逆變器的研究與設(shè)計(jì).doc

逆變器的設(shè)計(jì) 摘 要 本文中主要介紹了小功率逆變器的設(shè)計(jì) 其主要包括兩部分電路 一是主電路 另一個(gè)是控制電路 主電路主要包括 三相全橋電路 驅(qū)動(dòng)電路 控制電路主要包括 單片機(jī)控制回路 SPWM 波形發(fā)生電路 死區(qū)保護(hù)電路等 在主電路中 全橋逆變電 路采用快速 MOS 管 6N60A 驅(qū)動(dòng)電路采用集成芯片 IR2130 控制回路中采用 STC89C51 單片機(jī) 數(shù)模轉(zhuǎn)換采用 AD7528 芯片 逆變電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用三相全橋逆變 應(yīng)用電路仿真軟件 Multisim 對(duì)電路各部分進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真 對(duì)電路各部分參數(shù)選擇進(jìn)行 理論分析 利用 51 系列單片機(jī)編寫(xiě)程序 最終設(shè)計(jì)出頻率可調(diào)整 輸出電壓可以調(diào)整 的逆變器 關(guān)鍵詞 SPWM 單片機(jī) IR2130 AD7528 The design of the inverter ABSTRACT This article introduces a small power inverter design which mainly includes two parts of the circuit first the main circuit and the other is control circuit The main circuit include three phase full bridge circuit driver circuit control circuit including MCU control circuit of SPWM waveform generating circuit the dead zone protection circuit In the main circuit the full bridge inverter circuit with a fast MOS transistor 6N60A driver circuit uses integrated chip IR2130 control circuit used in the MCU STC89C51 AD7528 chip digital to analog conversion Inverter circuit topology of three phase full bridge inverter the application circuit simulation software Multisim to experiment with the various parts of the circuit simulation theoretical analysis of circuit parameters selection the use of 51 series microcontroller programming The final design of the inverter frequency to adjust the output voltage can be adjusted KEY WORDS SPWM MCU IR2130 AD7528 目 錄 摘要 ABSTRACT 1 緒論 1 1 1 課題研究的目的及意義 1 1 1 1 課題研究的目的 1 1 1 2 課題研究的意義 1 1 2 逆變器在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1 2 1 國(guó)內(nèi)逆變器研究現(xiàn)狀 2 1 2 2 國(guó)外逆變器研究現(xiàn)狀 2 1 3 逆變器的介紹 3 1 3 1 逆變器的分類 3 1 3 2 逆變器與變頻器的區(qū)分 3 1 4 主要研究?jī)?nèi)容 3 2 逆變器的組成 4 2 1 逆變系統(tǒng)電路框圖 4 2 2 SPWM 波的方案選取 5 2 3 逆變電路的控制方式論證 6 2 4 主電路結(jié)構(gòu)的方案選取 9 3 逆變器硬件電路分析與仿真 10 3 1 系統(tǒng)硬件電路的分析 10 3 1 1 橋式電路分析 10 3 1 2 控制回路電路的設(shè)計(jì) 12 3 1 3 SPWM 波硬件電路 15 3 1 4 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 18 3 1 5 延時(shí)保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 19 3 1 6 DC DC 模塊電路 20 3 2 控制電路的仿真 21 3 2 1 MULTISIM 仿真軟件介紹 21 3 2 2 SPWM 波電路的仿真 21 3 2 3 全橋逆變電路的仿真 23 3 2 4 延時(shí)電路的仿真 24 3 3 濾波回路的參數(shù)計(jì)算 25 4 逆變器的軟件設(shè)計(jì) 27 4 1 KEIL C 仿真軟件介紹 27 4 1 1 KEIL C51 的特點(diǎn) 27 4 1 2 KEIL C51 的數(shù)據(jù)類型 28 4 2 控制系統(tǒng)程序流程圖 29 5 總結(jié) 32 參考文獻(xiàn) 33 致謝 35 附錄 I 1 死區(qū)保護(hù)電路 36 附錄 I 2 主電路 37 附錄 I 3 單片機(jī)控制電路 38 附錄 I 4 DA 電路 39 附錄 I 5 IR2130 應(yīng)用電路 40 附錄 II 程序清單 41 1 緒 論 1 1 課題研究的目的及意義 1 1 1 課題研究的目的 近年來(lái) 隨著電力電子技術(shù) 各行各業(yè)自動(dòng)化水平及控制技術(shù)的發(fā)展和其對(duì)操作性 能要求的提高 逆變技術(shù)在許多領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛 對(duì)電源的要求越來(lái)越高 因此逆變電源在各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中也被廣泛的使用 逆變器是一種能將直流電轉(zhuǎn)化為可變 交流電的電子裝置 使用適當(dāng)?shù)淖儔浩?