【正文】 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖 10 中所示，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路主要由 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)。利用 A/D 方法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮三方面的內(nèi)容：一個(gè)方面是如何針對(duì)系統(tǒng)的需求選擇合適的 A/D 器件，二是根據(jù)選擇的 A/D 器件設(shè)計(jì)外圍電路和單片機(jī)的接口電路，三是如何編寫控制 A/D 器件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的單片機(jī)程序。當(dāng)發(fā)光二極管 13D 就閃爍時(shí)，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(dá)到減少功耗和滿足對(duì)端口最大電流的限制。當(dāng) 是高電平時(shí)，單片機(jī)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(jì)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(dá)到減少功耗和滿足端口對(duì)最大電流的限制。系統(tǒng)通過對(duì) 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(bào)警電路 [12] （ 1）過電流報(bào)警電路 過電流報(bào)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(bào)警的作用。 （ 4）過電流保護(hù)電路元件計(jì)算與選擇 根據(jù)電路需的要， 6D 、 7D 可選擇型號(hào)為 IN4007 的二極管，在電路中起到保護(hù)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(gè)輸入端 (一個(gè)同相輸入端 ,一個(gè)反相輸入端 )、一個(gè)輸出端。由主電 路中的取樣電阻R3產(chǎn)生電流信號(hào)經(jīng)過 6R 送到比較器的信號(hào)反相輸入端，與比較器的信號(hào)正相輸入端的參考信號(hào)進(jìn)行比較，得到比較結(jié)果信號(hào)，由比較器的 1 腳輸出送到單片機(jī)的 位口。過電流判斷采用比較器，將輸入電流信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行比較，得到過流信號(hào)送到單片機(jī)的位口 ，單片機(jī)作出過流處理響應(yīng)，關(guān)斷 IGBT，起到過電流保護(hù)作用 [13][14]。過電流出現(xiàn)的原因是系統(tǒng)電路或負(fù) 載不正常，因此必須保證電路中有可靠的過電流保護(hù)電路。 控制電路原理 控制電路如圖 10 所示，由過電流保護(hù)電路、過電壓和過電流報(bào)警電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電壓采樣電路等組成。每個(gè)編程脈沖編程一個(gè)字節(jié)或一個(gè)鎖定位，寫入周期是內(nèi)部自動(dòng)定時(shí)，典型值為 50us。 編程方法 :對(duì) AT89S52編程之前，需根據(jù) Flash編程模式表和對(duì)地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)設(shè)置。編程接口需要一個(gè)高電壓（ 12V）編程使能信號(hào)，并且兼容常規(guī)的第三方 Flash或 EPROM編程器。各中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序首地址：外部中斷 0，其入口地址為 0003H；定時(shí)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(shí)器 1中斷，中斷入口地址為 001BH；定時(shí)器 2中斷，中斷入口地址為 002BH。它們的值一直到下一個(gè)周期被電路捕捉下來。實(shí)際上，中斷服務(wù)程序必須判定是否是 TF2 或 EXF2激活中斷，標(biāo)志位也必須由 軟件清 0。定時(shí)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(gè)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(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（ 0INT 和 1INT ），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器 0、 2）和一個(gè)串行中斷 。默認(rèn)狀態(tài)下，在待機(jī)模式下， WDIDLE＝ 0， WDT繼續(xù)計(jì)數(shù)。為了確保在離開掉電模式最初的幾個(gè)狀態(tài) WDT不被溢 出，最好在進(jìn)入掉電模式前就復(fù)位 WDT。為了防止 WDT在中斷保持低電平的時(shí)候復(fù)位器件， WDT 直到中斷拉低后才開始工作。中斷應(yīng)持續(xù)拉低很長(zhǎng)一段時(shí)間，使得晶振穩(wěn)定。通過硬件復(fù)位退出掉電模式后，用戶就應(yīng)該給復(fù)位 WDTRST，就如同通常 AT89S52 復(fù)位一樣。在這種方式下，用戶不必復(fù)位 WDTRST。當(dāng) WDT 計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，將給 RST 引腳產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖輸出，這個(gè)復(fù)位脈沖持續(xù) 96個(gè)晶振周期（ TOSC），其中 TOSC=1/FOSC。