異步電機(jī)的功率因數(shù)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目： 異步電機(jī)的功率因數(shù)控制系統(tǒng)-硬件設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)號： 090060621 專業(yè)班級： 電氣 6 班 學(xué)院： 信電學(xué)院 設(shè)計(jì)起止日期： 2013 年 4 月 1 日2013 年 6 月 9 日 題目性質(zhì)一： 實(shí)際工程 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 科學(xué)研究 理論研究 其他 題目性質(zhì)二：真題 模擬題目 其他 技術(shù)要求及原始數(shù)據(jù)： 為提高異步電機(jī)運(yùn)行時的效率，減少異步電機(jī)運(yùn)行時的能耗，在三 相異步電動機(jī)運(yùn)行過程中對電動機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)行控制，在保證系統(tǒng)控制性能指標(biāo)的前提下， 實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的高效運(yùn)行。主要掌握異步電機(jī)的工作原理，晶閘管的工作原理，控制系統(tǒng) 的組成及

2、控制策略。所用異步電動機(jī)型號為 y100l1-4. 2.2kw，額定電壓為 380v。系統(tǒng)主要 以 89c51 為控制核心；功能電路包括鍵盤操作、電機(jī)定子側(cè)電壓檢測、電流檢測、可控硅觸 發(fā)電路等。 主要任務(wù)： (1) 異步電機(jī)主電路硬件設(shè)計(jì)；(2) 異步電機(jī)定子側(cè)電壓和電流的檢測硬件電路 設(shè)計(jì)；(3) 異步電機(jī)可控硅控制的主電路設(shè)計(jì)。 學(xué) 生 （簽 字）： 系主任（簽字）： 指導(dǎo)教師（簽字）： 院 長 （簽字）： 摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國已經(jīng)成為世界工業(yè)大國。而工業(yè)的主要動力是異步電動機(jī)， 異步電動機(jī)的效率取決于功率因數(shù)，所以在生產(chǎn)過程中，常常需要對異步電動機(jī)的功 率因數(shù)進(jìn)行實(shí)時、準(zhǔn)確的測

3、量和控制，以便提高實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的效率，減少能源消 耗，減少污染。本文介紹的是利用單片機(jī) at89c51 來對異步電機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)行測量 和控制的方法硬件電路設(shè)計(jì)。 本文介紹的是利用單片機(jī) at89c51 來對異步電機(jī)的功率因數(shù)進(jìn)行測量和控制的方 法硬件電路設(shè)計(jì)，原理是通過測量異步電機(jī)任意一相的相電流和另外兩相的線電壓之 間的相位關(guān)系來得到異步電機(jī)功率因數(shù)的在線檢測方法，給出了一種實(shí)用的功率因數(shù) 測量電路，并對該測量方法的原理進(jìn)行了詳細(xì)說明。本設(shè)計(jì)的硬件部分由信號采集電 路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、可控硅觸發(fā)電路和顯示電路等構(gòu)成。 硬件軟件設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是電壓電流過零檢測、晶閘管觸發(fā)角的計(jì)算控制和功率

4、因數(shù)的顯示等。本設(shè)計(jì)具有硬件連接簡單、測量快速、實(shí)現(xiàn)方便的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：異步電動機(jī)；功率因數(shù)；at89c51；過零檢測 abstract with economic development, china has become the worlds major industrial countries. the main drivers of industrial induction motor, induction motor efficiency depends on the power factor, so the production process, often need async

5、hronous motor power factor in real- time, accurate measurement and control, in order to improve the efficiency of asynchronous motors, reducing energy consumption and reduce pollution. this article describes the use of scm at89c51 to asynchronous motor power factor measurement and control hardware c

6、ircuit design methods. this article describes the use of scm at89c51 to asynchronous motor power factor measurement and control hardware circuit design methods, the principle is by measuring any one phase induction motor phase current and the other two phases of the phase relationship between the li

7、ne voltage to get induction motor power factor line detection method presents a practical power factor measurement circuit and the measuring principle of the method is described in detail. the design of the hardware part of the signal acquisition circuit, analog- digital conversion circuit scr trigg