開(kāi)關(guān)以及控制電路可以將轉(zhuǎn)化的交流電調(diào)整 到需要的電壓以及頻率值上 逆變器沒(méi)有移動(dòng)部件 其應(yīng)用范圍極其廣泛 從小型計(jì)算機(jī)開(kāi)關(guān)電源 到大型電 力公司高壓直流電源應(yīng)用 運(yùn)輸散貨 逆變器通常用于提供從諸如太陽(yáng)能電池板或電 池直流電源轉(zhuǎn)換的交流電源 逆變器有兩種主要類型 對(duì)修改后正弦波逆變器輸出是 一個(gè)類似方波輸出 輸出去除了一時(shí)間為零伏特 然后才轉(zhuǎn)到正或負(fù) 它的電路簡(jiǎn)單 而且成本一般較低 并與大多數(shù)電子設(shè)備兼容 純正弦波逆變器產(chǎn)生一個(gè)近乎完美的正弦波輸出 時(shí) 控制T4導(dǎo)通 此時(shí)輸出 r u c u 電壓為 Ud 當(dāng) 時(shí) 控制T4關(guān)斷 則負(fù)載電流通過(guò)D3續(xù)流輸出電壓為0V o u r u c u o u 圖 2 6 單極性 PWM 控制原理 在的負(fù)半周 使T3保持始終受控導(dǎo)通狀態(tài) 使T1 T4一直保持關(guān)斷 只控制 r u T2 當(dāng) 時(shí) 控制T2導(dǎo)通 輸出電壓為 在 時(shí) 使T2關(guān)斷 則負(fù)載 r u c u o u d u r u c u 電流通過(guò)D4續(xù)流 輸出電壓為0V o u 這種調(diào)制方式中 在調(diào)制波的正 負(fù)半個(gè)周期內(nèi) 三角形載波只在一個(gè)方向變 r u 化 輸出電壓也只在一個(gè)方向變化 輸出電壓波形如圖2 6所示 輸出的電壓有 d u 0V 三種電壓值 其中的為基波分量的波形 與正弦調(diào)制電壓的形狀相同 d u 1o u r u 圖中的虛線表示中的基波分量 像這種在的半個(gè)周期內(nèi)三角形載波只在單一的 1o u o u r u 正極性或負(fù)極性范圍內(nèi)變化 所得到的SPWM 波形也只在單個(gè)極性范圍變化的控制方式 稱為單極性SPWM 控制方式 b 雙極性 SPWM 控制 和單極性SPWM 控制方式相對(duì)應(yīng)的是雙極性控制方式 如果三角波載波在半個(gè)周期 內(nèi)的方向是在正負(fù)兩個(gè)方向變化的 所得到的SPWM波形也是在兩個(gè)方向變化的 這時(shí) 就成為雙極性SPWM控制方式 如圖2 7所示 其控制和輸出波形如圖2 7所示 其中 為正弦調(diào)制波 為三角形載波 但的波形與單極性時(shí)有明顯的不同 在的半 r u c u c u r u 個(gè)周期內(nèi) 三角波載波不再是單極性的 而是有正有負(fù)的雙極性三角波 雙極性調(diào)制 方式在的正 負(fù)半周控制規(guī)律相同 當(dāng)時(shí) 同時(shí)給T1和T4導(dǎo)通信號(hào) 給T2和 r u cr uu T3關(guān)斷信號(hào) 此時(shí)若 則T1和T4導(dǎo)通 若 則Dl和D4導(dǎo)通 兩種情況下輸 0 0 i0 0 i 出電壓均為 當(dāng)時(shí) 給T2和T3導(dǎo)通信號(hào) 給Tl和T4關(guān)斷信號(hào) d u cr uu 若此時(shí) 則T2和T3導(dǎo)通 若 則D2和D3導(dǎo)通 兩種情況下輸出電壓均 0 0 i0 0 i o u 為 可見(jiàn) 在的一個(gè)周期內(nèi) 輸出的PWM 波只有兩種電平 而不再出現(xiàn)單 d u r u d u 極性控制時(shí)的零電平狀態(tài) 主電路的輸出電壓波形如圖2 7所示 其幅值只有 o u d u 兩種 為輸出的基波波形 形狀與正弦調(diào)制波相同 從以上的分析可見(jiàn) 單相 d u 1o u 橋式電路既可采取單極性調(diào)制 也可采用雙極性調(diào)制 當(dāng)對(duì)開(kāi)關(guān)器件通 斷控制的規(guī)律 不同時(shí) 它們的輸出PWM 波形也會(huì)出現(xiàn)較大的差別 圖 2 7 雙極性 PWM 控制原理 2 同步調(diào)制與異步調(diào)制 在PWM逆變電路中 載波頻率fc與調(diào)制信號(hào)頻率fr之比N fc fr 根據(jù)載波和信號(hào) 波是否同步及載波比的變化情況 PWM逆變電路可以有異步調(diào)制和同步調(diào)制兩種控制方 式 a 異步調(diào)制 載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)不保持同步關(guān)系的調(diào)制方式稱為異步方式 在異步調(diào)制方式 中 調(diào)制信號(hào)頻率fr 變化時(shí) 通常保持載波頻率fc 固定不變 因而載波比N是變化 的 這樣 在調(diào)制信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi) 輸出脈沖的個(gè)數(shù)不固定 脈沖相位也不固定 正負(fù)半周期的脈沖不對(duì)稱 同時(shí) 半周期內(nèi)前后1 4周期的脈沖也不對(duì)稱 當(dāng)調(diào)制信號(hào) 頻率較低時(shí) 載波比N較大 半周期內(nèi)的脈沖數(shù)較多 正負(fù)半周期脈沖不對(duì)稱和半周期 內(nèi)前后1 4周期脈沖不對(duì)稱的影響都較小 輸出波形接近正弦波 當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率增高 時(shí) 載波比N就減小 半周期內(nèi)的脈沖數(shù)減少 輸出脈沖的不對(duì)稱性影響就變大 還會(huì) 出現(xiàn)脈沖的跳動(dòng) 同時(shí)輸出波形和正弦波之間的差異就變大 電路輸出特性變壞 b 同步調(diào)制 載波比N等于常數(shù) 并在變頻時(shí)使載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)保持同步的調(diào)制方式稱為同 步調(diào)制 在基本同步調(diào)制方式中 調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)載波比N不變 綜上比較選取了同步雙極型調(diào)制 2 4 主電路結(jié)構(gòu)的方案選取 逆變器的主電路結(jié)構(gòu)形式多種多樣 有全橋型 半橋型及推挽型等 逆變器主電路 結(jié)構(gòu)的選取應(yīng)該遵循以下幾個(gè)原則 盡量減少逆變電源中的電容值 電感值和電容電 感元件在逆變電源中的數(shù)量 這樣可以減小整個(gè)逆變電源設(shè)備的體積 提高其可靠性 同時(shí)也應(yīng)該降低設(shè)備的成本 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)該有利于逆變電源最終輸出電壓中諧波 的消除 輸出電壓頻率及幅值的調(diào)節(jié) 鑒于以上諸項(xiàng)要求 本文所設(shè)計(jì)的逆變器主電 路采用的是三相全橋式結(jié)構(gòu) 全橋模型如圖 2 8 所示 圖 2 8 全橋模型 其中所用開(kāi)關(guān)器件可以是晶體管 MOS管 也可以是IGBT 而且不論P(yáng)型或N型 P 溝或N溝 3 系統(tǒng)硬件電路分析與仿真 3 1 系統(tǒng)硬件電路的分析 3 1 1 三相全橋電路分析 逆變電路根據(jù)直流側(cè)電源性質(zhì)的不同可分為兩種 直流側(cè)是電壓源的稱為電壓型逆 變電路 直流側(cè)是電流源的稱為電流型逆變電路 SPWM逆變器的主電路如圖3 1所示 圖中Vl V6是逆變器的六個(gè)功率開(kāi)關(guān)器件 各 由一個(gè)續(xù)流二極管反并聯(lián) 整個(gè)逆變器由恒值直流電壓U供電 一組三相對(duì)稱的正弦參 考電壓信號(hào) 由參考信號(hào)發(fā)生器提供 其頻率決定逆變器輸出的基波頻率 應(yīng)在所要求 的輸出頻率范圍內(nèi)可調(diào) 參考信號(hào)的幅值也可在一定范圍內(nèi)變化 決定輸出電壓的大 小 三角載波信號(hào)Uc是共用的 分別與每相參考電壓比較后 給出 正 或 零 的 飽和輸出 產(chǎn)生SPWM脈沖序列波 Uda Udb Udc作為逆變器功率開(kāi)關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)控制 信號(hào) 圖 3 1 SPWM 