【正文】 TCR TSC FC（ 可兼作諧波濾波器 ）MS CC C C 圖 23 SCV 類型 本章小結(jié) 本章主要論述系統(tǒng)方案的選擇與論證，介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。確定了工業(yè)電磁制動(dòng)器的控制方案，決定采用可編程數(shù)字器件作為主控芯片。確定了所使用晶閘管的型號(hào)。確定晶閘管的觸發(fā)方案，并分析了晶閘管的諧波公害，及其抑制方法。 第 3 章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 11 第 3章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 處理器 電路 的設(shè)計(jì) 123456781011121314151617RESET9XTAL218XTAL119VSS2032333435363738392122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VDD31VCC4080C51U2RST12Y1XTALC622pfC522pfGNDVCCC7104S2SWPB10KR12Res1VCCRSTAt89S52 單片機(jī)復(fù)位電路VCCC77104GND圖 31 處理器模塊電路原理圖 At89S52 單片機(jī)是一款 美國 ATMEL公司生產(chǎn)的基于 51 內(nèi)核的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)。其片上資源非常豐富： ⑴ 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 。 ⑵ 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 。 ⑶ 采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn) 。 ⑷ 與標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 。 ⑸ 片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存儲(chǔ)單元 。 ⑹ 具有 1000 次擦寫周期 。 ⑺ 三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 。 ⑻ 32 個(gè)可編程 I/O 口線 。 ⑼ 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 。 ⑽ 8 個(gè)中斷源 。 ⑾ 低功耗空閑和掉電模式 。 單片機(jī)復(fù)位電路 的作用是 使單片機(jī) 有效 復(fù)位，此款單片機(jī)的復(fù)位 方式燕山大學(xué)本科生畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 是高電平復(fù)位，此復(fù)位電路可以實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和按鍵 復(fù)位，當(dāng)系統(tǒng)上電時(shí)電容 C7 充電，單 片機(jī) RESET 引腳出現(xiàn)一個(gè)高電平并持續(xù)一定時(shí)間，使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)單片機(jī) RESET 引腳直接接到 VCC，實(shí)現(xiàn) 按鍵復(fù)位。 在單片機(jī)的 VCC 與 GND 上加上一個(gè)濾波電容，這樣做的原因是為了最大限度減少電源對(duì)單片機(jī)的干擾。通常情況濾波電容都是一個(gè)瓷片電容和一個(gè)電解質(zhì)電容，瓷片電容是過濾低頻雜波，電解質(zhì)電容是過濾高頻雜波。在本次電路設(shè)計(jì)中考慮到系統(tǒng)本身為低頻率電路故把電解質(zhì)電容去掉只用的貼片封裝的瓷片電容方便 PCB 板的制作。 電源電路的設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)需要提供 5V 電源為單片機(jī)、 MOC304 P52LCM12864 等 器件 供電， 為了防止供電出現(xiàn)問題，決定直接取用市電作為供電電源，變壓器 TF 將 220V 交流電轉(zhuǎn)換為 9V 交流電，通過整流橋和電容進(jìn)行整流和濾波后再經(jīng)過穩(wěn)壓芯片 ,得到穩(wěn)定的 5V 電壓。穩(wěn)壓芯片分為兩種類型，一種為線性穩(wěn)壓，其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)壓后的電源諧波少，價(jià)格低廉；缺點(diǎn)是壓差大，散熱大，能源利用率低。另一種為開關(guān)電源，其優(yōu)點(diǎn)為壓差小，損耗??；缺點(diǎn)為穩(wěn)壓后的諧波比較多，容易產(chǎn)生噪聲。綜合穩(wěn)定性的考慮，決定采用 三端 正電源穩(wěn)壓芯片 LM7805。 LM7805 是三端正電源穩(wěn)壓電路， 使用方便，電子 制作中經(jīng)常采用， 它的封裝形式為 TO220,它有固定的電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。由于內(nèi)部電流的限制，以及過熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它就能夠提供大于 的輸出電流。具有熱過載保護(hù)，短路保護(hù)，輸出晶體管安全工作區(qū)保護(hù) 等保護(hù)措施。 