【正文】 顯示的一種簡單方法，利用該方法設(shè)計的多路 LED 顯示系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、 軟件編程容易和價格低廉的特點。當(dāng) LE＝ 0 時， 4 位 BCD 碼進入鎖存器，當(dāng) LE＝ 1 時，輸入的數(shù)據(jù)被鎖存。 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 14 C2LT3BI4LE5D6A7VSS8B1VDD16a13e9d10c11b12g14f15 圖 CD4511引腳 A、 B、 C、 D —— BCD 碼輸入端。 顯示模塊 CD4511 是七段碼十六進制鎖存譯碼驅(qū)動芯片 ，易于和單片機連接， 只要將單片機輸入的值送入 CD4511,然后直接與共陰的 LED 數(shù)碼管 相連就可以了 。 通過數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 13 S S S3 三個按鍵可以設(shè)置軟啟動的啟動電壓和啟動時間， 按下 S4 鍵時后，軟啟動正式開始。 圖 開關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位 按鍵 模塊 按鍵設(shè)定部分比較簡單，因為本系統(tǒng)按鍵少，所以在設(shè)計上采用了獨立按鍵方式，程序的編制上也采用了簡單的掃描方式。上電或開關(guān)復(fù)位在上電后，由于電容 C1 的充 電 作用，使 RST 持續(xù)一段時間的高電平。只要 RST 保持高電平，則 STC12C5410AD 就可以循環(huán) 復(fù)位；當(dāng) RST 從高電平變?yōu)榈碗娖揭院螅?STC12C5410AD 單片機就從 主 程序開始執(zhí)行程序。 復(fù)位電路 模塊 單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的，在時鐘電路工作后，只要在單片機的 RST引腳上出現(xiàn) 24 個時鐘振蕩脈沖 (2 個機器周期 )以上的高電平，單片機 便可以實現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。 2 2 0 u F 1 0 47 8 0 50 . 1 u F+ 1 1 V1 0 3 1 0 4 4 7 0 u F+ 5 V~ 2 2 0 V++ 圖 線形穩(wěn)壓電路圖 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 12 圖中的 220uF 電容是整流濾波電容，對整流輸出的紋波分量進行濾波，容值越大，濾波效果越好，與它并聯(lián)的 104 電容主要是抑制高頻干擾，同時也有抑制高頻振蕩的作用。選用 TO92 封裝的 7805，其輸出值即為 +5V 電源，給單片機供電。 7805 的特性和封裝有關(guān)，TO92(類似于普通塑封三極管 )， ()， TO220(使用最廣泛 )， 7W ()散熱良好 。且考慮到線性穩(wěn)壓器可 提供較大的電流，因而采用線性穩(wěn)壓器 。如果處理不當(dāng)，開關(guān)電源本身就會變成一個干擾源。開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源相比，具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等特點，但開關(guān)電源的突出缺點是會產(chǎn)生較強的電磁干擾 (EMI)。線性穩(wěn)壓的調(diào)整管工作在放大區(qū)，輸出紋波小，但效率較低 。電源的總體設(shè)計為，采用變壓器變壓，電橋整流，電容濾波， 再接穩(wěn)壓電路。 電源 模塊 本控制系統(tǒng)由單片機及其外圍電路組成，需要 5V, 12V 兩組電源。每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到 20mA，但整個芯片最大不得超過 55mA （ 7） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 （ 8） EEPROM （ 9） 看門狗 （ 10）內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路） （ 11）時鐘源：外部高精度晶體 / 時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使 用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 / 時鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ～ 精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，應(yīng)認(rèn)為是4MHz ～ 8MHz （ 12）共 2個 16 位定時器 / 計數(shù)器，但可用 PCA 模塊再產(chǎn)生 4個定時器 (2052 系列只有兩路 PCA) （ 13）外部中斷 2 路 ,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷 ,Power Down 模式可由外部中斷喚醒 （ 14） PWM(4 路） /PCA（可編程計數(shù)器陣列 ,4 路） ,5410 系列是 4 路，可用來當(dāng) 4 路 D/A 使 用，可用來再實現(xiàn) 4個定時器，也可用來再實現(xiàn) 4個外部中斷 (上升沿中斷 / 下降沿中斷均可分別或同時支持 ) （ 15） A/D 轉(zhuǎn)換 , 10 位精度 ADC，共 8 路。