角的关系为 （）换算成对应的时间（单位为ms）为：=控制角就控制了直流输出电压，从而达到调节直流电压的目的。而本设计的数字触发器就是根据设定的直流输出电压，在以晶闸管自然换相点为起点，延时角对应的时间后，给各个晶闸管输出触发脉冲。表1.1 时晶闸管的导通顺序 电源电压UUUUUU开关元件共阴极组VTVTVTVTVTVT共阳极组VTVTVTVTVTVT1.2设计的关键问题本设计需要解决同步信号获取、晶闸管触发方式的选择、单片机输出晶闸管脉冲的顺序三个关

21、键问题。1.2.1同步信号获取在晶闸管移相触发控制装置中，它的输出电压和功率的改变是通过改变晶闸管的控制角来实现的。为了满足晶闸管的导通条件，并且正确的计算控制角，必须要获得晶闸管的自然换相点，并以此作为满足晶闸管的触发导通条件和计算控制角的基准点，这一信号通常称为同步信号。晶闸管的自然换相点对应到三相交流电上，就是相邻两相同时大于零时的交点，如图1.2中的a点，此a点就是晶闸管控制角的基准点，因为角度总要有个基准点。该点可以用电压比较器来比较相邻两相电压值解决，比如将A、B两相电压通过变压器降压后送入比较器，如果A接电压比较器的正端，B接电压比较器的负端，那么比较器由0变到1时即为a点。这样

22、就解决了同步信号获取的难题。1.2.2晶闸管触发方式的选择晶闸管通常有两种触发方式：宽脉冲触发和双窄脉冲触发。当采用宽脉冲触发方式时，触发脉冲的宽度，一般取为80-120。因为相邻编号两元件自然换相点间的时间间隔为60，所以在触发某号元件时，前一号元件的触发脉冲尚未结束。这样即可保证各整流回路中两个晶闸管元件同时具有触发脉冲，并具有足够的脉冲宽度。而采用双窄脉冲触发方式时，对某一元件顺序发出脉冲的同时，为前一号元件补发一个触发脉冲，以保证整流回路中两个元件同时具有触发脉冲。这种触发方式中的每个晶闸管在一个周期内有两个时间间隔为60的脉冲，故称为双窄脉冲触发方式。例如，当要求VT导通时，除了给V

23、T发触发脉冲外，还要同时给VT发一触发脉冲；当要求VT导通的时候，除了给VT发触发脉冲外，还要同时给VT发一触发脉冲，以此类推。6个晶闸管元件的触发脉冲顺序及两组元件分别换相的顺序如图1.3，采用双窄脉冲触发时的触发脉冲如图1.4所示。图1.3 触发脉冲顺序及两组元件换相顺序图1.4 采用双窄脉冲触发时的触发脉冲虽然这两种触发方式都能满足该电路对触发控制的要求，但相比较而言，双窄脉冲触冲电路虽然比较复杂，但它可减小触发装置的输出功率和脉冲变压器的铁芯体积。而用宽脉冲触发时，虽然脉冲次数少了一半，但为了不使脉冲变压器饱和，其铁芯体积要做的大些，绕组匝数要多些，因而漏感增大，导致脉冲的前沿不够陡，

24、故本设计采用双窄脉冲的触发方式。1.2.3单片机脉冲输出顺序的确定单片机输出脉冲顺序必须与三相桥式全控整流电路的晶闸管触发脉冲的顺序完全一致，这时整流系统才能正常工作。即如果单片机检测到图1.5中的时刻，在之后的60内，只应发出VT和VT导通的信号；如果检测到时刻，在之后的60内，只应发出VT和VT导通的信号；其余时刻依次。这样，利用图1.5中的关系即可解决单片机脉冲输出顺序的问题。当A相电压值大于B相电压值时，S输出高电平；当B相电压值大于C相电压值时，S输出高电平；当C相电压值大于A相电压值时，S输出高电平。单片机通过判断这三个电平的组合状态，即能分辨出-这6个自然换相点，从而根据每个自然

