第一篇：基于16位單片機的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計
基于16位單片機的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計
近來,逆變電源在各行各業(yè)的應(yīng)用日益廣泛。本文介紹了一種以16位單片機8XC196MC為內(nèi)核的逆變電源系統(tǒng)的設(shè)計。8XC196MC片內(nèi)集成了一個3相波形發(fā)生器WFG，這一外設(shè)裝置大大簡化了產(chǎn)生同步脈寬調(diào)制波形的控制軟件和外部硬件，可構(gòu)成最小單片機系統(tǒng)同時協(xié)調(diào)完成SPWM波形生成和整個系統(tǒng)的檢測、保護、智能控制、通訊等功能。
2、電源系統(tǒng)的基本原理
該電源由蓄電池輸入24V直流電，然后通過橋式逆變電路逆變成SPWM波形，經(jīng)低通濾波器得到正弦波輸出。SPWM波形由8XC196MC的3相波形發(fā)生器WFG產(chǎn)生，可輸出所需電壓和頻率的正弦波。
3、系統(tǒng)硬件設(shè)計
該逆變電源系統(tǒng)可實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)壓功能。通過A/D轉(zhuǎn)換，自動反饋調(diào)節(jié)電壓，使輸出波形穩(wěn)定。三相電壓值、頻率可用數(shù)碼管顯示，通過使用MAX232E可與PC機通訊，實現(xiàn)遠程控制與監(jiān)測。該系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。
3．1SPWM波形產(chǎn)生電路
SPWM波形是由8XC196MC的專用寄存器WFG控制下完成的。WFG的功能特點：
片內(nèi)有3個同步的PWM模塊，每個模塊包含一個相位比較寄存器、一個無信號時間（deadtime）發(fā)生器和一對可編程的輸出。WFG可產(chǎn)生獨立的3對PWM波形，但它們有共同的載波頻率、無信號時間和操作方式。一旦起動以后，WFG只要求CPU在改變PWM的占空比時加以干預(yù)。
WFG的工作原理： 1．時基發(fā)生器為SPWM建立載波周期。該周期值取決于WG-RELOAD的值； 2．相位驅(qū)動通道決定SPWM波形的占空比，可編程輸出，每個相位驅(qū)動器包含一個可編程的無信號時間發(fā)生器；
3．控制電路用來確定工作模式和其它寄存器配置信息。WFG有2種中斷：WFG中斷和EXTINT中斷。
WFG中斷是重裝載WG-COUNT時產(chǎn)生。不同的工作方式，有不同的重裝載方式，每個PWM周期，方式0在WG-COUNT=WG-RELOAD時產(chǎn)生一次WFG中斷，方式1在WG-COUNT=WG-RELOAD和WG-COUNT=1時都產(chǎn)生中斷。
EXTINT中斷由保護電路產(chǎn)生。可編程設(shè)置產(chǎn)生中斷的方式，在整個系統(tǒng)檢測過流信號，保護電力電子開關(guān)器件。
3．2驅(qū)動與保護電路
按照傳統(tǒng)的逆變器驅(qū)動電路的設(shè)計，器件的開關(guān)動作需要靠獨立的驅(qū)動電路來實現(xiàn)，并且要求驅(qū)動電路的供電電源要彼此隔離，這無疑增加了硬件電路的設(shè)計困難，降低了逆變電路的可靠性。為解決上述問題，本文選用了美國IR公司的驅(qū)動芯片IR2130。該芯片采用自舉驅(qū)動方式，懸浮溝道設(shè)計使其能驅(qū)動母線電壓小于600v的功率管，開關(guān)頻率可以從幾十赫茲到數(shù)百千赫茲。其內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運用，可使其應(yīng)用于高壓系統(tǒng)，還可以對上下橋臂器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生2微秒的互鎖信號，而且設(shè)置了欠壓保護功能，可方便的設(shè)計出過壓、過流保護。
在實際應(yīng)用中應(yīng)該注意一些問題，尤其是要嚴(yán)格設(shè)計選用自舉二極管和自舉電容。自舉二極管的恢復(fù)時間很重要，本設(shè)計采用快速恢復(fù)二極管，其耐壓值一定要大于母線峰值。自舉電容的容量由功率管的柵極驅(qū)動要求和最大開通時間決定，必須保證電容充電到足夠的電壓，而放電時其兩端電壓不低于欠壓保護動作值，一般驅(qū)動開關(guān)頻率大于5K赫茲時，電容不應(yīng)該小于0.1。電源電容容量的匹配也十分重要，其值至少是自舉電容的十倍。芯片內(nèi)部自帶過流保護功能，一旦發(fā)生過流或直通故障，能迅速關(guān)斷PWM輸出。
該器件只要合理的選擇自舉電容，電源電容，自舉二極管，驅(qū)動電路工作十分可靠。
3．3顯示與通信接口
顯示部分采用HD7279A同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管，該芯片完全由單片機控制，接口簡單，控制方式靈活。
顯示內(nèi)容：三相電壓，三相電流，頻率，各種保護狀態(tài)。與PC機通信使用MAX232E進行電平交換，該芯片產(chǎn)生TTL（單片機側(cè)）電平和RS-232（PC機側(cè)）電平。串行通信口通過MAX232E與PC機串行口相連。
系統(tǒng)軟件設(shè)計
圖2軟件結(jié)構(gòu)框圖
軟件程序設(shè)計是整個逆變電源系統(tǒng)的核心，它決定逆變電源輸出的特性，如：電壓范圍及穩(wěn)定度、諧波含量、保護功能的完善、可靠性等。軟件框圖如圖2所示。
4．1初始化
計算一個周期內(nèi)的正弦脈寬值，初始化I/O口和WFG波形發(fā)生器，設(shè)置載波周期和死區(qū)時間。
在方式0中，載波周期TC的計算公式為： Tc=(2×WG-RELOAD)/Fxtal(μs)在忽略無信號時間的情況下，占空比為： 占空比=（WG-COMPx/WG-RELOAD）×100％ 4．2頻率調(diào)節(jié)和輸出電壓調(diào)節(jié)
通過改變WG-RELOAD中的時間常數(shù)，可調(diào)節(jié)輸出頻率。通常保持同步調(diào)制關(guān)系，即頻率調(diào)制比不變，mf=常量。在頻率調(diào)節(jié)過程為保證輸出電壓不變，在改變G-RELOAD內(nèi)容的時，按比較地改變WG-COMPx中的值。
由于負載的變化，輸出電壓是不穩(wěn)定的。要達到良好的動態(tài)穩(wěn)壓特性，采用輸出電壓反饋閉環(huán)控制。采用算法為增量數(shù)字PID：
?u(k)=u(k)-u(k-1)=kp[e(k)-e(k-1)]+k1e(k)+kD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] 按PID的結(jié)果修正各開關(guān)周期的脈寬，可以達到調(diào)節(jié)電壓目的。4．3對外串行接口程序
8XC196MC單片機的串行通訊方式在實際應(yīng)用中效果非常好，其靈活性和實用性是其它獨立串口所無法比擬的。利用EPA和PTS實現(xiàn)串行通訊可完成與PC機的RS232方式的通信，進行數(shù)據(jù)的發(fā)送、上傳。
5、實驗分析
采用以上方案，制造了一臺樣機進行試驗。實驗參數(shù)為：直流24V電壓輸入，載波頻率9.6KHZ，主回路功率管IRF540，直流側(cè)電容C=470uF，變壓器的匝數(shù)比1：10，輸出濾波電感Lf=6mH，輸出濾波電容Cf=30uF。
圖3為試驗輸出波形：
圖3輸出電壓波形
6、結(jié)論 該電源設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，體積小、成本低、穩(wěn)定。試驗表明，逆變電源輸出波形好，可實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)頻，動態(tài)特性好，可靠性高。本文的創(chuàng)新點在于控制電路大為簡化并且實現(xiàn)了全數(shù)字化，其系統(tǒng)能智能控制及遠程監(jiān)測。
參考文獻: [1]程軍.intel80C196單片機應(yīng)用實踐與C語言開發(fā)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版
摘自中電網(wǎng)的供電電源要彼此隔離，這無疑增加了硬件電路的設(shè)計困難，降低了逆變電路的可靠性。為解決上述問題，本文選用了美國IR公司的驅(qū)動芯片IR2130。該芯片采用自舉驅(qū)動方式，懸浮溝道設(shè)計使其能驅(qū)動母線電壓小于600v的功率管，開關(guān)頻率可以從幾十赫茲到數(shù)百千赫茲。其內(nèi)部自舉技術(shù)的巧妙運用，可使其應(yīng)用于高壓系統(tǒng)，還可以對上下橋臂器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生2微秒的互鎖信號，而且設(shè)置了欠壓保護功能，可方便的設(shè)計出過壓、過流保護。在實際應(yīng)用中應(yīng)該注意一些問題，尤其是要嚴(yán)格設(shè)計選用自舉二極管和自舉電容。自舉二極管的恢復(fù)時間很重要，本設(shè)計采用快速恢復(fù)二極管，其耐壓值一定要大于母線峰值。自舉電容的容量由功率管的柵極驅(qū)動要求和最大開通時間決定，必須保證電容充電到足夠的電壓，而放電時其兩端電壓不低于欠壓保護動作值，一般驅(qū)動開關(guān)頻率大于5K赫茲時，電容不應(yīng)該小于0.1。電源電容容量的匹配也十分重要，其值至少是自舉電容的十倍。芯片內(nèi)部自帶過流保護功能，一旦發(fā)生過流或直通故障，能迅速關(guān)斷PWM輸出。
該器件只要合理的選擇自舉電容，電源電容，自舉二極管，驅(qū)動電路工作十分可靠。
3．3顯示與通信接口
顯示部分采用HD7279A同時驅(qū)動8位共陰極數(shù)碼管，該芯片完全由單片機控制，接口簡單，控制方式靈活。
顯示內(nèi)容：三相電壓，三相電流，頻率，各種保護狀態(tài)。
與PC機通信使用MAX232E進行電平交換，該芯片產(chǎn)生TTL（單片機側(cè)）電平和RS-232（PC機側(cè)）電平。串行通信口通過MAX232E與PC機串行口相連。
系統(tǒng)軟件設(shè)計
圖2
第二篇：基于單片機的逆變電源系統(tǒng)設(shè)計
第一章 逆變電源的數(shù)字化控制 2 1.1逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展 2 1.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù) 2 1.2.1傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的缺點 2 1.2.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的改進 2 1.3逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的現(xiàn)狀 2 1.3.1逆變電源控制技術(shù)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化 2 1.3.2逆變電源數(shù)字化需要解決的一些難題 2 1.4逆變電源數(shù)字化的各種控制策略 2 1.4.1數(shù)字PI控制 2 1.4.2滑模變結(jié)構(gòu)控制 2 1.4.3無差拍控制 2 1.4.4重復(fù)控制 2 第二章 推挽型逆變器的基礎(chǔ)知識 2 2.1 開關(guān)型逆變器 2 2.2 推挽型電路 2 2.2.1 線路結(jié)構(gòu) 2 2.2.2 工作原理 2 2.2.2推挽型逆變器的變壓器設(shè)計 2 第三章 基于單片機的控制系統(tǒng)設(shè)計 2 3.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 2 3.1.1 AT89C52單片機 2 3.1.2顯示電路 2 3.1.3 A/D轉(zhuǎn)換電路 2 3.1.4 SPWM波形電路 2 3.1.5 SA828主要特點 2 3.1.6 SA828工作原理 2 3.1.7內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理 2 3.1.8 SA828 初始化寄存器編程 2 3.1.9 SA828控制寄存器編程 2 3.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 2 3.2.1 初始化程序 2 3.2.2 主程序 2 3.2.3 SA838初始化及控制子程序 2 3.2.4 ADC0809的控制及數(shù)據(jù)處理子程序 2 3.2.5 數(shù)據(jù)處理及電壓顯示子程序 2 3.2.6 輸出頻率測試計算及顯示子程序部分 2 第四章 聯(lián)機調(diào)試及結(jié)果分析 2 4.1 聯(lián)機調(diào)試情況 2 4.2 實驗驗證及結(jié)果分析 2 4.3結(jié)論 2 參考文獻 2 第一章 逆變電源的數(shù)字化控制
