【正文】 模數轉換電路如圖 10 中所示，模數轉換電路主要由 ADC0809 模數轉。利用 A/D 方法進行數據采集系統設計時，需要考慮三方面的內容：一個方面是如何針對系統的需求選擇合適的 A/D 器件，二是根據選擇的 A/D 器件設計外圍電路和單片機的接口電路，三是如何編寫控制 A/D 器件進行數據采集的單片機程序。當發(fā)光二極管 13D 就閃爍時，表明電壓過高。電阻 13R作用是限制通過二極管 13D 的電流 ,從而達到減少功耗和滿足對端口最大電流的限制。當 是高電平時，單片機程序使 電平高低交替變化，使發(fā)光二極管 12D 閃爍，從而表明已發(fā)生電流故障。 元件計算：（見圖 10）電阻 12R 作用是限制通過發(fā)光二極管 12D 的電流，從而達到減少功耗和滿足端口對最大電流的限制。系統通過對 端口置 1 或置 0，控制 端口電平的高或低。 過電流和過電壓報警電路 [12] （ 1）過電流報警電路 過電流報警電路由發(fā)光二極管 12D 和電阻限流電阻 12R 組成，起到過電流報警的作用。 （ 4）過電流保護電路元件計算與選擇 根據電路需的要， 6D 、 7D 可選擇型號為 IN4007 的二極管，在電路中起到保護比較器 LM393 的作用，防止輸入電壓壓差過大而而損壞比較器 LM393。因 LM393 為 OC 門輸出，因此必須加上拉電阻，見圖 10 中 R14，電阻取值為 /。它有兩個輸入端 (一個同相輸入端 ,一個反相輸入端 )、一個輸出端。由主電 路中的取樣電阻R3產生電流信號經過 6R 送到比較器的信號反相輸入端，與比較器的信號正相輸入端的參考信號進行比較，得到比較結果信號，由比較器的 1 腳輸出送到單片機的 位口。過電流判斷采用比較器，將輸入電流信號和參考信號進行比較，得到過流信號送到單片機的位口 ，單片機作出過流處理響應，關斷 IGBT，起到過電流保護作用 [13][14]。過電流出現的原因是系統電路或負 載不正常，因此必須保證電路中有可靠的過電流保護電路。 控制電路原理 控制電路如圖 10 所示，由過電流保護電路、過電壓和過電流報警電路、模數轉換電路、電壓采樣電路等組成。每個編程脈沖編程一個字節(jié)或一個鎖定位，寫入周期是內部自動定時，典型值為 50us。 編程方法 :對 AT89S52編程之前，需根據 Flash編程模式表和對地址、數據和控制信號設置。編程接口需要一個高電壓（ 12V）編程使能信號，并且兼容常規(guī)的第三方 Flash或 EPROM編程器。各中斷源對應的中斷服務程序首地址：外部中斷 0，其入口地址為 0003H；定時器 0中斷，中斷入口地址為 000BH；外部中斷 1，其入口地址為 0013H；定時器 1中斷，中斷入口地址為 001BH；定時器 2中斷，中斷入口地址為 002BH。它們的值一直到下一個周期被電路捕捉下來。實際上，中斷服務程序必須判定是否是 TF2 或 EXF2激活中斷，標志位也必須由 軟件清 0。定時器 2可以被寄存器 T2CON中的 TF2和 EXF2的 或 邏輯觸發(fā)。 IE還包括一個中斷允許總控制位 EA ，它能一次禁止所有中斷， 。 中斷 AT89S52 有 6個中斷源：兩個外部中斷（ 0INT 和 1INT ），三個定時中斷（定時器 0、 2）和一個串行中斷 。默認狀態(tài)下，在待機模式下， WDIDLE＝ 0， WDT繼續(xù)計數。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài) WDT不被溢 出，最好在進入掉電模式前就復位 WDT。為了防止 WDT在中斷保持低電平的時候復位器件， WDT 直到中斷拉低后才開始工作。中斷應持續(xù)拉低很長一段時間，使得晶振穩(wěn)定。通過硬件復位退出掉電模式后，用戶就應該給復位 WDTRST，就如同通常 AT89S52 復位一樣。在這種方式下，用戶不必復位 WDTRST。當 WDT 計數器溢出時，將給 RST 引腳產生一個復位脈沖輸出，這個復位脈沖持續(xù) 96個晶振周期（ TOSC），其中 TOSC=1/FOSC。由于 WDT是每一個機器周期 WDT自動增加 1，這就意味著用戶在小于 16383個機器周期內，必須將 WDT復位一次，為了復位 WDT，用戶必須向 WDTRST 寫入 01EH 和 0E1H。當 WDT激活后，用戶必須向 WDTRST寫入 01EH和 0E1H避免 WDT溢出。當 WDT溢出時，在 RST引腳上產生一個高個電平脈沖，并復位單片機。對 WDTRST實施寫操作，按先寫入 01EH，后寫入 0E1H的順序依次寫入 WDTRST， WDT便啟動，即從零開始計數，每個機器周期自動加 1。