逆變器的主電路 橋式逆變主電路的開(kāi)關(guān)器件采用快速M(fèi)OS管IR2130 采用全橋式逆變電路 當(dāng) UruUc時(shí) 給V1導(dǎo)通信號(hào) 給V4關(guān)斷信號(hào) Uun Ud 2 Uuv的波形可由 Uun Uvn 得出 當(dāng)1和6通時(shí) Uuv Ud 當(dāng)3和4通時(shí) Uuv Ud 當(dāng)1和3或4和6通時(shí) Uuv 0 輸出線電壓PWM波由 Ud和0三種電平構(gòu)成負(fù)載相電壓PWM波由 2 3 Ud 1 3 Ud和0共5種電平組成 圖 3 2 各橋臂波形 3 1 2 控制回路的設(shè)計(jì) 控制模塊以單片機(jī)為控制核心 采用單片機(jī)STC89C52 STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可檫除只讀存儲(chǔ)器 FPEROM Flash Programable and Erasable Read Only Memory 的低電壓 高性能COMOS的微處理器 俗稱單片機(jī) 該器件采用ATMEL搞密度非易失存儲(chǔ)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 圖 3 3 STC89C52 單片機(jī)外部引腳圖 ST89C52的特點(diǎn) 1 8位處理器 2 最高40M時(shí)鐘 4機(jī)器周期的指令執(zhí)行速度 3 與標(biāo)準(zhǔn)8051兼容的管腳 4 與8051兼容的指令 5 4個(gè)8位I O口 6 擴(kuò)展的4位I O和等待信號(hào)線 44腳的PLCC或QFP封裝提供 7 三個(gè)16位計(jì)數(shù) 時(shí)器 8 12級(jí)中斷 9 片上時(shí)鐘源 10 兩個(gè)增強(qiáng)的雙工串口 11 1K的片上外部存儲(chǔ)器 12 可編程看門(mén)狗 13 兩個(gè)全速16位數(shù)據(jù)指針DPTR STC89C52內(nèi)部含有兩個(gè)16位數(shù)據(jù)指針 DPTR和DPTRI 大大加快了程序?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ) 區(qū)的訪問(wèn) 可以使STC89C52更加靈活迅速的與RAM和外設(shè)交換數(shù)據(jù) STC89C52還包含 1KB只能用MOVX指令訪問(wèn)的片內(nèi)SRAM 這樣一般情況下不需要外擴(kuò)RAM 可以大大節(jié)約 單片機(jī)的口線 STC89C52具有3個(gè)16位定時(shí)器 其功能和8052系列相似 在用作定時(shí)器 時(shí) 每個(gè)計(jì)數(shù)周期可以設(shè)定為4個(gè)或12個(gè)時(shí)鐘周期 STC89C52同時(shí)還具有看門(mén)狗定時(shí)器 用來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視 和80C52一樣 為了減少功耗 STC89C52提供了空閑IDLE和掉電 POWERDOWN兩種節(jié)電模式 STC89C52與8052在管腳及指令集上兼容 它具有8052的資源如 4個(gè)雙向8位I O口 3個(gè)16位定時(shí)器 計(jì)數(shù)器 全雙工串行和若干中斷源 STC89C52中有一個(gè)更加快速 性能更好的8位CPU 它的內(nèi)核經(jīng)過(guò)重新設(shè)計(jì) 提高 了時(shí)鐘速度和存儲(chǔ)器訪問(wèn)周期速度 性能的提高不僅僅在于使用高頻的振蕩器 還在 于STC89C52將多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的8052指令的機(jī)器周期從12個(gè)時(shí)鐘減少至4個(gè)時(shí)鐘 這樣性能就 提高了1 5 3倍 另外STC89C52還可調(diào)整MOVX指令的周期 范圍為2個(gè)機(jī)器周期 9個(gè) 機(jī)器周期 這種設(shè)計(jì)使得STC89C52能夠更有效的訪問(wèn)慢速或快速外部RAM及外設(shè) STC89C52內(nèi)含1KB用MOVX 指令訪問(wèn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 地址范圍為0000H 03FFH 它只能 用MOVX指令來(lái)訪問(wèn) 可由軟件來(lái)選擇是否使用這個(gè)片上SRAM STC89C52是與8052兼容的 因此具有8052的特性 相比8052它的速度提高 耗電 量減少 他的指令集基本與8051相同 多了一條DEC DPTR 操作碼 A5H DPTR減 1 指 令 8051每12個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期 而STC89C52每4個(gè)時(shí)鐘周期為一個(gè)機(jī)器周期 這樣提高了STC89C52的指令執(zhí)行速度 因此與8052相比即使在時(shí)鐘頻率相同的情況下 STC89C52也可以以更高速度運(yùn)行 由于采用全靜態(tài)CMOS設(shè)計(jì) STC89C52能夠在低時(shí)鐘 頻率下運(yùn)行 在相同指令吞吐量的情況下 電源消耗也降低 機(jī)器周期縮短至 4 個(gè)時(shí)鐘周期 是 STC89C52 速度提高的主要原因 STC89C52 具有 所有 8052 的特性 同時(shí)也具有一些新的外設(shè)及特性 1 I O口 STC89C52有4個(gè)8位I O口 及一個(gè)附加的4位I O口 當(dāng)處理器用MOVC或MOVX指令執(zhí) 行外部程序 訪問(wèn)外部設(shè)備 存儲(chǔ)器時(shí) P0口可用作地址 數(shù)據(jù)總線 此時(shí)它內(nèi)部有強(qiáng) 上拉或下拉功能 無(wú)須再使用外部上拉 否則它是帶有開(kāi)漏輸出的通用I O口 P2口主 要提供16位地址的高8位 當(dāng)用作地址線時(shí)它同樣具有強(qiáng)上拉或下拉功能 P1 P3口是 I O口同時(shí)具有不同的功能 P4口 限PLCC QFP封裝 是和P1 P3相同的通用I O口 P4 0有CP的復(fù)用功能是等待狀態(tài)中的控制信號(hào) 當(dāng)?shù)却隣顟B(tài)控制信號(hào)使能后 P4 0是 輸入口 2 串行口 STC89C52有2個(gè)增強(qiáng)型串行口 功能與標(biāo)準(zhǔn)8052串行口相似 STC89C52的串行口能 以不同的方式運(yùn)行 以獲得時(shí)序相似 注意串行口0可以用定時(shí)器1或2做波特率發(fā)生器 但串行口1只能用定時(shí)器1做波特率發(fā)生器 串行口有自動(dòng)地址識(shí)別和幀錯(cuò)誤檢測(cè)的增 強(qiáng)功能 3 定時(shí)器 STC89C52有3個(gè)16位定時(shí)器 其功能與8052體系中的定時(shí)器類似 當(dāng)作為定時(shí)器使 用時(shí) 可將它們?cè)O(shè)置為每4個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一次計(jì)數(shù) 或者每12個(gè)時(shí)鐘周期進(jìn)行一次計(jì) 數(shù) 這位用戶提供了模擬8052時(shí)鐘運(yùn)行的一種方式 