1.1逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的發(fā)展 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對逆變電源提出了更高的要求，高性能的逆變電源必須滿足：高輸入功率因數(shù)，低輸出阻抗；暫態(tài)響應(yīng)快速，穩(wěn)態(tài)精度高；穩(wěn)定性高，效率高，可靠性高；電磁干擾低等。要實現(xiàn)這些功能，離不開數(shù)字化控制技術(shù)。1.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)
1.2.1傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的缺點 傳統(tǒng)的逆變電源多為模擬控制系統(tǒng)。雖然模擬控制技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但其存在很多固有的缺點：控制電路的元器件比較多，電路復(fù)雜，所占的體積較大；靈活性不夠，硬件電路設(shè)計好了，控制策略就無法改變；調(diào)試不方便，由于所采用器件特性的差異，致使電源一致性差，且模擬器件的工作點的漂移，導(dǎo)致系統(tǒng)參數(shù)的漂移。模擬方式很難實現(xiàn)逆變電源的并聯(lián)，所以逆變電源數(shù)字化控制是發(fā)展的趨勢，是現(xiàn)代逆變電源研究的一個熱點。1.2.2傳統(tǒng)逆變電源控制技術(shù)的改進
為了改善系統(tǒng)的控制性能，通過模擬、數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，將微處理器與系統(tǒng)相連，在微處理器中實現(xiàn)數(shù)字控制算法，然后通過輸入、輸出口或脈寬調(diào)制口（pulse width modulation, PWM）發(fā)出開關(guān)控制信號。微處理器還能將采集的功率變換裝置工作數(shù)據(jù)，顯示或傳送至計算機保存。一些控制中所用到的參考值可以存儲在微處理器的存儲器中，并對電路進行實時監(jiān)控。微處理器的使用在很大程度上提高了電路系統(tǒng)的性能，但由于微處理器運算速度的限制，在許多情況下，這種微處理器輔助的電路控制系統(tǒng)仍舊要用到運算放大器等模擬控制元件。近年來隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，一些專用心片的產(chǎn)生，使逆變電源的全數(shù)字控制成為現(xiàn)實。實時地讀取逆變電源的輸出，并實時地處理，使得一些先進的控制策略應(yīng)用于逆變電源控制成為可能，從而可對非線性負載動態(tài)變化時產(chǎn)生的諧波進行動態(tài)補償，將輸出諧波達到可以接受的水平。
1.3逆變電源數(shù)字化控制技術(shù)的現(xiàn)狀
1.3.1逆變電源控制技術(shù)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化
隨著電機控制專用芯片的出現(xiàn)和控制理論的普遍發(fā)展，逆變電源技術(shù)朝著全數(shù)化智能化及網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，逆變電源的數(shù)字控制技術(shù)發(fā)生了一次大飛躍。逆變電源數(shù)字化控制的優(yōu)點在于各種控制策略硬件電路基本是一致的，要實現(xiàn)各種控制策略，無需變動硬件電路，只需修改軟件即可，大大縮短了開發(fā)周期，而且可以應(yīng)用一些新型的復(fù)雜控制策略，各電源之間的一致性很好，這樣為逆變電源的進一步發(fā)展提供了基礎(chǔ)，而且易組成可靠性高的大規(guī)模逆變電源并聯(lián)運行系統(tǒng)。
1.3.2逆變電源數(shù)字化需要解決的一些難題
數(shù)字化是逆變電源發(fā)展的主要方向，但還是需要解決以下一些難題：
a)逆變電源輸出要跟蹤的是一個按正弦規(guī)律變化的給定信號，它不同于一般開關(guān)電源的常值控制。在閉環(huán)控制下，給定信號與反饋信號的時間差就體現(xiàn)為明顯的相位差，這種相位差與負載是相關(guān)的，這就給控制器的設(shè)計帶來了困難。
b)逆變電源輸出濾波器對系統(tǒng)的模型影響很大，輸入電壓的波動幅值和負載的性質(zhì)，大小的變化范圍往往比較大，這些都增加了控制對象的復(fù)雜性，使得控制對象模型的高階性、不確定性、非線性顯著增加。
c)對于數(shù)字式PWM，都存在一個開關(guān)周期的失控區(qū)間，一般是在每個開關(guān)周期的開始或上個周期之末來確定本次脈沖的寬度，即使這時系統(tǒng)發(fā)生了變化，也只能在下一個開關(guān)周期對脈沖寬度做出調(diào)整，所以現(xiàn)在逆變電源的數(shù)字化控制引起了廣泛的關(guān)注。1.4逆變電源數(shù)字化的各種控制策略
逆變電源數(shù)字控制方法成為當(dāng)今電源研究領(lǐng)域的一個熱點，與數(shù)字化相對應(yīng)，各種各樣的離散控制方法也紛紛涌現(xiàn)，包括數(shù)字比例-積分-微分（PI）調(diào)節(jié)器控制、無差拍控制、數(shù)字滑變結(jié)構(gòu)控制、模糊控制以及各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，從而有力地推動逆變電源控制技術(shù)的發(fā)展。
1.4.1數(shù)字PI控制
數(shù)字PI控制以參數(shù)簡單、易整定等特點得到了廣泛應(yīng)用。逆變器采用模擬數(shù)字PI控制時，如果只是輸出電壓的瞬時值反饋，其動態(tài)性能和非線性負載時的性能不會令人滿意；如果是輸出濾波電感或輸出濾波電容的電流瞬時值引入反饋，其性能將得到較大改進，然而，龐大的模擬控制電路使控制系統(tǒng)的可靠性下降，調(diào)試復(fù)雜，不易于整定。數(shù)字信號處理芯片的出現(xiàn)使這個問題得以迅速解決，如今各種補償措施及控制方式可以很方便地應(yīng)用于逆變電源的數(shù)字PI控制中，控制器參數(shù)修改方便，調(diào)試簡單。
但是，數(shù)字PI控制算法應(yīng)用到逆變電源的控制中，不可避免地產(chǎn)生了一些局限性：一方面是系統(tǒng)的采樣量化誤差，降低了算法的分辨率，使得PI調(diào)節(jié)器的精度變差；另一方面，采樣和計算延時使被控系統(tǒng)成為一個具有純時間滯后的系統(tǒng)，造成PI控制器設(shè)計困難，穩(wěn)定性減小，隨著高速專用芯片及高速A/D的發(fā)展，數(shù)字PI控制技術(shù)在逆變電源的控制中會有進一步的應(yīng)用。
1.4.2滑模變結(jié)構(gòu)控制
滑模變結(jié)構(gòu)控制（sliding mode variable structure control，SVSC）最顯著的特點是對參數(shù)變化和外部擾動不敏感，即魯棒性強，加上其固有的開關(guān)特性，因此非常適用于閉環(huán)反饋控制的電能變換器。
基于微處理器的離散滑?？刂剖鼓孀兤鬏敵霾ㄐ斡休^好的暫態(tài)響應(yīng)，但系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能不是很理想。具有前饋控制的離散滑模控制系統(tǒng)[1]，暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)精度得到提高，但如果系統(tǒng)過載時，滑?？刂破鞯呢摀?dān)將變得非常重。自矯正離散滑?？刂瓶梢越鉀Q這個問題。
逆變器的控制器由參數(shù)自適應(yīng)的線性前饋控制器和非線性滑?？刂破鹘M成，滑?？刂破鲀H在負載導(dǎo)致輸出電壓變化時產(chǎn)生控制力，穩(wěn)態(tài)的控制力主要由前饋控制器提供，滑?？刂破鞯那袚Q面（超平面）是根據(jù)優(yōu)化準(zhǔn)則進行設(shè)計的。1.4.3無差拍控制
無差拍控制（deadbeat control）是一種基于電路方程的控制方式，其控制的基本思想是將輸出正弦參考波等間隔地劃分為若干個取樣周期，根據(jù)電路在每一取樣周期的起始值，用電路理論算出關(guān)于取樣周期中心對稱的方波脈沖作用時，負載輸出在取樣周期末尾時的值。這個輸出值的大小，與方波脈沖的極性與寬度有關(guān)，適當(dāng)控制方波脈沖的極性與寬度，就能使負載上的輸出在取樣周期的末后與輸出參考波形相重合[2]。不斷調(diào)整每一取樣周期內(nèi)方波脈沖的極性與寬度，就能在負載上獲得諧波失真小的輸出。因此，即使在很低的開關(guān)頻率下，無差拍控制也能夠保證輸出波形的質(zhì)量，這是其它控制方法所不能做到的,但是，其也有局限性：由于采樣和計算時間的延遲，輸出脈沖的占空比受到很大限制；對于系統(tǒng)參數(shù)的變化反應(yīng)靈敏，如電源電壓波動、負載變動，系統(tǒng)的魯棒性差。
對于采樣和計算延時的影響，一種方法是通過修改輸出脈沖方式的方法來減小計算延時造成的占空比局限；另一種方法是通過狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)狀態(tài)提前進行預(yù)測，用觀測值替代實際值進行控制，從而避免采樣和計算延時對系統(tǒng)的影響。為了提高系統(tǒng)的魯棒性，一種方法是采用負載電流預(yù)測方法來減小負載變動對電源輸出的影響，但實際改善的程度有限；另一種可行的方法是對系統(tǒng)參數(shù)進行在線辨識，從而實時確定控制器參數(shù)，以達到良好的控制效果。但是，在線系統(tǒng)辨識的計算復(fù)雜度和存儲量都非常大，一般的微處理器很難在很短的時間內(nèi)完成，因此實現(xiàn)的可能性不大，所以還沒有一種比較好的方法來解決無差拍控制魯棒性差的問題。正是由于無差拍控制在電源控制中的不足及局限性到目前還難以解決，使得無差拍控制在工業(yè)界的應(yīng)用還有待不斷的深入研究。1.4.4重復(fù)控制
逆變器采用重復(fù)控制（repetitive control）是為了克服整流型非線性負載引起的輸出波形周期性的畸變，它通常與其他PWM控制方式相結(jié)合。重復(fù)控制的思想是假定前一周期出現(xiàn)的基波波形將在下一基波周期的同一時間重復(fù)出現(xiàn)，控制器根據(jù)給定信號和反饋信號的誤差來確定所需的校正信號，然后在下一個基波周期的同一時間將此信號疊加到原控制信號上，以消除后面各周期中將出現(xiàn)的重復(fù)畸變[3]。
雖然重復(fù)控制使系統(tǒng)獲得了很好的靜態(tài)性能，且易于實現(xiàn)，但該技術(shù)卻不能夠獲得好的動態(tài)性能。自適應(yīng)重復(fù)控制方案成功地應(yīng)用于逆變器的控制中。
模糊控制（fuzzy control）能夠在準(zhǔn)確性和簡潔性之間取得平衡，有效地對復(fù)雜的電力電子系統(tǒng)做出判斷和處理。將模糊控制應(yīng)用于逆變器，具有如下優(yōu)點:模糊控制器的設(shè)計不需被控對象的精確數(shù)學(xué)模型,并且有較強的魯棒性和自適應(yīng)性；查找模糊控制表只需占有處理器很少的時間，可采用較高采樣率來補償模糊規(guī)則和實際經(jīng)驗的偏差。
將輸出電壓和濾波電感電流反饋，即電壓誤差和電感電流作為輸入模糊變量，可以實現(xiàn)逆變器的模糊控制，整流性負載時，其輸出電壓總諧波失真（total harmonic distortion,TH）小于5％，將模糊控制與無差拍控制相結(jié)合，可用來補償由于非線性負載導(dǎo)致的電壓降落，[5-6]。模糊控制從模仿人的思維外特性入手，模仿人的模糊信息處理能力。它對系統(tǒng)的控制是以人的經(jīng)驗為依據(jù)的，而人的經(jīng)驗正是反映人在思維過程中的判斷、推理、歸納。理論上已經(jīng)證明，模糊控制可以任意精度逼近任何線性函數(shù)，但受到當(dāng)前技術(shù)水平的限制，模糊變量的分檔和模糊規(guī)則都受到一定的限制，隸屬函數(shù)的確定還沒有統(tǒng)一的理論指導(dǎo)，帶有一定的人為因素，因此，模糊控制的精度有待于進一步提高。
