【導(dǎo)讀】陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 腿膀荿螀肅腿蒂薂羈腿蚄螈羇膈莃薁袃膇蒆袆膂膆薈蠆肈膅蝕襖羄膄莀蚇袀芃蒂袃螆芃薅蚆肄節(jié)芄袁肀芁蕆螄羆芀蕿罿袂艿蟻螂膁羋莁薅肇芇蒃螀羃莇薆薃衿莆芅蝿螅蒞莇薂膃莄薀袇聿莃螞蝕羅莂莂裊袁莁蒄蚈膀莁薆襖肆蒀蠆蚆葿莈袂袈肅蒁蚅襖肅蚃羀膃肄莃螃聿肅蒅羈羅肂薇螁袀肁蝕薄腿膀荿螀肅腿蒂薂羈腿蚄螈羇膈莃薁袃膇蒆袆膂膆薈蠆肈膅蝕襖羄膄莀蚇袀芃蒂袃螆芃薅蚆肄節(jié)芄袁肀芁蕆螄羆芀蕿罿袂艿蟻螂膁羋莁薅肇芇蒃螀羃莇薆薃衿莆芅蝿螅蒞莇薂膃莄薀袇聿莃螞蝕羅莂莂裊袁莁蒄蚈膀莁薆襖肆蒀蠆蚆葿莈袂袈肅蒁蚅襖肅蚃羀膃肄莃螃聿肅蒅羈羅肂薇螁袀肁蝕薄腿膀荿螀肅腿蒂薂羈腿蚄螈羇膈莃薁袃膇蒆袆膂膆薈蠆肈膅蝕襖羄膄莀蚇袀芃蒂袃螆芃薅蚆肄節(jié)芄袁肀芁蕆螄羆芀蕿罿袂艿蟻螂膁羋莁薅肇芇蒃螀羃莇薆薃衿莆芅蝿螅蒞莇薂膃莄薀袇聿莃螞蝕羅莂莂裊袁莁蒄蚈膀莁薆襖肆蒀蠆蚆葿莈袂袈肅蒁蚅襖肅蚃羀膃肄莃螃聿肅蒅羈羅肂薇螁袀肁蝕薄腿膀

　　

【正文】 圖 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，測量儀器，影印機(jī)，自動售票，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 發(fā)出一定波長的光，被光探測器接收而產(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)于開關(guān)斷開。由于單片機(jī)輸出只有 5V不足于驅(qū)動 MOSFET 管，因此驅(qū)動 MOSFET 管的電壓從 U3 出接出。 電路之間的信號傳輸，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)。 在本次設(shè)計(jì)中由圖 可知： 入信號 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)于開關(guān) “斷開 ”；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。 1 2 4 3 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁 共 38 頁 圖 光耦開關(guān)電路 PWM（ Pulse Width Modulation）控制 —— 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)，通過對一系 列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來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) 圖 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) e(t) a d c b 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁 共 38 頁 (a) (b) 圖 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代替一個正弦半波，正弦半波 N等分，看成 N個相連的脈沖序列，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 ω t μ ω t 圖 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 PWM的時(shí)鐘周期的時(shí)間 之比 如，一個 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 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 PWM的輸出頻率高了。 雙斜率 / 單斜率 假設(shè)一個 PWM從 0計(jì)數(shù)到 80，之后又從 0計(jì)數(shù)到 80....... 這個就是單斜率。 假設(shè)一個 PWM從 0計(jì)數(shù)到 80，之后是從 80計(jì)數(shù)到 0....... 這個就是雙斜率。 可見，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，我們再設(shè)定一個比較值是 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)就會根據(jù)你的設(shè)定，控制某個 IO口在這個時(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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁 共 38 頁 本次設(shè)計(jì)中我們用 PROTEUS 對設(shè)計(jì)中的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì) 。 Proteus 軟 件 是英國Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具軟件 （該軟件 中國 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。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(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，其處理器模型支持 805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021 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 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁 共 38 頁 4 軟件設(shè)計(jì) 在 CPU 與外設(shè)交換信息時(shí)，存在著一個快速的 CPU 與慢速的外設(shè)之間的矛盾。為解決這個問題，發(fā)展了中斷的概念。 單片機(jī)在某一時(shí)刻只能處理一個任務(wù)，當(dāng)多個任務(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？通過中斷可以實(shí)現(xiàn)多個任務(wù)的資源共享。 中斷現(xiàn)象在現(xiàn)實(shí)生活中也會經(jīng)常遇到，例如，你在看書 ——手機(jī)響了 ——你在書上作個記號 ——你接通電話和對方聊天 ——談話結(jié)束 ——從書上的記號處繼續(xù)看書。這就是一個中斷過程。通過中斷，你一個人在特定的時(shí)刻，同時(shí)完成了看書 和打電話兩件事情。用計(jì)算機(jī)語言來描述，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緊急事件，待處理完后，再回到原來中斷的地方，繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序，這個過程稱作中斷。 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)、中斷返回這樣三個要素。中斷源發(fā)出中斷請求，單片機(jī)對中斷請求進(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