STC12C5410AD 的 芯片 管腳圖如圖 所示 。 其它硬件直接選擇常用器件，如選用 TL431給 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 TLC5615提供基準(zhǔn)電壓，選擇 TL072 用來作為 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 TLC5615 輸出的電壓跟隨器。 而串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器 TLC5615 的體積小，占用單片機的口線少，為減少線路板的面積和占用單片機的口線， 我們 采用 TLC5615 串行數(shù)模轉(zhuǎn)換 器 。 TLC5615 性能價格比高，目前在國內(nèi)市場很方便購買。 方案二： TLC5615 為美國德州儀器公司 1999 年推出的產(chǎn)品，是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓值的兩倍。以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點。 通過上面比較，我們最終選用 CD4511 作為顯示器的接口芯片。 方案三： CD4511 是七段碼十六進制鎖存譯碼驅(qū)動芯片，它能將四位二進制數(shù)編碼轉(zhuǎn)換為七段 LED 顯示器的字段碼，同時具有 驅(qū)動 和 鎖存 能力。 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 8 方案二 ： MC14499 為串行輸入 BCD 碼 —— 十進制譯碼驅(qū)動器，用它來構(gòu)成單片機應(yīng)用系統(tǒng)的顯示器接口，可以大大減少 I/O 口線的占用數(shù)量。若采用 8279 管理鍵盤和顯示器，可以簡化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，充分提高 CPU 的工作效率 [11]。 下面是關(guān)于接口芯片的選型。 其中發(fā)光二極管 LED 顯示器具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長 ，價格便宜 的特點。根據(jù)本設(shè)計的要求只用四個按鍵，我們最后選擇使用獨立式按鍵。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場合，矩陣式鍵盤要節(jié)省很多I/O 口。矩陣式鍵盤適于按鍵數(shù)量較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷那個鍵被按下了 [13]。 鍵盤結(jié)構(gòu)選擇 方案一：獨立式按鍵。 4 路 PWM， 8 路高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合 。 方案三： STC12C5410AD 系列微控制器。 QG 系列包括IIC， SPI， SCI， ADC，比較器，內(nèi)部時鐘資源及背景調(diào)試模塊，不支持外置存儲器，可用匯編語言和 C 語言編程。 方案二： MC9S08QG 系列單片機 作為飛思卡爾新一代的 8 位單片機 MC9S08QG系列單片機將 HCS08 系列的所有優(yōu)點引入小封裝，少管腳的器件中，將 908Q 系列和 HCS08 內(nèi)核的優(yōu)勢結(jié)合在一起，成為小型，通用的低功耗多功能新型單片機。同時對MC68HC908LJ12 單片機進行編程的方法比較簡單，但需要利用該單片機 Flash 在線編程技術(shù)，其給開發(fā)者提供了快速的，方便的編程和開發(fā)方法，同 時，也給單片機的應(yīng)用開拓了更大的空間。 單 片 機S T C 1 2 C 5 4 1 0 A DD / A 變 換 電 路三 相 可 控 硅 移 相 觸發(fā) 系 統(tǒng)加 減 按 鍵 電 路顯 示 電 路模 擬 量 輸 出 圖 系統(tǒng)總體框圖 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 6 芯片比較 微處理器 選型 方案一： MC68HC908LJ12 單片機 MC68HC908LJ12 是 Motorola 公司最新推出的一款新型的 8 位單片機。如圖 所示 。改變可控硅的開通程度 , 由此改變電動機輸入電壓的大小 , 以達(dá)到控制電動機的啟 動特性。因此可以通過控制加在電機定子上的電壓對電機加速轉(zhuǎn)矩和啟動電流進行限制 ,以降低電機啟動時所產(chǎn)生的過高啟動電流和啟動力矩。 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 5 2 總體方案設(shè)計 軟啟動原理 軟啟動就是通常所說的降壓啟動。 本文研究的主要內(nèi)容 目前常用的可控硅觸發(fā)電路均采用模擬集成電路，由于元器件較多，通常使用阻容元件進行積分斜率調(diào)整，使得電路復(fù)雜，可靠性差，調(diào)試維護較為困難。三是水電阻方法，這種方法是在電機電源回路中串聯(lián)一個水電阻，通過調(diào)節(jié)水電阻 的大小來實現(xiàn)電機的軟啟動，這種方法用起來不太方便，可靠性也存在一定問題。 b. 電氣方法一般有三種，一是采用高壓變頻裝置，該方法由于高壓變頻裝置的價格十分昂貴，所以一般僅用在必須采用軟啟動的場合 。 由于它增加了一個實物環(huán)節(jié)，所以給改造工作帶來不便，電機需要移位。高壓軟啟動裝置在國內(nèi)幾乎為空白，僅有的幾家也是采用進 口 技術(shù)，該裝置的難關(guān)主要是由于當(dāng)前電力電子器件的耐壓還不夠高，需要使用串聯(lián)技術(shù)，而采用這種技術(shù)的裝置山于元器件性能的分散性，而導(dǎo)致裝置的可靠性極低，目前世界上主要有采用非電氣方法和電氣方法兩種。 