此外神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是一種使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制方法。因為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是建立在強有力的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，所以它有很大的潛力，這個數(shù)學(xué)基礎(chǔ)包括各種各樣的已被充分理解的數(shù)學(xué)工具。在無模型自適應(yīng)控制器中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是一個重要組成部分。但由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)技術(shù)沒有突破，還沒有成功地應(yīng)用于逆變電源的控制中。
第二章 推挽型逆變器的基礎(chǔ)知識 2.1 開關(guān)型逆變器 廣義地說，凡用半導(dǎo)體功率器件作為開關(guān)，將一種電源形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)的主電路都叫做開關(guān)變換電路，這種變換可以是交流電和直流電之間的變換，也可以是電壓或電流幅值的變換，或者是交流電的頻率、相數(shù)等的變換。按電力電子的習(xí)慣稱謂，基本的電力電子電路可以分為四大類型，即AC——DC電路、DC——AC電路、AC——AC電路、DC——DC電路。本文中的逆變電路就屬DC——AC電路。開關(guān)逆變器中的開關(guān)都是在某一固定頻率下工作，這種保持開關(guān)頻率恒定，但改變接通時間長短（即脈沖寬度），使負載變化時，負載上電壓變化不大的方法，稱脈寬調(diào)制法（Pluse Width Modulation,簡稱為PWM）[4]。由于電子開關(guān)按外加控制脈沖而通斷，控制與本身流過的電流、二端所加的電壓無關(guān)，因此電子開關(guān)稱為“硬開關(guān)”。凡用脈寬調(diào)制方式控制電子開關(guān)的開關(guān)逆變器，稱為PWM開關(guān)型逆變器。本文是用SPWM專用產(chǎn)生芯片控制電子開關(guān)的通斷，屬硬開關(guān)技術(shù)。相對應(yīng)有另一類控制技術(shù)“軟開關(guān)”，它是一種使電子開關(guān)在其兩端電壓為零時導(dǎo)通電流，或使流過電子開關(guān)電流為零時關(guān)斷的控制技術(shù)。軟開關(guān)的開通、關(guān)斷損耗理想值為零，損耗很小，開關(guān)頻率可以做到很高。2.2 推挽型電路
各種變換電路按其是否具備電能回饋能力分為非回饋型和回饋型，非回饋型電路按其輸出端與輸入端是否電氣個力分為非隔離型和隔離型。隔離型電路又分為正激型、反激型、半橋型、全橋型和推挽型。帶中心抽頭變壓器原邊兩組線圈輪流工作的線路一般稱為推挽線路，它不太適合離線變換器的應(yīng)用。推挽型電路的一個突出優(yōu)點是變壓器雙邊勵磁，在輸入回路中僅有1個開關(guān)的通態(tài)壓降，而半橋型電路和全橋型電路都有2個，因此在同樣的條件下，產(chǎn)生的通態(tài)損耗較小，而且不需驅(qū)動隔離，驅(qū)動電路簡單，這對很多輸入電壓較低的電源十分有利，因此低電壓輸入類電源應(yīng)用推挽型電路比較合適。但是功率開關(guān)所承受的電壓應(yīng)大于2。
2.2.1 線路結(jié)構(gòu)
圖1-1 推挽型電路原理圖
推挽型電路的原理圖如圖1-1所示。主變壓器 原邊繞組 接成推挽形式，副變繞組 接成全波整流形式。
2.2.2 工作原理
由于驅(qū)動電路作用，兩個功率開關(guān)管、交替導(dǎo)通。當(dāng) 導(dǎo)通時，加到 上，所有帶“．” 端為正。功率開關(guān)管 通過變壓器耦合作用承受 的電壓。副邊繞組 “．” 為正，電流流經(jīng)、L到負載上。原邊電流是負載折算至原邊的電流及原邊電感所定的磁化電流之和。導(dǎo)通期間，原邊電流隨時間而增加，導(dǎo)通時間由驅(qū)動電路決定。關(guān)斷時，由于原邊能量的儲存和漏電感的原因，的漏極電壓將升高.2.2.2推挽型逆變器的變壓器設(shè)計
推挽型逆變器設(shè)計在整個電源的設(shè)計過程中具有最為重要的地位，一旦完成設(shè)計，不宜輕易改變，因此設(shè)計時對各方面問題考慮周全，避免返工，造成時間和經(jīng)費的浪費。下面介紹具體設(shè)計。變壓器是開關(guān)電源中的核心元件，許多其他主電路元器件的參數(shù)設(shè)計都依賴于變壓器的參數(shù)，因此應(yīng)該首先進行變壓器的設(shè)計。高頻變壓器工作時的電壓、電流都不是正弦波，因此其工作狀況同工頻變壓器是很不一樣的，設(shè)計公式也有所不同。需要設(shè)計的參數(shù)是電壓比、鐵心的形式和尺寸、各繞組匝數(shù)、導(dǎo)體截面積和繞組結(jié)構(gòu)等，所依據(jù)的參數(shù)是工作電壓、工作電流和工作頻率等[5]。另外，變壓器兼有儲能,限流,隔離的作用.在磁心大小,原邊電感,氣隙大小,原,副邊線圈匝數(shù)的選擇,以及在磁心內(nèi)直流成分和交流成分之間的相互影響都應(yīng)在設(shè)計中細致考慮.第三章 基于單片機的控制系統(tǒng)設(shè)計
按照設(shè)計的要求，基于單片機AT89C52的設(shè)計主要實現(xiàn)以下功能：SA828的初始化及控制、ADC0809采樣的數(shù)據(jù)的處理和輸出顯示電壓頻率。選用單片機作為主控器件，控制部分的原理框圖如下：
圖3-1 控制系統(tǒng)原理框圖 3.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計
圖3-2為控制部分的電路原理圖。電路主要由AT89C52單片機、四位顯示及驅(qū)動電路、AD采樣電路、復(fù)位電路等組成。
圖3-2 3.1.1 AT89C52單片機
AT89C52是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS 8為單片機，片內(nèi)含8k bytes 的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052善拼引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C52單片機適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。[6] 主要性能參數(shù)：
與MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容 8k字節(jié)可充擦寫Flash閃速存儲器 1000次擦寫周期
全靜態(tài)操作：0Hz—24MHz 三級加密程序存儲器 256×8字節(jié)內(nèi)部RAM 32個可變成I/O口線 3個16位定時計數(shù)器 8個中斷源
可編程串行UART通道 低功耗空閑和掉電模式 功能特性概述：
AT89C52提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash閃速存儲器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，3個16位定時/計數(shù)器，一個6向量兩極中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C52可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時器/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(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個硬件復(fù)位。引腳功能： Vcc：電源電壓 GND：地
P0口：P0口是一組8位漏極開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。
在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。
P1口：P1是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P1寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。
與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/計數(shù)器2的外部技術(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX）。
Flash編程和程序校驗期間，P1接收低8位地址。
P2口：P2是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口P2寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。
在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX @RI指令）時，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。
Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。
P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，他們被內(nèi)部上拉電阻拉高可作為輸入端口。此時，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流。
P3口出了作為一般的I/O線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表： 端口引腳 第二功能
P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.3（外中斷1）
P3.4 T0（定時/計數(shù)器0）P3.5 T1（定時/計數(shù)器1）
P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）
此外，P3口還接收一些用于Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。
RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個周期以上高電平將使單片機復(fù)位。XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。對于本次設(shè)計的引腳使用情況如下： P1口：控制LED數(shù)碼管8位段碼;P3.0，P3.1，P3.4，P3.5：數(shù)碼管位選通口;XTAL：接晶振;RST：接復(fù)位電路;P0： ADC0809的結(jié)果輸入；SA828的控制字口;P2.0：SA828的片選;P2.7：ADC0809的片選;P3.2：外部中斷0.AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256×8位的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），3個16位定時/計數(shù)器、6個中斷源、低功耗空閑和掉電方式等特點。器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，可以滿足系統(tǒng)要求。系統(tǒng)采用5V電源電壓，外接12M晶振。3.1.2顯示電路
顯示的方法分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示。所謂靜態(tài)顯示就是在同一時刻只顯示一種字符，其顯示方法簡單，只需將顯示段碼送至段碼口，并把位控字送至位控口即可。動態(tài)顯示是利用人眼對視覺的殘留效應(yīng)，采用動態(tài)掃描顯示的方法。[7]本設(shè)計采用動態(tài)顯示，顯示電路采用四位一體共陽極LED數(shù)碼管，從P1口輸出段碼，位選控制端接于P3.0,P3.1,P3.4,P3.5。段驅(qū)動采用74LS245，位選驅(qū)動采用74LS244。硬件連接圖如下： 圖3-3 顯示部分硬件連接圖 3.1.3 A/D轉(zhuǎn)換電路
A/D轉(zhuǎn)換器采用集成電路0809完成，0809是8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器。[] 1).主要特性
① 8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位;② 具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?
