【文章內(nèi)容簡介】 a相交流側(cè)電壓 (t)開關(guān)函數(shù)表達(dá)式為 : (t)=(2 )/3 () 表 22 給出了不同開關(guān)模式調(diào)制時(shí)的 (t)的值。從表中可以看出，三相整流器交流側(cè)電壓在調(diào)制過程中只取值士 Vdc/3，士 Vdc， 0。 (2)網(wǎng)側(cè) a相電感 端電壓 (t) 由三相整流器交流側(cè)回路易得網(wǎng)側(cè) a 相電感端電壓 (t) (t)= (t) (t) 表 22 三相整流器不同開關(guān)模式調(diào)試時(shí)的交流測電壓 (3)網(wǎng)側(cè) a相電流 ia(t) 當(dāng)忽略整流器網(wǎng)側(cè) a相等效電阻時(shí)， a相電流 ia(t)即為 (t)=1/L* (t)dt=1/L* (4)直流側(cè)電流 (t) 當(dāng)忽略三相整流器橋路損耗時(shí)其交、直流側(cè)的功率平衡關(guān)系為 聯(lián)立式并化簡得 : 又有 ia+ib+ic=0，因此可得，在任意開關(guān)模式下， (t)復(fù)現(xiàn)了不同相的網(wǎng)側(cè)電流或其相基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計(jì) 10 反值。 (5)直流側(cè)電壓 (t) 由于 (t)波形為 PWM 波形，因而三相整流器直流側(cè)電壓必然脈動(dòng)，其分析過程與單相時(shí)完全相同，即直流側(cè)電流到直流電壓的傳遞環(huán)節(jié)為一階慣性 環(huán)節(jié)，且滿足 : 其中， (s), (s)為 (t), (t)的拉氏變換量。 可見，當(dāng)慣性時(shí)間常數(shù) RC 取值越大，其直流電壓 (t)的脈動(dòng)幅值就越小。 3 核心芯片的選擇 單片機(jī)的發(fā)展概況 近十幾年來，單片機(jī)在生產(chǎn)過程控制、自動(dòng)檢測、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低、可 靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定位、汽車火花控制、交通自動(dòng)管理和微波爐等專用控制上。近幾年來，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它已滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。 單片機(jī)并沒有超脫馮諾依曼原理下的計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)框架和工作原則，而是著眼于應(yīng)用到更廣闊的范圍 :工業(yè)控制、數(shù)字顯示、智能儀表、電子設(shè)備、汽車電控、農(nóng)機(jī)、家電乃至兒童玩具的控制。它不求規(guī)模大，只求小而全。廠家在一個(gè)芯片上制成了 CPU 和一定容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及一定數(shù)量的輸入 /輸出接口。在一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片上構(gòu)造了 完整的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，故稱之為單片機(jī)。 MCS51 系列中的一片 89C51 芯片，內(nèi)部構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。從 CPU、存儲(chǔ)器到輸入輸出端口，一應(yīng)俱全。只要寫入程序，就可完成中央控制或數(shù)據(jù)采集、處理及通信傳輸?shù)男畔⑻幚頇C(jī)， 89C51 單片機(jī)指令系統(tǒng)中為適應(yīng)控制的需要設(shè)有極強(qiáng)的位處理功能，具有加、減、乘、除指令 。CPU 時(shí)鐘高達(dá) 12MHz，完成單字節(jié)乘法或除法運(yùn)算僅需要 4Ns。具有多機(jī)通信功能，可作為多機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。 一般微處理器和有關(guān)元器件分軍用和民用兩級，民用產(chǎn)品主要用于辦公室及機(jī)房環(huán)境 ，工作溫度在 0℃ 700℃ ,軍用產(chǎn)品要求在惡劣環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，工作溫度在 65℃125℃ 。工業(yè)級產(chǎn)品的性能介于以上兩者之間，在 40℃ 85 ℃溫度環(huán)境可正常工作。工業(yè)產(chǎn)品可靠性比民用產(chǎn)品強(qiáng)，價(jià)格較軍用品低。在單片機(jī)應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，選擇工業(yè)級芯片，保證系統(tǒng)可靠性。 近年來，在國際上出現(xiàn)了 Mechanics 和 electronics 復(fù)合成的 Mechtronics 這個(gè)新詞，我國譯為“機(jī)電一體化”。這種機(jī)械和電子技術(shù)、信息技術(shù)緊密結(jié)合的新的學(xué)科領(lǐng)域是先進(jìn)制造技術(shù)研究和普及的結(jié)果。機(jī)電一體 化產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)電器控制的實(shí)時(shí)性、高可靠性、可編程和一定的人工智能。同時(shí)追求體積小、價(jià)格低，甚至低功耗等。正是針對上述種種要江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 求而設(shè)計(jì)的單片機(jī)自然成為機(jī)電一體化控制器的最佳選擇。 單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，它的產(chǎn)生與發(fā)展與微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步，也經(jīng)歷了四個(gè)階段 : 第一階段 :19711974 年， 4位微處理器 Intel 4004 及 8位微處理器 Intel 8008，這些計(jì)算機(jī)價(jià)格便宜、功能有限，只用于消耗類電子產(chǎn)品。 