8、er circuit and display circuit, and the like. hardware and software design of the main task is to voltage and current zero crossing detection, calculation of the thyristor firing angle control and power factor display. this design has the hardware connection is simple, rapid, and convenient features

9、 to achieve. keywords: asynchronous motor; power factor; at89c51;zero-crossing detection 目 錄 摘要 .i abstract.ii 1 緒論.1 1.1 功率因數(shù)研究意義.1 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀.1 1.3 本文的主要研究內(nèi)容.2 2 系統(tǒng)的工作原理.3 2.1 異步電機(jī)的工作原理.3 2.1.1 旋轉(zhuǎn)磁場.3 2.1.2 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向.5 2.2 影響功率因數(shù)的主要因素.6 2.2.1 負(fù)載變化對電動機(jī)功率因數(shù)的影響.6 2.2.2 電壓變化對電動機(jī)功率因數(shù)的影響.6 2.3 功率因數(shù)測量原理.

10、6 2.3.1 測量全阻抗法.7 2.3.2 直讀法.7 2.3.3 相角差法.7 2.3.4 直流分量法.7 2.3.5 沖擊系數(shù)法.8 2.4 本文采用的測量方法.9 3 硬件電路設(shè)計(jì).11 3.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖.11 3.2.1 5v 直流電源電路 .12 3.2.2 12v 直流電源電路 .15 3.2.3 變壓器的選擇.18 3.3 驅(qū)動電路設(shè)計(jì).20 3.3.1 晶閘管的觸發(fā)系統(tǒng).20 3.3.2 觸發(fā)脈沖的要求.21 3.3.3 驅(qū)動電路設(shè)計(jì).22 3.4 控制部分電路設(shè)計(jì).23 3.4.1 at89c51 芯片簡介.23 3.4.2 晶振電路 .25 3.4.3 復(fù)位電路.

11、28 3.5.2 電壓過零檢測電路.34 3.5.3 電壓和電流的信號提取電路.34 3.6 顯示電路.37 3.6.1 cd4511 七段譯碼器簡介：.37 3.6.2 led 數(shù)碼管 .39 4 軟件設(shè)計(jì).42 4.1 編程軟件介紹.42 4.2 程序主題設(shè)計(jì)思路.42 5 系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì).43 5.1 硬件抗干擾措施.43 5.2 軟件抗干擾措施.44 結(jié)論.46 致謝.47 參考文獻(xiàn).48 附錄 .49 1 緒論 1.1 功率因數(shù)研究意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展,電力需求不斷提高,伴隨而來的突出問題是能源無效的 巨大消耗,資源利用率低下電力系統(tǒng)是一龐 大的系統(tǒng),其電能損耗的數(shù)值相當(dāng)可

12、觀,能 源的合理配置是極需解決的問題。 功率因數(shù)是決定發(fā)供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益的一個極為重要的因素,它直接反映了系統(tǒng)中 有功功率與無功功率的分配，對于發(fā)供電系統(tǒng)來說,對負(fù)荷不但要求有高的負(fù)荷率,而 且也要求有高的功率因數(shù)，電能緊缺成為目前的突出矛盾，所以對于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載 等工業(yè)電機(jī)的節(jié)能改造具有重要意義。但是，普通的變頻調(diào)速裝置在輕載或空載時效 率低，不能使電動機(jī)處在最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)。因此本設(shè)計(jì)通過分析研究功率因數(shù)與電 機(jī)各項(xiàng)參數(shù)以及運(yùn)行條件的關(guān)系，論證構(gòu)成電機(jī)的功率因數(shù)控制系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)能目的。 通過仿真數(shù)據(jù)證明在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的功率因數(shù)控制，能夠降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng) 濟(jì)效率。通過仿真得出仿真結(jié)

