【文章內(nèi)容簡介】 整流變壓器副邊電壓有效值和電流有效值，其中： 整流變壓器副邊電壓有效值為： OO UUU ?? 整流變壓器副邊電流有效值為： OLL URURUI 222 ??? 由以上計(jì)算，可以選擇整流二極管和整流變壓器。 除了用分立元件組成橋式整流電路外，現(xiàn)在半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制造成單相整流橋和三相整流橋模 塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引腳，減少了接線、提高了電路工作的可靠性，使用起來非常方便。常見的幾種整流電路如表 3— 1所示。 由表 3— 1 可見，半被整流電路的輸出電壓相對較低，且脈動(dòng)大。兩管全波整流電路則需要變壓器的副邊繞組具有中心抽頭，且兩個(gè)整流二極管承受的最高反向電壓相對較大，所以這兩種電路應(yīng)用較少。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，電壓脈動(dòng)較小，整流二極管所承受的最高反向電壓較低，同時(shí)因整流變壓器在正負(fù)半周內(nèi)部有電流供給負(fù)載，整流變壓器得到了充分的利用，效率較高。因此橋式整流電路在半導(dǎo)體整流電路中得到 了廣泛的應(yīng)用。橋式整流電路的缺點(diǎn)是二極管用的較多。 煙臺(tái)大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 9 表 3－ 1 橋式整流電路性能表 類型 整流電路 整流電壓波形 整流電壓平均值 二極管電流平均值 二極管承受的最高反電壓 單相橋式 OI21 22U 2. 濾波 整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動(dòng)較大，在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動(dòng)直流電源。但許多電子設(shè)備需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流成 分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。 濾波電路利用電容或電感在電路中的儲(chǔ)能作用，當(dāng)電源電壓 (或電流 )增加時(shí)，電容 (或電感 )把能量儲(chǔ)存在電場 (或磁場 )個(gè)；當(dāng)電源電壓 (或電流 )減小時(shí)，又將儲(chǔ)存的能量逐漸釋放出來，從而減小了輸以電壓 (或電流 )中的脈動(dòng)成分．得到比較平滑的直流電壓。實(shí)用濾波電路的形式很多，如電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波電路 (包括倒 L 型、 Rc— π型、 LC— π型濾波 )等，如圖 3— 5 所示。 一、電容濾波電路 最簡單的電容濾波電路是在整流電路的直流輸出側(cè)與負(fù)載電阻 LR 并聯(lián)一電容器 C，利用電容器的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。 圖 3— 6 所示為單相橋式整流電容濾波電路。此時(shí)整流二極管工作在非線性區(qū)域，分析時(shí)要從二極管單向?qū)щ娞匦猿霭l(fā)，特別注意電容兩端電壓對二極管工作特性的影響。當(dāng)輸出端接負(fù)載電阻 LR 時(shí)，設(shè)電容兩端初始電壓力零，在 t＝ 0 時(shí)刻接通電源。則 2u 由零開3 濾 煙臺(tái)大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 10 始上升時(shí)，二極管 Dl， D3 正偏導(dǎo)通，電源通過 D D3 向負(fù)載電阻 LR 提 供電流，同時(shí)向電容 C 充電，充電時(shí)間常數(shù)τ充 =2RDC 式中 RD 為二極管的正向?qū)娮?，其值非常小。忽?RD 的影響，電容 C 兩端的電壓將按 2u 的規(guī)律上升；當(dāng)電源電壓開始下降．并達(dá)到 cu ≥ 2u 時(shí)， 4 個(gè)二極管反偏截止． 二、電感濾波電路 電感濾波電路如圖 3— 7 所示，即在整流電路與負(fù)載電阻 LR 之間串聯(lián)一個(gè)電感器 L。由于在電流變化時(shí)電感線圈中將產(chǎn)生自感電動(dòng)勢來 阻止電流的變化，使電流脈動(dòng)趨于平緩，、起到濾波作用。 電感 L 與負(fù)載 LR 串聯(lián)。當(dāng)流過電感 L 的電流增大時(shí)，電感產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢阻止電流的增加；當(dāng)電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢則阻止電流的減小。可見，電感濾波器的電感量愈大，自感電動(dòng)勢愈大，單向脈動(dòng)電流流經(jīng)電感線圈時(shí)就愈平滑。 電感濾波電路輸出電壓較低，但輸出電壓波動(dòng)小，隨負(fù)載變化也很小，因而適用于負(fù)載電流較大的場合。由于電感量大時(shí)體積也大，在小型電子設(shè)備中很少采用電感濾波方式。 三、復(fù)式濾波電路 復(fù)式濾波電路是用電容器、電感器和 電阻器組成的濾波器，通常有 LC 型、 LCπ型、 RCπ型幾種。它的濾波效果比單一使用電容或電感濾波要好得多，其應(yīng)用較為廣泛。 圖 3— 8 所示是 LC 型濾波電路，它由電感濾波和電容濾波組成。脈動(dòng)電壓經(jīng)過雙重濾波，交流分量大部分被電感器阻止，即使有小部分通過電感器，再經(jīng)過電容濾波，這樣 圖 3— 6 橋式整流電容濾波電路 圖 3— 7 單相橋式整流電感濾波電路 煙臺(tái)大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 11 負(fù)載上的交流分量也很小，便可達(dá)到濾除交流成分的目的。 圖 3－ 9 所示是 LCπ型濾波電路，可看成是電容濾波和 LC 型濾波電路的組合，因此濾波效果更好，在負(fù)載上的電壓更平滑。由于 LCπ型濾波電路輸入端接有電容，在通電瞬間因電容器充電會(huì)產(chǎn)生較大的 充電電流，所以一般取 C1C2，以減小浪涌電流。 圖 3— 8 LC 型濾波電路 圖 3— 9 LCπ型濾波電路 圖 3— 10 所示是 RCπ型濾波電路。在負(fù)載電流不大的情況下，為降低成本小體積，減輕重量，選用電阻器 R 來代替電感器 L。一般 R 取幾十歐到幾百歐。