【正文】 制（ PWM）控制 IC 和 MOSFET 構(gòu)成 。根據(jù)激勵(lì)信號(hào)結(jié)構(gòu)分類(lèi)；可分為脈沖調(diào)寬和脈沖調(diào)幅兩種，脈沖調(diào)寬是控制信號(hào)的寬度，也就是頻率，脈沖調(diào)幅控制信號(hào)的幅度，兩者的作用相同都是使振蕩頻率維持在某一范圍內(nèi)，達(dá)到穩(wěn)定電壓的效果。 ,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載 。從這個(gè)角度來(lái)看，線(xiàn)性電源的轉(zhuǎn)換效率就非常低了，而且熱量高的時(shí)候，元件的壽命勢(shì)必要下降 ，影響最終的使用效果 。 它 的功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，（一開(kāi)一關(guān)，一開(kāi)一關(guān)，頻率非常快，一般的平板開(kāi)關(guān)電源頻率在 100~200KHz，模塊電源在３００～５００ＫＨＺ）．這樣 它 的損耗 就小，效率也就高，對(duì)變壓器也有了要求，要用高磁導(dǎo)率的材料來(lái)做． 它 的變壓器就是一個(gè)字?。剩福埃ァ梗埃グ桑畵?jù)說(shuō)美國(guó)最好的ＶＩＣＯＲ模塊高達(dá)９９％．開(kāi)關(guān)電源的效率高體積小，但是和線(xiàn)性電源比他的紋波，電壓電流調(diào)整率就有折扣了 。對(duì)于高可靠性指標(biāo)，美國(guó)的開(kāi)關(guān)電源生產(chǎn)商通過(guò)降低運(yùn)行電流，降低結(jié)溫等措施以減少器件的應(yīng)力，使得產(chǎn)品的可靠性大大提高。輸出電壓精度為 0. 1 V ,電流精度為 10 mA。操作的一臺(tái)電源叫做“主電源” ,被編程的電源叫做 “從電源”。 系統(tǒng)按模塊來(lái)分可以分成兩大模塊 :電源模塊和單片機(jī)控制模塊。根據(jù)傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔： 10kVA 以上為大功率， 10kVA～ 為中功率， ～ 25VA 為小功率， 25VA 以下為微功率。 濾波電路 常用于濾去整流輸出電壓中的紋波 。 整流電路按其組成器件可分為不控整流電路、半控整上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 流電路和全控整流電路。 電容濾波電路利用電容的充、放電作用，不僅使輸出電壓趨于平滑，而且平均值也得到提高 。由前面所述 “ 電壓下降速度相等 ” 的原則，可以確定臨界條件。由于推導(dǎo)過(guò)程十分繁瑣，這里不再詳述。所以，整流濾波后，還須經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓電路，才能使輸出電壓在一定的范圍內(nèi)穩(wěn)定不變。將 Uo 的采樣電壓通過(guò)反饋來(lái)調(diào)節(jié)控制電壓的占空比，就可達(dá)到穩(wěn)壓的目的。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。它與 MOSFET 的轉(zhuǎn) 移特性相同，當(dāng)柵源電壓小于開(kāi)啟電壓 Ugs(th) 時(shí)， IGBT 處于關(guān)斷狀態(tài)。 由于 N+ 區(qū)存在電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，所以 IGBT 的通態(tài)壓降小，耐壓 1000V 的 IGBT 通態(tài)壓降為 2 ～ 3V 。因?yàn)?IGBT 柵極 發(fā)射極阻抗大，故可使用 MOSFET 驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行觸發(fā)，不過(guò)由于IGBT 的輸入電容較 MOSFET 為大，故 IGBT 的關(guān)斷偏壓應(yīng)該比許多 MOSFET 驅(qū)動(dòng)電路提供的偏壓更高。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 的驅(qū)動(dòng)電路 我們不再采用分立元件組成的驅(qū)動(dòng)電路，而采用富士電機(jī)的 EXB841 專(zhuān)用集成電路，最高運(yùn)行頻率是 40kHz。 PIC16F877 單片機(jī) I/O 端口介紹： PIC16F877 單片機(jī)有 5 個(gè) I/O 端口： PORTA,PORTB,PORTC,PORTD 和 PORTE,共有 33 個(gè)引腳。端口 C、 D 都是 8位的雙向輸入 /輸出端口，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)方向寄存器是 TRISC 和 TRISD；端口 E僅有 3個(gè)引腳作為雙向輸入 /輸出端口，他也有相應(yīng)的數(shù)據(jù)方向寄存器 TRISE。 40引腳封裝芯片與 28 引腳封裝芯片的區(qū)別主要在于模擬口的數(shù)量不同， 28引腳封裝芯片沒(méi)有 AN5～ AN7模擬量輸出通道，其他各部分的功能和組成關(guān)系相同。 