【導(dǎo)讀】電子技術(shù)的應(yīng)用已深入到工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，交通運輸，空間技術(shù)，國防現(xiàn)代化，廣泛，因此對電力電子技術(shù)的研究更為重要。近幾年越來越多電力電子應(yīng)用在國民。路的主電路和觸發(fā)電路的原理及控制電路，軟件部分由C51高級語言編程。制相應(yīng)的SCR可控硅整流為直流電給負(fù)載供電。此種控制方式其主要優(yōu)點是輸出波。形穩(wěn)定和可靠性高抗干擾強(qiáng)的特點。觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)簡單，控制靈活，溫度影響小，并將在很多的工業(yè)控制中得到很好的運用。

　　

【正文】 2 LCD1602引腳接口說明 26 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù) 據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的 。 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如 下 表 43 所示 ，其中 1 為高電平、 0為低電平 。 表 43 LCD1602控制指令 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 27 移位 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地 址 10 寫數(shù)到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。 指令 5：光標(biāo)或顯示移位 S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標(biāo)。 指令 6：功能設(shè)置命令 DL：高電平時為 4 位總線，低電平時為 8 位總線 N：低電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示 F: 低電平時顯示 5x7 的點陣字符，高電平時顯示 5x10 的點陣字符。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 指令 8： DDRAM 地址設(shè)置。 指令 9：讀忙信號和光標(biāo)地址 BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時模塊不能接收命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。 指令 10：寫數(shù)據(jù) 。 控制 及顯示 系統(tǒng) 設(shè)計 單片機(jī)控制的 觸發(fā)角和電壓顯示 部分 主要由 89C51 單片機(jī) 、 AD 轉(zhuǎn)換 、 LCD 顯示電路 部分組成，如 下 圖所示 ， 電壓經(jīng)過 AD轉(zhuǎn)換有模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入 89C51單片機(jī) ， 再由 LCD 顯示。 通過編程實現(xiàn)預(yù)定的程序流程，在相應(yīng)時間段內(nèi)輸出 相應(yīng)的觸發(fā)角和電壓 。 28 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 圖 44系統(tǒng)原理框圖 單片機(jī) I/O 口分配表 表 44 單片機(jī) I/O 分配表 端口 引腳名稱 作用 P0 顯示輸出 P2 動態(tài)控制 P3 信號 輸入 系統(tǒng)工作說明 圖 45 給出 單片機(jī)控制及顯示電路 。單片機(jī)選用 89C51。 1．硬件說明 （ 1） AD 轉(zhuǎn)換 ： 模擬電壓信號 1 輸入到 ADC0809 的 IN0 口經(jīng)過 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號輸入單片機(jī)。模擬 電壓 信號 2 經(jīng)過 電阻分壓降壓之后輸入到ADC0809 的 IN1 口經(jīng)過 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)成數(shù)字信號輸入單片機(jī) 。 （ 2） 液晶 顯示電路： 單片機(jī)的 P3 口接受 AD 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，經(jīng)過單片機(jī)處理由 P0 口輸出到 LCD 液晶顯示 。 觸發(fā)角的顯示可根據(jù)公式 a=U*180/5 模擬信號 1 AD轉(zhuǎn)換 芯片89C51 LCD顯示 模擬信號 2 降壓 29 圖 45單片機(jī)控制及顯示電 路 30 第五章 單片機(jī)軟硬件抗干擾技術(shù) 產(chǎn)生軟硬件干擾分析 在工業(yè)控制、智能儀表中都普遍采用了單片機(jī)，單片機(jī)抗干擾措施提到重要議事日程上來。單片機(jī)抗干擾措施不解決，其它工作也是白費勁。要解決單片機(jī)干擾問題，必須先找出干擾源，然后采用單片機(jī)軟硬件技術(shù)來解決。 干擾源：主要來自外部電源、內(nèi)部電源，印制板排版走線互相干擾，周圍電磁場干擾，外部干擾一般通過 IO 口輸入等 按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。 