13、果，從而驗(yàn)證了功率因數(shù)控制系統(tǒng)在節(jié)能方面應(yīng)用的實(shí) 際意義。 1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 功率因數(shù)校正的概念起源于 1980 年，但被重視和推廣則在上個世紀(jì) 80 年代末期 和 90 年代。通常有兩大類 pfc 技術(shù)：一類是無源 pfc 技術(shù)；另一類是有源 pfc 技術(shù)。 前者采用無源元件來改善輸入功率因數(shù)，減少電流諧波，以滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其特點(diǎn)是 簡單，但體積龐大、笨重，有些場合則無法滿足要求；后者是用一個變換器串入整流 濾波與 dcdc 變換器之間，通過特殊的控制，使輸入電流跟隨輸入電壓，從而實(shí)現(xiàn)單 位功率因數(shù)，而且反饋輸出電壓使之穩(wěn)定，從而使 dcdc 變換器的輸入實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)。這 種方法的特點(diǎn)是

14、控制復(fù)雜，但體積大大減少。另外，第二級的設(shè)計(jì)也易于優(yōu)化，進(jìn)一 步提高性能。早期的有源功率因數(shù)校正(apfc)電路是晶閘管電路，進(jìn)入 70 年代以后， 隨著電力電子器件的發(fā)展，開關(guān)變換技術(shù)突飛猛進(jìn)，到了 80 年代，現(xiàn)代有源 pfc 技術(shù) 應(yīng)運(yùn)而生，80 年代的有源功率因數(shù)技術(shù)可以說是基于 boost 變換器的功率因數(shù)校正的 年代，在此期間的研究工作主要集中在對工作在連續(xù)導(dǎo)電模式(ccm)下的 boost 變換器 的研究上。這類變換器的各種控制方式一般是基于所謂乘法器(multiplier)的原理， 連續(xù)導(dǎo)電模式下的功率因數(shù)校正技術(shù)可以獲得很大的功率和轉(zhuǎn)換容量，但是對于大量 應(yīng)用的 200w 以

15、下的中小功率容量的情形，卻不是非常合適，因?yàn)檫@種方式往往需要較 復(fù)雜的控制方式和電路，成本高。80 年代末期提出了利用工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式(dcm) 下的變換器進(jìn)行功率因數(shù)校正的技術(shù)，由于其輸入電流自動跟蹤輸入電壓，因而也可 實(shí)現(xiàn)接近 1 的輸入功率因數(shù)。這種 pfc 技術(shù)在諸多文獻(xiàn)中被稱為自動功率因數(shù)校正技 術(shù)，也稱為電壓跟隨器(voltage follower)。這種有源功率因數(shù)校正技術(shù)因其控制簡 單(僅采用一個控制量，即輸出電壓)而備受青睞，但是一般不能應(yīng)用于較大功率的場 合。80 年代是現(xiàn)代有源功率因數(shù)校正技術(shù)發(fā)展的初期階段，這一時期提出的一些基本 技術(shù)是有源功率因數(shù)校正技術(shù)的基礎(chǔ)。從

16、 90 年代至今，有源功率因數(shù)校正技術(shù)取得了 長足的進(jìn)步。目前，單相功率因數(shù)校正技術(shù)在電路拓?fù)浜涂刂品矫嬉讶遮叧墒?，仍?發(fā)展，而三相整流器的功率大，對電網(wǎng)污染更大。因此三相高功率因數(shù)技術(shù)的研究近 年來成為研究熱點(diǎn)。國外九十年代初開始涌現(xiàn)大量的有源功率因數(shù)校正的文獻(xiàn)，國內(nèi) 在有源功率校正方面起步較晚，直到近年來才出現(xiàn)一些有關(guān)有源功率因數(shù)校正的文獻(xiàn)， 其中關(guān)于三相功率因數(shù)校正的文章不多?？傊?，應(yīng)用現(xiàn)代高速開關(guān)器件及高頻功率電 子電路構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路已經(jīng)成為 pfc 電路的主流。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， pfc 技術(shù)也在發(fā)展。從資料上看，近幾年功率因數(shù)校正技術(shù)的研究熱點(diǎn)集中在以下幾個 方面：