③ 轉(zhuǎn)換時間為100μs;
④ 單個＋5V電源供電;
⑤ 模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點和滿刻度校準(zhǔn);
⑥ 工作溫度范圍為-40～＋85攝氏度；
⑦ 低功耗，約15mW。
2).內(nèi)部結(jié)構(gòu)
ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。輸入輸出與TTL兼容。
圖3-4ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 3).外部特性（引腳功能）
ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-5 所示。下面說明各引腳功能。
IN0～IN7：8路模擬量輸入端。
2-1～2-8：8位數(shù)字量輸出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。如表所示。
ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。圖 3-5 ADC0809引腳圖
START： A／D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。
EOC： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。
OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。
CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓。Vcc：電源，單一＋5V。GND：地。
表3-6 ADDA、ADDB、ADDC真值表
ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 A／D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。4).AD0809與控制電路的連接如下圖:
圖 3-7 AD0809的連接電路 3.1.4 SPWM波形電路
由于逆變開關(guān)管的開關(guān)時間要由載波與調(diào)制波的交點來決定。在調(diào)制波的頻率、幅值和載波的頻率這3項參數(shù)中．不論哪一項發(fā)生變化時，都使得載波與調(diào)制波的交點發(fā)生變化。因此，在每一次調(diào)整時，都要重新計算交點的坐標(biāo)。顯然，單片機的計算能力和速度不足以勝任這項任務(wù)。過去通常的作法是：對計算作一些簡化，并事先計算出交點坐標(biāo)．將其制成表格，使用時進行查表調(diào)用。但即使這樣，單片機的負擔(dān)也很重。
為了減輕單片機的負擔(dān)，一些廠商推出了專用于生成三相或單相SPWM波控制信號的大規(guī)模集成電路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA828、SA838等等。采用這樣的集成電路芯片，可以大大地減輕單片機的負擔(dān)，使單片機可以空出大量的機時用于檢測和監(jiān)控。這里詳細介紹SA828三相SPWM波控制芯片的主要特點、原理和編程。3.1.5 SA828主要特點
⑴.適用于英特爾和摩托羅拉兩種總線格式,接口通用性好, 編程，操作簡單,方便,快捷。⑵.應(yīng)用常用的對稱的雙邊采樣法產(chǎn)生PWM波形, 波形產(chǎn)生數(shù)字化,無時漂,無溫漂穩(wěn)定性好。
⑶.在外接時鐘頻率為12.5MHZ時載波頻率可高達24KHZ,可實現(xiàn)靜音運行。最小脈寬和死區(qū)時間通過軟件設(shè)置完成,既節(jié)約了硬件成本,又使修改靈活方便。
調(diào)制頻率范圍寬,精度高(12位),輸出正弦波頻率可達4KHZ,可實現(xiàn)高頻率高精度控制及光滑的變頻.。
⑷.在電路不變的情況下, 通過修改控制暫存器參數(shù),就可改變逆變器性能指標(biāo),驅(qū)動不同負載或工作于不同工況。
⑸.可通過改變輸出SPWM脈沖的相序?qū)崿F(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)。
⑹.獨立封鎖端可瞬時封鎖輸出PWM脈沖亦使微處理器防止突然事件的發(fā)生。3.1.6 SA828工作原理
SA828是MITEL公司推出的一種專用于三相SPWM信號發(fā)生和控制的集成芯片。它既可以單獨使用，也可以與大多數(shù)型號的單片機接口。該芯片的主要特點為：全數(shù)字控制；兼容Intel系列和MOTOROLA系列單片機；輸出調(diào)制波頻率范圍0—4kHz;12位調(diào)速分辨率；載波頻率最高可達24kHz；內(nèi)部ROM固化波形：可選最小脈寬和延遲時間(死區(qū))；可單獨調(diào)整各相輸出以適應(yīng)不平衡負載。[8] SA828采用28腳的DIP和SOIC封裝。其引腳如圖3-8所示。各引腳的功能如下：(1)輸入類引腳說明
AD0——AD7：地址或數(shù)據(jù)輸入通道。
SET TRIP：通過該引腳，可以快速關(guān)斷全部SPWM信號輸出,高電平有效。
：硬件復(fù)位引腳，低電平有效。復(fù)位后,寄存器的、、WTE和RST各位為0。CLK：時鐘輸入端，SA828既可以單獨外接時鐘，也可以與單片機共用時鐘。：片選引腳。
、、ALE：用于“ ／ ”模式，分別接收寫、讀、地址鎖存指令。INTEL模式下ALE的下降沿傳送地址，的上升沿給SA828寫數(shù)據(jù)。在此模式下不用。
R／、AS、DS：用于“R／ ”模式，分別接收讀／寫、地址、數(shù)據(jù)指令。MOTOROLA模式下，AS的下降沿傳送地址，當(dāng)R／ 為低電平時，DS的下降沿給SA828寫數(shù)據(jù)（接底電平）
(2)輸出類引腳說明 圖3-8 RPHB、YPHB、BPHB：這些引腳通過驅(qū)動電路控制逆變橋的R、Y、B相的下臂開關(guān)管。RPHT、YPHT、BPHT：這些引腳通過驅(qū)動電路控制逆變橋的R、Y、B相的上臂開關(guān)管。
它們都是標(biāo)準(zhǔn)TTL輸出．每個輸出都有12mA的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動光偶。
：該引腳輸出—個封鎖狀態(tài)。當(dāng)SETTRIP有效時，為低電平、表示輸出已被封鎖。它也有12mA的驅(qū)動能力，可直接驅(qū)動一個LED指示燈。ZPPR、ZPPY、ZPPB：這些引腳輸出調(diào)制波頻率。WSS：該引腳輸出采樣波形。3.1.7內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理
SA828內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。來自單片機的數(shù)據(jù)通過總線控制和譯碼進入初始化寄存器或控制寄存器，它們對相控邏輯電路進行控制。外部時鐘輸入經(jīng)分頻器分成設(shè)定的頻率，并生成三角形載波，三角載被與片內(nèi)ROM中的調(diào)制波形進行比較，自動生成SPWM輸出脈沖。通過脈沖刪除電路，刪去比較窄的脈沖(如圖3-10所示)，因為這樣的脈沖不起任何作用，只會增加開關(guān)管的損耗。通過脈沖延遲電路生成死區(qū)，保證任何橋臂上的兩個開關(guān)管不會在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間短路。
圖3-9 SA828的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
片內(nèi)ROM存有正弦波形。寄存器列陣包含3個8位寄存器和2個虛擬寄存器。他的虛擬寄存器R3的寫操作結(jié)果是R0,R1,R2中的數(shù)據(jù)寫入控制寄存器。虛擬寄存器R4的寫操作結(jié)果是R0,R1,R2中的數(shù)據(jù)寫入初始化寄存器。各寄存器地址如表3-11所列。
圖 3-10 脈沖序列中的窄脈沖
AD2 AD1 AD0 寄存器 功能 0 0 0 R0 暫存數(shù)據(jù) 0 0 1 R1 暫存數(shù)據(jù) 0 1 0 R2 暫存數(shù)據(jù) 0 1 1 R3 傳控制數(shù)據(jù) 1 0 0 R4 傳初始化數(shù)據(jù) 表 3-11 其工作過程可簡析如下：由于調(diào)制波形關(guān)于90度，180度，270度對稱，故波形ROM中僅有0∽90度的波形瞬時幅值，采樣間隔0.23度, 90度內(nèi)共384組8位采樣值存入ROM中，每個采樣值線性的表達正弦波的瞬時值, 通過相位控制邏輯，將它組成0∽360度的完整波形.該調(diào)制波與載波比較產(chǎn)生三相六路雙極性PWM調(diào)制波形.其經(jīng)脈沖寬度取消電路，將脈沖寬度小于取消時間的脈沖去掉,再經(jīng)脈沖延時電路引入死區(qū)時間，從而保證了在轉(zhuǎn)換瞬間高，低端功率開關(guān)不會出現(xiàn)共同導(dǎo)通現(xiàn)象。圖3-9中24位初始化暫存寄存器,可用來設(shè)置輸出波形參數(shù)，例如載波頻率，最小脈寬，脈沖取消時間計數(shù)器置”0” 圖3-12 Intel總線時序
等。一經(jīng)設(shè)置好，運行中不允許改變。24位控制寄存器，用來調(diào)整改變調(diào)制波頻率，幅值，輸出關(guān)閉，過調(diào)制選擇，開機關(guān)機等.上述設(shè)置和調(diào)整均通過微處理器或微控制器發(fā)出指令，數(shù)據(jù)先存入三個8位暫存寄存器R0，R1，R2中，然后通過R3和R4分別傳送給24位初始化寄存器和24位控制寄存器。初始化或調(diào)整時，端要置0。SA828由外配的微處理器通過復(fù)用MOTEL總線控制，并與外配的微處理器接口，該接口總線有自動適應(yīng)英特爾和摩托羅拉兩種總線格式及工作時序的能力（兩種總線的工作時序如圖3-12和3-13），在電路啟動運行后,當(dāng)AS/ALE端從低電平變?yōu)楦唠姇r，內(nèi)部檢測電路鎖存DS/ 的狀態(tài)，若檢測結(jié)果為高電平則自動進入英特爾模式，若檢測結(jié)果為低電平，則選擇摩托羅拉模式工作，總線連接和定時信息相對所用微處理器而言，這個過程在每次AS/ALE變?yōu)楦唠娖綍r要進行，實際中模式選擇由系統(tǒng)自動設(shè)定。
圖3-13 Motorola總線時序
3.1.8 SA828 初始化寄存器編程
初始化是用來設(shè)定與電機和逆變器有關(guān)的基本參數(shù)。它包括載波頻率設(shè)定、調(diào)制波頻率范圍設(shè)定、脈沖延遲時間設(shè)定、最小刪除脈寬設(shè)定、幅值控制。
初始化編程時，即設(shè)定各寄存器內(nèi)容。下面分別介紹這些內(nèi)容的設(shè)定。[9](1)載波頻率設(shè)定
載波頻率(即三角波頻率)越高越好，但頻率越高損耗會越大，另外，還受開關(guān)管最高頻率限制，因此要合理設(shè)定。設(shè)定字由CFS0--CFS2這3位組成。載波頻率 通過下式(3—1)求出。式中K為時鐘頻率,n值的二進制數(shù)即為載波頻率設(shè)定字，可以取1，2，4，8，16或32。由于K=12MHz，當(dāng)n=1時，反算得 =23.4375KHz,考慮到(max)=24KHz , <(max)當(dāng)n=2時，=11.71725KHz ,故n取1，實際 =23.4375KHz。(2)調(diào)制波頻率范圍設(shè)定
根據(jù)調(diào)制頻率范圍．確定設(shè)定字。設(shè)定調(diào)制波頻率范圍的目的是在此范圍內(nèi)進行l(wèi)2位分辨率的細分，這樣可以提高控制精度，也就是范圍越小．控制精度越高。調(diào)制被頻率范圍設(shè)定字是由FRS0—FRS2這3位組成。調(diào)制波頻率 通過下式(3—2)求得。m值的二進制數(shù)即為調(diào)制波頻率范圍設(shè)定字。上面已得 =23.4375KHz，若取 =500Hz則m=8.192 ,考慮到調(diào)制波的頻率為400Hz，則m=8 ,反算得 =488.28Hz。(3)脈沖延遲時間設(shè)定 該設(shè)定字是由PDY0—PDY5這6位組成。脈沖延遲時間 通過下式(3—3)求得。設(shè)脈沖延遲時間 則 =60(4)最小刪除脈寬設(shè)定
最小刪除脈寬設(shè)定字是由PDT0—PDT6這7位組成。最小刪除脈寬 由下式(3—4)圖3-14 延遲前后脈寬關(guān)系
求得?？紤]到延遲(死區(qū))的因素，在延遲時．通常的做法是在保持原頻率不變的基礎(chǔ)上，使開關(guān)管延遲開通．如圖3-7所示．實際輸出的脈寬＝延遲前的脈寬--延遲時間。由結(jié)構(gòu)圖 可知．SA828的工作順序是先刪除最窄脈沖，然后再延遲．所以式(3—4)給出的 應(yīng)是延遲前的最小刪除脈寬。它等于實際輸出的最小脈寬加上延遲時間，即 ＝實際輸出的最小脈寬十 ,假設(shè)實際輸出的最小脈寬=10 那么 =15 則 =180> =128 , =10.67 s 最小脈寬為5.67 s。(5)幅值控制