因此，高 128字節(jié)數據 RAM也可用于堆棧空間。例如，下面的間接尋址方式中， R0 內容為 0A0H，訪問的是地址 0A0H的寄存器，而不是 P2口（它的地址也是 0A0H）。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（ SFR）。也就是說高 128字節(jié)與特殊功能寄存器有相同的地址，而物理地址上是分開的。對于 89S52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內部存儲器（地址為 0000H～ 1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為： 2021H~FFFFH。一方面用戶訪問 這些單元會得到不確定的結果，另一方面這些單元將用于將來開發(fā)的單片機產品。10PF 圖 12 內部振蕩和外部振蕩電路連接圖 特殊功能寄存器 在 80HFFH地址空間， SFR并沒有完全被占有。 石英晶振 C1,C2=30PF177。這時，把外部振蕩器的信號直接連到 XTAL1端， XTAL2端懸空不用。從外部時鐘源驅動器件的話， XTAL2 可以不接 ，而從 XTAL1 接入，如圖12 所示。 晶振特性 如圖 14 所示， AT89S52 單片機有一個用于構成內部振蕩器的反相放大器， XTAL1 和 XTAL2 分別是放大器的輸入、輸出端。 第 23 頁 共 45 頁 23 （ 11） XTAL1:振蕩器反相放大器和內部時鐘發(fā)生電路的輸入端。為了能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND；為了執(zhí)行內部程序指令（ 0000H 1FFFH）， EA 應該接 VCC；如果需要可自動轉到執(zhí)行片外 程序存儲器中的指令（ 2021H FFFFH）。在訪問外部數據存儲器時， PSEN將無效。 （ 9） PSEN 外部程序存儲器選通信號（ PSEN ）是外部程序存儲器選通信號，低電平有效。否則， ALE 將被微弱拉高。如果需要，通過將地址為 8EH的 SFR的第 0位置 “ 1” ， ALE操作將無效。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。 （ 8） ALE/ PROG 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 （ 7） RST 復位輸入信號，高電平有效。若外部負載將 P3口拉為低電平，則經由內部上拉電阻向外輸出電流?？捎米鐾ㄓ?I/O口，可驅動 4個 TTL負載。在 flash編程和校驗時， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號。在訪問 16位地址外部程序存儲器和外部數據存儲器時， P2口為高 8位地址（即 PCH）。每個引腳能驅動 4個 TTL。在編程和校驗期間， P1口可以輸入低字節(jié)地址。 P1口為用戶使用的通用 I/O口，每個引腳能驅動 4個 TTL負載。在進行編程校驗時，需要外接 10KΩ的上拉電阻。在這種情況下， P0具有內部含有上拉電阻。當用做通用 I/O口時，每個引腳能驅動 8個 TTL 第 22 頁 共 45 頁 22 負載；當用作輸入時，每個端口首先置 1。掉電保護方式下，保存 RAM內容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作，直到下一次硬件復位。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。使用 Atmel公司高密度、非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)標準型 80C51單片機的指令系統和引腳完全兼容；片內的 Flash 存儲器可 第 21 頁 共 45 頁 21 在線重新編程，或使用非易失性存儲編 程器；通用的 8位 CPU與在系統可編程 Flash集成在一塊芯片上，從而使 AT89S52功能更加完善，應用更加靈活；具有較高的性能價格比，使其在控制應用系統中有著廣泛的應用前景。 AT89S52是美國 ATMEL公司生產的低功耗，高性能，采用 CMOS工藝的 8位單片機。 圖 10 控制電路電路圖 AT89S52 單片機芯片介紹 [9][10] AT89S52 單片機在設計中 起到控制斬波開關器件 IGBT 的開通與關斷的作用，通過 PFM 控制算法，實時控制電壓參數，實現穩(wěn)壓的功能；判斷電路是否過電壓、過電流，完成保護功能。