但當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 其原理圖如圖 32 所示， 第 1 引腳為輸入端，第 2 引腳為地，第 3 引腳為輸出端， 電容 C C4 為電解電容，容值較大 作用是濾波，利用電容的充放電效應(yīng)，使脈動(dòng)直流變成紋波不大的直流電。 C C3 為陶瓷 電容，容值較小， 作用在于旁路頻率較高的波動(dòng)電壓。 第 3 章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 13 圖 32 單片機(jī)供電電路 過零檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 圖 33 過零檢測(cè)電路 如圖 33 所示，過零檢測(cè)的原理是 220V 交流電經(jīng)過變壓器后變?yōu)?9V交流電，經(jīng)過整流橋之后變?yōu)橹绷髅}沖，當(dāng)脈沖在過零點(diǎn)時(shí)使輸出端導(dǎo)通，給單片機(jī)外部中斷送入一個(gè)脈沖。 此設(shè)計(jì)需要注意的是電阻 R5 的選取，其阻值不能太小，否則輸出的脈沖波形的幅值會(huì)比較小，無法觸發(fā)單片機(jī)的中斷。 電阻 R4 用來限制流過光電耦和器 U4 的電 流，防止 流過 光 電 耦合器U4 的電流 過大而 使光耦合器 燒毀。 變壓器 TF2 的作用 是將 220V 交流電變?yōu)?9V 交流電，目的是方便信號(hào)的提取 。整流橋的 功率 是 2W，可以流過 10A的電流 ，滿足系統(tǒng)要求。 光耦合器觸發(fā)晶閘管電路的設(shè)計(jì) 在要求觸發(fā)脈沖較寬的晶閘管控制系統(tǒng)中，常用光耦合器組成晶閘管觸發(fā)電路。 MOC3041 是雙向晶閘管輸出型的光耦合器，用于觸發(fā)雙向晶閘管且不需要另外的觸發(fā)電源，使用雙向晶閘管的工作電源作為觸發(fā)電源。 TF29V1234D2BRIDGE1IN13OUT2GNDU3 LM7805CTC2104C3104C12200uFGNDC4220uF5V~220VTF29VU4KPC357NT1234D5BRIDGE1GND100KR5Res1510R4Res1~220VVCC單片機(jī)外部中斷 0燕山大學(xué)本科生畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 如圖 34 所示， 當(dāng)單片機(jī)的 IO 口輸出低電平時(shí)， MOC3041 的輸入端有電流輸入，輸出端的雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部的雙向晶閘管 VR 導(dǎo)通；當(dāng)單片機(jī)的 IO 口輸出高電平時(shí) ， MOC3041 輸出端的雙向晶閘管關(guān)斷，外部雙向晶閘管 VR 也關(guān)斷。電阻 1R 限制流過 MOC3041 輸出端的電流不要超過 1A。 1R 的大小由下式計(jì)算 1 /ppR V I? ，式中 pV 為工作電壓的峰值， pI 為MOC3041 輸出端的最大的允許電流。當(dāng)負(fù)載為感性負(fù)載時(shí)，由于電壓上升率 dtdv 較大時(shí)，就會(huì)造成 MOC3041 的輸出晶閘管誤導(dǎo)通。因此，在MOC3041 的輸出回路中加入 2R 和 1C 組成的 RC 回路，降低電壓上升率dtdv ，使 dtdv 在允許的范圍內(nèi)。 圖 34 光耦合器觸發(fā)晶閘管電路 系統(tǒng)監(jiān)控電路及其信號(hào)部分的設(shè)計(jì) 監(jiān)控及其信號(hào)部分微處理器電路的設(shè)計(jì) 在工業(yè)產(chǎn)品中，系統(tǒng)的穩(wěn)定性尤為重要，因此需要設(shè)計(jì)系統(tǒng)監(jiān)控與信號(hào)部分，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，在故障發(fā)生后，第一時(shí)間內(nèi)做出反應(yīng)，以求最大限度的減少故障所帶來的損失。 Atmega8 單片機(jī) 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， Atmeg8 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。通過將 8 位 RISC CPU 與系統(tǒng)內(nèi)可編程的 Flash 集成在一個(gè)芯片內(nèi)使ATmega8 成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為許多嵌入式控制應(yīng)用提供了靈活而低成本的解決方案。 12P3制動(dòng)器接口V+VCCQ18550V51KR8Res1510R9Res1ANODE1CATHODE2NC3TERMINAL4SUB5TERMINAL6U5moc3041Q2 雙向可控硅GND100R10C82KR11C51RRes1第 3 章 系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì) 15 主要特點(diǎn)為： ⑴ 8K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀寫的能力， RWW)。 ⑵ 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 ⑶ 1K 字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用 I/O 口線，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 FLASH 存儲(chǔ)單元。 ⑷ 32 個(gè)通用工作寄存器三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器 。 ⑸ 三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C)。 ⑹ 10 位 6 路 (8 路為 TQFP 與 MLF 封裝 )ADC。 ⑺ 具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器 。 ⑻ 低功耗空閑和掉電模式 。 ⑼ 五種可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式 。 ⑽ 一個(gè) SPI 串行端口 。 圖 35 監(jiān)控與信號(hào)部分微處理器電路 Atmega8 的最小系統(tǒng)部分 和復(fù)位電路部分如圖 35 所示 ， Atmega8 為高電平復(fù)位方式，此復(fù)位電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了上電復(fù)位的機(jī)械式復(fù)位兩種復(fù)位模式。其原理與 At89S52 類似，因此這里就不在詳細(xì)敘述。 (RESET) PC61PD0 (RXD)2PD1 (TXD)3PD2 (INT0)4PD3 (INT1)5PD4 (XCK/T0)6VCC7GND8PB6 (XTAL1/TOSC1)9PB7 (XTAL2/TOSC2)10PD5 (T1)11PD6 (AIN0)12PD7 (AIN1)13PB0 (ICP)14PB1 (OC1A)15PB2 (SS/OC1B)16PB3 (MOSI/OC2)17PB4 (MISO)18PB5 (SCK)19AVCC20AREF21GND22(ADC0) PC023(ADC1) PC124(ADC2) PC225(ADC3) PC326(ADC4/SDA) PC427(ADC5/SCL) PC528U3ATMEGA8_DIP28MOSIMISORESETSCKCECS PWR_UPDR1CLK3DATAVCCGND12864_SI12864_SCK12Y1XTAL22pFC622pFC5channal2channal1channal3channal418B20VCCS1SWPB10KR10Res1C7104GNDRESETVCCGNDGNDAtmega8 復(fù)位電路燕山大學(xué)本科生畢 業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì) MR1VCC2GND3PFI4PFO5WDI6RST7WDO8U2MAX813LVCCGNDchannal1channal0 圖 36 單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位電路 MAX813L 是美國 MAXIM 公司生產(chǎn)的微處理器專用監(jiān)控器，具有看門狗、電壓檢測(cè)和上電復(fù)位等功能，可提高 系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。目前監(jiān)控電路在工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)和微處理器中已得到廣泛地應(yīng)用，它可以有效的防止程序的 “跑飛 ”，并自動(dòng)將系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。當(dāng)外來干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)總線、 I/O 總線或控制總線上的數(shù)字信號(hào)錯(cuò)亂時(shí)，將引發(fā)一系列的后果，特別是程序指針計(jì)數(shù)器 PC 值受干擾而改變時(shí)，將引起程序 “跑飛 ”，使系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)或其他一些不可預(yù)知的情況。 將 WDO 接到微處理器的非屏蔽中斷輸入端 NMI，當(dāng)電源電壓 Vcc 低于復(fù)位的門限電平時(shí)，無論看門狗計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值是否到， WDO 端都將被拉至低電平，產(chǎn)生非屏蔽中斷，同時(shí) RESET 信號(hào)也同時(shí)產(chǎn)生，因此，非屏蔽中斷將會(huì)被 RESET 信號(hào)所覆蓋。手動(dòng)操作 MR端允許通過手動(dòng)按鈕開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖去觸發(fā)復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生器產(chǎn)生復(fù)位信號(hào) RESET。 MR 端對(duì)TTL/CMOS 兼 容，因此，它可以由外部的邏輯電路去驅(qū)動(dòng)。在 MAX813L中，可以利用 MR 接到看門狗定時(shí)器的輸出脈沖端來產(chǎn)生復(fù)位脈沖，因此只要將 MR 和 WDO 簡單的接在一起即可。當(dāng)微處理器經(jīng)過 秒仍然沒有二次觸發(fā)看門狗輸入端 WDI，那么， WDO 就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，這個(gè)負(fù)脈沖作用于 MR 端，通過復(fù)位信號(hào)產(chǎn)生器強(qiáng)制產(chǎn)生 RESET 信號(hào)。如圖 36所示，電阻 R1 和 R2 分壓產(chǎn)生 電源門限值。當(dāng)此腳的電壓低于 時(shí)，即電源電壓低于額