【正文】 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 28 AD 轉換 電路 圖 310 為 8位分 辨率 A/D 轉換芯片，其最高分辨可達 256 級，可以適應一般的模擬量轉換要求 其內部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V之間 芯片轉換時間僅為 32μS ，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤 差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強 獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便 通過 DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇 單片機對 ADC0832 的控制原理：正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、 DO、DI 但由于 DO端與 DI端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用 當 ADC0832 未工作時 其 CS 輸入端應為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意 當要進行。在其二次的取樣電阻上可獲得與二次側電流波形相同的電壓波形。 電流檢測電路 圖 是霍爾電流傳感器的檢測電路，圖 中， R1 是取樣電阻，其他部分的工作原理與轉速檢測電路類似。圖 中，電位器 RP1 用來改變前置放大器 A1的輸出電壓，經(jīng) A2 與二極管組成的絕對值放大器獲得標準模擬電壓 Ud。如果式中的 Φ 、 r、 R都能保持為常數(shù)，則 U 與 n 之間呈線性關系。 測速發(fā)電機工作時需接負載電阻，負載電阻 R的端電壓 U就是我們得到的輸出電壓。 直流測速 發(fā)電機的工作原理是基于電磁感應定律，由電磁理論可知直流測速發(fā)電機的感應電動勢 E 與轉速 n的關系： nCE ?? 式中 C —— 與發(fā)電機結構有關的常數(shù)； Φ —— 磁通。 轉速反饋值為： RnDnN f ?? ?? （數(shù)字量） 由于分辨率 nR 與轉速無關，所以轉速系數(shù) ? 值的確定與 M 法測速相同。 測速發(fā)電機 A/D 轉換器測速的檢測時間，包括 A/D 轉換器的轉換時間、微機執(zhí)行 A/D 轉換程序及轉向判別、轉速測量值運算程序等所經(jīng)歷的時間。 測速發(fā)電機 A/D 轉換器測速的精度，除決定于這兩個元件本身的精度外，還與測速機輸出電壓變換電路的誤差有關。所以，測速分辨率與轉速無關，轉速測量值的計算式為： DRn n ?? （ r/min） () 用于可逆系統(tǒng)測速時，直流測速機輸出電壓 aU 具有雙極性。 設考慮到轉速超調時的最高轉速為 maxn ， A/D 轉換器的位數(shù)為 AN ， 則測速分辨率為： 12 max?? ANn nR (r/min) () maxn 一定時， A/D 的位數(shù)越多 Rn 越小，分辨能力越強。本文采用的是 BHL 霍爾電流傳感器。 故障檢測及保護電路設計 故障檢測及保護電路采用圖 所示的電路結構，其原理如下： 保護主要有過壓保護和過流保護，采用控制電路進行能夠過壓過流保護時，存在一個過壓過流信號檢測問題。 手動 壓合 SW1 開關可使單片機復位。復位信號是高電平 有效，其有效時間應持續(xù) 24 個振蕩周期（二個機器周期）以上。 + 5 V2 2 P F2 0 0R1 S W 1R21 0 KR S TA T 8 9 C 5 1 圖 上電 復位電路 圖 RST 引腳是復位信號的輸入端。為了達到完全復位和清除的目的，在振蕩器工作條件下，要在 RST 端至少維持兩個機器周期的高電平，才可以實現(xiàn)復位。許多用戶在設計完單片機系統(tǒng)，湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 并在實驗室調試成功后，在現(xiàn)場卻出現(xiàn)了 “ 死機 ” 、 “ 程序走飛 ” 等現(xiàn)象，這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。 無論用戶使用哪種類型的單片機，總要涉及到單片機復位電路的設計。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為擺脫困境，也需按復位鍵重新啟動。 圖 內部時鐘方式的時鐘電路 圖 復位電路 復位是單片機的初始操作。