單片微機系統作為自動控制裝置的核心，具有功能強、體積小、可靠性高、易開發(fā)、易于擴展、價格低廉等一系列優(yōu)點，尤以 ATMEL公司生產的 AT89S52應用比較廣泛， AT89S52具有抗干擾能力強、性價比高、可在線編程等特點。由微控制器的一個位口輸出占空比可調的脈沖信號，經三極管進行脈沖的功率放大，通過脈沖變壓器實現電氣隔離，進而控制 IGBT的開通和關斷。微控制器選用單片機，其外圍電路由時鐘信號電路、復位電路和報警電路組成?？刂齐娐穼崿F變換器的實時控制，綜合給定和反饋信號，經處理后為 開關器件提供開通、關斷信號和保護信號。由采樣要求可知電阻 3R 消耗的功率不能過大，過大就會消耗過多的功率，而過小則產生的電流信號微弱；另外根據模數轉換器的性能，只有足 夠大的采樣信號，才能使誤差最小，基于上述考慮可以讓電阻 3R 兩端的電流信號電壓為 ，由此得出電阻值為 ??? mAVR 405/ ，消耗的功率為WAV ???? ，其中 5A 為流過負載的最大電流，所以選用電阻 3R 的參數為 40mΩ /1W。其中 15 代表額定電流為 15A， 60 代表額定電壓為 600V。由于主電路最大輸入電壓為 350V，當 IGBT 導通時5D 所承受的反向電壓即為350V，為考慮留有一定裕度，取二極管 5D 的反向電壓為 VV ?? 。由于輸入阻抗與輸出阻抗的比值等于占空比的平方，即 2I /RR ?? 可以求得 VR 9801 ? ，根據式 TRC )2/53( ?? ，代入數據可以求出 1C 為 F?51 ，電容 1C 取標準值 VF 1000/47?的電解電容器。通常在設計時根據負載的情況選擇電容的值，使 TRC )2/53( ?? 。 電容 1C 的計算 電容 1C 是輸入濾波電容，以減小輸入電壓的波動。又輸出為穩(wěn)壓電壓 24V，為了留有裕量，可以選則 2C 的電壓為 VV 48224 ?? 。通常在設計時根據負載的情況選擇電容 2C 的值，使 TRC )2/53( ?? 。由 EU ??0 可得 TtEU on //0 ??? ，將 VU 240 ? ， VE 350? 代入上式有??? VVEU? ， 根 據 上 述 關 系 可 得 最 大 開 關 周 期sstT on ??? ??? ，又時間常數 TRL ?? /? ，其中負載電阻 第 19 頁 共 45 頁 19 ???? ，令 T?? 可求得 ?? ?350L ，所以可以取 ?? ?350L 。 電感 L 的計算 在 主電路中電感 L 的作用為濾波、能量轉換及減小電流變換率。綜上所述，選擇西門子公司 的 BSM25GB120DN2 型 IGBT，其中 25 代表 IGBT 的工作電流為 25A， 120 代表其 IGBT 的工作電壓為 1200V。主電路見圖 9 所示，由于主電路輸入直流電壓最高為 350V，為防止電路中偶然出現的較大的瞬時過電壓擊穿 IGBT，器件參數應留有足夠的安全裕量 ，所以選擇 IGBT 的額定電壓的值為其在電路中正常工作峰值電壓的 23 倍，即額定電壓 VVV E 7 0 03 5 02 ??? 。 經過關斷時間 oft 后，控制脈沖又使IGBT 導通，上述過程重復發(fā)生 [1][6]。在實際 第 18 頁 共 45 頁 18 工作時，當單片機產生的 PWM 脈沖使 V（ IGBT）導通后，電容 2C 開始充電，輸出電壓 0U 加到負載 R 兩端。在電壓 1000V 以上時，開關損耗只有 GTR（電力晶體管） 的 1/10，與電力 MOSFET（場效應管） 相當；相同電壓和電流定額時，安全工作區(qū)比 GTR 大，且具有耐脈沖電流沖擊能力；通態(tài)壓降比VDMOSFET 低，特別是在電流較大的區(qū)域；輸入阻抗高，輸入特性與 MOSFET 類似；IGBT 與 MOSFET 和 GTR 相比，耐壓和 通流能力還可以進一步提高，同時保持開關頻率高的特點。 IGBT 的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關斷時間也是需要折衷的參數。其中 1fit 對應 IGBT 內部的 MOSFET 的關斷過程， 這段時間 CI 下降較快 ； 對應 2fit IGBT 內部的 PNP 晶體管的關斷過程， 這段時間 CI 下降較慢。 關斷延遲時間與電流下降時間之和 為 oft 。 IGBT 的關斷 時，從驅動電壓 GEu 的脈沖下降到其幅值的 90%的時刻起，到極電極電流 CI 下降 90%的 CMI 時刻止，這段時間為 關斷延遲時間 時間 )(offdt 。 由于 CEu 下降時 IGBT 中