25、换相点来输出合适的脉冲信号。图1.5 同步电路认相波形同步认相电路的逻辑关系如表1.2所列。表1.2 同步认相电路逻辑关系表 自然换相点 S S SP2口低3位索引字被触发晶闸管 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总体设计方案晶闸管数字触发器总体设计方案如图1.6所示。系统总共由电源模块、同步信号获取模块、单片机最小系统、双窄脉冲生成模块、A/D采样模块、脉冲信号隔离放大模块、键盘和显示模块组成。图1.6 数字触发器总体设计方案单片机为系统的核心，负责处理同

26、步信号、计算晶闸管的导通角和生成晶闸管的触发脉冲。同步信号获取模块获得晶闸管的自然换相点，且生成的同步信号接入单片机的外部中断口，一旦有同步信号就及时的通知单片机处理。双窄脉冲生成模块将单片机输出的单脉冲变成符合晶闸管触发所需的双窄脉冲。A/D采样模块负责采集输出的实际直流电压，单片机通过A/D采样后，将A/D采样值换算成实际电压值，然后在数码管上显示出来。脉冲信号隔离放大模块用于将主电路和控制电路隔离开来，并且放大单片机输出的脉冲信号。第2章 硬件设计2.1同步信号取样模块在晶闸管移相触发控制装置中，它的输出电压和功率的改变是通过改变晶闸管的控制角来实现的。为了满足晶闸管的导通条件，并且正确

27、的计算控制角，必须要获得晶闸管的自然换相点，并以此作为满足晶闸管的触发导通条件和计算控制角的基准点，这一信号通常称为同步信号。晶闸管的自然换相点对应到三相交流电上，就是相邻两相同时大于零时的交点，该点可以利用比较器比较相邻两相电压值来解决。同步信号取样电路如图2.1所示。J1接主电路同步变压器的二次绕组侧，各相电压都经过LM311电压比较器比较后，输出3个方波信号S、S和S，这3个方波信号经过6N137光电耦合器后分别送入单片机的P2.0、P2.1和P2.2脚，以作为脉冲分配判断信号，同时这3个信号经74LS86“异或”后产生同步信号输入到外部中断0，向单片机申请中断。两个二极管是限制比较器输

28、入电压的钳位二极管，一方面可以保护电压比较器，另一方面限制正反向输入端的电压偏差，避免比较器因输入偏差电压过大而出现输出延迟。光电耦合器6N137的最大输入电流，低电平时:I=250；高电平时：I=15mA；所以电阻R3的值为：R3=。 将6N137的第7脚接高电平，比较器的输出端接6N137的第3脚，第2脚接高电平，在传输的过程中，不改变逻辑状态。图2.1同步信号取样电路 同步信号取样电路各个阶段波形图如图2.5所示,单稳态触发器的脉冲宽度计算公式为WP=RC=4.7100.4710s=2.2ms。当74HC123检测到S的下降沿的时候开始触发，把第4脚输出拉为低，持续2.2ms后恢复到触发

29、前状态，等到下个下降沿会继续触发，持续拉低2.2ms后恢复到触发前的状态。单片机的外部中断0设置为下降沿触发，则晶闸管的每个自然换相点都能够触发单片机的外部中断0。图2.5 同步信号取样电路各个阶段波形图（)2.1.1电压比较器LM311的介绍 LM311电压比较器的引脚如图2.2所示，利用LM311可以将输入的两个电压信号进行比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，根据正负端口电压的高低情况输出高电平或者低电平，即可以将正弦波变为同频率的方波。其第7脚为输出，是集电极开路的结构，因此，在应该输出高电平的时候，就不会得到高电平，需要在第7脚与正电源8脚之间接入一个上拉电阻，使集电极不再

