【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 F398 的輸入時(shí)信號(hào)調(diào)理電路的輸出， LF398 的輸出送往單片機(jī) A/D的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，把單片機(jī)的 I/O 口與 LF398 的控制邏輯端相連，即可通過單片機(jī)來(lái)控制 LF398 的采樣 /保持。 脈沖發(fā)生及控制器 脈沖發(fā)生及控制器主要由單片機(jī)通過電壓放大對(duì) TCA 785進(jìn)行控制組成，以下分別對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。 TCA785 德國(guó)西門子公司 TCA785移相觸發(fā)器屬單片移相觸發(fā)器，為雙列直插式 16 腳大規(guī)模集成電路，具有輸出脈沖整齊度好、移相范圍寬、輸出脈沖寬且可人為調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在變流技術(shù)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。 3個(gè) TCA785 移相觸發(fā)器及其脈沖隔離與放大電路共同構(gòu)成相全控橋主回路至 F350 ADIN1V+4V3IN8CON5OUT2調(diào)零6CH7REF*1LF398+5V5VC2至F350 24KR24K7R3調(diào)理電路輸出 21 可控硅觸發(fā)電路，每個(gè) TCA785 移相觸發(fā)器的 1 15 引腳產(chǎn)生相位互差 120 度、寬度大于 60度的脈沖，而 3個(gè) TCA785 移相觸發(fā)器的 14 或 15 引腳的脈沖互差120 度。 圖 Tca785 移相觸發(fā)器工 作原理框圖 同步電壓經(jīng)電阻由引腳 5輸入，移相范圍由引腳 11的電壓決定，脈沖寬度由引腳 12的外接電容決定，調(diào)節(jié)引腳 10鋸齒波斜率即調(diào)節(jié) 6個(gè)脈沖一致性和對(duì)稱性，引腳 10鋸齒波斜率的精確調(diào)節(jié)對(duì)觸發(fā)電路性能起至關(guān)重要作用。 圖 TCA785移相觸發(fā)器外圍接線圖 (2)TCA785移相觸發(fā)器的主要參數(shù) 22 電源電壓： +8— 18V或177。 4V～ 9V 移相電壓范圍： O． 2～ (Vcc一 2)V 輸出脈沖最大寬度： 1800 最大負(fù)載電流： 400mA 輸出脈沖高、低電平： Vcc和 0． 3V 圖 TCA785 的部分引腳的輸入輸出波形圖 以下給出了實(shí)驗(yàn)的一些波形，對(duì) TCA785 工作性能直觀的體現(xiàn)， TCA785 的移相范圍可從 0 度到 180 度，對(duì)應(yīng)整流橋輸出電壓的最大最小值。脈沖寬度電容選用 微法，脈沖寬度對(duì)應(yīng) 。，而一般晶閘管的導(dǎo)通要求為 。 圖 TCA785 移相脈沖為 128 度時(shí)波形 23 圖 TCA785 移相脈沖為 180 度時(shí)波形 圖 TCA785 移相脈沖寬度和幅值波形 實(shí)驗(yàn)表明： TCA785 移相脈沖寬度和幅值滿足晶閘管觸發(fā)要求 ,工作特性穩(wěn)定，移相范圍廣，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。 24 同相比例運(yùn)算放大電路 新華龍 C8051F350 高性能 16 位單片機(jī)自帶 2個(gè) D/A 輸出，對(duì)應(yīng)的 I/O 口味 和 ，利用同相比例運(yùn)算放大電路將單片機(jī) D/A 輸出進(jìn)行放大送到TCA785 的控制腳 11,就能對(duì) TCA785 的脈沖輸出進(jìn)行移相控制。 由于單片機(jī) D/A 輸出電壓不夠大，為了達(dá)到控制目的，設(shè)計(jì)了同相比例運(yùn)算放大電路對(duì) D/A 輸出電 壓進(jìn)行放大。 81432U1ALM358AN1KR31KR1+12GNDRf800RR21KR4V11GNDGND 圖 同相比例運(yùn)算放大電路 圖中輸入電壓來(lái)自單片機(jī)的 腳，即單片機(jī)的 DA 輸出，接入同相輸入端，但是為保證引入的是負(fù)反饋，輸出電壓通過電阻 R7 仍接到反相輸入端，同時(shí)，反相輸入端通過電阻 R 接地。為了使集成運(yùn)放反相輸入端和同相輸入端對(duì)地電阻一致， R 的電阻仍應(yīng)為 R與 R并聯(lián)的阻值。同相比例運(yùn)算放大電路中反饋的組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，利用理想運(yùn)放工作在現(xiàn)線性區(qū)時(shí)的兩個(gè)特點(diǎn)“虛短”、“虛斷”來(lái)分析其電壓放大倍數(shù)。 根據(jù)： 0?? ?? ii ，故 uRR Ruf 011??? （ 314） 而且 uuu i?? ?? （ 315） 25 由以上二式得 uuRR Rif ?? 