STC89C52具有特殊的功能 看門(mén) 狗定時(shí)器 該定時(shí)器可用作系統(tǒng)監(jiān)控器 或超長(zhǎng)周期定時(shí)器 4 STC89C52中斷 STC89C52的中斷系統(tǒng)與標(biāo)準(zhǔn)8052之中斷系統(tǒng)有細(xì)微的差別 由于存在新增功能和 外設(shè) 中斷源的數(shù)量和中斷向量都相應(yīng)得增加 STC89C52提供12個(gè)中斷源2級(jí)中斷能力 包括6個(gè)外部中斷 定時(shí)器中斷及串行I O口中斷 5 數(shù)據(jù)指針 在標(biāo)準(zhǔn)8052中只有一個(gè)16位數(shù)據(jù)指針 DPL DPH 在STC89C52中還有一個(gè)16位數(shù) 據(jù)指針 DPL1 DPH1 這個(gè)數(shù)據(jù)指針位于標(biāo)準(zhǔn)8052中未定義的SFR地址中 STC89C52 中還有一條DEC DPTR指令 操作碼 A5H 用以提高程序的靈活性 6 片上數(shù)據(jù)SRAM STC89C52有1K字節(jié)的數(shù)據(jù)SRAM空間 它是可讀寫(xiě)的并且是存儲(chǔ)器映射的 這些片 上MOVX SRAM用MOVX指令來(lái)訪問(wèn) 這片區(qū)域不用于存放可執(zhí)行代碼 對(duì)于片內(nèi)256字節(jié) 暫存RAM和這些1K字節(jié)數(shù)據(jù)SRAM來(lái)說(shuō) 不存在數(shù)據(jù)的沖突和重疊 因?yàn)樗麄冇胁煌膶?址方式和單獨(dú)的訪問(wèn)指令 PMR寄存器中的DME0位來(lái)使能片上MOVX SRAM 在復(fù)位后 DME0位為0 因此MOVX SRAM是被關(guān)閉的 所有對(duì)0000H FFFFH地址空間的訪問(wèn)均為對(duì)外 部SRAM的訪問(wèn) 7 存儲(chǔ)器組織 STC89C52將存儲(chǔ)器分為2個(gè)獨(dú)立的區(qū)域 程序存儲(chǔ)器區(qū)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū) 程序存儲(chǔ) 器區(qū)用來(lái)存放程序代碼 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器區(qū)用來(lái)存放數(shù)據(jù)及存儲(chǔ)器映射的設(shè)備需要用到的 數(shù)據(jù) 8 程序存儲(chǔ)器 STC89C52提供32KB大小的程序存儲(chǔ)器 這些ROM區(qū)與8052的ROM區(qū)功能類似 所有 指令都從這些區(qū)域中取出執(zhí)行 MOVC指令同樣也訪問(wèn)這些區(qū)域 超過(guò)片上ROM最大地址 范圍后 系統(tǒng)將訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器 9 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 STC89C52最多可以訪問(wèn)64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 這個(gè)存儲(chǔ)器區(qū)域用MOVX指令來(lái)訪 問(wèn) 不同于其他8051的衍生產(chǎn)品 STC89C52還內(nèi)建一個(gè)1KB字節(jié)的MOVX SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器 這1KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍為0000H 03FFH 對(duì)該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)是受軟件 控制的 當(dāng)軟件允許訪問(wèn)該區(qū)域時(shí) 訪問(wèn)地址范圍為0000H 03FFH的MOVX指令將讀寫(xiě) MOVX SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容 當(dāng)?shù)刂贩秶^(guò)03FFH后 系統(tǒng)將自動(dòng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器 當(dāng)軟件禁止訪問(wèn)該區(qū)域時(shí) 該區(qū)域?qū)⒈挥成錇橥獠繑?shù)據(jù)存儲(chǔ)器 任何訪問(wèn)地址 為0000H FFFFH的MOVX指令都將訪問(wèn)到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 這是STC89C52默認(rèn)的運(yùn)行環(huán)境 另外STC89C52還有標(biāo)準(zhǔn)的256字節(jié)暫存數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 這片區(qū)域可以間接或直接訪問(wèn) 由 于這片區(qū)域STC89C52只有256字節(jié) 因此僅適用于數(shù)據(jù)量較小的場(chǎng)合 當(dāng)數(shù)據(jù)量較多時(shí) 可以考慮同時(shí)使用2個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片上MOVX SRAM 同外部RAM一樣只可由MOVX指令來(lái) 訪問(wèn) 但是片上MOVX SRAM擁有最快的訪問(wèn)速度 控制回路的電路圖如圖3 4所示 EA V P 31 X 1 19 X 2 18 RESET 9 IN T0 12 IN T1 13 T 0 14 T 1 15 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P0 0 39 P0 1 38 P0 2 37 P0 3 36 P0 4 35 P0 5 34 P0 6 33 P0 7 32 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 RD 17 WR 16 PSEN 29 ALE P 30 T X D 11 RX D 10 U ST C89C51 C 22UF C130P C230P CRY 12M V CC R 10K V CC R 10K S SW PB S1SW PB S2SW PB S3SW PB S4SW PB S 10K S 10K S 10K S 10K V CC OC 1 C 11 1D 3 1Q 2 2D 4 2Q 5 3D 7 3Q 6 4D 8 4Q 9 5D 13 5Q 12 6D 14 6Q 15 7D 17 7Q 16 8D 18 8Q 19 U SN74LS373 D0 D1 D3 D2 D4 D5 D6 D7 DCA WR DCB CS 圖 3 4 控制回路硬件圖 3 1 3 SPWM 波硬件電路 本設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)可以輸出三路正弦波 由單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生的正弦波 與三角波 發(fā)生器產(chǎn)生的三角波經(jīng)過(guò)比較器比較以后就可以得SPWM波 單片機(jī)可以通過(guò)設(shè)定電壓 值 從而給其三路正弦波提供幅度的參考值 另單片機(jī)可以通過(guò)定時(shí)控制正弦波頻率 