17、 （1）新電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的提出； （2）把 dcdc 變換器中的新技術(shù)應(yīng)用到 afc 電路中(如：軟開關(guān)技術(shù)、開關(guān)電源 功率網(wǎng)絡(luò)等)； （3）新型控制方法以及基于新電路結(jié)構(gòu)的特殊控制方法； 單級 pfc 以及穩(wěn)壓開關(guān)變換器的穩(wěn)定性研究。 現(xiàn)有的功率因數(shù)校正技術(shù)給整流設(shè)備帶 來的附加成本和其復(fù)雜性，極大的限制著這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用，因此低成本、結(jié)構(gòu)簡 單、容易實(shí)現(xiàn)、具有軟開關(guān)性能、響應(yīng)速度快、低輸出紋波的單級隔離高功率因數(shù)變 換器是目前科研人員所追求的目標(biāo)。 1.3 本文的主要研究內(nèi)容 功率因數(shù)是反映電氣設(shè)備從電源取得有功功率的物理量。提高異步電機(jī)的功率因 數(shù),降低其無功損耗,是電動機(jī)節(jié)能、高效率工

18、作的有效方法。 為了達(dá)到這一目的，本文采用 at89c51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)異步電機(jī)的功率因數(shù)的采集與控制， 本文研究的主要內(nèi)容如下：本文在緒論中首先解釋了異步電機(jī)功率因數(shù)的重要意義， 以及國內(nèi)外對功率因數(shù)研究的發(fā)展與現(xiàn)狀。在第二章中，本文著重介紹了實(shí)現(xiàn)功率因 數(shù)控制的原理，簡要地概括了各自方法的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及應(yīng)用范圍等。本文在第三章中 介紹了本控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)及控制方法。在第四章中，介紹了單片機(jī)控制系統(tǒng)中有 關(guān)抗干擾設(shè)計(jì)的問題。 2 系統(tǒng)的工作原理 2.1 異步電機(jī)的工作原理 三相異步電動機(jī)的定子繞組是一個空間位置對稱的三相繞組，如果在定子繞組通 入三相對稱的交流電流，就會在電動機(jī)內(nèi)部建立起一個恒

19、速旋轉(zhuǎn)的磁場，稱為旋轉(zhuǎn)磁 場，它是異步電動機(jī)工作的基本條件。因此，有必要先說明旋轉(zhuǎn)磁場是如何產(chǎn)生的， 有什么特性，然后再討論異步電動機(jī)的工作原理。 2.1.1 旋轉(zhuǎn)磁場 （一）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 最簡單的三相異步電動機(jī)的定子繞組，每相繞組只有一個線圈，三個相同的線圈 u1u2、v1v2、w1w2 在空間的位置彼此互差 120，分別放在定子鐵心槽中。如 圖 2-1： 圖 2-1 三相異步電動機(jī)最簡單的定子繞組 為當(dāng)把三相線圈接成星形，并接通三相對稱電源后，那么在定子繞組中便產(chǎn)生三 個對稱電流，即： iu=imsint iv=imsin(t120) （2-1） iw=imsin(t+120) 其波形如

20、圖 2-2 所示: 圖 2-2 三相電流的波形 電流通過每個線圈要產(chǎn)生磁場，而現(xiàn)在通過定子繞組的三相交流電流的大小及方 向均隨時間而變化，那么三個線圈所產(chǎn)生的合成磁場是怎樣的呢？這可由每個線圈在 同一時刻各自產(chǎn)生的磁場進(jìn)行疊加而得到。假如電流由線圈的始端流入、末端流出為 正，反之則為負(fù)。電流流入端用“”表示，流出端用“”表示。下面就分別取 t=0、t/6、t/3、t/2 四個時刻所產(chǎn)生的合成磁場作定性的分析（其中 t 為三相電流變 化的周期） 。 當(dāng) t=0 時，由三相電流的波形可見，電流瞬時值 iu=0，iv 為負(fù)值，iw 為正值。這 表示 u 相無電流，v 相電流是從線圈的末端 v2 流向