內(nèi)部 RC振蕩器。 當(dāng)轉(zhuǎn)換完成時(shí)， GO/DONE 位將被清 0，和轉(zhuǎn)換結(jié)果一塊裝入 ADRES 寄存器，如果 A/D 中斷使能，單片機(jī)將從睡眠中喚醒，如果 A/D 中斷不使能，盡管 ADON位仍保持置 1， A/D 模塊仍將被關(guān)閉。 CCP 模塊的功能包括外 部信號(hào)捕捉，內(nèi)部比較輸出以及 PWM輸出，它往往與定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器配合使用。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TMR1 是一個(gè)有兩個(gè) 8位可讀寫(xiě)的寄存器（ TMR01H和 TMR11）組成的 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，它帶有一個(gè) 3 位的可編程預(yù)分頻器和一個(gè)內(nèi)置的低功耗頻時(shí)基振蕩器。這樣，各控制電路雖然掛在同一條總線(xiàn)上，卻彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。 I2C 總線(xiàn)是一種用于 IC 器件之間連接的雙向二線(xiàn)制總線(xiàn)，所謂總線(xiàn)它上面可以?huà)於鄠€(gè)器件，并且通過(guò)兩根線(xiàn)連接，占用空間非常的小，總線(xiàn)的長(zhǎng)度可長(zhǎng)達(dá) 25上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 21 英尺，并且能夠以 10Kbps 的最大傳輸速率支持 4 個(gè)組件。 接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的 3 根線(xiàn)了。這樣傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：這樣的傳輸方式有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少 8位數(shù)據(jù)，而 SPI 允許數(shù)據(jù)一位一位的傳送，甚至允許暫停，因?yàn)?SCK 時(shí)鐘線(xiàn)由主控設(shè)備控制，當(dāng)沒(méi)有時(shí)鐘跳變時(shí)，從設(shè)備不采集或傳送數(shù)據(jù)。 2．人工復(fù)位（單片機(jī)在執(zhí)行程序期間） 無(wú)論是單片機(jī)在按預(yù)先設(shè)定的正常順序運(yùn)行程序，還是出現(xiàn)單片機(jī)進(jìn)入不可上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 預(yù)知的某一個(gè)死循環(huán)，都必須認(rèn)為單片機(jī)在執(zhí)行程序 。 ● 看門(mén)狗模塊： 由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾 ,造成程序的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運(yùn)行被打斷 ,由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作 ,會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可 預(yù)料的后果 ,所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片 ,俗稱(chēng) 看門(mén)狗 (watchdog) 看門(mén)狗電路的應(yīng)用，使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作 ,其工作原理是 :看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè) I/O引腳相連 ,該 I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門(mén)狗的這個(gè)引腳上送入高電平 (或低電平 ),這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段 進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí) ,寫(xiě)看門(mén)狗引腳的程序便不能被執(zhí)行 ,這個(gè)時(shí)候 ,看門(mén)狗電路就會(huì)由于得 不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào) ,便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào) ,使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位 ,即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行 ,這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位 . 