01 1 （ 316） 則同相比例運(yùn)算放大電路的電壓放大倍數(shù)為 RRuuA fiuf 10 1 ??? （ 317） 在本設(shè)計(jì)中 R1 取 1K， Rf 取 ，所以放大倍數(shù)為 倍，經(jīng)試驗(yàn)證明滿足設(shè)計(jì)要求。 三相橋可控整流電路分析 隨著大功率電力電子器件的發(fā)展，以晶 閘管等電力電子器件構(gòu)成的勵(lì)磁系統(tǒng)得到廣泛應(yīng)用，下圖是晶閘管元件構(gòu)成的三相全控整流橋，是勵(lì)磁系統(tǒng)的主電路部分（功率單元）。 V T 1V T 4V T 3V T 6V T 5V T 2U aU bU c 圖 三相整流橋 晶閘管元件以一定次序?qū)?，為此必須依次?duì)晶閘管施加觸發(fā)脈沖，這是由移相觸發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)的。移相觸發(fā)模塊的任務(wù)是產(chǎn)生相位可調(diào)的脈沖，用來(lái)觸發(fā)整流橋中的晶閘管，使其控制角 ? 隨綜合放大環(huán)節(jié)輸出的控制電壓 U的大小而改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的目的。下 圖給出了晶閘管導(dǎo)通次序。 V T 1V T 6V T 5V T 4V T 3V T 4V T 1V T 2V T 3V T 2V T 5V T 6 圖 三相橋式整流電路的晶閘管導(dǎo)通次序 26 表 1 三相橋式全控整流電路工作是晶閘管的工作情況 回路次序 時(shí)間階段 導(dǎo)通元件 輸出電壓 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 移相觸發(fā)脈沖波形分析 根據(jù)以上分析，晶閘管元件以一定次序?qū)?，為此必須依次?duì)晶閘管施加相應(yīng)次序觸發(fā)脈沖，下圖給出了移相角 ? 為 60度的情況為例： 圖 三相橋式整流電路 600?? 的波形 ? ?= 6 0ud 1ud 2udua cua cua bua bua cub cub auc auc bua bua cuaⅠ Ⅱ Ⅲ Ⅳ ⅤⅥubucO? t? t1O? tO? tuV T1 27 得到輸出整流電壓平均值與輸入相電壓以及 移相角 ? 之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式： ?c o 2U Ud ? 即通過改變移相角 ? 的大小就可以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，最終達(dá)到調(diào)節(jié)功率因數(shù)的目的。 顯示 12864 是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器 ,它主要由行驅(qū)動(dòng)器 /列驅(qū)動(dòng)器及 12864全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示 84 個(gè) (161 6點(diǎn)陣 )漢字。 它相對(duì)于 1602 具有顯示屏幕更大，內(nèi)含強(qiáng)大的中文字庫(kù)等優(yōu)點(diǎn)，能方便通過觀察電壓，電流，有功，無(wú)功的量了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，方便的進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，防止故障的擴(kuò)大。 圖 LCD12684 液晶顯示模塊接線圖 28 表 2 LCD12864 顯示模塊管腳說(shuō)明 管腳號(hào) 管腳名稱 電平 管腳功能描述 1 VSS 0V 電源地 2 VCC +5V 電源正 3 V0 對(duì)比度（亮度）調(diào)整 4 RS(CS） H/L RS=“ H” ,表示 DB7— DB0 為顯示數(shù)據(jù) RS=“ L” ,表示 DB7— DB0 為顯示指令 5 R/W(SID) H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,數(shù)據(jù) 讀到 DB7— 0 R/W=“ L” ,E=“ H→ L” , DB7— DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR或 DR 6 E(SCLK) H/L 使能信號(hào) 7 DB0 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 8 DB1 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 9 DB2 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 10 DB3 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 11 DB4 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 12 DB5 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 13 DB6 