21、首端 v1，w 相電流是從線圈的始端 w1 流向末端 w2，這一時刻由三個線圈電流所產(chǎn)生的合成磁場如圖 2-3 所示。它在空間 形成二極磁場，上為 s 極，下為 n 極（對定子而言） 。設(shè)此時 n、s 極的軸線（即合成 磁場的軸線）為零度。 圖 2-3 兩極旋轉(zhuǎn)磁場 a)t=0；b)t=t/6；c)t=t/3；d)t=t/2 當(dāng) t=t/6 時，u 相電流為正，由 u1 端流向 u2 端，v 相電流為負(fù)，由 v2 端流向 v1 端，w 相電流為零。其合成磁場也是一個兩極磁場，但 n、s 極的軸線在空間順時針方 向轉(zhuǎn)了 60。 當(dāng) t=t/3 時，iu 為正，由 u1 端流向 u2 端，iv=0

22、，iw 為負(fù)，由 w2 端流向 w1 端， 其合成磁場比上一時刻又向前轉(zhuǎn)過了 60，如圖 33c 所示。 用同樣的方法可得出當(dāng) t=t/2 時，合成磁場比上一時刻又轉(zhuǎn)過了 60空間角。由 此可見，是一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。但電流經(jīng)過一個周期的變化時，磁場也沿著順時針 方向旋轉(zhuǎn)一周，即在空間旋轉(zhuǎn)的角度為 360。 上面分析說明，當(dāng)空間互差 120的線圈通入對稱的三相交流電流時，在空間就產(chǎn) 生了一個旋轉(zhuǎn)磁場。 國產(chǎn)的異步電動機(jī)的電源頻率通常為 50hz。對于已知磁極對數(shù)的異步電動機(jī)，可 得出對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，如表 2-1 所示： 表 2-1 異步電動機(jī)磁極對數(shù)和對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速關(guān)系表 p123

23、456 n1(r/min)300015001000750600500 2.1.2 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向 由圖 33 中各個瞬間磁場變化，可以看出，當(dāng)通入三相繞組中電流的相序?yàn)?iuiviw，旋轉(zhuǎn)磁場在空間是沿繞組始端 uvw 方向旋轉(zhuǎn)的，在圖中即按順時針 方向旋轉(zhuǎn)。如果把通入三相繞組中的電流相序任意調(diào)換其中兩相，例如，調(diào)換 v、w 兩 相，此時通入三相繞組電流的相序?yàn)?iuiwiv,則旋轉(zhuǎn)磁場按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。由此 可見，旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相電流的相序決定的，即把通入三相繞組中的電流相序 任意調(diào)換其中的兩相，就可改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向。 （1）異步轉(zhuǎn)動原理 由上面分析可知，如果在定子繞組中通入三相對稱

24、電流，則定子內(nèi)部產(chǎn)生某個方 向轉(zhuǎn)速為 n1 的旋轉(zhuǎn)磁場。這時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在著相對運(yùn)動，切割磁力線 而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。電動勢的方向可根據(jù)右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，于 是在感應(yīng)電動勢的作用下，繞組內(nèi)有電流流過，如圖 34 所示。轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場 相互作用，便在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電磁力 f。力 f 的方向可由左手定則確定。該力對轉(zhuǎn)軸 形成了電磁轉(zhuǎn)矩 tem，使轉(zhuǎn)子按旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動。異步電動機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子之間能量 的傳遞是靠電磁感應(yīng)作用的，故異步電動機(jī)又稱感應(yīng)電動機(jī)。 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 是否會與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n1 相同呢？回答是不可能的。因?yàn)橐坏┺D(zhuǎn) 子的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同，