由于高壓電機的應(yīng)用越來越多且逐漸向大型化發(fā)展，其啟動問題便是必須解決的問題而擺在我們面前，近些年也有一些其它的啟動方法出現(xiàn)，但都因有一定的缺點而未被普遍采用。 另一種方法是用高壓變頻器來做軟啟動，用變頻器來啟動電機，其啟動性能很好，但高壓變頻器價格昂貴。另外在使用一段時間后，元器件的參數(shù)還會發(fā)生變化，使 元器件的均壓性能降低，極易造成整串元器件的損壞，使這種裝置的可靠性降低，一旦元器件損壞，用戶很難修復(fù)。近幾年市場上出現(xiàn)了國外少數(shù)廠家生產(chǎn)的采用可控硅串聯(lián)技術(shù)的高壓電機軟啟動裝置。 近些年來常用的軟啟動方法 低壓電機軟啟動裝置現(xiàn)在己有很多應(yīng)用，它是通過調(diào)節(jié)正反并聯(lián)可控硅導(dǎo)通的辦法來調(diào)節(jié)電動機的端 電壓，使電動機端電壓逐漸上升，達(dá)到軟啟動的作用，它限制了電動機的啟動電流 (一般在 3 倍額定電流以下 )，減小了對電網(wǎng)的沖擊，提高了電機及機械設(shè)備的壽命，提高了生產(chǎn)效率。 b. 串聯(lián)電抗 器啟動 該 方法能滿足降低啟動電流的要求，但電機的啟動轉(zhuǎn)矩小，且為有級調(diào)整，切換時有大電流沖擊，在大容量電動機的啟動應(yīng)用中受到限制。 傳統(tǒng)的啟動方法 a. 加大電網(wǎng)容量 該 方法是為滿足大容量電動機啟動時有功功率和無功功率的要求，保證電動機啟動時對端電壓的要求，過去人們經(jīng)常采取加大自身電網(wǎng)容量的數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 3 辦法，如采用大容量的變壓器或建自備電廠，但這樣又常常致使正常運行時電網(wǎng)負(fù)荷較輕，電力變壓器處于輕載工作狀況，造成能源的浪費。值得注意的是，液態(tài)電阻軟啟動由于其性能較差、可靠性較低，目前在低壓軟啟動領(lǐng)域已被淘汰。 國內(nèi)高壓軟啟動器的生產(chǎn)廠家以前幾乎沒有 (400V 以下的低壓軟啟動器廠家很多 )，近年來由于高壓軟啟動的市場需求越來越大，己有不少廠家撿起上世紀(jì) 50 年代就在低壓軟啟動上應(yīng)用的液態(tài)電阻軟啟動移植到高壓軟啟動上來，目前國內(nèi)具有規(guī)模的只有湖北追日和大力公司。美國羅克韋爾公司的智能馬達(dá)控制器，目前也僅有額定電壓 KV，最大功率 6615 ABB 公司的 ACS 1000 高頻變頻器 (315KW～5000KW ),德國 Lenze(倫茨 )公司、美國 ROBINCON(羅賓康 )公司都生產(chǎn)以變頻技術(shù)為核心的軟啟動產(chǎn)品，產(chǎn)品均為中小容量 (8000KW 以下 )，具有啟動性能好，使用方便等優(yōu)點， 同時也存在著價格昂貴、可靠性稍差、維護復(fù)雜等缺點。高壓軟啟動技術(shù)日益受到世界各大公司重視，不斷有新產(chǎn)品推出。目前世界上許多電氣公司正在生產(chǎn)智能化軟啟動器。該項目技術(shù)先進，可以免除上述危害，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率，并且與國外同類產(chǎn)品相比，還具有性價 比高、使用數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 2 方便等顯著優(yōu)勢。在國外，雖然已有少數(shù)幾種產(chǎn)品問世，但卻大都存在可靠性低，價格高等不同方面的問題，使用效果不理想，無法改變行業(yè)現(xiàn)狀。而高壓電動機軟啟動裝置的研制卻十分滯后。并且此大電流還會產(chǎn)生巨大的啟動轉(zhuǎn)矩，給 傳動設(shè)備造成危害。 目前，國內(nèi)高壓電動機的應(yīng)用幾乎遍及冶金、鋼鐵、石油、化工、電廠、水廠、機械加工等各個行業(yè)，而高壓電動機，尤其是特大型電動機 (1 萬 KW～ 5 萬 KW)的啟動卻一直困擾著許多企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，我國擁有風(fēng)機泵類設(shè)備約 4200 萬臺，年耗電量約占全國發(fā)電量的 30%，在這些電機中，高電壓、大容量電機耗電量在 80%以上。究其原因，主要是由于設(shè)備陳舊落后，管理不善及不重視節(jié)能造成的。我國是能源生產(chǎn)大國，但就人均而言又是能源 小國。 Softstart。 because of fewer keys, we chose the independentbutton interface。 實踐證明，使用數(shù)字軟啟動的三相可控硅觸發(fā)系統(tǒng)，可大大提高電機及設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備故障率，節(jié)約維修費用，提高企業(yè)的勞動生產(chǎn)率。其中電源模塊可以為主電路提供 5V 和 12V 電壓；因為所需按鍵較少，所以我們選用了獨立式按鍵接口；數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用三線串行接口芯片 TLC5615,該芯片易與單片機連接；顯示模塊是通過譯碼驅(qū)動芯片 CD4511 輸出來驅(qū)動數(shù)碼管顯示軟啟動的時間和過程。數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計 I 數(shù)字軟啟動的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計