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 14 DB7 H/L 三態(tài)數(shù)據(jù)線 15 PSB H/L H： 8或 4位并口方式， L：串口方式 16 NC 空腳 17 /RESET H/L 復(fù)位端，低電平有效（見注釋 2） 18 VOUT LCD 驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 19 A VDD 背光源正端（ +5V）（見注釋 3） 20 K VSS 背光源負(fù)端（見注釋 3） 29 調(diào)試中出現(xiàn)問題及解決方法 1）問題：調(diào)試時(shí)信號(hào)調(diào)理電路輸出通過 LF398 之后波形出現(xiàn)畸變，毛刺較大，沒有達(dá)到預(yù)期效果。 分析： LF398 工作電源 177。 3V 到 177。 15V，設(shè)計(jì)首先選用的是 177。 12V，電源相對(duì)較高，進(jìn)入 LF398 的信號(hào)是偏置為正值的正弦波信號(hào)，直流電源電壓值過大會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾，使波形發(fā)生畸變，產(chǎn)生毛刺。 解決辦法：選用 177。 5V 作為供電電源，信號(hào)輸出波形有良好的改善，且電壓不能選用太低，否則會(huì)使工作性能降低。 2）問題： LF398 外圍電路中的調(diào)零電路分為交流調(diào)零和直流調(diào)零，但是兩個(gè)調(diào)零電路都接入時(shí)，調(diào)零效果并不理想。 分析：兩個(gè)調(diào)零電路相互干擾，使信號(hào)產(chǎn)生偏移。 解決辦法：只選用直流調(diào)零電路，信號(hào)輸出波形有良好的改善，調(diào)零效果滿足要求 3）問題：?jiǎn)纹瑱C(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換出現(xiàn)亂碼。 分析：根據(jù)單片機(jī) 的使用手冊(cè)，在使用 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，需接外部參考電壓，并在單片機(jī)初始化時(shí)對(duì)相應(yīng)寄存器進(jìn)行配置。 解決辦法：用電位器從外部電源盒取 作為單片機(jī)的參考電壓， A/D轉(zhuǎn)換寄存器中亂碼消失，證明分析正確。 30 4 軟件設(shè)計(jì) 為了開發(fā)和調(diào)試方便，保證程序及其運(yùn)行的可靠性，因此程序設(shè)計(jì)中的一些原則就顯得十分重要，關(guān)鍵在于模塊化的編程方法，根據(jù)功能將程序分為不同的功能模塊。系統(tǒng)軟件的主要工作為：對(duì)采樣值進(jìn)行計(jì)算還原，控制輸出大小，并顯示運(yùn)行狀態(tài)。 程序設(shè)計(jì)目標(biāo) : ◆準(zhǔn)確采樣模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)； ◆用 LCD12864 顯示計(jì)算結(jié)果有效值 U,I,P,Q； ◆通過 C8051F350 的 DA 控制 TCA785 的控制電壓大小； ◆根據(jù)無(wú)功 Q 的大小改變 TCA785 的脈沖，進(jìn)行相應(yīng)的移相角調(diào)節(jié)。 主程序設(shè)計(jì) 取 采 樣 值 進(jìn) 行U 、 I 的 有 效 值及 P 、 Q 計(jì) 算啟 動(dòng) 定 時(shí) 器系 統(tǒng) 初 始 化D A 輸 出 減 小關(guān) 閉 定 時(shí) 器計(jì) 時(shí) 到 進(jìn) 入中 斷 子 程 序D A 輸 出 增 大采 樣 滿 足1 2 點(diǎn) ？Q 超 過 上限 ？Q 低 于 下限 ？ 否是是否 否是開 始 圖 主程序流程圖 31 信號(hào)采集傅式算法 當(dāng)采用交流采樣時(shí)，交流信號(hào)要經(jīng)過計(jì)算處理才能變成控制需要的量。在實(shí)驗(yàn)中采用交流信號(hào)的傅式算法。設(shè)周期為 2π的周期 )(xf 可以展開為傅里葉級(jí)數(shù)即 )s i nc o s(.. .. ..)s i nc o s()s i nc o s(2)(nn22110xxxxxxxfbababaa???????????????????? （ ） 其中 )()(10 xdxfa ??? ??? （ ） ,....)2,1(c os)(1 ?? ?? nx dxnxfa n ????? （ ） ,.... )2,1(s i n)(1 ?? ?? nx dxnxfb n ????? （ ） 在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中，周期函數(shù)為交流信號(hào) tTt ?2sinU ?）（ ，周期為 T，即有 2T?? 。將 tTt ?2sinU ?）（ 和 2T?? 代入（ ） （ ）。得到 00?a （ ） ,....)2,1(c os)(UT2 2T 2T ?? ?? ntdtnta n ? （ ） ,....)2,1(s i n)(UT2 2T 2T ??