通過(guò)讀取正弦表的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)輸出正弦波的相位 單片機(jī)控制系統(tǒng)輸出三路相位相差120 度的正弦波信號(hào)用于SPWM波的調(diào)制 該設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔 精度高 相位易于控制 波形幅值可以調(diào)節(jié)且成本比較低 功耗較小 滯回比較器輸出方波 方波經(jīng)過(guò)積分器 得到三角波 四個(gè)二極管和穩(wěn)壓二極管 使方波在高電平和低電平都能穩(wěn)壓 避免畸變影響三角波穩(wěn)定可靠輸出 滯回比較器 又稱施密特觸發(fā)器 遲滯比較器 這種比較器的特點(diǎn)是當(dāng)輸入信號(hào)逐漸增大或逐漸減小 時(shí) 它有兩個(gè)閾值 且不相等 其傳輸特性具有 滯回 曲線的形狀 單片機(jī)生成正弦波數(shù)字信號(hào) 經(jīng)DA芯片AD7528得到正弦波模擬信號(hào) AD7528是雙 通道 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)共用的8位TTL CMOS兼容輸入端口 傳輸至兩個(gè) DAC數(shù)據(jù)鎖存器中的一個(gè) 每個(gè)DAC均具有單獨(dú)的基準(zhǔn)電壓輸入和反饋電阻控制輸入DAC A DAC B確定數(shù)據(jù)載入哪一個(gè)通道DAC 該器件采用 5V至 15V電源供電 功耗小 圖 3 5 三角波產(chǎn)生電路圖 圖 3 6 DIP20 封裝的 AD7528 引腳圖 AD7528 的兩 DAC 共用同一個(gè) 8 位輸入口 在工作過(guò)程中 通過(guò)控制信號(hào) 來(lái)選擇其中一個(gè) DAC 接受數(shù)據(jù) 然后通過(guò)信號(hào)和來(lái)選擇 DAC 的操DACBDACA CSRD 作模式 當(dāng)和都處于低電平的時(shí)候 被選中的 DAC 就處于寫(xiě)狀態(tài) 而當(dāng)或CSRDCS 者處于高電平狀態(tài) 則被選中的 DAC 就出于數(shù)據(jù)保持狀態(tài) RD AD7528 工作時(shí)序圖如圖 3 7 所示 圖 3 7 AD7528 工作時(shí)序圖 當(dāng)CS和WR都為低電平時(shí) AD7528的模擬輸出端OUTA對(duì)DB0 DB7數(shù)據(jù)總線輸入端的 活動(dòng)作出響應(yīng) 在此方式下 輸入鎖存器是透明的 輸入數(shù)據(jù)直接影響模擬輸出 當(dāng) CS或WR為高電平時(shí) DB0 DB7輸入端上的數(shù)據(jù)被鎖存 直到CS和WR再次變?yōu)榈碗娖綖?止 當(dāng)CS為高電平時(shí) 無(wú)論WR狀態(tài)如何 數(shù)據(jù)輸入被禁止 單片機(jī)控制AD7528必須嚴(yán) 格按照其工作時(shí)序 同時(shí)滿足各信號(hào)的建立和保持時(shí)間要求 D7 D6 D5 D3 D4 D2 D1 D0 V CC V CC WR CS2 DAB DAA CS1 Vdd 17 OUT A 2 lsbDB0 14 RfbA 3 DB1 13 DB2 12 DB3 11 OUT B 20 DB4 10 DB5 9 RfbB 19 DB6 8 m sbD B7 7 AN GND 1 CS 15 WR 16 V refA 4 DACA B 6 V refB 18 U1 AD7528T Vdd 17 OUT A 2 lsbDB0 14 RfbA 3 DB1 13 DB2 12 DB3 11 OUT B 20 DB4 10 DB5 9 RfbB 19 DB6 8 m sbD B7 7 AN GND 1 CS 15 WR 16 V refA 4 DACA B 6 V refB 18 U2 AD7528T 3 2 1 411 U4 T L084 3 2 1 411 U3 T L084 3 2 1 411 U5 T L084 3 2 1 411 U6 T L084 R13 10K R18 10K R1910K R23 20K 3 2 1 411 U10 T L084 3 2 1 411 U9 T L084 C4471 R16 10K R1420K R15 20K U4471 R17 10K 3 2 1 411 U11 T L084 C6471 R21 10K C3103 3 2 1 411 U12 T L084 R22 20K D61N4004 R2020K RP2 10K D7 11V R30 510 V CC 圖 3 8 DA 轉(zhuǎn)換電路原理圖 3 1 4 驅(qū)動(dòng)回路的設(shè)計(jì) 由于輸出的調(diào)制 SPWM 波驅(qū)動(dòng)能力比較弱 不能用來(lái)直接驅(qū)動(dòng) MOS 管可靠的導(dǎo)通和 關(guān)斷 所以需要另外加一部分驅(qū)動(dòng)電路 以保障電路的可靠運(yùn)行 采用先進(jìn)的集成驅(qū) 動(dòng)芯片 IR2130 驅(qū)動(dòng)橋式電路 該類芯片因?yàn)槠鋬?nèi)部有高端懸浮自舉電路 可以大大減 少驅(qū)動(dòng)供電電源的數(shù)量和種類 采用驅(qū)動(dòng)芯片 IR2130 驅(qū)動(dòng) 只需單電源供電 且工作 電壓范圍比較寬 10V 20V 同時(shí)其靜態(tài)功耗較小在常溫下僅為 40 毫瓦 IR2130 體積 小巧 外部接線相對(duì)簡(jiǎn)單 而且不需要對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)供電 使得整個(gè)系統(tǒng)的可靠性大 大提高 管腳的功能如表 3 1 所示 表 3 1 IR2130 管腳的功能表 Pin1Pin2Pin3Pin4Pin5Pin6Pin7 低端輸出公共端低端固定電 源電壓 輸 出的電壓 10 20V 空端高端浮置電 源偏移電壓 高端浮置電 源電壓 高端輸出 Pin8Pin9Pin10Pin11Pin12Pin13Pin14 空端邏輯電源電 壓 5 9V 邏輯高端輸 入 使能端 當(dāng) SD 為高時(shí) 關(guān)斷兩輸出 邏輯低端輸 入 邏輯電路地 電位端 其 值可以為 0V 空端 另外IR2130還有較高信號(hào)響應(yīng)時(shí)間 完全滿足軟件系統(tǒng)的技術(shù)要求 圖 3 9 開(kāi)關(guān)時(shí)間定義圖 圖 3 10 輸入輸出信號(hào)時(shí)序圖 圖 3 11 IR2130 典型應(yīng)用電路圖 集成驅(qū)動(dòng)型芯片 IR2130 有以下優(yōu)點(diǎn) 體積小 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) 控制方便 電能利用 效率高 最為突出的是 IR2130 芯片采用懸浮電源自舉電路 三相橋式變換器僅用一組 電源即可 可充分簡(jiǎn)化了驅(qū)動(dòng)電路的電源設(shè)計(jì) 3 1 5 延時(shí)保護(hù)電路的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)橋式電路的 MOS 管選擇 IR2130 IR2130 是一種具有高耐壓值 600v 的 MOSFET 常用于功率變換裝置中快速開(kāi)通和關(guān)斷電力供應(yīng) 門(mén)極電壓 導(dǎo)通保持電壓低 