【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 效應(yīng)晶體管，所需驅(qū)動(dòng)功率較小。而且MOSFET只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，不存在少數(shù)載流子的復(fù)合時(shí)間，因而開(kāi)關(guān)頻率可以很高，非常適合作控制充放電開(kāi)關(guān)。設(shè)計(jì)中采用IRF9540N P溝道MOSFET管，P溝道MOSFET的導(dǎo)通電壓Vth0，由下圖可以實(shí)現(xiàn)MOSFET的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)光耦U5導(dǎo)通時(shí)，由于Q1的G極電壓很小，G極近似接地，Vgs0，當(dāng)S極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Q1導(dǎo)通。Q2的原理類似。電路如圖3 充放電電路光耦合器件是由發(fā)光二極管（發(fā)光源）與受光源（如光敏二極管，光敏晶閘管或光敏集成電路等）封裝在一起，構(gòu)成的電—光—電轉(zhuǎn)化器件。根據(jù)受光源結(jié)構(gòu)的不同，可以將光耦合器件分為晶體管輸出的光電耦合器件和晶閘管輸出的光電耦合器件兩大類 14 32 為本次設(shè)計(jì)中所使用的晶體管光耦合器件1腳：正極 2腳：負(fù)極 3腳：發(fā)射極 4腳：集電極TLP521是可控制的光電藕合器件，光電耦合器廣泛作用在電腦終端機(jī)，可控硅系統(tǒng)設(shè)備，測(cè)量?jī)x器，影印機(jī)，自動(dòng)售票，家用電器，如風(fēng)扇，加熱器等在2極之間加正向電壓，內(nèi)部的發(fā)光二極管（LED）將會(huì)發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，4極之間導(dǎo)通。反之，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。由于單片機(jī)輸出只有5V不足于驅(qū)動(dòng)MOSFET管，因此驅(qū)動(dòng)MOSFET管的電壓從U3出接出。電路之間的信號(hào)傳輸，使之前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，減化電路設(shè)計(jì)。：入信號(hào)C1為低電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端兩管腳間的電阻很大，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”；當(dāng)C1為高電平時(shí)，光耦內(nèi)部的發(fā)光二極管發(fā)光，輸出端兩管腳間的電阻變小，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“接通”，此時(shí)從U5輸入的電壓經(jīng)光耦流向接地端，K1處的電壓接近為零，MOSEFT的Vgs0，當(dāng)S極電壓達(dá)到一定值時(shí)，Q1導(dǎo)通。 光耦開(kāi)關(guān)電路PWM（Pulse Width Modulation）控制——脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過(guò)對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來(lái)等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。 PWM控制技術(shù)在逆變電路中應(yīng)用最廣，應(yīng)用的逆變電路絕大部分是PWM型，PWM控制技術(shù)正是有賴于在逆變電路中的應(yīng)用，才確定了它在電力電子技術(shù)中的重要地位。 理論基礎(chǔ)： 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。 ?(t) ?(t) ?(t) ?(t) δ(t) 0 t t t t(a) (b) (c) (d)　形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖面積等效原理： 分別將如圖1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（RL電路）上，如圖2a所示。其輸出電流i(t)對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖2b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級(jí)數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。 i(t) i(t)cabd e(t)(a) (b) 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形用一系列等幅不等寬的脈沖來(lái)代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。 SPWM波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM波形。 μ 0 ωt μ ωt 用PWM原理圖PWM波代替正弦半波要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。 