看門(mén)狗 ,又叫 watchdog timer,是一個(gè)定時(shí)器電路 , 一般有一個(gè)輸入 ,叫喂狗 (kicking the dog or service the dog),一個(gè)輸出到 MCU 的 RST 端 ,MCU 正常工作的時(shí)候 ,每隔一端時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端 ,給 WDT 清零 ,如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗 ,(一般在程序跑飛時(shí) ),WDT 定時(shí)超過(guò) ,就回給出一個(gè)復(fù)位信 號(hào)到MCU,是 MCU 復(fù)位 . 防止 MCU 死機(jī) . 看門(mén)狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。 各個(gè)中斷采用查詢(xún)方式進(jìn)行，即當(dāng) CPU 口向應(yīng)中斷時(shí)，事先要通過(guò)查詢(xún)中斷標(biāo)志位去判斷是哪個(gè)中斷產(chǎn)生中斷請(qǐng)求，然后執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。如果 INTE 位在進(jìn)入休眠狀態(tài)之前已被置 1，INT 中斷可以喚醒在休眠狀態(tài)下的 CPU。 PIC16F877 指令簡(jiǎn)介 ： PIC16F877 常用的語(yǔ)言有匯編語(yǔ)言與 C語(yǔ)言?xún)煞N，匯編語(yǔ)言是將每一個(gè)機(jī)器 碼使用一個(gè)文字代號(hào)代表，比較接近處理器真正動(dòng)作模式；而 C語(yǔ)言是比較符合 人們的使用習(xí)慣，事先將匯編語(yǔ)言組合成 C語(yǔ)言形式，使用較為方便，但是 C 語(yǔ)言所組譯的機(jī)器碼程序通常比較大，且組譯軟件通常需要額外購(gòu)買(mǎi)。按鍵輸入和顯示接口電路如 下 圖所示。 PID 控制器簡(jiǎn)單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成 為應(yīng)用最為廣泛的控制器。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱(chēng)這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱(chēng)有差系統(tǒng)。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。由定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè) 5 ms 的中斷 ,在中斷程序中激活各個(gè)任務(wù)的標(biāo)志。否則 ,跳過(guò)該任務(wù)。如果有 PC機(jī)或其 他電源通過(guò)串口編程 ,單片機(jī)將在 UART 中斷中接收編程數(shù)據(jù) ,接收完改寫(xiě) EEPROM 中設(shè)置并強(qiáng)行復(fù)位。 PIC16F877單片機(jī)通過(guò)反饋電壓與所需基準(zhǔn)電壓比較調(diào)制 PWM波，即改變 PWM波的占空比， 從而輸出可調(diào)控的直流穩(wěn)定電壓。 PWM 波形分段 脈寬調(diào)制 (PWM)是利用微處理器 的數(shù)字輸出來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差。 比例（ P）控制 ： 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。 其中 kp為比例系數(shù)； TI為積分時(shí)間常數(shù)； TD 為微分時(shí)間常數(shù) 。單片機(jī)內(nèi)部的 CCP 模塊可以設(shè)置成 PWM 輸出模式 ,通過(guò)寫(xiě)周期寄存器和脈寬寄存器的 值就可由硬件產(chǎn)生不同頻率和占空比的 PWM 波形。 ②數(shù)碼管及 LED 顯示電路。 當(dāng) CPU 響應(yīng) RB RB4 中斷時(shí)，就有兩種情況產(chǎn)生：第一種稱(chēng)為 “ 短脈沖 ” ，即在 CPU 響應(yīng)中斷期間引腳電平恢復(fù)到原始狀態(tài)，對(duì)這種情況 CPU 不會(huì)產(chǎn)生虛假中斷現(xiàn)象。當(dāng) INTEDG＝ 1時(shí)，選擇上升沿觸發(fā)；當(dāng) INTEDG＝ 0時(shí)，選擇下降沿觸發(fā)。那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。依據(jù)單片機(jī)在看門(mén)狗超時(shí)溢出之前所處的狀態(tài)是睡眠還是執(zhí)行程序，又可以將看門(mén)狗超時(shí)溢出分為兩種情況。 