【正文】 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um b e r R e vi s i onS i z eA4D a t e : 26 M a y 20 10 S h e e t of F i l e : D : \ P r ogr a m F i l e s \ D e s i gn E x pl o r e r 99 S E \ E x a m pl e s \ w 77 e 58 D BD r a w n B y:V C CC1C3C2C R 1V C CR11K23456789R S 1 5KI N T 1T0P 1 2P 1 1P 1 0P 2 7P 2 6P 2 5P 2 4P 2 3P 2 2P 2 1P 2 0D7D6D5D4D3D2D1D0I N T 0T1RDWRS4 K4E110R21 0 KP 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P 1 01P 1 12P 1 23T014I N T 113R E S E T9E A / V P31X119X218P 1 34T X D11R X D10I N T 012T115RD17WR16UW 77 E 58 圖 43 W77E58 外圍接線圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說 明書） 24 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um b e r R e vi s i onS i z eA4D a t e : 26 M a y 20 10 S h e e t of F i l e : D : \ P r ogr a m F i l e s \ D e s i gn E x pl o r e r 99 S E \ E x a m pl e s \ w 77 e 58 D BD r a w n B y:C51 0 3E24 . 7V C CC41 0 0 P1234567891011121314151617181920C N 22 0 P I N123456789101112131415171920C N 12 0 P I NT0P 1 2P 1 1P 1 0C H 4C H 3I N T 1D7D6D5D4D3D2D1D0G N DV C CP 2 3V C CD7D6D5D4D3D2D1D0P 2 2P 2 1P 2 0V0V C CG N DD0D1D2D3D4D5D6D7P 2 4P 2 5P 2 6P 2 7V C CV C CG N DG N D+ 1 2+ 1 2 1 2 1 2C L K1 C S2 W R3 R D4H B E N5D77D68D59D410D 3/ D 1111D 2/ D 1012D 1/ D 913D 0/ D 814 I N T24V D D27 S H D N6A G N D15D G N D28R E F26R E F A D J25C H 016C H 117C H 218C H 319C H 420C H 521C H 622C H 723U M A X 19 7C H 5C H 6C H 7 圖 44 MAX 外圍接線圖 檢測及保護(hù)電路 這一部分共有 四 個(gè)部分，分別為： 直流電源 電壓檢測； 逆變交流輸出側(cè)的 電流檢測；逆變交流輸出側(cè)的頻率檢測； 逆變交流輸出側(cè)的相位檢測 。 該 單片機(jī) 不僅處理 快速而且與 8051 兼容的微控制器，此外，在相同的吞吐量及低頻時(shí)鐘情況下，電源功耗也降低 。 圖 41 （ a） 橋式逆變主電路圖 逆變并網(wǎng) 模擬系統(tǒng) 軟 件設(shè)計(jì) 23 其中所用開關(guān)器件可以是 晶體管、 MOS 管，也可以是 IGBT，而且不論 P 型或 N型， P 溝或 N 溝。 頻率相位檢測實(shí)現(xiàn)過程：是檢測模擬并網(wǎng)側(cè)的電壓的相位和頻率，將檢測到的電壓信號送入 LM339 進(jìn)行過零比較，再通過反相器進(jìn)行整形即可得到同頻率的脈沖信號，將此脈沖信號送入主控單片機(jī)計(jì)數(shù)器 T0，通過采集和程序處理即可實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)側(cè)頻率的檢測 [17]。也即是 SPWM 波經(jīng)過延時(shí)保護(hù)電路，經(jīng)過光耦，輸入驅(qū)動(dòng)芯片 IR2110，進(jìn)而驅(qū)動(dòng) MOS 管，從而實(shí)現(xiàn)將直流逆變?yōu)楣W(wǎng)頻率的交流。如果將此 SPWM 波直接用來驅(qū)動(dòng)橋式電路，可能出現(xiàn)同一橋臂的開關(guān)元件同時(shí)導(dǎo)通，造成短路，元件損壞，故在輸出的 SPWM 波驅(qū)動(dòng)橋式電路之前先進(jìn)行上下橋 脈沖延時(shí)。該模擬信號幅值和功率很小，而且不夠平滑，經(jīng)放大電路處理之后幅值和功率得到放大而且波形更加平滑；由兩片 TL084組成的滯回比較器和積分器產(chǎn)生的三角波信號。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說 明書） 22 4 系統(tǒng)電路及程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)主要由主控制模塊， DCAC 逆變模塊， SPWM 波合成模塊，驅(qū)動(dòng)模塊， 濾波模 塊，檢測模塊組成?