30、开路。图2.2 LM311引脚图2.1.2光电耦合器6N137 的特性 光电耦合器6N137的引脚图如图2.3。 图2.3 6N137引脚图1. NC；2.A（阳极）；3.C（阴极）；4.NC；5.GND；6.OUT（开路集电极）；7.EN(使能端）；8.VCC 第7脚是使能端，当它在0-0.8V时，强制输出为高，当它在2.0V-VCC时允许接收端工作。由于光电耦合器6N137的第6脚输出为集电极开路，因此输出端要接上拉电阻，一般可选4.7；在第2脚和第3脚之间是一个LED，必须串接一个限流电阻；在VCC（8脚）和地（5脚）之间必须接一个0.1uf的高频特性良好的电容，这个电容可以吸收电源线上

31、的纹波，又可以减小接收端开关工作时对电源的冲击。若希望在传输过程中不改变逻辑状态，则从脚3输入，脚2接高电平；若以2脚为输入，脚3接地，则它的真值表如表2.1所示。 表2.1 6N137的真值表 输入 使能 输出 输入 使能 输出 H H L H L H L H H L L H2.1.3单稳态触发器74HC123的介绍 74HC123它是一个单稳态触发器。单稳态触发器的作用是：不管触发信号持续多长时间，它只固定维持外围电阻电容给定的一段时间后就恢复触发前状态，即外围的电阻和电容决定单稳时间。脉冲宽度的计算公式是：WP=RC。74HC123的芯片引脚如图2.4所示。图2.4 74HC123引脚图

32、引脚名称与引脚说明如表2.2所示。表2.2 引脚名称与引脚说明 引脚名称 引脚说明 引脚名称 引脚说明 Cext1、Cext2 RCext1、RCext2外接电阻电容端 、低电平复零端（低电平有效） Q、Q高电平输出端 A、A下降沿触发 输入端 、低电平输出端 B、B上升沿触发 输入端功能表如表2.3所示。表2.3 74HC123的功能表 输入 输出 L X X L H X H X L H X X L L H H L H H L H 2.2单片机最小系统 本系统采用的是单片机STC89C52。单片机STC89C52是一种低功耗、高性能的CMOS8位微控制器，具有8KB 在系统可编程Flash存

33、储器。它使用高密度、非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品引脚和指令完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。STC89C52具有以下标准功能：8KBFlash；256字节RAM；32 位I/O 口线；2个数据指针；三个16 位定时器/计数器；看门狗定时器；一个6向量2级中断结构；全双工串行口，片内晶振及时钟电路。2.2.1单片机的管脚说明RST：复位引脚。X1：振荡器反相放大器的输入端。X2：振荡器反相放大器的输出端。P0口：可以作为基本的I/O口使用，当P0口作为输出端口时，为确保能正常工 作必须外接上拉电阻。当P0口作为输入端口时，有两种工作方式，分别

34、是读引脚操作和读锁存器操作。当系统扩展时也可分时作为数据总线和低八位地址总线。P1口：P1口虽然有上拉电阻，但是由于其阻值过大，所以驱动能力较弱，只能驱动功耗较低的系统，在应用时最好还要外接10K左右的上拉电阻，此外P1口也拥有丰富的第二功能。P2口：P2口是一个准双向端口，可以作为通用的I/O口使用，在系统扩展外围总线是输出高八位地址。P3口：P3.0-P3.7的八位双口线，它的第一功能为基本输入/输出，P3口更重要的是它的第二功能。2.2.2振荡电路的设计单片机的振荡电路有内部振荡电路跟外部振荡电路。外部振荡电路一般应用在由几片单片机构成的系统中，使各个单元的时钟信号同步运行，因此选择内部

35、振荡的方式。通过X1和X2在芯片外并接石英晶体振荡器和电容C2和C3，石英晶体与电容构成振荡回路，为片内放大器提供正反馈和振荡所需的条件，从而构成一个稳定的自激振荡器。单片机外接的是12MHZ晶振，则机器周期是1。2.2.3复位电路的设计STC89C52单片机有2种复位方式：上电复位和按键电平复位。上电复位是通过给电容充电，经过一段时间后使复位引脚收到高电平信号，单片机执行复位。按键电平复位是在上电复位的基础上，加上串联电阻和复位按键，然后再与电容并联，当电源接通时，完成上电复位。需要手动复位时，按下复位键SR使电容C1跟电阻R1形成回路，电容C1放电使单片机RST引脚接收到高电平信号，完成复