所謂傳導(dǎo)干擾是指通過導(dǎo)線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和 有用信號的頻帶不同，可以通過 在導(dǎo)線上增 加濾波器的方法切斷高頻干擾 噪聲的傳播，有時也可加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大， 要特別注意處理。 所謂輻射干擾是指通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。 影響單片機(jī)系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素主要來自系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)的干擾因素，常會導(dǎo)致單片機(jī)系統(tǒng)運行失常，輕則影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，重則會導(dǎo)致事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。 1 形成干擾的 基本要素有三個： （ 1）干擾源。指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號， 用數(shù)學(xué)語言描述如下： du/dt， di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時鐘等都可能成為干擾源。 （ 2）傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導(dǎo)線的傳導(dǎo)和空間的輻射。 （ 3）敏感器件。指容易被干擾的對象。如： A/D、 D/A 變換器，單片機(jī)，數(shù)字 IC，弱信號放大器等。 2 干擾的分類 干擾的分類有好多種，通?？梢园凑赵肼暜a(chǎn)生的原因、傳導(dǎo)方式、波形特性等等進(jìn)行不同的分類。 按產(chǎn) 生的原因分： 可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。 按傳導(dǎo)方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲。 31 按波形分：可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。 3 干擾的耦合方式 干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過一定的耦合通道才對測控系統(tǒng)產(chǎn)生作用的。因此，我們有必要看看干擾源和被干擾對象之間的傳遞方式。干擾的耦合方式，無非是通過導(dǎo)線、空間、公共線等等，細(xì)分下來，主要有以下幾種： （ 1）直接耦合： 這是最直接的方式，也是系統(tǒng)中存在最普遍的一種方式。比如干擾信號通過電源線侵入系統(tǒng)。對于這種形式，最有效的 方法就是加入去耦電路。 （ 2）公共阻抗耦合： 這也是常見的耦合方式，這種形式常常發(fā)生在兩個電路電流有共同通路的情況。為了防止這種耦合，通常在電路設(shè)計上就要考慮。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。 （ 3）電容耦合： 又稱電場耦合或靜電耦合。是由于分布電容的存在而產(chǎn)生的耦合。 （ 4）電磁感應(yīng)耦合： 又稱磁場耦合。是由于分布電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的耦合。 （ 5）漏電耦合： 這種耦合是純電阻性的，在絕緣不好時就會發(fā)生。 以 MSC51 系列的 89C51 單片機(jī)為例，給出了在軟硬件設(shè)計的不同 階段，對于不同干擾應(yīng)采取的一些措施。 單片機(jī)系統(tǒng)軟件的抗干擾 一般來講，竄入微機(jī)測控系統(tǒng)的干擾，其頻譜往往很寬，采用硬件抗干擾措施，只能抑制某個頻率段的干擾，仍有一些干擾會進(jìn)入系統(tǒng)。因此，除了采取硬件抗干擾方法外，還要采取軟件抗干擾措施。 1．多用查詢代替中斷，把中斷源減到最少，中斷信號連線不大于 米，防止誤觸發(fā)、感應(yīng)觸發(fā) 2． A/D 轉(zhuǎn)換采用數(shù)字濾波，平均法，比較平均法等，防止突發(fā)性干擾 3． MCS51 單片機(jī)空單元寫上 00H，最后放跳轉(zhuǎn)指令到 ORG 0000H，因干擾程序走飛，可能 抓回去 4．多次重復(fù)輸出，輸出信號保持在 RAM 中，防止干擾信號輸出 5．開機(jī)自檢自診斷， RAM 中重要內(nèi)容要分區(qū)存放，經(jīng)常進(jìn)行比較檢查，機(jī)器不能帶病工作 32 6．表格參數(shù)放在 EPROM 中，檢驗和存于最后單元，防止 EPROM 內(nèi)容被修改 7．加看門狗，軟件走飛可從頭開始 8．開關(guān)信號延時去抖動 9． IO 口正確操作，必須檢查口執(zhí)行命令情況防止外部故障不執(zhí)行控制命令 10．通訊應(yīng)加奇偶校驗或查詢表決比較等措施，防止通訊出錯 （一） 模擬輸入信號抗干擾 疊加在系統(tǒng)模擬輸入信號上的噪聲干擾，會導(dǎo)致較大的測量 誤差。但由于這些噪聲的隨機(jī)性，可以通過數(shù)字濾波技術(shù)剔除虛假信號，求去真值。常用方法如下： （ 1）算術(shù)平均濾波法 算術(shù)平均濾波法就是連續(xù)取 N 個值進(jìn)行采樣，然后求其平均值。該方法適應(yīng)于對一般具有隨機(jī)性干擾的信號進(jìn)行濾波。