電容 C C2 的取值對振蕩器頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。最常用 的內部時鐘方式是采用外部接晶振（在頻率穩(wěn)定性要求不高而希望盡可能廉價時，選擇陶瓷振蕩器）和電容組成并聯(lián)諧振回路，不論 HMOS 還是 CHMOS 型的單片機其并聯(lián)諧振回路及參數(shù)相同。單片機也可使用外部振蕩器脈沖信號，由 XTAL2 端輸入，直接接至內部時鐘電路。 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 23 89C51 單片機內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器。 89C51 片內有一個反相放大器， XTAL XTAL2 引腳分 別為該反相器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構成了一個自激振蕩器，產(chǎn)生的時鐘送至單片機內部的各個部件。但是鍵閉合一次只能進行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會連續(xù)多次進行同樣的鍵操作。第二步，行線輪流輸出低電平，從列線 PA0PA3 讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對應行線上有鍵按下。當有鍵閉合時，與閉合鍵相連的兩條 I/O 口線之間短路。一般由 16 個按鍵組成，在單片機中正好可以用一個 P口實現(xiàn) 16 個按鍵功能，這也是在單片機系統(tǒng)中最常用的形式， 4*4 矩陣鍵盤的內部電路如圖 2 所示。這種行列式鍵盤結構能有效地提高單片機系統(tǒng)中 I/O 口的利用率。在行線和列線的每個交叉點上設置一個按鍵。同時 單片機對位選通 COM 端電路控制 ，顯示對應的數(shù)碼管。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但 只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。當 EA 信號接地時 ,對ROM 的讀操作限定在外部程序存儲器 ,當 EA 接 VCC時 ,對 ROM 的讀操作從內部程序存儲器開始 ,并可延續(xù)至外部程序存儲器 .在編程時 ,該引腳可接編程電壓 ,在編程校驗時 ,該引腳可接 Vcc. 32－ 39 P0 口 漏極開路的 8 位準雙向 I/O 端口 1－ 8 P1 口 帶內部上拉電阻的 8 位標準的準雙向 I/O 口 21－ 28 P2 口 帶內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口 10－ 17 P3 口 帶內部上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口，每個引腳還有特殊功能 湖南科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 21 顯示模塊的設計 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字動態(tài)顯示驅動：數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另 外為每個數(shù)碼管的公共極 COM 增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O 線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。 VPD 是備用電源輸入端 30 ALE/PROG ALE 低字節(jié)地址鎖寸允許輸入端。采用外部時鐘電路，輸入外部時鐘脈沖 19 XTAL1 接外部晶體和微調電容另一端。且有豐富的尋址命令集。 可編程全雙工串行通道。 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器。 128 8 位內部 RAM。 寬工作電壓范圍： Vcc 可為： ～ 6V。 存儲器可循環(huán)寫入 /擦除 1000 次。其引腳圖如圖 ，各引腳 功能如表 示： P 101P 123P 112P 134P 145P 156P 167P 178R E S E T9R X D10T X D11I N T O12I N T 113T014T115WR16RD17X T A L 218X T A L 119G N D20V c c40P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732E A / V P P31P 2728A L E / P R O G30P S E N29P 2627P 2526P 2425P 2324P 2223P 2122P 2021A T 8 9C 51 圖 AT89C51 引腳 圖 它的特點可歸納為 ： 與 MCS51微控制器產(chǎn)品系列兼容。