AC是幅值控制位。當(dāng)AC＝0時，控制寄存器中的R相的幅值就是其他兩相的幅值。當(dāng)AC=l時，控制寄存器中的R、Y、B相分別可以調(diào)整各自的幅值，以適應(yīng)不平衡負載。
初始化寄存器通常在程序初始化時定義。這些參數(shù)專用于逆變電路中．因此，在操作期間不應(yīng)該改變它們。如果一定要修改，可先用控制寄存器中的 來關(guān)斷SPWM輸出，然后再進行修改。
3.1.9 SA828控制寄存器編程
控制寄存器的作用包括調(diào)制波頻率選擇(調(diào)速)、調(diào)制波幅值選擇(調(diào)壓)、正反轉(zhuǎn)選擇、輸出禁止位控制、計數(shù)器復(fù)位控制、軟復(fù)位控制?？刂茢?shù)據(jù)仍然是通過Ro—R2寄存器輸入并暫存，當(dāng)向R3虛擬寄存器寫操作時．將這些數(shù)據(jù)送入控制寄存器。(1)調(diào)制波頻率選擇
調(diào)制波頻率選擇字由PFS0—PFS7這8位組成。通過下式
(3-5)求得 值，它的二進制數(shù)即是調(diào)制波頻率選擇字。取 =400Hz , =488.28Hz ,得 =3355.45179(2)調(diào)制波幅值選擇
通過改變調(diào)制波幅值來改變輸出電壓有效值，達到變頻同時變壓的目的。輸出電壓的改變要根據(jù)U/f曲線，隨頻率變化進行相應(yīng)的變化。調(diào)制波幅值是借助于8位幅值選擇字(RAMP、YAMP、BAMP)來實現(xiàn)的。每一相都可以通過計算下式 %(3-6)求出A值，它的二進制數(shù)即為幅值選擇字(即RAMP或YAMP或BAMP)。式中的 就是調(diào)壓比，注意，初始化寄存器的AC位決定了R相幅值是否代表另二相幅值。= =91.8=92(3)輸出禁止位控制
輸出禁止位。當(dāng) ＝0時，關(guān)斷所有SPWM信號輸出。(4)計數(shù)器復(fù)位控制
計數(shù)器復(fù)位位，當(dāng) ＝0，使內(nèi)部的相計數(shù)器置為0(R相)。(5)軟復(fù)位控制
RST是軟復(fù)位位。它與硬復(fù)位 有相同的功能。高電平有效。
SPWM波形的產(chǎn)生，選擇專用的芯片SA828，如前面所講，這里不再論述。它和單片機的接口如下圖所示： 3.2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計 3.2.1 初始化程序
系統(tǒng)上電時,初始化程序?qū)?shù)據(jù)存儲區(qū)清零。3.2.2 主程序
完成定時器的初始化，開各種中斷，循環(huán)調(diào)用各個子程序。包括電壓顯示子程序、AD轉(zhuǎn)換子程序、828初始化子程序。主程序流程圖見圖 程序清單如下: START: SETB IT1;選擇INT1為邊沿觸發(fā)方式 SETB EX1;開外中斷1 SETB EA;開總控制中斷
CLR PX1;外中斷1為低優(yōu)先級 SETB IT0;脈沖下降沿觸發(fā)外中斷0 SETB EX0;開外中斷0 MOV TMOD,#01H;T0工作在定時，方式1 SETB PX0;外中斷0為高優(yōu)先級 MOV TH0,#00H MOV TL0,#00H ACALL KAISHI ACALL INCADC AJMP START 3.2.3 SA838初始化及控制子程序
按照單片機與SA828的接線圖，P2.0作為SA828的片選控制口，因此SA828的起始地址為FE00H。系統(tǒng)上電復(fù)位之后首先對SA828寫初始化字和控制字。具體計算如前面所述。流程圖如下： 程序清單如下：
CLR P2.1;禁止PWM輸出
MOV A,#80H;SA828初始化寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;給R0寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#60H MOVX @DPTR,A;給R1寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#04H MOVX @DPTR,A;給R2寫數(shù)據(jù) INC DPTR INC DPTR MOVX @DPTR,A;給初始化寄存器R4寫數(shù)據(jù) MOV A,#1BH;SA828控制寄存器 MOV DPTR,#0FE00H;SA828地址 MOVX @DPTR,A;給R0寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#2DH MOVX @DPTR,A;給R1寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOV A,#05CH MOVX @DPTR,A;給R2寫數(shù)據(jù) INC DPTR MOVX @DPTR,A;給控制寄存器R3寫數(shù)據(jù) SETB P2.1;允許PWM輸
單片機對采樣到的輸出如做PI調(diào)節(jié)計算轉(zhuǎn)換為電壓幅值控制字后，需要重新寫入控制字，其方法是相同的。
3.2.4 ADC0809的控制及數(shù)據(jù)處理子程序
單片機與ADC0809的接線圖所示，P2.7作為ADC0809的片選控制口，因此ADC0809的起始地址為7F00H。如圖所示，ADC0809的地址選擇線接地，固定8路模擬數(shù)據(jù)輸入端重IN-0為電壓采樣輸入端。ADC0809的CLK信號是從AT89C52的ALE端經(jīng)四分頻器74LS74分頻后得到的，工作頻率為500HZ，轉(zhuǎn)換時間為128us左右，據(jù)此設(shè)計一個延時時間，延時時間一到，采用查詢方式進行數(shù)據(jù)傳送。即用軟件測試EOC（P3.1）的狀態(tài)，若測試結(jié)果為1，則轉(zhuǎn)換結(jié)束接著進行數(shù)據(jù)傳送，否則等待，直到測試結(jié)果為1。因為ADC0809的最大輸入電壓為5V，其轉(zhuǎn)換結(jié)果FFH對應(yīng)5V。所以FFH對應(yīng)的輸入應(yīng)大于等于5V，表示輸入超過量程。本設(shè)計中FFH對應(yīng)36V，其轉(zhuǎn)換公式為，X=，因此程序中有二進制轉(zhuǎn)換及乘14子程序，除以100處理為小數(shù)點固定顯示在次低位。另外，考慮到系統(tǒng)存在電磁干擾，采用了中值濾波子程序進行軟件抗干擾。中值濾波對于去掉由于偶然因素引起的波動或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動干擾比較有效。中值濾波之后將最優(yōu)值存于6AH中再進行轉(zhuǎn)換處理。流程圖如圖下面是程序清單： INCADC: MOV R0,#2CH MOV R2,#03H SAMP: MOV DPTR,#7F00H;AD0809端口地址送DPTR MOV A,#00H;輸入通道0選擇 MOVX @DPTR,A;啟動A/D轉(zhuǎn)換 MOV R7,#0FFH;延時查詢方式 DELAY:DJNZ R7,DELAY LOOP1:JB P3.1,T1;查詢p3.1是否為1 JNB P3.1,LOOP1 T1:MOVX A,@DPTR;讀取從IN0輸入的轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV @R0,A INC R0 DJNZ R2,SAMP 以下是數(shù)字濾波程序流程圖及程序清單：
FILTER:MOV A,6CH CJNE A,6DH,CMP1 AJMP CMP2 CMP1:JNC CMP2 XCH A,6DH XCH A,6CH CMP2:MOV A6DH CJNE A,6EH,CMP3 MOV 6AH,A CMP3:JC CMP4 MOV 6AH,A CMP4:MOV A,6EH CJNE A,6CH,CMP5 MOV 6AH,A CMP5:JC CMP6 XCH A,6CH CMP6:MOV 6AH,A;濾波結(jié)果存于6AH RET 3.2.5 數(shù)據(jù)處理及電壓顯示子程序 DISPLAY: MOV A,6AH ACALL L1;十進制轉(zhuǎn)換 ACALL PLAY RET PLAY:;顯示程序 MOV A,R5;分離D1 ANL A,#0FH MOV 50H,A MOV A,R5;分離D2 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 51H,A MOV A,R4;分離D3 ANL A,#0FH MOV 52H,A MOV A,R4;分離D4 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 53H,A PLAY1: CLR P2.6 CLR P2.5 CLR P2.4 CLR P2.3 MOV R1,#50H;顯示數(shù)據(jù)首地址 MOV P1,#0FFH;清除原來的數(shù)據(jù) SETB P2.3;顯示最低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS;數(shù)據(jù)顯示1ms CLR P2.3 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.4;顯示次低位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR ANL A,#7FH;小數(shù)固定顯示 MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.4 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.5;顯示次高位 MOV A,@R1 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.5 MOV P1,#0FFH INC R1 SETB P2.6;顯示最高位 MOV A,@R1 JZ NODISPLAY;若A=0，則不顯示 MOV DPTR ,#TAB MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A LCALL DL1MS CLR P2.6 MOV P1,#0FFH NODISPLAY: MOV P1,#0FFH AJMP PLAY1 RET
L1:CLR C;十進制轉(zhuǎn)換 MOV R5,#00H MOV R4,#00H MOV R3,#08H NEXT1:RLC A MOV R2,A MOV A,R5 ADDC A,R5 DA A MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R2 DJNZ R3,NEXT1 RET
TAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,0FFH
DL1MS: MOV R6,#14H DL1:MOV R7,#19H DL2:DJNZ R7,DL2 DJNZ R6,DL1 RET 3.2.6 輸出頻率測試計算及顯示子程序部分 ⑴.頻率測試計算子程序部分
SA828帶有頻率輸出端口，將其與單片機的中斷INT0口相接，如原理圖所示。本例中所使用的中斷源有2個：T0中斷和 中斷。中斷的功能是計算ZPPR輸出的調(diào)制波頻率。由于調(diào)制波頻率可能比較低，因此用T0溢出中斷來記錄一個ZPPR周期中T0溢出的次數(shù)，這個溢出次數(shù)保存到70H中。這樣，在一個 中斷間隔里，所用的時間（即ZPPR周期）是3個字節(jié)的數(shù)（1個字節(jié)的T0溢出次數(shù)，2個字節(jié)的T0值）。因為AT89C52使用12MHZ的時鐘頻率，一個機器周期是，所以調(diào)制波頻率的計算公式為： =0F4240H，也是一個3字節(jié)的數(shù)，因此 是一個3字節(jié)除法運算。如果對精度要求不高，的分子分母可以舍掉最低字節(jié)來簡化運算，這樣就成為雙字節(jié)除法運算。所以，當(dāng) 中斷時，只取TH0，將其存放到71H中除法運算的整數(shù)商存放到72H、73H中，小數(shù)商存放到75H中，以便頻率顯示程序中調(diào)用。
中斷子程序及流程圖如下：