在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信中， SPI 接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡(jiǎn)單高效。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。 SPI 的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少 4 根線(xiàn)，事實(shí)上 3 根也可以（單向傳輸時(shí)）。 應(yīng)答信號(hào)：接收數(shù)據(jù)的 IC在接收到 8bit 數(shù)據(jù)后，向發(fā)送數(shù)據(jù)的 IC發(fā)出特定的低電平脈沖，表示已收到數(shù)據(jù)。 I2C 總線(xiàn)是由數(shù)據(jù)線(xiàn) SDA 和時(shí)鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線(xiàn)，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 脈寬調(diào)制功能適用于從引腳上輸出脈沖 寬度隨時(shí)可調(diào)的 PWM 信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速， D/A 轉(zhuǎn)換和步進(jìn)控制。在 ADRESH、 ADRESL 寄存器的值在上電復(fù)位時(shí)不變， ADRESH、 ADRESL寄存器在上電復(fù)位之后將包含未知數(shù)據(jù)。如果 TRIS 位清 0（輸出），數(shù)字輸出電平（ VOH 或 VOL）將被轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)間每位定義為 tad， A/D 轉(zhuǎn)換器每 10 位轉(zhuǎn)換要求 12TAD， A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘源是可以通過(guò)軟件設(shè)定的， tad 的 4種可能選擇是： 當(dāng)端口 C 相應(yīng)的引腳輸出為低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；當(dāng)端口 C 相應(yīng)的引腳輸出高電平時(shí)，發(fā)光二級(jí)光熄滅。 PORTA 寄存器 為端口 A 的數(shù)據(jù)緩沖期，與端口 A 共享引腳的外圍功能模塊包括 A/D 轉(zhuǎn)換通道、模擬參考電壓和定時(shí)器 0 外部時(shí)鐘輸入等。為防止柵極積累電荷，設(shè)一放電電阻 RS，其電阻值取 ，同時(shí)并接兩個(gè)反向串聯(lián)穩(wěn)壓管、可以避免柵極和發(fā)射極間的尖峰電壓損壞 IGBT。 IGBT 的開(kāi)關(guān)速度低于 MOSFET，但明顯高于 GTR。實(shí)際應(yīng)用中常給出的漏極電流開(kāi)通時(shí)間 ton 即為 td (on) tri 之和。 IGBT 處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)，由于它的 PNP 晶體管為寬基區(qū)晶體管，所以其 B 值極低。它與 GTR 的輸出特性相似．也可分為飽和區(qū) 1 、放大區(qū) 2 和擊穿特性 3 部分。我們根據(jù)高性能的要求，選擇新一代開(kāi)關(guān)元件 絕緣柵雙極晶體管 IGBT 作為開(kāi)關(guān)管 V，它是 2O世紀(jì) 80 年代中期問(wèn)世的一種新型電力電子器件 ,它是 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)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)。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的 換能電路的基本原理 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的換能電路將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，再將脈沖電壓經(jīng) LC 濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓，下圖所示為基本原理圖。與電容濾波的單相橋式不可控整流電路相比， Ud 的變化范圍小得多，當(dāng)負(fù)載加重到一定程度后， Ud 就穩(wěn)定在 不變了。對(duì)一個(gè)確定的裝置來(lái)講，通常只有 R是可變的，它的大小反映了負(fù)載的輕重。當(dāng)沒(méi)有二極管導(dǎo)通時(shí)，由電容向負(fù)載放電， ud 按指數(shù)規(guī)律下降。因而在大功率調(diào)速 傳動(dòng)中，低速運(yùn)行時(shí)，采用斬控整流電