導(dǎo)通阻抗小 只有 0 75 通過(guò)最大電流為 5A 門(mén)極和源極之門(mén)需要電壓低 只有 10V 為了使得 MOS 管可靠的導(dǎo)通和安全關(guān)斷 必須保障一個(gè)橋臂不能出現(xiàn)同一時(shí)刻上 下管同時(shí)導(dǎo)通的情況 以避免出現(xiàn)橋式軟件電路的損壞和發(fā)生危險(xiǎn) 所以采用上下橋 路脈沖時(shí)序延遲電路進(jìn)行保護(hù) 11 經(jīng)由正弦波與三角波比較產(chǎn)生的 SPWM 波 其中每一路 SPWM 波都用來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋 臂的上下兩個(gè) MOS 管的導(dǎo)通和關(guān)斷 為了使上下兩路信號(hào)互差導(dǎo)通和關(guān)斷 設(shè)置的延 路要達(dá)到使上橋臂導(dǎo)通在下橋臂關(guān)斷后的一段時(shí)間之后 而上橋臂的關(guān)斷要在下橋臂 開(kāi)通之前的一段時(shí)間之前 即也就是下橋臂開(kāi)通要在上橋臂關(guān)斷后的一段時(shí)間之后 如此反復(fù) 這樣得到的上下兩路 SPWM 波的波形如圖 3 12 所示 圖 3 12 SPWM 波延驅(qū)動(dòng)波形圖 為了達(dá)到以上所說(shuō)的功能 可以通過(guò)延時(shí)電路完成 將任何一路 SPWM 波用反向器 分為兩路信號(hào) 用于一個(gè)橋臂上下兩個(gè) MOS 管的驅(qū)動(dòng) 將得到的兩路信號(hào)分別送入延 時(shí) 放電電路 以 C 相為例 圖中 TURN 是單片機(jī)的控制信號(hào) 當(dāng) TURN 為真時(shí) SPWM 波形可以順利輸出 當(dāng)欠壓保護(hù)時(shí) 單片機(jī)發(fā)送低電平可以封鎖信號(hào)輸出 SPWM 波延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路如圖 3 13 所示 根據(jù)需要選擇不同的延時(shí)時(shí)間 T 兩路信號(hào) 有著同樣的電路結(jié)構(gòu) 由兩個(gè)電阻和一個(gè)電容構(gòu)成 按照其中一路進(jìn)行分析可知 電 阻和電容構(gòu)成的 RC 電路 時(shí)間常數(shù) t R C 則充電和放電的時(shí)間差 t1 t2 而我們 t 要選擇的死區(qū)時(shí)間為 T 4 5 t 圖 3 13 SPWM 波延時(shí)驅(qū)動(dòng)電路 只要合理的選擇延遲時(shí)間 就可以使逆變觸發(fā)既要使得 MOS 可靠安全的導(dǎo)通 又 要延時(shí)間隔相對(duì)較小 提高逆變效率 3 1 6 DC DC 隔離電路的設(shè)計(jì) 因?yàn)椴捎霉怆姼綦x 所以不能在光耦的兩邊使用同一組電源 另放大器 單片機(jī) 和集成驅(qū)動(dòng)芯片的電源要求也各有不同 DC DC 轉(zhuǎn)換器如圖 3 14 中所示 使用很方便 輸入只要在其范圍 輸出就可得到需要恒定的直流電壓 管腳 6 和管腳 7 之間就是輸 出 該系列 DC DC 轉(zhuǎn)換器特點(diǎn) 寬電壓輸入范圍 效率高達(dá) 82 隔離 1500VDC 短路 保護(hù) 工作溫度范圍 40 85 內(nèi)部貼片化設(shè)計(jì) 阻燃封裝 MTBF 1000000 小時(shí) 圖 3 14 電源模塊的典型應(yīng)用電路 通過(guò)采用模塊的分析方法 將整個(gè)電路分成各個(gè)小的部分從而化難為易 減小了 電路的設(shè)計(jì)難度 同時(shí)模塊化的設(shè)計(jì)方法便于設(shè)計(jì)方案的選取 在上面的模塊中比較 重要的是 IGBT 的延時(shí)保護(hù) 怎樣去選擇合理延遲保護(hù)時(shí)間同時(shí)又要兼顧效率 這是在 設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的一個(gè)問(wèn)題 3 2 系統(tǒng)硬件電路的仿真 3 2 1 Multisim 10 仿真軟件介紹 Multisim 10 是基于 PC 平臺(tái)的電子設(shè)計(jì)軟件 它提供了一個(gè)功能全面的 SPICE 系 統(tǒng) 支持模擬和數(shù)字混合電路的分析與設(shè)計(jì) 創(chuàng)造了集成的一體化設(shè)計(jì)環(huán)境 把電路 原理圖的輸入 仿真和分析緊密結(jié)合起來(lái) 系統(tǒng)將 SPICE 仿真器完全集成在原理圖輸 入和測(cè)試儀器等工具之中 與其它 Windows 環(huán)境下的系統(tǒng)軟件類似 它具有圖形化界 面 提供按鈕式工具欄 各個(gè)菜單中各個(gè)選項(xiàng)的物理意義一目了然 在輸入原理圖時(shí) 自動(dòng)地將其編輯成網(wǎng)絡(luò)表送到仿真器 加快建立和管理的時(shí)間 在仿真過(guò)程中 若改 變技術(shù) 則立刻獲得該變化所帶來(lái)的影響 實(shí)現(xiàn)了交互式的設(shè)計(jì)和仿真 3 2 2 SPWM 波電路的仿真 通過(guò) Multisim 10 這個(gè)仿真平臺(tái)來(lái)搭建仿真電路 其中正弦波由函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 給 出 XFG1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸入的為方波信號(hào) XFG2 輸入的為三角波信號(hào)仿真電路如圖 3 15 所示 圖 3 15 SPWM 仿真電路原理圖 得到的仿真波形 如圖 3 16 圖 3 17 所示 圖 3 16 輸入波形對(duì)比圖 圖 3 17 輸出 SPWM 仿真波形圖 由圖 3 17 可以看出輸出的波形已變換為 SPWM 波形 3 2 3 全橋逆變電路的仿真 全橋逆變電路的的仿真在 MATLAB 里完成理論分析 取其中一項(xiàng)進(jìn)行分析 搭建的 電路模型如圖 3 18 所示 圖 3 18 全橋逆變仿真電路圖 直流電壓 DC 經(jīng)全橋模型 VSC 后接示波器 負(fù)載為三相 RLC 負(fù)載 控制信號(hào)由 PWM 產(chǎn)生 根據(jù)以上分析得出仿真電路模型如圖 3 所示 其中 直流輸入電壓取 50V 為了 使輸入電流平穩(wěn)化和諧波降低到允許值 設(shè)置濾波器 濾波器有雙重功能 既能用來(lái) 抑制從直流電源來(lái)的瞬變量 又能抑制逆變器或直流變換器對(duì)直流電源產(chǎn)生的瞬變量 和噪音 諧波次數(shù)越高 對(duì)應(yīng)的電源側(cè)諧波次數(shù)的分量就越小 并且可以通過(guò)如下方 來(lái)降低電源側(cè)諧波電流 1 增大脈動(dòng)直流電流基波的角頻率 即逆變器或直流變換器 的開(kāi)關(guān)角頻率 2 增大濾波電感 L 濾波電容 C 即減小 LC 輸入濾波器的諧振角頻率 3 相同輸出功率時(shí) 提高逆變器或直流變換器的占空比 減小脈動(dòng)直流電流的幅值 仿真在 matatlab 中完成 仿真模塊的提取方式如表 3 1 所示 表 3 1 仿真電路模塊的名稱及提取說(shuō)明 模塊名提取路徑 PWM 脈沖發(fā)生器SimPowerSystems Extra Library Control Blocks 通用橋式電路模塊SimPowerSystems