SUANPIN: CLR EA;關(guān)中斷 CLR TR0 PUSH ACC;保存現(xiàn)場 PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.3 MOV 70H,#00H;MOV TL0,#00H;TL0清0 MOV 71H,TH0;取TH0值 MOV TH0,#00H;TH0清0 MOV A,71H;檢查除數(shù)是否為0 ORL A,70H;不會溢出，高位永遠為零 JZ ABC;除數(shù)為0則退出 MOV R2,#00H;輸入被除數(shù) MOV R3,#00H MOV R4,#0FH MOV R5,#42H MOV R6,70H;輸入除數(shù) MOV R7,71H LCALL NDIV;調(diào)用雙字節(jié)除法子程序原來的程序，NDIV:MOV B,#16;雙字節(jié)無符號數(shù)除法子程序;當(dāng)條件（R2R3）〈（R6R7）滿足時，;（R2R3R4R5）/（R6R7）=（R4R5），余數(shù)在（R2R3）NDVL1: CLR C MOV A,R5 RLC A MOV R5,A MOV A,R4 RLC A MOV R4,A MOV A,R3 RLC A MOV R3,A XCH A,R2 RLC A XCH A,R2 MOV F0,C CLR C SUBB A,R7 MOV R1,A MOV A,R2 SUBB A,R6 JB F0,NDVM1 JC NDVD1 NDVM1: MOV R2,A MOV A,R1 MOV R3,A INC R5 NDVD1:DJNZ B ,NDVL1 CLR F0
MOV 72H,R4;頻率整數(shù)部分存于7273H中 MOV 73H,R5;調(diào)制波頻率整數(shù)部分存72H MOV 75H,R2;將調(diào)制波頻率小數(shù)部分（小于100）存75H MOV 70H,#00H;70H清0 ABC:POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢復(fù)現(xiàn)場 POP DPH POP DPL POP B POP ACC SETB EA;開中斷 SETB TR0 RETI
⑵.頻率顯示部分
本系統(tǒng)用一個四位一體的LED數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，系統(tǒng)初始化后顯示的為電壓，按頻率顯示按鈕顯示頻率。利用中斷源 顯示，它將72H、73H中的頻率整數(shù)（二進制數(shù)）部分先進行二--十轉(zhuǎn)換存于R3R4R5中，根據(jù)經(jīng)驗，轉(zhuǎn)換過來的十進制數(shù)只有百位，即R3中的值為00，R4中的值為0X。因此將R4R5中的數(shù)分離分別在最高位、次高位、次低位顯示，并且次低位帶有小數(shù)點。將75H中的小數(shù)部分在最低位顯示。至此，頻率顯示部分完成。
中斷程序及流程圖如下：
DISPLAYF:PUSH ACC;保存現(xiàn)場 PUSH B PUSH DPL PUSH DPH PUSH PSW PUSH 50H PUSH 51H PUSH 52H PUSH 53H PUSH 60H PUSH 61H PUSH 62H PUSH 63H PUSH 6AH SETB PSW.4;使用第二工作寄存區(qū)
MOV R6,72H;頻率整數(shù)部分存欲R6R7中調(diào)用雙字節(jié)十進制轉(zhuǎn)換程序 MOV R7,73H;;ACALL HB2;調(diào)用雙字節(jié)十進制轉(zhuǎn)換程序
HB2:CLR A;BCD碼初始化;雙字節(jié)十進制轉(zhuǎn)換 MOV R3,A MOV R4,A MOV R5,A MOV R2,#10H;轉(zhuǎn)換雙字節(jié)二進制整數(shù)
HB3:MOV A,R7;從高端移出待轉(zhuǎn)換數(shù)的一位到CY中 RLC A MOV R7,A MOV A,R6 RLC A MOV R6,A MOV A,R5;BCD碼帶進位自身相加，相當(dāng)于乘2 ADDC A,R5 DA A;十進制調(diào)整 MOV R5,A MOV A,R4 ADDC A,R4 DA A MOV R4,A MOV A,R3 ADDC A,R3 MOV R3,A DJNZ R2,HB3 MOV A,75H;頻率小數(shù)部分在最低位顯示 ANL A,#0F0H SWAP A MOV 50H,A MOV A,R5;頻率整數(shù)部分個位數(shù)在次低位顯示 ANL A,#0FH CLR CY SUBB A,#07H MOV 51H,A MOV A,R5;頻率整數(shù)部分十位數(shù)在次高位顯示 ANL A,#0F0H SWAP A CLR CY SUBB A,#05H MOV 52H,A MOV A,R4;頻率整數(shù)部分百位數(shù)在最高位顯示 ANL A,#0FH DEC A MOV 53H,A ACALL PLAY;顯示頻率
POP 6AH POP 63H POP 62H POP 61H POP 60H POP 53H POP 52H POP 51H POP 50H POP PSW;恢復(fù)現(xiàn)場 POP DPH POP DPL POP B POP ACC AJMP DISPLAYF RETI
第四章 聯(lián)機調(diào)試及結(jié)果分析 4.1 聯(lián)機調(diào)試情況
系統(tǒng)的調(diào)試分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試兩個部分。硬件調(diào)試包括控制電路的調(diào)試和主電路的調(diào)試。調(diào)試時，應(yīng)該先調(diào)控制部分。首先檢查電路的焊接是否正確，然后用萬用表測試或通電檢測。主電路部分硬件的檢測方法同控制部分。硬件檢查無誤后，軟件調(diào)試。軟件調(diào)試可以先編寫顯示程序并進行硬件的正確性檢驗，然后分別進行主程序、AD轉(zhuǎn)換子程序、電壓顯示子程序、頻率顯示子程序、數(shù)字濾波子程序等子程序的編程及調(diào)試。
在聯(lián)機調(diào)試前，先用偉福模擬仿真，然后利用愛思G3000在線聯(lián)機調(diào)試。聯(lián)機調(diào)試時出現(xiàn)了下面一些問題：
1).四位一體LED顯示管不顯示； 2).P1口沒有數(shù)據(jù)輸出； 3).AD轉(zhuǎn)換器不工作；
4).SA828的輸出波形不正確。解決的辦法及處理結(jié)果：
1).檢查各個數(shù)碼管的位控端及代碼段是否連接完好，給它加的驅(qū)動是否正確，以及各個數(shù)碼管本身是否完好。經(jīng)檢測是我們的驅(qū)動連接有問題，重新連接后，顯示正常。
2).P1口沒有數(shù)據(jù)輸出的原因也是我們的顯示驅(qū)動出錯導(dǎo)致，當(dāng)驅(qū)動錯誤排除后，P1口數(shù)據(jù)輸出正常。
3).和AD轉(zhuǎn)換器的各個連線都聯(lián)結(jié)正確，我們的焊接技術(shù)不好，出現(xiàn)了個別引腳虛焊，虛焊處理后，問題解決。
4).SA828的輸出波形下橋臂出現(xiàn)一段脈寬為1us的不正常波形，按照電路設(shè)計原理，小于5.67us的波形在脈沖刪除電路中是該刪除掉的，由于三相下橋臂均輸出這種不正常的波形，我們用到了SA828的輸出禁止端SETTRIP，把此端接上高電平即可使輸出禁止而不影響內(nèi)部電路的正常工作，但是實驗結(jié)果還能看到此不正常的波形，若其是內(nèi)部電路產(chǎn)生，即使不能刪除，在輸出禁止時理論上應(yīng)該是能禁止的。又考慮到可能是干擾所至，消除掉可能存在的干擾后依然存在此波形。初次使用這系列的芯片，對其資料也不完全掌握，實驗最后，仍留此問題，亟待日后解決。另外，在絞盡腦汁之后，發(fā)現(xiàn)一個問題，原來認為不用的芯片端口可以按其功能相應(yīng)的接高電平或接地，在這樣做之后，芯片發(fā)燙，斷開連接即恢復(fù)正常 4.2 實驗驗證及結(jié)果分析
1).1).從SA828的RPHT、PRHB輸出的驅(qū)動脈沖信號如下圖4-1所示
圖4-1 PWM輸出的上、下橋臂的驅(qū)動信號
2).經(jīng)過TTL驅(qū)動電路，加在柵極的驅(qū)動電壓信號如圖4-2所示。圖4-2 MOSFET柵極的驅(qū)動信號 3).仿真交流輸出信號如圖4-3所示 圖4-3 仿真交流輸出信號 4).結(jié)果分析
實驗室搭建主電路進行實驗和調(diào)試，獲得了較好的實驗效果。該系統(tǒng)輸出正弦波的頻率為400HZ。試驗證明整個系統(tǒng)方案結(jié)構(gòu)緊湊，實時性較好。4.3結(jié)論
在前面的系統(tǒng)硬件軟件設(shè)計下，我們在實驗室組成實際的線路進行了實驗和調(diào)試，獲得了較為良好的實驗效果。該系統(tǒng)輸出正弦波合成的頻率為400HZ，試驗證明整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，實時性較以完全單片機軟件編程產(chǎn)生SPWM波的方法要好得多，而他的功能又比用HEF4752等純硬件方法生成的SPWM波的方法完善。綜上分析及實驗驗證，可以得到下面幾點結(jié)論：
1).SA828時一個高性能的SPWM專用IC，在合適的外圍條件的支持下，它可以輸出較好的SPWM脈沖信號。
2).以單片機最小系統(tǒng)來完成SA828的外圍硬件支持，可以使系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡化，提高可靠性，減小系統(tǒng)成本和體積。
3).文中介紹的以AT89C52最小系統(tǒng)與SA828相結(jié)合構(gòu)成的全數(shù)字化SPWM脈沖形成系統(tǒng)，即可解決全軟件編程產(chǎn)生SPWM脈沖波的缺陷，又可以彌補純硬件系統(tǒng)完成SPWM脈沖生成方案的不足，是一種較好的方案。4).文中介紹的SPWM脈沖形成方案，不僅在開關(guān)電源的數(shù)字化制作方面是一個嘗試和創(chuàng)新，而且在直流調(diào)速、交流調(diào)速、變頻電源、電力回收領(lǐng)域，也具有通用性，它應(yīng)用前景廣闊。
結(jié)束語: 本設(shè)計利用MCS-51單片機控制SA828產(chǎn)生SPWM調(diào)制信號，AD轉(zhuǎn)換器控制輸出頻率及電壓，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，實時性好，具有廣闊的使用前景。
第三篇：一種基于單片機的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計
一種基于單片機的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計
摘 要：介紹了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計。設(shè)計中采用了DC／DC和DC／AC兩級變換，高頻變壓器隔離，單片機控
制。實驗結(jié)果表明性能可靠。
關(guān)鍵詞：逆變電源；單片機；正弦脈寬調(diào)制
O 引言
低壓小功率逆變電源已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用領(lǐng)域。特別是新能源的開發(fā)利用，例如太陽能電池的普遍使用，需要一個逆變系統(tǒng)將太陽能電池輸出的直流電壓變換為220V、50Hz交流電壓，以便于使用。本文給出了一種用單片機控制的正弦波輸出逆變電源的設(shè)計，它以12V直流電源作為輸入，輸出220V、50Hz、0~150W的正弦波交流電，以滿足大部分常規(guī)小電器的供電需求。該電源采用推挽升壓和全橋逆變兩級變換，前后級之間完全隔離。在控制電路上，前級推挽升壓電路采用SG3525芯片控制，采樣變壓器繞組電壓做閉環(huán)反饋；逆變部分采用單片機數(shù)字化SPWM控制方式，采樣直流母線電壓做電壓前饋控制，同時采樣電流做反饋控制；在保護上，具有輸入過、欠壓保護，輸出過載、短路保護，過熱保護等多重保護功能電路，增強了該電源的可靠性和安全性。