由于 WDT是每一個(gè)機(jī)器周期 WDT自動(dòng)增加 1，這就意味著用戶在小于 16383個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，必須將 WDT復(fù)位一次，為了復(fù)位 WDT，用戶必須向 WDTRST 寫入 01EH 和 0E1H。當(dāng) WDT激活后，用戶必須向 WDTRST寫入 01EH和 0E1H避免 WDT溢出。當(dāng) WDT溢出時(shí)，在 RST引腳上產(chǎn)生一個(gè)高個(gè)電平脈沖，并復(fù)位單片機(jī)。對(duì) WDTRST實(shí)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(dòng)，即從零開始計(jì)數(shù)，每個(gè)機(jī)器周期自動(dòng)加 1。因此，高 128字節(jié)數(shù)據(jù) RAM也可用于堆?？臻g。例如，下面的間接尋址方式中， R0 內(nèi)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(duì)于 89S52，如果 EA 接 VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)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(huì)得到不確定的結(jié)果，另一方面這些單元將用于將來開發(fā)的單片機(jī)產(chǎn)品。10PF 圖 12 內(nèi)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(shí)，把外部振蕩器的信號(hào)直接連到 XTAL1端， XTAL2端懸空不用。從外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)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(jī)有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)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(yè) 共 45 頁(yè) 23 （ 11） XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。為了能從 0000H 到 FFFFH的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND；為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令（ 0000H 1FFFH）， EA 應(yīng)該接 VCC；如果需要可自動(dòng)轉(zhuǎn)到執(zhí)行片外 程序存儲(chǔ)器中的指令（ 2021H FFFFH）。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， PSEN將無效。 （ 9） PSEN 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN ）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，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(shí)器或時(shí)鐘使用。 （ 8） ALE/ PROG 地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 （ 7） RST 復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。若外部負(fù)載將 P3口拉為低電平，則經(jīng)由內(nèi)部上拉電阻向外輸出電流?？捎米鐾ㄓ?I/O口，可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載。在 flash編程和校驗(yàn)時(shí)， P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。在訪問 16位地址外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2口為高 8位地址（即 PCH）。每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL。在編程和校驗(yàn)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(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL負(fù)載。在進(jìn)行編程校驗(yàn)時(shí)，需要外接 10KΩ的上拉電阻。在這種情況下， P0具有內(nèi)部含有上拉電阻。當(dāng)用做通用 I/O口時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8個(gè) TTL 第 22 頁(yè) 共 45 頁(yè) 22 負(fù)載；當(dāng)用作輸入時(shí)，每個(gè)端口首先置 1。掉電保護(hù)方式下，保存 RAM內(nèi)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(fù)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(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)型 80C51單片機(jī)的指令系統(tǒng)和引腳完全兼容；片內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器可 第 21 頁(yè) 共 45 頁(yè) 21 在線重新編程，或使用非易失性存儲(chǔ)編 程器；通用的 8位 CPU與在系統(tǒng)可編程 Flash集成在一塊芯片上，從而使 AT89S52功能更加完善，應(yīng)用更加靈活；具有較高的性能價(jià)格比，使其在控制應(yīng)用系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用前景。 