當(dāng)使用一級復(fù)式濾波達(dá)不到對輸出電壓的平滑性要求時(shí)，可以增添級數(shù) 。如圖 3— 11 所示。 圖 3— 10 RCπ型濾波電路 圖 3— 11 多級 RC 濾波電路 3. 直流穩(wěn)壓電源 由分立元件組成的直流穩(wěn)壓電 路，需要外接不少元件，因而體積大，使用不便。集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。 集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是三端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。其外形圖如圖 312 所示三端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端三個(gè)接線端子。 圖 312 集成穩(wěn)壓器 煙臺(tái)大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 12 控制模塊電路分析與設(shè)計(jì) 控制模塊電路分析 一 、 二軸數(shù)控機(jī)床的控制要求 ① 步進(jìn)電機(jī)選用三四相單極，單相最大驅(qū)動(dòng)電流為 2A，最大相電壓為 12V，其脈沖當(dāng)量為 ，插補(bǔ)周期不超過 1ms； ② 主要用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的 x 向、 y 向運(yùn)動(dòng)，直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)及實(shí)現(xiàn)其它功能，同時(shí)可以用鍵盤輸入作為輔助控制； ③ 能適時(shí)顯示工作臺(tái)的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)情況； ④ 采用軟硬件進(jìn)行環(huán)形分配及鍵盤掃描。 二、控制電路中用到的主要硬件設(shè)備有： AT89C52 單片機(jī)， 8155， 74ls373,74ls138,L297,L298,8279，6264，鍵盤等 部分硬件簡介 一 、 AT89C52 單片機(jī) AT89C52 是一種帶 8k字節(jié)可重復(fù)擦寫的 flashs 閃速存儲(chǔ)器的低電壓，高性能 CMOS8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 MCS51 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。 AT89C52 圖 314 1．主要特性： 與 MCS51 兼容 16k 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 煙臺(tái)大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 13 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 三級程序存儲(chǔ)器鎖定 256*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 5 個(gè)中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 2 管腳說明： VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫 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) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “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，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(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（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下所示： RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時(shí)器 0 外部輸入） 煙臺(tái)大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 14 T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /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低位字節(jié)。在 FLASH 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)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），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：來自反向振蕩器的輸出。 3 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必 須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 4 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到 下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 二 、 8155 芯片 8155 芯片內(nèi)包含有 256 字節(jié) RAM， 2 個(gè) 8 位、 1 個(gè) 6 位的可編程并行 I/O 口，和 1個(gè) 14 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。由于 8155 既具有 RAM 又具有 I/O 口，因而是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的外圍接口芯片之一。 1 引腳說明 煙臺(tái)大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì) ） 15 8155 共 40 個(gè)引腳，采用了雙列直插的封裝，主要引腳功能如下： AD7— AD0：地址數(shù)據(jù)總線；單片