36、位。本设计采用按键电平复位，上电时C1通过电阻R1进行充电，就可以完成复位操作，C1结束充电复位端电平为低，这时CPU将正常工作。当需要进行按键复位时，就按下按键SR，C1通过R1和SR进行放电，复位端将会变成高电平，这就实现人工按键复位，按键松开后，C1重新充电，结束充电后，CPU将会重新工作。单片机最小系统如图2.6所示。图2.6 单片机最小系统图2.3双窄脉冲形成模块 本设计采用双窄脉冲的触发方式，对某一元件发出触发脉冲的同时，为前一号元件补发一个触发脉冲，以保证整流回路中两个元件同时具有触发脉冲。这种触发方式中的每个晶闸管在一个周期内有两个时间间隔为60的脉冲，故称为双窄脉冲触发方式。

37、例如：当要求VT导通时，除了给VT发触发脉冲外，还要同时给VT发一个触发脉冲；当要求VT导通的时候，除了给VT发触发脉冲外，还要同时给VT发一个触发脉冲；以此类推。双窄脉冲电路模块由6个“或”门组成，P1.1到P1.6分别控制6个晶闸管，当给晶闸管VT1发送触发脉冲时，通过U9B“或”门，给VT6补发一个触发脉冲；当给晶闸管VT2发送脉冲时，通过U8A“或”门给VT1补发一个触发脉冲；这样就利用硬件实现了单片机输出单脉冲变成双脉冲的目的。电路如图2.7所示。图2.7 双窄脉冲电路模块2.4脉冲隔离放大模块因为从单片机输出的脉冲信号强度不够，不可以驱动晶闸管，为了满足晶闸管门极对触发脉冲的功率要

38、求和避免干扰，所以由单片机输出的触发信号，必须经过光电隔离、功率放大才能作为驱动晶闸管门极的触发脉冲。脉冲隔离放大电路由光电耦合器、三极管功放和脉冲变压器组成。本设计采用了光电耦合器TLP521-1，发光二极管把输入的电信号转换为光信号传给光敏三极管转换为电信号输出，由于没有直接的电气连接，输入端和输出端仅用光耦合，故在电性能上完全隔离，能够有效抑制各种频率的干扰，所以用它来传送所需要的频率信号，完全可以做到输入与输出端的频率高度一致。当单片机输出口为高电平1时，TLP521-1光电耦合器截止，三极管Q1因基极为高电平而使其导通，此时脉冲变压器TM有脉冲输出，因而在晶闸管VT1控制端处形成满足

39、晶闸管门极的触发脉冲；反之，则脉冲变压器无脉冲输出，晶闸管门极无触发脉冲。R18和D10主要起续流作用，D11、D12和R19主要起整形的作用，二极管可以选用1N4007。晶闸管的门极触发电流是I=50mA,则R19=。光电耦合器TLP521-1的光耦电流在0.5-10mA区间段线性度比较好，所以限流电阻R15的值为：R15=。脉冲隔离放大电路如图2.8所示。图2.8 脉冲隔离放大电路2.4.1光电耦合器TLP521-1的管脚说明光电耦合器的引脚如图2.9，为了尽快进入光敏三极管的饱和区，需加大光电耦合器的光敏三极管的上拉电阻，这里选10K的电阻。图2.9光电耦合器引脚图 1.Anode（阳极

40、）； 2.Cathode（阴极）； 3.Emitter(发射极）；4.Collector（集电极）2.4.2脉冲变压器的作用 脉冲变压器的作用是隔离主回路与触发电路，并且把触发脉冲加到晶闸管的门极上。利用脉冲变压器，可以把脉冲电压升高或者降低，改变脉冲的极性以及使阻抗匹配。脉冲变压器和普通的变压器在结构上比较相似，但是它们的工作情况有很大的差别，普通的变压器初级加的是正弦电压，脉冲变压器初级加的是周期脉冲电压，脉冲变压器在传送脉冲信号的时候，脉冲的波形不会发生畸变。2.5 A/D采样模块A/D采样电路是负责采集输出的直流电压,单片机通过A/D采样以后，将采集到的电压经过一定的换算关系换算成实际