與工業(yè)標準的 80C51指令集相兼容， DIP40 封裝。 ATMEL 公司生產(chǎn)的此型號單片機是一種低功耗、高性能的 8 位 CMOS 微處理器芯片。它有 8K 字節(jié)的 ROM， 256 個字節(jié)的 RAM 以及 32個 I/O 口 。也稱為 Buck 變換器（ Buck Converter） 。 絕緣柵雙極型晶體 管 的最大集電極電流 ICM 應大于最大工作電流； IGBT的耐壓應根據(jù)反向擊穿電壓 U(BR)CEO 來估算。電動機電樞電感一般較小，不能滿足電流連續(xù)的要求，故必須在 絕緣柵雙極型晶體 管 輸出電路中串入電抗器。 大功率晶體管阻容保護電路 取電動機起制動電流為額定電流的 3 倍， 3 15 7. 5 47 2. 5mIA? ? ?， BTIJ的關斷時間為 ?? 。電阻 2R 的額定功率選為 10W，選取 RJ 系統(tǒng)金屬膜電阻。額定電流不小于 96A 的電抗器并聯(lián)。 濾波電感主要是用來限制電流脈動和短路電流上升率，按 絕緣柵雙極型晶體管 三相橋式整流電電路限制電流脈動的電感算式估算如下（取 Si=10%） 322( ) 1 05 . 82dmmd i dUUUL m Hf S I???? （ ） 考慮到整流變壓器和電動機存在一定的電感量，實際串聯(lián)電感為 5mH。 （ 3） LC 濾波器 參數(shù)計算 整流橋輸出端所并接的電容除濾除整流后的電壓紋波，并在負載變 化時保持電平平穩(wěn)。整流二極管最高反電壓為： 26 6 1 9 2 4 7 0RMU U V? ? ? ? （ ） 取兩倍裕量，則二極管耐壓應可達 940V。取變換器的效率為，則直流側的功率為 4 3 .20 .9 2 5ID PP KW?? 故直流側電流 43200 96450dddPIAU? ? ?。當 Vi 變?yōu)椤?0”時，發(fā)光二極管截止，光敏三極管截止，于是 VT1 VT2放電，給 IGBT 提供一個 2V 左右的反向偏壓，使快速可靠的截止。脈沖功率放大電路選用模塊 EX359，其電源電壓為 12V，輸入信號4~5V，輸出電壓 （對應 IGBT 導通）和 2V（對應 IGBT 關斷），工作頻率為 2~5kHz，可驅動 50A 以下的逆變器，其內部電路如圖 35 所示。 IGBT 導通時的飽和壓降比 MOSFET 低而和 GTR 接近，飽和壓降隨柵極電壓的增加而降低。 IGBT 在關斷時不需要負柵壓來減少關斷時間，但關斷時間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。實際應用中常常給出的漏極電流的下降時間 Tf 由圖中的 t(f1)和 t(f2)兩段組成，而漏極電流 的關斷時間 t(off)=td(off)+trv 十 t(f) 式中， td(off)與 trv 之和又稱為存儲時間。 IGBT 在關斷過程中，漏極電流的波形變?yōu)閮啥?。當選擇這些驅動電路時，必須基于以下的參數(shù)來進行：器件關斷偏置的要求、柵極電荷 的要求、耐固性要求和電源的情況。漏源電壓的下降時間由 tfe1 和 tfe2 組成。 td(on) 為開通延遲時間， tri 為電流上升時間。 IGBT 處于斷態(tài)時，只有很小的泄漏電流存在。 通態(tài)電流 Ids 可用下式表示： Ids=(1+Bpnp)Imos 式中 Imos —— 流過 MOSFET 的電流。盡管等效電路為達林頓結構，但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT 總電流的主要部分。 IGBT 的開關特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關系。在 IGBT 導通后的大部分漏極電流范圍內， Id 與 Ugs 呈線性關系。 IGBT 的轉移特性是指輸出漏極電流 Id 與柵源電壓 Ugs 之間的關系曲線。在截止狀態(tài)下的IGBT ，正向電壓由 J2 結承擔，反向電壓由 J1 結承擔。輸出漏極電流比受柵源電 壓 Ugs 的控制， Ugs 越高， Id 越大。 IGBT 的工作特性包括靜態(tài)和動態(tài)兩類： （ 2） 靜態(tài)特性 IGBT 的靜態(tài)特性主要有伏安特性、轉移特性和開關特性。 IGBT 模塊由于具有多種優(yōu)良的特性，使它得到了快速的發(fā)展和普及，已應用到電力電子的各方各面。在冬天特別干燥的地區(qū)，需用加濕