這種濾波法的特點是：N 值較大時，信號的平滑度好，但靈敏度低；當(dāng) N 值較小時，平滑度低，但靈敏度高。 （ 2）遞推平均濾波法 該方法是把 N 個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列，隊列的長度為N，每進(jìn)行一次新的測量，就把測量結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù)。計算 N 個數(shù)據(jù)的平均值。對周期性的干擾，此方法 有良好的抑制作用，平滑度高，靈敏度低。但對偶發(fā)脈沖的干擾抑制作用差。 （ 3）防脈沖干擾平均值濾波法 在脈沖干擾比較嚴(yán)重的場合，如果采用一般的平均濾波法，則干擾將會 “平均 ”到結(jié)果中去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引起的誤差。為此，在 N 個采樣數(shù)據(jù)中，取掉最大值和最小值，然后計算 N－ 2 個數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。為了加快測量速度， N 一般取值為 4。 （二） “死機(jī) ”現(xiàn)象的克服 當(dāng)干擾通過總線或其他口線作用到 CPU時，就會造成程序計數(shù)器 PC 值的改變，引起程序混亂，使系統(tǒng)失控。因此，在設(shè)計單片機(jī)系統(tǒng)時，如何發(fā)現(xiàn) CPU受 到干擾，并盡可能無擾地使系統(tǒng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)是軟件設(shè)計應(yīng)考慮的主要問題。 無論何種控制系統(tǒng)，一般講，死機(jī)現(xiàn)象都是不允許的。克服死機(jī)現(xiàn)象最有效的辦法就是采用單片機(jī)工加了硬件看門狗電路后仍然有死機(jī)現(xiàn)象，分析原因，可能有以下方面： （ 1）因為某種原因，程序混亂后，看門狗電路雖然發(fā)出了復(fù)位脈沖，但在程序剛剛正常還來不及發(fā)出一個脈沖信號，此時程序再次被干擾，而這時看門狗電路已處于穩(wěn)態(tài)，不能再發(fā)出復(fù)位脈沖。 （ 2）程序進(jìn)入死循環(huán)，在該死循環(huán)中，恰好又有看門狗監(jiān)視 I/O 口上操作的指令。而該 I/O 口仍有脈沖信號輸 出，看門狗檢測不到這種異常情況。 （ 3）在有嚴(yán)重干擾時，中斷方式控制字有時會受到破壞，導(dǎo)致中斷關(guān)閉。 33 可見，只用硬件看門狗電路是無法確保單片機(jī)正常工作的。因此，可采用以下方法作為補(bǔ)充。 指令兀余 程序跑飛之后，往往將一些操作數(shù)作為指令碼執(zhí)行，從而引起整個程序的混亂，所謂“指令冗余”，就是在一些關(guān)鍵的地方插入一些單字節(jié)的空操作數(shù)作為指令代碼執(zhí)行的錯誤，而是在連續(xù)執(zhí)行幾個空操作后，繼續(xù)執(zhí)行后面的程序，是程序恢復(fù)正常運行。通常只在一些對程序的流向其關(guān)鍵作用的指令前面插入兩條 NOP 指令，指令冗余使用過多會降 低程序執(zhí)行效果。 利用 Watchdog（看門狗）使 CPU復(fù)位 當(dāng)程序跑飛到一個臨時構(gòu)成的死循環(huán)中時，只能依靠看門狗解決?？撮T狗電路所起的作用是一旦 CPU運行出現(xiàn)故障，就強(qiáng)制對 CPU 進(jìn)行硬件復(fù)位，使整個系統(tǒng)重新處于可控狀態(tài)， CPU復(fù)位是程序跑飛后使其恢復(fù)正常運行的最簡單有效的方法。 在 Stellaris 系列 ARM 里集成有硬件的看門狗定時器模塊，看門狗定時器可配置成在第一次溢出 (timeout)時向控制器產(chǎn)生中斷，在第二次溢出時產(chǎn)生復(fù)位信號，一旦配置了看門狗定時器，就可以通過寫鎖定寄存器來防止定時器配置被意 外更改，在第一次溢出事件之后，將看門狗定時器裝載 (WDTLOAD)寄存器的值重裝入 32 位計數(shù)器，定時器從該值繼續(xù)遞減計數(shù)。如果在第一次溢出中斷青春定時器再次遞減計數(shù)到零，并且復(fù)位信號己使能，則看門狗定時器將其復(fù)位信號發(fā)送到系統(tǒng)。這樣，當(dāng)系統(tǒng)由于軟件錯誤而無法響應(yīng)或外部器件不能以期望的方式響應(yīng)時，使用看門狗定時器可重新獲得控制。 （ 三 ） 軟件陷阱法 單片機(jī)系統(tǒng)程序跑飛意味著 CPU 執(zhí)行不正確流程程序。而當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，采用冗余技術(shù)無法使程序納入正確軌道，此時可采用軟件陷阱法，攔截亂飛程序。軟件陷阱就 是用引導(dǎo)指令（如 LJMP）將撲獲到的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H，在此對程序進(jìn)行出錯處理，使其納入正軌。 ① 軟件陷阱格式 NOP NOP LJMP0000H ② 軟件陷阱安排未使用的中斷區(qū)； 未使用的大片 ROM 空間； 程序區(qū)； 中斷服務(wù)程序區(qū)。 34 （四） 系統(tǒng)復(fù)位特征 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用看門狗電路后，在一定程度上解決了系統(tǒng)死機(jī)現(xiàn)象，但是每次發(fā)生復(fù)位都使系統(tǒng)執(zhí)行初始化，這在干擾較強(qiáng)的情