41、电压值，然后在数码管上显示出来。本设计中A/D采样采用AD1674芯片，它是Analog Devices公司在它原有的12位A/D转换器AD574，AD674和AD774等系列的基础上改进的，是12位逐次逼近型模拟/数字转换器，在转换速度上有了很大的提高。AD1674的电源应经过滤波，滤除高频噪声，滤波电容通常为47的电容和0.1的瓷片电容的并联。R55用于系统调零，即保证在V=0时输出数字量为全0；R56用于微调片内DAC基准电流。A/D采样电路如图2.10所示。图2.10 A/D采样电路2.5.1 AD1674的管脚说明AD1674的引脚如图2.11所示，引脚说明如表2.4所示。图2.11

42、 AD1674引脚图表2.4 AD1674引脚说明 引脚名称 引脚说明VLOGIC+5V逻辑电路电源。12/该端决定输出数据的格式。为低则为两个8位字节，为高则为一个12位字节。CS芯片选择。低电平有效。A0在转换的过程中，A0为低是12位转换，否则是8位转换；再以8位字节为单位的读数过程中，A0为0时输出高8位（DB11-DB4），A0为1时输出DB3-DB0，而DB7-DB4为0000。R/高电平时为读操作，低电平时为转换操作。CE芯片使能。高电平激活，用于开始一个转换过程或读取操作。VCC+12V/+15V电路电源。REFOUT+10V参考电压输出。AGND模拟地。REFIN正常情况下该

43、端通过一个50的电阻连接到+10V参考电压源上。VEE-12V/-15V电路电源。BIPOFF双极性偏置电平输入端。双极性模式下将其通过一个50电阻连接到REFOUT端，单极性模式下则连接到模拟地。DGND数字地。DB0-DB1112位数字量输出端。STATUS状态标识。当转换正在进行时为高电平，转换结束时为低电平。AD1674的数据锁存器是可控三态的，可直接与单片机的P0口相连。由于AD1674的A/D转换结果是12位的，而单片机的数据总线是8位的，因此单片机须经过2次读操作才能获取一次A/D转换结果，一次高8位即DB11-DB4，另外一次为低4位即DB3-DB0，在读低4位时DB4-DB7

44、始终输出为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无X1XX X无100X0启动12位A/D转换100X1启动8位A/D转换1011X12位并行输出10100高8位数据输出10101低4位数据输出，余下4位为02.6 数码管显示模块 本设计采用2个共阴极的四位一体数码管，用来显示直流电压值和晶闸管的导通角，前1个数码管显示设定的电压值和晶闸管导通角，具体显示哪个由按键模块的功能键key4决定。在显示角时，第一个数码管的第一位显示“A”作为显示晶闸管导通角的标志。后面1个数码管用来显示实际的电压值。显示模块采用两片74HC5

45、73锁存器作为段选驱动和位选端，当锁存控制端是高电平时，74HC573处于数据直通状态，单片机P0口数据能直接输出到74HC573的输出端；当锁存控制端LE是低电平0时，74HC573处于锁存状态，输出端数据保持原来状态不变，不受输入端影响。数码管显示模块的电路如图2.12所示。图2.12 数码管显示模块2.6.1共阴极四位一体数码管的介绍数码管显示模块采用2个共阴极的四位一体数码管，数码管的引脚图如图2.13所示。图2.13 共阴极四位一体数码管引脚图 内部的4个数码管共用8根数据线a-dp,有4个公共端，一共有12个引脚，w1、w2、w3、w4为4个位选，a、b、c、d、e、f、g、dp为