；魻栯娏鳈z測元件采集到的變化的電壓信號，經(jīng)由 1N4148 進(jìn)行單相半波整流，信號濾波后送入 TL084 進(jìn)行信 號的穩(wěn)定，將輸出信號送入 MAX197 經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后 進(jìn)入主控單片機(jī)，通過程序處理完成過流檢測 [20]。 通過互感變壓器連接到電網(wǎng)時(shí)，用霍爾電流檢測元件檢測電網(wǎng) 側(cè)電流的變化，以實(shí)現(xiàn)過電流檢測和保護(hù)功能。 計(jì)算出超前或滯后的時(shí)間 t，就可以通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，調(diào)節(jié)輸出正弦波的頻率 和 相位，實(shí)現(xiàn)相位跟蹤。由以下的推導(dǎo)可以看出： 1 1 1 1si n( * )mV V w t ??? （ 32） 2 2 2 2sin( * )mV V w t? （ 33） 以上為兩個(gè)不同的正弦波信號，我們假設(shè)一個(gè)為逆變輸出信號，一個(gè)是電網(wǎng)信號。 一般要計(jì)算相位差的，都是相同頻率的。所以 在檢測是否有過零脈沖的同時(shí)還需要將兩路比較信號分別送入主控單片機(jī)進(jìn)行信號比較 ，以實(shí)現(xiàn)真正的相位檢測和跟蹤。此時(shí)， 和 作為檢測模擬電網(wǎng)的正向過零點(diǎn)和反饋信號的正向過零點(diǎn)，這樣模擬電網(wǎng)和反饋信號的相位都可以測出，并且可以計(jì)算出兩路信號的相位差 ， 以模擬電網(wǎng)的相位為標(biāo)準(zhǔn)， 分 兩種情況 實(shí)現(xiàn)相位跟蹤： ， 實(shí)際相位差 與標(biāo)準(zhǔn)相位 差 進(jìn)行比較， 如果實(shí)際相位差大，調(diào)節(jié)輸出正弦波相位 ； 率 ，如果比較后發(fā)現(xiàn)，兩者的相位 差距不大， 通過主 控單片機(jī) 程序控制進(jìn)行 正弦波頻率 控制 。其中，限幅電路采用兩個(gè)二極管 1N4148，反相整形器件選擇兩個(gè) 74LS14 進(jìn)行信號整形處理。 O ? t O ? 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 20 頻率相位檢測 將檢測的信號經(jīng) LM339 正相過零比較得到方波信號， 經(jīng)過比較以后， LM339 輸出端的信號為方波信號，將該信號接入反相器反相整形 后分別接入連接單片機(jī) （ T0）端和 （ T1）端，考慮到正弦波的頻率較低，采用 “T”法測量，當(dāng) 檢測到一個(gè)上升沿跳變時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器 0，采用方式 1 計(jì)數(shù)，考慮到正弦波的周期為在 ～ 之間，方式 1 計(jì)數(shù)溢出需要 ，故無需打開計(jì)數(shù)器 0 中斷；當(dāng)下一個(gè)上升沿跳變來臨時(shí)，停止計(jì)數(shù)器 0，由于計(jì)數(shù)器每計(jì)數(shù)一次耗時(shí) 1us，將計(jì)數(shù)器 0 的寄存器TH0 和寄存器 TL0 數(shù)據(jù)取出后就可以算出頻率，公式如下： 6001 10256f TH TL???? （ 31） 當(dāng)將模擬電網(wǎng)refU和反饋信號 fU的頻率測出以后，以模擬電網(wǎng)信號的頻率為標(biāo)準(zhǔn)，通過單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理后，調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出控制的正弦波頻率，就可以實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤。 逆變并網(wǎng) 模擬系統(tǒng) 軟 件設(shè)計(jì) 19 圖 31 單極性 PWM控制方式波形 圖 32 雙極性 PWM控制方式波形 圖 33 調(diào)制波 正弦波和 載波 三角波 圖 34 合成 的 SPWM波形 從圖 33 和圖 34，可以很清楚地看出來，當(dāng)正弦波電平高于三角波時(shí)， SPWM 波形輸出高電平。 但是由于本人掌握程度不夠，所以本設(shè)計(jì)采用軟件產(chǎn)生正弦波，利用硬件產(chǎn)生三角波，二者比較得到 SPWM。 軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法。當(dāng)正弦值為最大值時(shí)，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔則最小，反之，當(dāng)正弦值較小時(shí)，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔則較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負(fù)載電流中的高 次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調(diào)制。 使其輸出的脈沖電壓的面積與所希望輸出的正弦波在相應(yīng)區(qū)間內(nèi)的面積相等 ， 通過改變調(diào)制波的頻率和幅值則可調(diào)節(jié)逆變電路輸出電壓的頻率和幅值 [15]。 