AT89S52是美國(guó) ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能，采用 CMOS工藝的 8位單片機(jī)。 圖 10 控制電路電路圖 AT89S52 單片機(jī)芯片介紹 [9][10] AT89S52 單片機(jī)在設(shè)計(jì)中 起到控制斬波開關(guān)器件 IGBT 的開通與關(guān)斷的作用，通過 PFM 控制算法，實(shí)時(shí)控制電壓參數(shù)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的功能；判斷電路是否過電壓、過電流，完成保護(hù)功能。單片微機(jī)系統(tǒng)作為自動(dòng)控制裝置的核心，具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、易開發(fā)、易于擴(kuò)展、價(jià)格低廉等一系列優(yōu)點(diǎn)，尤以 ATMEL公司生產(chǎn)的 AT89S52應(yīng)用比較廣泛， AT89S52具有抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高、可在線編程等特點(diǎn)。由微控制器的一個(gè)位口輸出占空比可調(diào)的脈沖信號(hào)，經(jīng)三極管進(jìn)行脈沖的功率放大，通過脈沖變壓器實(shí)現(xiàn)電氣隔離，進(jìn)而控制 IGBT的開通和關(guān)斷。微控制器選用單片機(jī)，其外圍電路由時(shí)鐘信號(hào)電路、復(fù)位電路和報(bào)警電路組成?？刂齐娐穼?shí)現(xiàn)變換器的實(shí)時(shí)控制，綜合給定和反饋信號(hào)，經(jīng)處理后為 開關(guān)器件提供開通、關(guān)斷信號(hào)和保護(hù)信號(hào)。由采樣要求可知電阻 3R 消耗的功率不能過大，過大就會(huì)消耗過多的功率，而過小則產(chǎn)生的電流信號(hào)微弱；另外根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能，只有足 夠大的采樣信號(hào)，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(hào)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(fù)載的最大電流，所以選用電阻 3R 的參數(shù)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(dāng) IGBT 導(dǎo)通時(shí)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(jù)式 TRC )2/53( ?? ，代入數(shù)據(jù)可以求出 1C 為 F?51 ，電容 1C 取標(biāo)準(zhǔn)值 VF 1000/47?的電解電容器。通常在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)載的情況選擇電容的值，使 TRC )2/53( ?? 。 電容 1C 的計(jì)算 電容 1C 是輸入濾波電容，以減小輸入電壓的波動(dòng)。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(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)負(fù)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(jù) 上 述 關(guān) 系 可 得 最 大 開 關(guān) 周 期sstT on ??? ??? ，又時(shí)間常數(shù) TRL ?? /? ，其中負(fù)載電阻 第 19 頁(yè) 共 45 頁(yè) 19 ???? ，令 T?? 可求得 ?? ?350L ，所以可以取 ?? ?350L 。 電感 L 的計(jì)算 在 主電路中電感 L 的作用為濾波、能量轉(zhuǎn)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(xiàn)的較大的瞬時(shí)過電壓擊穿 IGBT，器件參數(shù)應(yīng)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(jīng)過關(guān)斷時(shí)間 oft 后，控制脈沖又使IGBT 導(dǎo)通，上述過程重復(fù)發(fā)生 [1][6]。在實(shí)際 第 18 頁(yè) 共 45 頁(yè) 18 工作時(shí)，當(dāng)單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM 脈沖使 V（ IGBT）導(dǎo)通后，電容 2C 開始充電，輸出電壓 0U 加到負(fù)載 R 兩端。在電壓 1000V 以上時(shí)，開關(guān)損耗只有 GTR（電力晶體管） 的 1/10，與電力 MOSFET（場(chǎng)效應(yīng)管） 相當(dāng)；相同電壓和電流定額時(shí)，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(jìn)一步提高，同時(shí)保持開關(guān)頻率高的特點(diǎn)。 IGBT 的擊穿電壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷時(shí)間也是需要折衷的參數(shù)。其中 1fit 對(duì)應(yīng) IGBT 內(nèi)部的 MOSFET 的關(guān)斷過程， 這段時(shí)間 CI 下降較快 ； 對(duì)應(yīng) 2fit IGBT 內(nèi)部的 PNP 晶體管的關(guān)斷過程， 這段時(shí)間 CI 下降較慢。 關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降時(shí)間之和 為 oft 。 IGBT 的關(guān)斷 時(shí)，從驅(qū)動(dòng)電壓 GEu 的脈沖下降到其幅值的 90%的時(shí)刻起，到極電極電流 CI 下降 90%的 CMI 時(shí)刻止，這段時(shí)間為 關(guān)斷延遲時(shí)間 時(shí)間 )(offdt 。 由于 CEu 下降時(shí) IGBT 中