46、8个段选，即12、9、8、6为公共端，A-11，B-7，C-4，D-2,E-1,F-10,G-5,DP-3。它的内部结构如图2.14所示：2.14共阴极四位一体数码管结构图2.7按键输入模块按键输入模块有4个按键：数值增加键、数值减小键、功能键和确认键。数值增加键和数值减小键用于设定直流电压，当直流电压设定好后按下确定键，设定好的数据送入单片机处理。功能键用于选择数码管前4位是显示设定的电压值还是晶闸管的导通角。由于只有四个按键，所以接成独立键盘的形式，4个按键分别接在单片机的P3.3到P3.6口上。按键输入模块电路如图2.15所示。图2.15按键输入模块2.8电源模块直流稳压电源有四部分：电

47、源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路。变压器把220V交流电变为所需要的低电压的交流电,整流电路把输入的交流电变成直流电，再经滤波和稳压电路后，就可以输出稳定的直流电压了。本次要设计一个直流输出15V、-15V和5V的电源。图2.16稳压电源的组成框图图2.17 整流与稳压的过程2.8.1变压器的选择变压器的作用是将220V的交流电压变换成整流滤波电路所需要的交流电压。电源变压器的效率为：一般变压器的效率如表2.6所示：表2.6 变压器的效率 副边功率P 效率0.60.70.80.85因此，当算出了副边功率后，就可以根据上表算出原边功率。对于集成三端稳压器，（）=2-2.5V具有较好的稳压输

48、出特性。输出为15V的集成稳压器，其最小输出电压为：U=15V+2V=17V取U=20V，由：U=（1.1-1.2）U，得U=18V。变压器副边电流：=80mA,取I=0.1A，由I，U得变压器副边输出功率：P=1.8VA。由表2.6可得效率，变压器原边输入功率P=3W。2.8.2整流桥的选择 整流桥是将桥式整流的四个二极管封装在一起，只引出四个引脚，四个引脚中，两个直流输出端标有或，两个交流输入端有标记。它可以将交流电转换为直流电。考虑到负载，选择2W10的，即电流2A,最大耐压1000V。2.8.3滤波电容的选择利用电容器两端的电压不能突变和流过电容器的电流不能突变的特点，将电容器和负载电

49、容并联或电容器与负载电阻串联，以达到使输出波形基本平滑的目的。选择电容滤波电路后，直流输出电压：Uo1=(1.11.2)U2，直流输出电流： I=（I2是变压器副边电流的有效值。）电容的耐压要大于U=25V，所以滤波电容的耐压为25V。2.8.4集成三端稳压器的选择集成三端稳压器选用+15V输出的LM7815、-15V输出的LM7915和+5V输出的LM7805，它们的输出电压误差为0.5V，输出最大电流为=100mA。在工作环境温度内和功耗范围内有过温和过流保护。 电路原理图如图2.18所示。2.18电源模块电路图 220V、50HZ交流电压经18V电源变压器降压后，通过整流桥变为直流电，然

50、后经过一系列的电容滤波后，直流电会变得更加平滑，将纹波系数降低，最后通过集成三端稳压器7815、7915、7805进行稳压，最后输出稳定的直流电压。第3章 软件设计3.1数字触发器的工作过程 系统上电以后，单片机执行键盘扫描程序，根据主电路交流电压有效值，按键设定好的输出直流电压的计算公式为：=2.34cos (0)根据上面公式计算出角度值。由于电网电压周期是20ms，对应360，根据这一关系将换算成对应的时间（单位为ms),即：=55.6s当单片机的外部中断0脚检测到电平变化时，意味着已达到晶闸管的自然换相点，此时单片机执行外部中断0中断服务子程序，在该子程序中，根据时间长度计算定时器0的定时初值TH0和TL0，然后启动定时器0，并退出外部中断0中断服务子程序。当定时器0定时时间到，意味着单片机延时了角对应的时间，单片机执行定时器0中断服务子程序。在该子程序中，单片机检测到图3.1中S、S和S的电平状态，然后根据表3.2确定导通晶闸管的序号，再将控制导通晶闸管的I/O口输出高电平，这样即完成了触发脉冲的起始电平变化部分。 图3.1 SSS的电平状态 表3.1 同步认相电路逻辑关系表 自然换相点 S S SP2口低3位索引字被触发晶闸管 0 0