第二階段 :19741978 年，初級單片機(jī)階段，以 Intel 公司的 MCS48 為代表， 8位單片機(jī)。 第三階段 :19781983 年，高性能單片機(jī)階段。以 Intel 公司的 MCS51, Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8等為代表。這一階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統(tǒng)、 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，有的片內(nèi)還帶有 A/D 轉(zhuǎn)換器接口，片內(nèi) RAM, ROM 容量加大，尋址范圍可達(dá) 64K 字節(jié)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、外部設(shè)備控制、宏觀控制、局部網(wǎng)絡(luò)及家用計(jì)算機(jī)中。 第四階段 :1983 年至今， 8 位單片機(jī)鞏固發(fā)展及 16 位單片機(jī)推出階段。例如 Mostek 公司的 MK6800、 Intel 公司 的 MCS96 等。 MCS96 集成度為 12 萬只品體管 /片，尋址范圍 64K字節(jié)、 5 個(gè) 8 位并行口、一個(gè)全雙工串行口、 4 個(gè) 16 位定時(shí)器、 8 通道 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器等，另外 MCS96 指令能處理位、字節(jié)、字，有 16 位乘 16位乘法、 32 位除 16 位除法指令，一塊單片計(jì)算機(jī)的功能可以和一臺(tái)多片系統(tǒng)機(jī)相媲美。單片機(jī)己經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。 基于單片機(jī)控制的特點(diǎn) 。這里所說的長壽命，一方面指用單片機(jī)開發(fā)的產(chǎn)品可以穩(wěn)定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展， MPU更新?lián)Q代的速度約來約快?？梢灶A(yù)見，一些成功上市的相對年輕的 CPU 核心，也會(huì)隨著 I/O功能模塊的不斷豐富，有著相當(dāng)長的生存周期。新的 CPU 類型的加盟，使單片機(jī)隊(duì)伍不斷壯大，給用戶帶來了更多的選擇余地。 8 位、 16位、 32 位單片機(jī)共同發(fā)展是當(dāng)前單片機(jī)發(fā)展的另一個(gè)動(dòng)向之一。長期以來，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展是以 8 位機(jī)為主的。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭， 32 位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。以Mororola68K 為 CPU 的 32 位單片機(jī) 97年的銷售量達(dá)到了 8 千萬枚。過去認(rèn)為由于 8位單片機(jī)功能越來越強(qiáng) ， 32 位機(jī)越來越便宜，使 16 位機(jī)單片機(jī)生存空間有限，而 16位單片機(jī)的發(fā)展無論從品種和產(chǎn)量方面，近年來都有較大幅度的增長。 。 MUP 發(fā)展中表現(xiàn)出來的速度越來越快是以時(shí)鐘頻率越來越高為標(biāo)志的。而單片機(jī)則有所不同，為提高單片機(jī)抗干擾能力，降低噪音，降低時(shí)鐘頻率而不犧牲運(yùn)算速度是單片機(jī)技術(shù)發(fā)展之追求。改善單片機(jī)的內(nèi)部時(shí)序，在不提高時(shí)鐘頻率的條件下，使運(yùn)算速度提高了很多。 3. 低噪聲和高可靠性技術(shù)。在單片機(jī)應(yīng)用中，可靠性是首要因素，位了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效的方 法。今年來，單片機(jī)的生產(chǎn)廠家愛在單片機(jī)設(shè)計(jì)上采用了各種提高可靠性的新技術(shù)，這些新技術(shù)表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：首先，EFT 技術(shù)。 EFT 技術(shù)是一種抗干擾技術(shù)，它是指在振蕩電路的正弦信號(hào)受到外界干擾時(shí)，其波形上會(huì)迭加各種毛刺信號(hào)，人使用施密特電路對其整形，則毛刺會(huì)成為觸發(fā)信號(hào)干擾正常的時(shí)鐘，在交替使用施密特電路和 RC 濾波電路時(shí)，就可以消除這些毛刺另其作用失效，從而保證系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)正常工作。這樣，就提高了單片機(jī)工作的可靠性。其次，低噪聲布線技術(shù)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在傳統(tǒng)的單片機(jī)中，電源及地線是在集成電路外殼的對稱引腳上，一般是在 左上、右下或右上左下的兩塊對稱稱點(diǎn)上。這樣，就使電源噪聲穿過整塊芯片，對單片機(jī)的內(nèi)部電路造成干擾。現(xiàn)在，很多單片機(jī)都把地線和電源引腳安排在兩條相基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計(jì) 12 鄰的引腳上。這樣， 不僅降低了穿過整個(gè)芯片的電流，另外還在印制電路板上容易布置 去耦電容，從而降低系統(tǒng)的噪聲。 4. OTP 與掩膜。 OTP是一次性寫入的單片機(jī)。過去認(rèn)為一個(gè)單片機(jī)產(chǎn)品的成熟是以投產(chǎn)掩膜型單片機(jī)為標(biāo)志的。由于掩膜需要一定的生產(chǎn)周期，而 OTP 型單片機(jī)價(jià)格不斷下降，使得近年來直接使用 OTP 完成最終產(chǎn)品制造更為流行。它較之掩膜具有生產(chǎn)周期短、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)。