Power Electricnics 直流電壓源 DCSimPowerSystems Electrical Sources 電壓測(cè)量模塊 UoSimPowerSystems Measurements 電流測(cè)量模塊 iSimPowerSystems Measurements 示波器 ScopeSimulink Sinks 串聯(lián) RLC 支路SimPowerSystems Elements 接地模塊SimPowerSystems Elements 仿真結(jié)果圖如圖 3 19 所示 圖 3 19 全橋逆變仿真波形圖 從以上仿真可得 全橋逆變將直流轉(zhuǎn)化為交流 其輸出電壓波形為高頻方波 其 基波主要為正弦波 13 3 2 4 延時(shí)保護(hù)電路的仿真 延時(shí)保護(hù)接在 SPWM 和驅(qū)動(dòng)電路的中間 起著死區(qū)保護(hù)的作用 仿真電路圖如圖 3 20 所示 圖 3 20 死區(qū)保護(hù)電路仿真電路圖 得到的仿真波形圖如圖 3 21 所示 A 相為輸出 PWM31 端口輸出波形 B 相為輸出 PWM32 端口輸出波形 A B 圖 3 21 延時(shí)保護(hù)電路仿真波形圖 3 3 濾波回路的參數(shù)計(jì)算 1 濾波電容 C 的選取 濾波電容 C 的作用是和濾波電感一起來(lái)濾除輸出電壓中的高次諧波 保證輸出電 壓的 THD 要求 從減小輸出電壓 THD 的角度考慮 C 越大越好 但從另一個(gè)角度來(lái)看 在輸出電壓不變的情況下 濾波電容 C 增大意味著無(wú)功電流的增加 增加了逆變器的 電流容量 同時(shí)也將導(dǎo)致體積重量增加 降低系統(tǒng)效率 因此 濾波電容的選取原則 是在保證輸出電壓的 THD 滿足要求的情況下 取值盡量小 在濾波電容的選取中 一般取其無(wú)功電流 為輸出電流最大有 max5 0 IoIc maxIo 效值 按單相輸出 3300VA 則輸出電流最大有效值為 可得 Ac5 7I 由于 4 1 CfVoIc 1 2 可得 2 濾波電感的選取 要保證電容兩端的諧波含量較低 濾波電感的高頻阻抗與濾波電容的高頻阻抗相 比不能過(guò)低 即濾波電感的感量不能太小 此外濾波電感的增大 還會(huì)使電流變化變 慢 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng) 而減小濾波電感 則可以改善電路的動(dòng)態(tài)性能 但是 CfVo Ic C 1 2 A Vo Po o15 220 3300 maxI L v iL 3 25 100 2 22 625 5 max max L L i i A fL i s L 625 5 160001022 360 2 E 3 max 會(huì)增大電感電流的脈動(dòng)量 故選取電感值 要綜合考慮 根據(jù)電路原理 若在電感兩端施加一時(shí)間為的電壓 則電感的電流變化量 v 可表示為 1 i 當(dāng)正弦調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)值為是 輸出脈沖寬度為 m v 4 2 1 2 T tri Ms V v 在穩(wěn)定后的理想系統(tǒng)中 輸出電壓可表示為 vo 4 3 E V v tri M o v 4 4 2 22 2 1 2 tri mtris tri mso L LV vVET V vT l vE L v i 在時(shí)間內(nèi) S1 或 D1 導(dǎo)通 濾波電感的電流上升 其脈動(dòng)量為 L i 4 5 s L fL E i 2 max 從上式可以看出當(dāng)時(shí) 電流脈動(dòng)最大 最大電流脈動(dòng)可以用下式算得 0 m V maxL i 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)一般取電感的最大脈動(dòng)量不超過(guò)電感電流最大值的 20 即 從上式可以 看出 濾波電感上的最大諧波電流和電感 L 的值成反比 maxL i 4 maxmax 20 LL ii 6 綜合考慮以上各因素 最后選出的濾波電感和電容的值如下 濾波電感 L 2mH 濾波電容 C 24 7uf 濾波電感上最大電流脈動(dòng)為 maxL i max1 22222 2 o LCoo o P iIIVf CA V 考慮極限情況 當(dāng)逆變器帶容性滿載時(shí) 在輸出電壓過(guò)零時(shí)刻 流過(guò)電感的點(diǎn)流 瞬時(shí)值最大 該值為 電感電流最大脈動(dòng)量占電流最大值的百分比為 可見(jiàn) 該值超過(guò)了 20 工程經(jīng)驗(yàn)值 即電感的取值還應(yīng)稍微偏大 4 系統(tǒng)硬件電路分析與仿真 4 1 KEIL C51 仿真軟件介紹 4 1 1 Keil C51 的特點(diǎn) Keil C51 是美國(guó)Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系 統(tǒng) 與匯編相比 C 語(yǔ)言在功能上 結(jié)構(gòu)性 可讀性 可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì) 因而 易學(xué)易用 Keil 提供了包括 C 編譯器 宏匯編 連接器 庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿 真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案 通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 uVision 將這些部分組合 在一起 使用 Keil C51 進(jìn)行編譯主要有以下優(yōu)點(diǎn) 1 Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常之高 多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊 容易 理解 在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì) 2 與匯編相比 C 語(yǔ)言在功能上 結(jié)構(gòu)性 可讀性 可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì) 因而 易學(xué)易用 用過(guò)匯編語(yǔ)言后再使用 C 來(lái)開(kāi)發(fā) 體會(huì)更加深刻 Keil C51 軟件提供豐富 的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具 全 Windows 界面 4 1 2 KeilC51 的數(shù)據(jù)類型 C51 的編程語(yǔ)言常用的有二種 匯編語(yǔ)言 C 語(yǔ)言 匯編語(yǔ)言的機(jī)器代碼生成效率 很高但可讀性卻并不強(qiáng) 復(fù)雜一點(diǎn)的程序就更是難讀懂 而 C 語(yǔ)言在大多數(shù)情況下其 機(jī)器代碼生成效率和匯編語(yǔ)言相當(dāng) 但可讀性和可移植性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)匯編語(yǔ)言 而且 C 語(yǔ)言還可以嵌入?yún)R編來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題 對(duì)于開(kāi)發(fā)周期來(lái)說(shuō) 