25、二者便無相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子也不能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和 感應(yīng)電流，也就沒有電磁轉(zhuǎn)矩了。只有二者轉(zhuǎn)速有差異時，才能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)使 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動?？梢?，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 總是略小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 n1。正是由于這個關(guān)系，這 個電動機(jī)被稱為異步電動機(jī)。 由上式可知 n1 與 n 有差異是異步電動機(jī)運(yùn)行的必要條件。通常把同步轉(zhuǎn)速 n1 與 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 二者之差稱為“轉(zhuǎn)差” ， “轉(zhuǎn)差”與同步轉(zhuǎn)速 n1 的比值稱為轉(zhuǎn)差率(也叫滑 差率)，用 s 表示，即 s=（n1n）/ n1 。 2.2 影響功率因數(shù)的主要因素 2.2.1 負(fù)載變化對電動機(jī)功率因數(shù)的影響 由異步電機(jī)等效電路求得的總阻抗是感性的，所以對電源來說，異

26、步電動機(jī)相當(dāng) 于一個感性阻抗，其功率因數(shù)小于 1?？蛰d時，定子電流基本上是無功的勵磁電流，所 以功率因數(shù)很低。當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)子電流的有功分量增加，定子電流的有功分量隨 之增加，功率因數(shù)上升，由于在空載到額定負(fù)載范圍內(nèi)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率很小，所以 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角幾乎不變，但負(fù)載超過額定值時，轉(zhuǎn)差率變大，功率因數(shù)角也增大， 轉(zhuǎn)子電流的無功分量增加，使電動機(jī)的定子功率因數(shù)有所下降。 2.2.2 電壓變化對電動機(jī)功率因數(shù)的影響 由于電壓的降低總是使勵磁電流減小，轉(zhuǎn)子電流增大。盡管定子電流可能增大或 減小，但定子電流與電源電壓之間的相角總是減小的，所以，功率因數(shù)將隨電壓的增 加而減小，隨電壓的減小而增大

27、。 2.3 功率因數(shù)測量原理 交流試驗(yàn)電路的電流及電壓波形為正弦時，其功率因數(shù)為試驗(yàn)電源電壓 u(空載)與 試驗(yàn)電流 i 之間的夾角的余弦。功率因數(shù)的測量方法有很多種，其中較為常見的有 以下五種測量方法。 2.3.1 測量全阻抗法 測量全阻抗法是在沖擊變壓器的一次側(cè)施加一低電壓，用電壓表、電流表和瓦特 表直接測量功率因數(shù)。測量時，外施低電壓電源的電壓應(yīng)盡可能高，以消除附加的測 量誤差。該方法實(shí)質(zhì)上忽略了電網(wǎng)部分的阻抗，只適用于電網(wǎng)短路容量與試驗(yàn)容量之 比大于 10 的情況。 2.3.2 直讀法 直讀法其實(shí)是將全阻抗法的測量儀表全部移到變壓器二次側(cè)，使得該方法測得的 實(shí)際上只是負(fù)載電路的功率因數(shù)

28、，而不是全電路的功率因數(shù)。另外，當(dāng)試驗(yàn)電流 cos 較大時，負(fù)載阻抗和連接導(dǎo)線嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致負(fù)載阻抗增大。故此方法只能在試驗(yàn)電 流不大的情況下使用。 2.3.3 相角差法 相角差法是通過測定電源的空載電壓與電流的周期分量之間的相角差來確定功率因 數(shù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是電路的功率因數(shù)在很大的范圍內(nèi)都能測量；缺點(diǎn)是未計(jì)入電網(wǎng)部 分的阻抗對功率因數(shù)的影響，所測得的功率因數(shù)不是全電路功率因數(shù)。但是如果電網(wǎng) 短路容量比試驗(yàn)容量大 10 倍以上，該影響可以忽略不計(jì)。 2.3.4 直流分量法 預(yù)期電流 由周期分量(交流分量)和非周期分量(衰減的直流分量)兩部分 id i 組成。其中非周期分量電流在理論上可用下列