PWM電流波： 電流型逆變電路進(jìn)行PWM控制，得到的就是PWM電流波。 PWM波形可等效的各種波形： 直流斬波電路：等效直流波形 　　SPWM波：等效正弦波形，還可以等效成其他所需波形，如等效所需非正弦交流波形等，其基本原理和SPWM控制相同，也基于等效面積原理。PWM相關(guān)概念占空比：就是輸出的PWM中，高電平保持的時(shí)間 與 該P(yáng)WM的時(shí)鐘周期的時(shí)間 之比如，一個(gè)PWM的頻率是1000Hz，那么它的時(shí)鐘周期就是1ms，就是1000us，如果高電平出現(xiàn)的時(shí)間是200us，那么低電平的時(shí)間肯定是800us，那么占空比就是200：1000，也就是說(shuō)PWM的占空比就是1：5。分辨率也就是占空比最小能達(dá)到多少，如8位的PWM，理論的分辨率就是1：255(單斜率)， 16位的的PWM理論就是1：65535(單斜率)。頻率就是這樣的，如16位的PWM，它的分辨率達(dá)到了1：65535，要達(dá)到這個(gè)分辨率，T/C就必須從0計(jì)數(shù)到65535才能達(dá)到，如果計(jì)數(shù)從0計(jì)到80之后又從0開(kāi)始計(jì)到80.......，那么它的分辨率最小就是1：80了，但是，它也快了，也就是說(shuō)PWM的輸出頻率高了。雙斜率 / 單斜率假設(shè)一個(gè)PWM從0計(jì)數(shù)到80，之后又從0計(jì)數(shù)到80....... 這個(gè)就是單斜率。假設(shè)一個(gè)PWM從0計(jì)數(shù)到80，之后是從80計(jì)數(shù)到0....... 這個(gè)就是雙斜率?？梢?jiàn)，雙斜率的計(jì)數(shù)時(shí)間多了一倍，所以輸出的PWM頻率就慢了一半，但是分辨率卻是1：(80+80) ＝1：160，就是提高了一倍。假設(shè)PWM是單斜率，設(shè)定最高計(jì)數(shù)是80，我們?cè)僭O(shè)定一個(gè)比較值是10，那么T/C從0計(jì)數(shù)到10時(shí)(這時(shí)計(jì)數(shù)器還是一直往上計(jì)數(shù)，直到計(jì)數(shù)到設(shè)定值80)，單片機(jī)就會(huì)根據(jù)你的設(shè)定，控制某個(gè)IO口在這個(gè)時(shí)候是輸出1還是輸出0還是端口取反，這樣，就是PWM的最基本的原理了。本次設(shè)計(jì)中我們用PROTEUS對(duì)設(shè)計(jì)中的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805HC1PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器4軟件設(shè)計(jì)在CPU 與外設(shè)交換信息時(shí)，存在著一個(gè)快速的 CPU 與慢速的外設(shè)之間的矛盾。為解決這個(gè)問(wèn)題，發(fā)展了中斷的概念。 單片機(jī)在某一時(shí)刻只能處理一個(gè)任務(wù)，當(dāng)多個(gè)任務(wù)同時(shí)要求單片機(jī)處理時(shí)，這一要求應(yīng)該怎么實(shí)現(xiàn)呢？通過(guò)中斷可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)的資源共享。 中斷現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中也會(huì)經(jīng)常遇到，例如，你在看書——手機(jī)響了——你在書上作個(gè)記號(hào)——你接通電話和對(duì)方聊天——談話結(jié)束——從書上的記號(hào)處繼續(xù)看書。這就是一個(gè)中斷過(guò)程。通過(guò)中斷，你一個(gè)人在特定的時(shí)刻，同時(shí)完成了看書和打電話兩件事情。用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)描述，所謂的中斷就是，當(dāng) CPU 正在處理某項(xiàng)事務(wù)的時(shí)候，如果外界或者內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求 CPU 暫停正在處理工作而去處理這個(gè)緊急事件，待處理完后，再回到原來(lái)中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序，這個(gè)過(guò)程稱作中斷。 從中斷的定義我們可以看到中斷應(yīng)具備中斷源、中斷響應(yīng)、中斷返回這樣三個(gè)要素。中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后應(yīng)進(jìn)行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序。 主 程 主 中斷 中斷 序 程 中 序 中斷源 斷 中斷源 響 主 應(yīng) 主 程 程 序 序 （a） （b） 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 （a）一級(jí)中斷系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖 （b）二級(jí)嵌套中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 MCS51單片機(jī)的中斷源 MCS51單片機(jī)的中斷源共有兩類，它們分別是：外部中斷和內(nèi)部中斷。 