SPWM 法就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ) 。 SPWM(Sinusoidal PWM)法是一種比較成熟的 ， 目前使用較廣泛的 PWM 法 。 為保證輸出的 SPWM 波準(zhǔn)確可靠，在產(chǎn)生三角波的同時(shí) 采用同頻 率和周期的方波信號，通過鎖存觸發(fā)器 4044 后可對輸出的 SPWM 波進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和封鎖信號的保護(hù)。另一路為三角波產(chǎn)生電路：滯回比較器的輸出經(jīng)過積分之后，得到三角波。 圖 215 DC/DC 電路圖 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 18 3 原 理推導(dǎo)與計(jì)算 SPWM 波產(chǎn)生原理 由主控快速單片機(jī) W77E58 通過程序?qū)崿F(xiàn)輸出 數(shù)字量正弦波信號，經(jīng)由 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 AD7528 轉(zhuǎn)換后輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬正弦波信號， AD7528 內(nèi)部集成了兩片 D/A,而且數(shù)模轉(zhuǎn)換的精度可以達(dá)到 1%以內(nèi)， 工作電壓 5V~15V 方便 使用， 輸出驅(qū)動(dòng)能力兼容 TTL 和CMOS 電平 。 該系列 DC/DC 轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)：寬電壓輸入范圍、效率高達(dá) 82%、隔離 1500VDC、短路保護(hù)（自恢復(fù)）、工作溫度范圍： 40℃ ～ +85℃ 、內(nèi)部貼片化設(shè)計(jì)、 阻燃封裝、 MTBF＞ 1000000 小時(shí) 。輸入只要在其范圍，輸出就可得到需要恒定的直流電壓。另放大器、單片機(jī)和集成驅(qū)動(dòng)芯片的電源要求也各有不同。 MAX197 的INT 腳與用戶接口中的 XINT 相連 , 作為轉(zhuǎn)換識(shí)別信號 , 當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完畢時(shí) ,MAX197的 INT 腳產(chǎn)生中斷信號 ,從而使處理器進(jìn)入 INTO 中斷處理程序進(jìn)行一路轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀入操作 [13]。選 擇 MAX197 為軟件設(shè)置低功耗工作方式 , 所以置 SHDN 腳為高電平 ,本例采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓 , 所以 REF、 REFDJ 均通過電容接地。 使 單片機(jī) 的 ～ 與 MAX197的 D0～ D7 相連。片上 MOVX SRAM，同外部 RAM 一樣只可由 MOVX 指令來訪問，但是片上 MOVX SRAM 擁有最快的訪問速度。由于這片區(qū)域 W77E58 只有 256 字節(jié)，因此僅適用于數(shù)據(jù)量較小的場合。另外 W77E58 還有標(biāo)準(zhǔn)的 256 字節(jié)暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。任何訪問地址為 0000HFFFFH 的 MOVX 指令都將訪問到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。當(dāng)?shù)刂贩秶^ 03FFH 后，系統(tǒng)將自動(dòng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。對該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問是受軟件控制的。不同于其他 8051 的衍生產(chǎn)品， W77E58 還內(nèi)建一個(gè) 1KB 字節(jié)的 MOVX SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 (9)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 W77E58 最多可以訪問 64KB 的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 (8)程序存儲(chǔ)器 W77E58 提供 32KB 大小的程序存儲(chǔ)器，這些 ROM 區(qū)與 8052 的 ROM 區(qū)功能類似，所有指令都從這些區(qū)域中取出執(zhí)行。 (7)存儲(chǔ)器組織 W77E58 將存儲(chǔ)器分為 2 個(gè)獨(dú)立的區(qū)域：程序存儲(chǔ)器區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)。對于片內(nèi) 256 字節(jié)暫存 RAM 和這些 1K 字節(jié)數(shù)據(jù) SRAM 來說，不存在數(shù)據(jù)的沖突和重疊，因?yàn)樗麄冇胁煌膶ぶ贩绞胶蛦为?dú)的訪問指令。這些片上 MOVX SRAM 用 MOVX 指令來訪問。W77E58 中還有一條 DEC DPTR 指令 （操作碼 A5H），用以提高程序的靈活性。在 W77E58