29、式子表示： d i （2- 0 t t dd ii e 2） 式中 的初始值； 0d i d i 試驗(yàn)電路全電路的時間常數(shù)。 t 根據(jù)全電流波形，分別量取第一個與第二個電流峰值(和)和相應(yīng)的時間( 和 1a i 2a i 1 t )以及電流周期分量(即達(dá)到穩(wěn)態(tài)的電流)峰值。對應(yīng)于時間 和的直流分量和 2 t m i 1 t 2 t 1d i 為： 2d i 11dam iii （2- 22dam iii 3） 由式(2-3)可得到下列二式： (2-4) 2 20 t t dd ii e 將上述二式相除并變化可得： (2-5) 21 1 2 () ln d d tt t i i 式中 試驗(yàn)電路的

30、時間常數(shù)(即)。t/tl r 而功率因數(shù)可表示為：cos (2-6) 222 2 11 cos 2 (2)1 (2) 1 () rr zfl rflft r 將式(2-5)中計(jì)算得到的數(shù)據(jù)代入式(2-6)中即可算出。cos 直流分量法的優(yōu)點(diǎn)是測得的是試驗(yàn)全電路的功率因數(shù)，缺點(diǎn)是只適用于非周cos 期分量電流值較大時。越小，越大，故此方法只適用于值較小的情況 d icos d icos 下。從式(2-6)中可以看出，還與電源頻率值有關(guān)。因此，采用此方法時還必cosf 須測量實(shí)際電源的頻率。 2.3.5 沖擊系數(shù)法 沖擊系數(shù)法與直流分量法相同，都是利用電路閉合初始過程中電流呈現(xiàn)不對稱這一 特性。沖

31、擊系數(shù)法同樣適用于值較小的情況。cos 沖擊系數(shù)法的測量過程如下： 首先，利用電路中的選相合閘開關(guān)，選取電源電壓過零瞬間閉合電路，拍攝相應(yīng)的 預(yù)期電流波形,接著，從預(yù)期電流波形上量取第一半波峰值電流()和電流周期分量 1a i (即穩(wěn)態(tài)電流)峰值()。 m i 最后，根據(jù)和的比值計(jì)算出沖擊系數(shù),即 1a i m ik (2-7) 1a m i k i 接著根據(jù)值查表 2-2，即可得到電路的功率因數(shù)值。k 表 2-2 沖擊系數(shù)與功率因數(shù) 功率因 數(shù) 沖擊系數(shù) 功率因 數(shù) 沖擊系數(shù) 功率因 數(shù) 沖擊系數(shù) 功率因 數(shù) 沖擊系數(shù) 02.0000.141.6520.241.4810.341.350 0.

32、051.8560.151.6330.251.4670.351.339 0.061.8310.161.6140.261.4520.401.286 0.071.8060.171.5960.271.4380.451.239 0.081.7820.181.5780.281.4250.501.198 0.091.7580.191.5610.291.4120.601.127 0.101.7360.201.5440.301.3990.701.073 0.111.7140.211.5280.311.3860.801.032 0.121.6930.221.5120.321.3740.901.007 0.131.

33、6720.231.4960.331.3621.001.000 該方法具有實(shí)現(xiàn)過程十分簡便的特點(diǎn)。只需在預(yù)期電流的波形圖上測量出兩個數(shù) 據(jù)，且所測得的是全電路功率因數(shù)。但是缺點(diǎn)是必須配備選相合閘開關(guān)，對選相 cos 合閘開關(guān)的精度要求較高，以確保在電壓過零瞬間閉合電路。 在本次設(shè)計(jì)中，將選用適合于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及具有較廣應(yīng)用范圍的相角差法進(jìn)行 功率因數(shù)的測量計(jì)算。 2.4 本文采用的測量方法 利用相角差法求功率因數(shù)，最主要的就是求出電源電壓與試驗(yàn)電流的相角差。在單 片機(jī)上可以對相角差進(jìn)行計(jì)算。 在對波形信號的處理中，首先對電壓信號進(jìn)行分析，并記下過零點(diǎn)的位置，記為 k。接著對電流信號進(jìn)行分析，從