該電源可以在輸人電壓從10．5V到15V變化范圍內(nèi)，輸出220V±10V的正弦波交流電壓，頻率50Hz±O．5Hz，直流分量 l 主電路 逆變電源主電路采用推挽升壓和全橋逆變兩級變換，如圖1所示。 輸入電壓一端接在變壓器原邊的中間抽頭，另一端接在開關(guān)管S1及S2的中點?？刂芐1及S2輪流導(dǎo)通，在變壓器原邊形成高頻的交流電壓，經(jīng)過變壓器升壓、整流和濾波在電容C1上得到約370 V直流電壓。對S3～S6組成的逆變橋采用正弦脈寬調(diào)制，逆變輸出電壓經(jīng)過電感L、電容C2濾波后，最終在負載上得到220 V、50 Hz的正弦波交流電。采用高頻變壓器實現(xiàn)前后級之間的隔離，有利于提高系統(tǒng)的安全性。 輸入電壓10．5～15 V，輸入最大電流15 A，考慮一倍的余量，推挽電路開關(guān)管S1及S2耐壓不小于30 V，正向電流不 小于30 A，選用IRFZ48N。 升壓高頻變壓器的設(shè)計應(yīng)滿足在輸入電壓最低時，副邊電壓經(jīng)整流后不小于逆變部分所需要的最低電壓350 V，同時輸入電壓最高時，副邊電壓不能過高，以免損壞元器件。同時也必須考慮繞線上的電壓降和發(fā)熱問題。選EE型鐵氧體磁芯，原副邊繞組為7匝：300匝。關(guān)于高頻變壓器的設(shè)計可以參考文獻。 變壓器副邊輸出整流橋由4個HER307組成．濾波電容選用68μF、450 V電解電容。 根據(jù)輸出功率的要求，輸出電流有效值為0 6～O.7 A，考慮一定的電壓和電流余量，逆變橋中的S3～S6選用IRF840。逆變部分采用單極性SPWM控制方式，開關(guān)頻率fs=16 kHz。 假沒濾波器時間常數(shù)為開關(guān)周期的16倍，即諧振頻率取1 kHz，則有 濾波電感電容LC≈2．5×10-3，可選取L=5 mH，C=4．7μF。濾波電感L選用內(nèi)徑20 mm，外徑40 mm的環(huán)形鐵粉芯磁芯，繞線采用直徑O．4 mm的漆包線2股并繞，匝數(shù)180匝。數(shù)字化SPWM控制方法 該逆變電源的控制電路也分為兩部分。前級推挽升壓電路由PWM專用芯片SG3525控制，采樣變壓器繞組電壓實現(xiàn)電壓閉環(huán)反饋控制。后級逆變電路由單片機PICl6C73控制，采樣母線電壓實現(xiàn)電壓前饋控制。前級控制方法比較簡單，在這里主 要介紹后級單片機的數(shù)字化SPWM控制方式。 2.l 正弦脈寬調(diào)制SPWM 正弦脈寬調(diào)制SPWM技術(shù)具有線性調(diào)壓、抑制諧波等優(yōu)點，是目前應(yīng)用最為廣泛的脈寬調(diào)制技術(shù)．一般用三角波μc作為載波信號，正弦波ug=UgmSin2πfgt作為調(diào)制信號，根據(jù)μ和μg的交點得到一系列脈寬按正弦規(guī)律變化的脈沖信號。則可以定義調(diào)制比m=Ugm／Ucm，頻率比K=fc／fa=Tg／Tco。 正弦脈寬調(diào)制可以分為單極性SPWM和雙極性SPWM。雙極性SPWM的載波為正負半周都有的對稱三角波，輸出電壓為正負交替的方波序列而沒有零電平，因此可以應(yīng)用于半橋和全橋電路。實際中應(yīng)選擇頻率比K為奇數(shù)，使得輸出電壓μo具有奇函數(shù)對稱和半波對稱的性質(zhì)，μc無偶次諧波。但是輸出電壓μc中含有比較嚴(yán)重的n=K次中心諧波以及n=jk±6次邊頻諧波。 其控制信號為相位互補的兩列脈沖信號。 單極性SPWM的載波為單極性的不對稱三角波，輸出電壓也是單極性的方波。因為輸出電壓中包含零電平，因此，單極性SPWM只能應(yīng)用于全橋逆變電路。由于其載波本身就具有奇函數(shù)對稱和半波對稱特性，無論頻率比K取奇數(shù)還是偶數(shù)輸出電壓Uo都沒有偶次諧波。輸出電壓的單極性特性使得uo不含有n=k次中心諧波和邊頻諧波，但卻有少量的低頻諧波分量。單極性SPWM的控制信號為一組高頻(載波頻率fe)脈沖和一組低頻(調(diào)制頻率fk)脈沖，每組的兩列脈沖相位互補。由三角載波和正弦調(diào)制波的幾何關(guān)系可以得到，在k》l時，高頻脈沖的占空比D為 2．2 PIC單片機的軟件實現(xiàn) PICl6C73是Microchip公司的一款中檔單片機，它功能強大而又價格低廉。PICl6C73內(nèi)部有兩個CCP(Capture、Compare、PWM)模塊，當(dāng)它工作在PwM模式下，CCP x引腳就可以輸出占空比10位分辨率可調(diào)的方波，圖2為其工作原理圖。 TMR2在計數(shù)過程中將同步進行兩次比較：TMR2和CCPRxH比較一致將使CCPX引腳輸出低電平；TMR2和PR2比較一致將使CCPx引腳輸出高電平，同時將TMR2清O，并讀入下一個CCPRxH值，如圖3所示。因此，設(shè)定CCPRxH值就可以設(shè)定占空比，設(shè)定PR2值就可以設(shè)定脈沖周期。脈沖占空比D可以表示為 在本設(shè)計中，全橋逆變器采用單極性SPWM調(diào)制方式。CCP1模塊用來產(chǎn)生高頻脈沖，CCP2模塊用來產(chǎn)牛低頻脈沖。選擇16M晶振，根據(jù)脈沖周期Tc=[(PR2)+l]×4×4*Tosc和頻率比k=Tg／Tc,可以取PR2=249，k=320，則有Tg=20 ms，高頻脈沖序列每一一個周期中包含：320個脈沖。設(shè)調(diào)制比m=0．92，將，t=TgN／320代入式(2)，聯(lián)立式(3)可以得到產(chǎn)生高頻脈沖 所需要的CCP1H的取值，第0～79個脈沖為 CCP1H=230sin(πN/160)（4） 式中：N為O→79。 考慮到正弦波的對稱性，可以得到第80～159個脈沖為 CCP1H=230sin[π×(80—N)／160](5)根據(jù)脈沖的互補性，可以得到第160～239個脈沖為 CCP1H=250—230sin(πN／160)(6) 第240～319個脈沖為 CCP1H=250—230Sin[π×(80一N)／160](7) 因此，在程序中存儲表格230sin(πN／160)，N∈[0，79]就可以得到整個周期320個高頻脈沖的CCP．H值。第O～79點，CCP1H為正向查表取值；第80～159點，CCP1H為反向查表取值；第160～239點CCP1H為計數(shù)周期減去正向查表值；第240~319點CCP1H為計數(shù)周期減去反向查表值。 對于低頻脈沖，前半個周期可以看成由占空比始終為1的高頻脈沖組成，后半個周期看成由占空比始終為0的高頻脈沖組成，因此，第O～159個脈沖，CCP2H=250，第160～319個脈沖，CCP2H=O。 圖4為單片機_TMR2中斷程序的流程圖，在中斷程序中查表修改CCPxL的值．就可以改變下一個脈沖的CCPxH值，從而 修改下一個脈沖的占空比，實現(xiàn)SPWM控制。實驗結(jié)果 實驗中，輸入電壓變化范圍為10．5~15 V，輸出濾波電感5．3mH，濾波電容8μF，從空載到150W負載狀態(tài)下都可以輸出(220±10V)、50Hz的正弦波交流電壓，如表1和表2所示。圖5和圖6分別為空載和150W純阻性負載條件下輸出電壓電流波形?？梢钥闯鲚敵鲭妷汉碗娏鞑ㄐ瘟己茫?jīng)測量電壓波形的THD為3．6％。結(jié)語 本文詳細分析了一種正弦波輸出的逆變電源的設(shè)計，以及基于單片機的數(shù)字化SPWM控制的實現(xiàn)方法。數(shù)字化SPWM控制靈活，電路結(jié)構(gòu)簡單，控制的核心部分在軟件中，有利于保護知識產(chǎn)權(quán)。 專業(yè)基礎(chǔ)綜合實驗報告 題目：測控技術(shù)與儀器專業(yè) 姓 名：學(xué) 號：專業(yè)班級： 1、總體設(shè)計方案 1.1 設(shè)計功能及要求 1、利用單片機和傳感器構(gòu)建一套完整的水位自動控制系統(tǒng)。要求既能實現(xiàn)水位自動控制，又能顯示實際水位，便于用戶監(jiān)視。在水塔中經(jīng)常要根據(jù)水面的高低進行水位的自動控制，同時進行水位壓力的檢測和控制。本液位器具有水位檢測、報警、自動上水和排水（上水用電機正轉(zhuǎn)模擬，下水用電機反轉(zhuǎn)模擬）、壓力檢測功能。 2、該系統(tǒng)以89S52單片機為水塔水位控制系統(tǒng)的核心，用傳感器采集水壓模擬信號，然后將模擬信號送入A/D轉(zhuǎn)換器，換算出某一時刻水塔水位的實際高度，然后拿它與標(biāo)定水位進行比較，要求實時檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機控制開關(guān)的開斷進行液位的調(diào)整，最終達到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值時，要求報警，斷開繼電器，控制水泵停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，要求報警，開啟繼電器，控制水泵開始上水?，F(xiàn)場實時顯示測量值，從而實現(xiàn)對水箱液位的監(jiān)控。如此重復(fù)“測量、比較、開啟”這三步，直至實測水位與標(biāo)定水位的偏差落入給定的精度范圍之內(nèi)。落入給定精度范圍之后，將兩個水泵同時關(guān)停。 電路焊接好后，接通電源，改變液位使檢測點變化，當(dāng)液位在A點以下時紅燈連續(xù)亮并且發(fā)出頻率較高的報警聲，顯示00，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng)A≤液位 3、控制系統(tǒng)中標(biāo)定水位用鍵盤輸入，用十進制數(shù)碼顯示。本液位器具有水位檢測、報警、自動上水和排水、壓力檢測功能。該控制器主要由89S52單片機，0809A/D轉(zhuǎn)換器，A、B、C三點水位檢測電路，壓力檢測電路、數(shù)碼顯示電路、鍵盤和電源電路組成。 4、可根據(jù)需要設(shè)定液位控制高度，同時具備報警、高度顯示等功能，液位自動控制系統(tǒng)工作流程如下：將壓力傳感器傳送來的電流信號經(jīng)過前級放大和A/D轉(zhuǎn)換進入單片機，經(jīng)單片機計算處理(與用戶的設(shè)定值作比較)。將輸出數(shù)字量進行D／A轉(zhuǎn)換送給電動執(zhí)行機構(gòu)。 5、基于單片機的水位自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本論文是以單片機為核心設(shè)計水塔水位控制系統(tǒng)，包括硬件電路的設(shè)計和控制系統(tǒng)程序的設(shè)計。通過此系統(tǒng)使水塔水位保持在要求的高度 1.2 設(shè)計方案 1.2.1硬件設(shè)計方案 （1）基于單片機的通用水位自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，根據(jù)功能的不同，把系統(tǒng)劃分為如下模塊(圖2)。 圖2 系統(tǒng)模塊圖 （1）硬件設(shè)計 液位控制器的硬件主要包括由單片機、傳感器(帶變送器)、鍵盤電路、數(shù)碼顯示電路、A／D轉(zhuǎn)換器和輸出控制電路等。 工作原理：基于單片機實現(xiàn)的液位控制器是以AT89C51芯片為核心，由鍵盤、數(shù)碼顯示、A／D轉(zhuǎn)換、傳感器，電源和控制部分等組成。工作過程如下：水箱(水塔)液位發(fā)生變化時，引起連接在水箱(水塔)底部的壓力傳感器，壓力傳感器的壓力受到水的壓力，即把變化量轉(zhuǎn)化成電壓信號；該信號經(jīng)過運算放大電路放大后變成幅度為0～5 V標(biāo)準(zhǔn)信號，送入A／D轉(zhuǎn)換器，A／D轉(zhuǎn)換器把模擬信號變成數(shù)字信號量，由單片機進行實時數(shù)據(jù)采集，并進行處理，根據(jù)設(shè)定要求控制輸出，同時數(shù)碼管顯示液位高度。通過鍵盤設(shè)置液位高、低和限定值以及強制報警值。該系統(tǒng)控制器特點是直觀地顯示水位高度，可任意控制水位高度。 1.2.2軟件設(shè)計方案 （1）設(shè)計框圖 （2）原理：通過軟件設(shè)計將將模擬信號送入A/D轉(zhuǎn)換器，換算出某一時刻水塔水位的實際高度，然后拿它與標(biāo)定水位進行比較，要求實時檢測水箱的液位高度，并與開始預(yù)設(shè)定值做比較，由單片機控制開關(guān)的開斷進行液位的調(diào)整，最終達到液位的預(yù)設(shè)定值。檢測值若高于上限設(shè)定值時，要求報警，斷開繼電器，控制水泵停止上水；檢測值若低于下限設(shè)定值，要求報警，開啟繼電器，控制水泵開始上水?，F(xiàn)場實時顯示測量值，從而實現(xiàn)對水箱液位的監(jiān)控。 2.硬件設(shè)計 2.1 液位檢測電路 2.2 單片機最小系統(tǒng) 2.3 LED顯示電路 2.4 按鍵電路 2.5 報警電路 2.6 電源電路 我們組做的是按鍵電路、報警電路和電源電路 PCB板圖如下 3.