外部中斷源： 外部中斷0（ ）： 引腳，采集到低電平或者下降沿時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求； 外部中斷1（ ）：，采集到低電平或者下降沿時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。. 內(nèi)部中斷源 ：定時(shí)器∕計(jì)數(shù)器0：定時(shí)功能時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自片內(nèi)；計(jì)數(shù)功能時(shí)。發(fā)生溢出時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求；定時(shí)器∕計(jì)數(shù)器1：定時(shí)功能時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自片內(nèi)；計(jì)數(shù)功能時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自片外 引腳。發(fā)生溢出時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。串行口：為完成串行數(shù)據(jù)傳送而設(shè)置。單片機(jī)完成接受或發(fā)送一組數(shù)據(jù)時(shí)，產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 MCS51單片機(jī)有多個(gè)中斷源，以8051為例，有5個(gè)中斷源，兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)中斷和一個(gè)串行中斷，這一節(jié)我們討論外中斷軟件編程。外中斷是由外部原因引起的中斷，有兩個(gè)中斷源。即外中斷0（INT0）和外中斷1（INT1），(INT0)(INT1）輸入。外中斷請(qǐng)求信號(hào)有兩種方式，一是電平方式，二是脈沖方式?？赏ㄟ^(guò)有關(guān)控制位的定義進(jìn)行規(guī)定。電平方式為低電平有效，只需在單片機(jī)的(INT0)和(INT1)中斷請(qǐng)求輸入端采樣到有效的低電平時(shí)，就會(huì)激活外部中斷。脈沖方式則在脈沖的后負(fù)跳沿有效，即在相鄰兩個(gè)機(jī)器周期對(duì)中斷請(qǐng)求引入端進(jìn)行采樣中，如前一次為高，后一次為低即為有效中斷請(qǐng)求。這就要求在這種中斷方式，中斷請(qǐng)求信號(hào)的脈沖寬度必須大于一個(gè)機(jī)器周期，以保證電平變化能被單片機(jī)采樣到。定時(shí)器控制寄存器 (TCON)外中斷請(qǐng)求方式的控制位在定時(shí)控制寄存器TCON（地址為88H）中的位88(IT0)和位8A(IT1)兩個(gè)位，當(dāng)IT0(IT1)=0為電平方式，IT0(IT1)=1為脈沖方式。同時(shí)在此寄存器中的位89(IE0)和位8B(IE1)為外中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，當(dāng)CPU采樣到INT0(INT1)端出現(xiàn)有效中斷請(qǐng)求時(shí)，此位由硬件置1。在中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時(shí)，再由硬件自動(dòng)清0。 定時(shí)控制寄存器定時(shí)器控制寄存器（TCON）位地址8F8E8D8C8B8A8988位符號(hào)TF1TR1TF0TR0TE1IT1IE0IT0 中斷允許控制寄存器 (IE) 中斷允許控制寄存器中斷允許控制寄存器（IE）位地址AFAEADACABAAA9A8位符號(hào)EA//ESET1EX1ET0EX0 下面我們對(duì)有關(guān)控制位作說(shuō)明：EA——中斷允許總控制位，EA=0，中斷總禁止，禁止所有中斷。EA=1，中斷總允許，總允許位打開(kāi)后，各中斷的允許或禁止由各中斷允許控制位設(shè)置決定。EX0(EX1)——外部中斷允許控制位，EX0(EX1)=0，禁止外部中斷。EX0(EX1)=1，允許外部中斷。ET0(ET1)——定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷允許控制位，ET0(ET1)=0，禁止定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷。ET0(ET1)=1，允許定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷。ES——串行中斷允許控制位，ES=0，禁止串行中斷。ES=1，允許串行中斷。中斷的允許和禁止就是中斷的開(kāi)放和關(guān)閉，中斷允許就是開(kāi)放中斷，中斷的禁止就是關(guān)閉中斷。從以上說(shuō)明我們可看出，MCS51的中斷允許是通過(guò)兩級(jí)控制的，以EA位作為總中斷控制位，以各中斷控制位為分控制位。當(dāng)總中斷位為禁止?fàn)顟B(tài)時(shí)，不管分控制位是允許或禁止整個(gè)中斷都是禁止的。只有當(dāng)EA=1（允許）時(shí)，才能由各分控制位設(shè)置各自的中斷允許與禁止。MCS51單片機(jī)復(fù)位后，IE=00H，因此中斷處于禁止?fàn)顟B(tài)。值得一提的是：?jiǎn)纹瑱C(jī)中斷響應(yīng)后不會(huì)自動(dòng)關(guān)閉中斷，因此在轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序后，應(yīng)由軟件指令禁止中斷。160