近年來 ， OTP 型單片機(jī)需量大幅度上揚(yáng)，為適應(yīng)這種需求許多單片機(jī)都采用了在編程技術(shù)（ In Sytem Programming）。為編程的 OTP 芯片可以采用裸片 Bonding 技術(shù)或表面貼技術(shù)，先焊在印刷版上，然后通過單片機(jī)上引出的編程線、串行數(shù)據(jù)、時(shí)鐘線等對單片機(jī)編程。解決了批量寫 OTP芯片時(shí)容易出現(xiàn)的芯片寫入器接觸不好的問題，使得 OTP 的裸片得以廣泛使用，降低了產(chǎn)品的成本。編程線與 I/O 線共用，不增加單片機(jī)的額外引腳 。 MCS51 單片機(jī)特點(diǎn) 單片微型計(jì)算機(jī) (SingleChip Microputer),簡稱單片計(jì)算機(jī) .就是將 CPU,RAM,ROM,定時(shí) /計(jì)時(shí)器和多種接口集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)其主要特點(diǎn)如下 : 1片內(nèi)存儲(chǔ)容量較小 : 原因是受集成度的限制 .ROM 一般小于 8KB,RAM 一般小于 256B,但可以在外部擴(kuò)展 .通常ROM,RAM 可分別擴(kuò)展至 64KB. 2可靠性高 : 因?yàn)樾酒前垂I(yè)測控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的 ,故抗干擾的能力優(yōu)于 PC 機(jī) . 系統(tǒng)軟件 (如 :程序指令 ,常數(shù) ,表格 )固化在 ROM 中 ,不易受病毒破壞 . 許多信號(hào)的通道均在一個(gè)芯片內(nèi) ,故運(yùn)作時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠 . 3便于擴(kuò)展 : 片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必 需的部件 ,片外有很多供擴(kuò)展用的 (總線 ,并行和串行的輸入/輸出 )管腳 ,很容易組成一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) . 4控制功能強(qiáng) : 具有豐富的控制指令 :如 :條件分支轉(zhuǎn)移指令 ,I/O 口的邏輯操作指令 ,位處理指令 . 5實(shí)用性好 : 體積小 ,功耗低 ,價(jià)格便宜 ,易于產(chǎn)品化 . 以上 MCS51 系列以其優(yōu)良的性價(jià)比 ,在我國得到了廣泛的應(yīng)用 . 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 4 系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體框 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 R3C4整 流濾 波電 路鍵 盤顯 示A T 8 9 C 5 1A D C 0 8 0 9IGBTN P W M 和 驅(qū) 動(dòng) 電 路123三 相 交 流 輸 入U(xiǎn) 0H e a r d 2L 1D 1 41系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計(jì) 14 系統(tǒng)主回路電路圖 42 系統(tǒng)主回路電路圖 AC 端為輸入端，輸入一三相可控電源，經(jīng)整流濾波后變?yōu)橹Я鞣讲?。又?jīng)高頻變換器逆變后（調(diào)壓因?yàn)樗斎氲碾娫床⒉皇俏覀兯蟮妮敵鲭娫矗缓蠼?jīng)過調(diào)寬方波整流濾波輸出的為我們所要求的電源。此過程為模擬信號(hào)的變換。 DC 輸出模擬信號(hào)后 經(jīng)過ADC0809 轉(zhuǎn)換器，此時(shí)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?數(shù)字信號(hào)經(jīng)過取樣器取樣后于鍵盤輸入的基準(zhǔn)電壓通過比較器比較。此時(shí)振蕩器產(chǎn)生一方波輸入到脈寬調(diào)制（ PWM）中，此過程為 PWM 一啟動(dòng)過程。比較器輸入 PWM整流器中進(jìn)行脈寬調(diào)制。調(diào)制出來的方波基本符合我們所要求的輸出電源。此時(shí) PWM輸出的為數(shù)字信號(hào)，再接到 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后在輸入到主電路當(dāng)中。 整流濾波 高頻變換器 調(diào)寬方波 整流濾波 脈寬調(diào)制 比較器 取樣器 振蕩器 基準(zhǔn)電壓 控制電路 AC DC 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 元件的選擇 單片機(jī)的選型 AT89C51 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 AT89C2051是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 的單片機(jī)。單片機(jī)的 可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 100 次。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， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C51 單片機(jī)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。 43 芯片引腳功能 1. 主要特性： 與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 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 128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線 兩個(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 基于單片機(jī)控制 PWM 整流電源的設(shè)計(jì) 16 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。