軟件設(shè)計 3.1 主程序設(shè)計 系統(tǒng)主程序設(shè)計： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0060H MAIN: MOV P1, #FFH ；P1 P3口初始化置1 MOV P3，#FFH JNB P1.3，AUT ；若手動在自動位置，跳到自動模式子程序 AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動模式子程序 END 自動模式子程序設(shè)計 AUT：NOP ；空命令 JNB P1.2 , LG ；水位高—LG JB P1.1 LD，；水位沒低---LD CLR P3.1 ；水位低報警 JB P1.0, LDD ；水位未低低---LDD CLR P3.0 ；水位低低報警 JNB 3.1 P1.6，Y1 ；M1已啟動—Y1 CLR P1.4 ；否則啟動M1 Y1: JNB P1.7 ,Y2 ；M2已啟動---Y2 CLR P1.5 ；否則啟動M2 Y2: ACALL DELAY ；延時1分鐘 AJMP AUT ；返回自動模式 LDD: JNB P1.6 ,Y3 ；單獨運行M1（LDD〈水位〈LD）CLR P1.4 Y3: JB P1.7 Y2 SETB P1.5 AJMP Y2 LG: CLR P3.2 ；水位高報警 LD: AJMP MAIN ；返回主程序 手動模式子程序設(shè)計 MEN： NOP JNB P1.1 , MAIN ；水位高返回主程序 ACALL KEY CJNE A ,#FOH,NN ；有無鍵合 AJMP MEN NN: JNB ACC.4 ,HM1 JNB ACC.5, HM2 JNB ACC.6 ,DM1 JNB ACC.7 ,DM2 AJMP MEN HM1: JNB P1.6 ,MEN CLR P1.4 AJMP MEN HM2: JNB P1.7, MEN CLR P1.5 AJMP MEN DM1: JB P1.6, MEN SETB P1.4 AJMP MEN DM2: JB P1.7, MEN SETB P1.5 AJMP MEN RET 3.2 子程序設(shè)計 3.2.1 鍵盤子程序設(shè)計 有無鍵合子程序： KEY： ACALL KS1 ；有無閉合 JNZ LK1 ACALL TIM AJMP KEY ；無鍵閉合返回 LK1： ACALL TIM ACALL TIM ACALL KS1 JNZ LK2 延時1S主程序: T1M1: MOV R1, #F0H L4: MOV R2, #08H L1: MOV R3, #FAH L2: MOV R4, #FAH L1: DJNZ R4，L1 DJNZ R3，L2 DJNZ R2，L3 DJNZ R1，L4 RET 3.2.2A/D轉(zhuǎn)換子程序設(shè)計 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換程序 入口參數(shù)：30H---33H;出口參數(shù)：BAI，SHI，GE CHANGE CLRF BAI CLRF SHI CLRF GE ;先清除結(jié)果寄存器 MOV FW 31H ; ADD WF 30H,1 MOV FW 32H ADD WF 30H,1 MOV FW 33H ADD WF 30H,1 RRF 30H,1 RRF 30H,0 MOV WF TEMP MOV LW 64H ;減100，結(jié)果保留在W中 SUB WF TEMP,0 BTFSS TATUS,C ;判斷是否大于100 GOTO SHI_VAL ;否，轉(zhuǎn)求十位結(jié)果 MOVWF TEMP ;是，差送回TEMP中 INC F BAI,1 ;百位加1 GOTO $-6 ;返回繼續(xù)求百位的值 SHI_VAL MOV LW 0AH ;減10，結(jié)果保留在W中 SUBWF TEMP,0 BTFSS STATUS,C ;判斷是否大于10 GOTO GE_VAL ;否，轉(zhuǎn)去判斷個位結(jié)果 MOVWF TEMP ;是，差送回TEMP中 INCF SHI,1 ;十位值加1 GOTO $-6 ;轉(zhuǎn)會繼續(xù)求十位的值 GE_VAL MOVFW TEMP MOVWF GE RETURN 顯示程序 入口參數(shù)：BAI，SHI，GE 出口參數(shù)：無 DISPLAY MOV FW BAI CALL TABLE MOVWF PORTD BCF PORTA,3 CALL DELAY CALL DELAY BSF PORTA,3 MOVFW SHI CALL TABLE MOVWF PORTD BCF PORTA,4 CALL DELAY CALL DELAY BSF PORTA,4 MOVFW GE CALL TABLE MOVWF PORTD BCF PORTA,5 CALL DELAY CALL DELAY BSF PORTA,5 RETURN ;個位的值 ;顯示百位 ;顯示十位 ;顯示個位 基于單片機控制的交通燈設(shè)計系統(tǒng) 班級： 姓名： 學(xué)號： 第一章 概述 1.設(shè)計內(nèi)容 本系統(tǒng)需要采用AT89C51單片機AT89C5中心器件來設(shè)計交通燈控制器，實現(xiàn)以下功能: 1.1初始東西綠燈亮,南北紅燈亮,東西方向通車。1.2黃燈閃爍后,東西路口紅燈亮同時南北路口綠燈亮,南北方向開始通車。1.3延時27s，南北方向綠燈滅，黃燈閃爍3次，然后又切換成東西方向通車，如此重復(fù)。 設(shè)計交通燈控制系統(tǒng)硬件電路與軟件控制程序，對硬件電路與軟件程序分別進行調(diào)試，并進行軟硬件聯(lián)調(diào)，要求獲得調(diào)試成功的仿真圖。2.設(shè)計目的 2.1 了解交通燈管理的基本工作原理。2.2 熟悉AT89C51工作原理和應(yīng)用編程。 2.3 熟悉AT89C51行接口的各種工作方式和應(yīng)用。 2.4 熟悉AT89C51數(shù)器/定時器的工作方式和應(yīng)用編程外部中斷的方法。2.5 掌握多位LED顯示問題的解決。3.設(shè)計原理 AT89C51片機具有控制二連體共陰極數(shù)碼管和發(fā)光二極管的輸出顯示以及檢測按鍵輸入的功能。利用AT89C51片機模仿制作室外十字路口多功能交通燈，實現(xiàn)室內(nèi)控制與室外顯示的功能。合理控制交通繁忙,交通特殊情況和恢復(fù)交通正常的三種情況。 本設(shè)計用4個共陽極LED數(shù)碼管的分別表示東、西、南、北四個方向路口，以數(shù)碼管的上、中、下3個橫段分別代表紅、黃、綠3盞燈，用P0、P1口分別輸出控制模擬交通燈的狀態(tài)顯示的數(shù)碼管和倒計時顯示數(shù)碼管的狀態(tài)碼，P3^ 1、P3^ 2、P3^4-P3^7控制數(shù)碼管的位選，P2^0-P2^4接收中斷信號并反饋給INT0接口進行中斷處理。 第二章 硬件設(shè)計 1.設(shè)計框圖 如圖2-1所示 此處要有文字說明 圖2-1設(shè)計框圖 2.元器件選擇及其功能介紹 AT89C51是一種帶4K字節(jié)LASH存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51片引腳圖如下圖2-2所示。 圖2-2 AT89C51片引腳圖 主要特性： ·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·數(shù)據(jù)保留時間：10年 ·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz ·三級程序存儲器鎖定 ·128×8位內(nèi)部RAM ·32可編程I/O線 ·兩個16位定時器/計數(shù)器,5個中斷源 ·可編程串行通道 ·低功耗的閑置和掉電模式 ·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3.設(shè)計原理圖 硬件電路圖通過Proteus 仿真之后如圖2-3所示，其中： 按鈕K0連接P2^0端口實現(xiàn)紅燈全亮，處理交通意外 按鈕K1連接P2^1端口實現(xiàn)南北方向亮燈時間+1s 按鈕K2連接P2^2端口實現(xiàn)南北方向亮燈時間-1s 按鈕K3連接P2^3端口實現(xiàn)東西方向亮燈時間+1s 按鈕K4連接P2^4端口實現(xiàn)東西方向亮燈時間-1s 圖2-3整體連接電路原理圖 第三章 軟件設(shè)計 1.各個程序段介紹 1.1數(shù)碼管顯示 void Display(uchar j)//j控制顯示table中連續(xù)位的起始點 { char h,l;if(j<11)//根據(jù)狀態(tài)判定時間 { h=Time_EW/10;//EW通行時間十位 l=Time_EW%10;//EW通行時間個位 } else if(j<23){ h=Time_SN/10;//SN通行時間十位 l=Time_SN%10;//SN通行時間個位 } for(i=0;i<4;)//按位顯示通行狀況及時間 { P0=table1[j];//通行狀況顯示 P3=tab[i];//位選顯示 i++; j++; if(i%2)//兩位計時顯示 { P1=table[l]; Delay(400); } else { P1=table[h]; Delay(400); } } Delay(5);} 1.2 INT0外部中斷服務(wù)程序 void EXINT0(void)interrupt 0//INT0外部中斷 { EX0=0;//關(guān)中斷 if(Busy_Button==0){ P0=0xFE;//意外按鈕按下全顯示紅燈 for(;Busy_Button!=1;)//意外按鈕彈起時恢復(fù)之前狀態(tài) Display(24);} /*四個時間控制按鈕分別控制SN、EW方向初始通行時間加減，最長不超過s，最少不低于s*/ if(SN_Add==0)//SN+1 { SN1+=1; if(SN1>99) SN1=99;} if(SN_Red==0)//SN-1 { SN1-=1; if(SN1<20) SN1=20;} if(EW_Add==0)//EW+1 { EW1+=1; if(EW1>99) EW1=99;} if(EW_Red==0)//EW-1 { EW1-=1; if(EW1<20) EW1=20;} EX0=1;//開中斷 } 1.3延時子程序 void Delay(uchar a)//循環(huán)a次 { uchar x;x=a;while(x--){;} } 2.程序 #define uchar unsigned char #include uchar x;x=a;while(x--){;} } void Display(uchar j){ char h,l;if(j<11){ h=Time_EW/10; l=Time_EW%10;} else if(j<23){ h=Time_SN/10; l=Time_SN%10;} for(i=0;i<4;){ P0=table1[j]; P3=tab[i]; i++; j++; if(i%2) { P1=table[l]; Delay(400); } else { P1=table[h]; Delay(400); } } Delay(5);} void EXINT0(void)interrupt 0 { EX0=0;if(Busy_Button==0){ P0=0xFE; for(;Busy_Button!=1;)Display(24);} if(SN_Add==0){ SN1+=1; if(SN1>99) SN1=99;} if(SN_Red==0){ SN1-=1; if(SN1<20) SN1=20;} if(EW_Add==0){ EW1+=1; if(EW1>99) EW1=99;} if(EW_Red==0){ EW1-=1; if(EW1<20) EW1=20;} EX0=1; } void timer0(void)interrupt 1 using 1 { TH0=0x3C;TL0=0xB0;count++;if(count==20){ Time_EW--; Time_SN--; count=0;} } 第四章 仿真結(jié)果及其總結(jié) 1.仿真結(jié)果圖 1.1正常狀態(tài)的仿真結(jié)果如圖4-1所示 圖4-1正常狀態(tài) 1.2黃燈狀態(tài)的仿真結(jié)果如圖4-2所示 圖4-2黃燈狀態(tài) 1.3緊急狀態(tài)的仿真結(jié)果如圖4-3所示 圖4-3 緊急狀態(tài) 1.4延長通行時間的仿真結(jié)果如圖4-4所示 圖4-4延長通行時間 2.總結(jié) 通過這次交通燈的課程設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實問題的能力。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用學(xué)習(xí)過程中，以及在常用編程設(shè)計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為一名合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。綜合課程設(shè)計讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對已有知識有了更深層次的理解和認識。在此，由于自身能力有限，在課程設(shè)計中碰到了很多的問題，我通過查閱相關(guān)書籍、資料以及和周圍同學(xué)交流得到解決。 通過這次交通燈的課程設(shè)計,使我了解了寫畢業(yè)設(shè)計的流程和方法。為自己以后的畢業(yè)論文的設(shè)計做一次練習(xí)，具有積極的意義。還有交通燈是我們生活中非常常見的一種東西，對于我們學(xué)以致用的這種能力得到了很好鍛煉，能夠為我們以后的工作于學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 由于本人的水平有限，設(shè)計中難免會有一些不合理的部分，系統(tǒng)的穩(wěn)定性還有待提高，望批評更正。第四篇：基于單片機的液位控制器設(shè)計
第五篇：基于單片機控制的交通燈設(shè)計系統(tǒng)
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