中大型的 軟件編寫(xiě)用 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)周期通常要小于匯編語(yǔ)言很多 KEIL 開(kāi)發(fā)軟件 建立 C 項(xiàng)目 常用的 C 語(yǔ)言數(shù)據(jù)類型如表 4 1 所示 表 4 1 數(shù)據(jù)類型 數(shù)據(jù)類型長(zhǎng) 度值 域 unsigned char單字節(jié)0 255 signed char單字節(jié) 128 127 unsigned int雙字節(jié)0 65535 signed int雙字節(jié) 32768 32767 unsigned long四字節(jié)0 4294967295 signed long四字節(jié) 2147483648 2147483647 float四字節(jié) 1 175494E 38 3 402823E 38 1 3 字節(jié)對(duì)象的地址 bit位0 或 1 sfr單字節(jié)0 255 sfr16雙字節(jié)0 65535 常用數(shù)據(jù)類型說(shuō)明 1 char 字符類型 char 類型的長(zhǎng)度是一個(gè)字節(jié) 通常用于定義處理字符數(shù)據(jù)的變量或常量 分無(wú)符 號(hào)字符類型 unsigned char 和有符號(hào)字符類型 signed char 默認(rèn)值為 signed char 類 型 unsigned char 類型用字節(jié)中所有的位來(lái)表示數(shù)值 所可以表達(dá)的數(shù)值范圍是 0 255 signed char 類型用字節(jié)中最高位字節(jié)表示數(shù)據(jù)的符號(hào) 0 表示正數(shù) 1 表 示負(fù)數(shù) 負(fù)數(shù)用補(bǔ)碼表示 所能表示的數(shù)值范圍是 128 127 unsigned char 常用于 處理 ASCII 字符或用于處理小于或等于 255 的整型數(shù) 2 int 整型 int 整型長(zhǎng)度為兩個(gè)字節(jié) 用于存放一個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù) 分有符號(hào) int 整型數(shù) signed int 和無(wú)符號(hào)整型數(shù) unsigned int 默認(rèn)值為 signed int 類型 signed int 表示的數(shù)值范圍是 32768 32767 字節(jié)中最高位表示數(shù)據(jù)的符號(hào) 0 表示正數(shù) 1 表示負(fù)數(shù) unsigned int 表示的數(shù)值范圍是 0 65535 3 long 長(zhǎng)整型 long 長(zhǎng)整型長(zhǎng)度為四個(gè)字節(jié) 用于存放一個(gè)四字節(jié)數(shù)據(jù) 分有符號(hào) long 長(zhǎng)整型 signed long 和無(wú)符號(hào)長(zhǎng)整型 unsigned long 默認(rèn)值為 signed long 類型 signed int 表示的數(shù)值范圍是 2147483648 2147483647 字節(jié)中最高位表示數(shù)據(jù)的符號(hào) 0 表示正數(shù) 1 表示負(fù)數(shù) unsigned long 表示的數(shù)值范圍是 0 4294967295 4 float 浮點(diǎn)型 float 浮點(diǎn)型在十進(jìn)制中具有 7 位有效數(shù)字 占用四個(gè)字節(jié) 5 指針型 指針型本身就是一個(gè)變量 在這個(gè)變量中存放的指向另一個(gè)數(shù)據(jù)的地址 這個(gè)指 針變量要占據(jù)一定的內(nèi)存單元 對(duì)不同的處理器長(zhǎng)度也不盡相同 在 C51 中它的長(zhǎng)度 一般為 1 3 個(gè)字節(jié) 指針變量也具有類型 6 bit 位標(biāo)量 bit 位標(biāo)量是 C51 編譯器的一種擴(kuò)充數(shù)據(jù)類型 利用它可定義一個(gè)位標(biāo)量 但不能 定義位指針 也不能定義位數(shù)組 它的值是一個(gè)二進(jìn)制位 不是 0 就是 1 類似一些高 級(jí)語(yǔ)言中的 Boolean 類型中的 True 和 False 7 sfr 特殊功能寄存器 sfr 也是一種擴(kuò)充數(shù)據(jù)類型 點(diǎn)用一個(gè)內(nèi)存單元 值域?yàn)?0 255 利用它可以訪 問(wèn) 51 單片機(jī)內(nèi)部的所有特殊功能寄存器 如用 sfr P1 0 x90 這一句定 P1 為 P1 端口 在片內(nèi)的寄存器 在后面的語(yǔ)句中我們用以用 P1 255 對(duì) P1 端口的所有引腳置高電 平 之類的語(yǔ)句來(lái)操作特殊功能寄存器 8 sfr16 16 位特殊功能寄存器 sfr16 占用兩個(gè)內(nèi)存單元 值域?yàn)?0 65535 sfr16 和 sfr 一樣用于操作特殊功能 寄存器 所不同的是它用于操作占兩個(gè)字節(jié)的寄存器 好定時(shí)器 T0 和 T1 9 Sbit 尋址位 Sbit 同位是 C51 中的一種擴(kuò)充數(shù)據(jù)類型 利用它可以訪問(wèn)芯片內(nèi)部的 RAM 中的可 尋址位或特殊功能寄存器中的可尋址位 如先前我們定義了 sfr P1 0 x90 因 P1 端 口的寄存器是可位尋址的 所以我們可以定義 sbit P1 1 P1 1 P1 1 為 P1 中的 P1 1 引腳 同樣我們可以用 P1 1 的地址去寫(xiě) 如 sbit P1 1 0 x91 整型常量可以表示為十進(jìn)制如 123 0 89 等 十六進(jìn)制則以 0 x 開(kāi)頭如 0 x34 0 x3B 等 長(zhǎng)整型就在數(shù)字后面加字母 L 如 104L 034L 0 xF340 等 浮點(diǎn)型常量可分 為十進(jìn)制和指數(shù)表示形式 十進(jìn)制由數(shù)字和小數(shù)點(diǎn)組成 如 0 888 3345 345 0 0 等 整數(shù)或小數(shù)部分為 0 可以省略但必須有小數(shù)點(diǎn) 指數(shù)表示形式為 數(shù)字 數(shù)字 e 數(shù)字 中的內(nèi)容為可選項(xiàng) 其中內(nèi)容根據(jù)具體情況可有可無(wú) 但其余部分必須 有 如 125e3 7e9 3 0e 3 3 字符型常量是單引號(hào)內(nèi)的字符 如 a d 等 不可以 顯示的控制字符 可以在該字符前面加一個(gè)反斜杠 組成專用轉(zhuǎn)義字符 常量可用在不必改變值的場(chǎng)合 如固定的數(shù)據(jù)表 字庫(kù)等 常量的定義方式有幾 種 下面來(lái)加以說(shuō)明 define False 0 x0 用預(yù)定義語(yǔ)句可以定義常量 define True 0 x1 這里定義 False 為 0 True 為 1 unsigned int code a 100 這一句用 code 把 a 定義在程序存儲(chǔ)器中并賦值 const unsigned int c 100 用 const 定義 c 為無(wú)符號(hào) int 常量并賦值 4 2 控制系統(tǒng)程序流程圖 SPWM 正弦脈寬調(diào)制