34、 k 值開始計(jì)數(shù)，尋找電流從正值轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值的采樣點(diǎn)， 記為 k1。則所經(jīng)過的采樣點(diǎn)數(shù)為(k1-k)點(diǎn)。如圖 2-4 所示: 圖 2-4 相位前推法 則相位角差為： (2-8) 式中 電壓信號頻率；f 波形信號采樣頻率。 0 f 此時，算出來的相角差的數(shù)值是大于的。為了得到較為規(guī)范的相角差，可考慮 360 將減去的整數(shù)倍。根據(jù)得到的相角差，求其余弦值，即可得到電路的功率因數(shù)。 360 0 ( 1)360 f kk f 3 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的主電路由電流過零檢測電路、電壓過零檢測電路、電源模塊電路以及驅(qū)動 電路構(gòu)成，控制部分以單片機(jī)芯片 at89c51 為核心，輔以抗負(fù)

35、載干擾電路加上顯示電 路來實(shí)現(xiàn)異步電動機(jī)的功率因數(shù)顯示、檢測、控制。 系統(tǒng)由單片機(jī)負(fù)責(zé)收集電壓電流相位差值，計(jì)算電動機(jī)功率因數(shù)，同時輸出控制信號， 經(jīng)過光電隔離電路后，驅(qū)動晶閘管產(chǎn)生期望的輸出電壓波形來控制電機(jī)運(yùn)行。 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖 3-1： 圖 3-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖 3.23.2 電源電路設(shè)計(jì)電源電路設(shè)計(jì) 電源電路的分析： 功率因數(shù)表工作電壓范圍很寬，所以對穩(wěn)壓電源有特殊要求。一般電網(wǎng)電壓在 130250v 或 250500v 之間，考慮到一定的余量，其電壓適應(yīng)能力至少在 3 倍以上， 此外還要有一定的安全區(qū)，電源部分可采用專門設(shè)計(jì)的可控硅式3或磁飽和式寬動態(tài) 范圍穩(wěn)壓電源?？煽毓枋诫?/p>

36、源工作電壓動態(tài)范圍寬，損耗小，性能好，技術(shù)要求較高； 磁飽和式電源技術(shù)要求較低，但總損耗較大，工作電壓動態(tài)范圍也較窄。 3.2.1 5v 直流電源電路 5v 直流電源采用 lm7805 集成穩(wěn)壓器的，這是一個輸出正 5v 直流電壓的穩(wěn)壓電源 電路。采用集成穩(wěn)壓器 7805，cb、cc、c8、c9 分別為輸入端和輸出端濾波電容，r 為 負(fù)載電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805 應(yīng)配上散熱板。 d5、d6、d7、d8 都是作為整流使用。 電源電路圖如圖 3-2： 圖 3-2 電源電路 lm7805 資料和典型電路圖 表 3-1 lm7805 資料 mc7805/lm7805mc7805/lm7805 單

37、位單位 parameterparameter 參數(shù)參數(shù) symbosymbo l l 符符 號號 conditionsconditions 條件條件 最小最小 典型典型 最大最大 tj =+25 oc 4.8 5.0 5.2 output voltage 輸出 電壓 vo 5.0ma io 1.0a, po 15w vi = 7v to 20v 4.75 5.0 5.25 v vo =7v to 25v -4.0 100 line regulation 線性 調(diào)整率(note1) regli ne tj=+25 oc vi =8v to 12v -1.6 50 mv io =5.0ma to1

38、.5a -9 100 load regulation 負(fù)載 調(diào)整率(note1) reglo ad tj=+25 io =250ma to 750ma -4 50 mv quiescent current 靜 態(tài)電流 iq tj =+25 -5.0 8.0 ma io =5ma to 1.0a -0.03 0.5 quiescent current 靜 態(tài)電流變化 iq vi=7v to 25v -0.3 1.3 ma output voltage 輸出 電壓 drift vo/ t io=5ma -0.8 -mv/ output noise voltage 輸出噪聲電壓 vn f =10hz

39、 to 100khz, ta=+25 -42 -v/vo dropout voltage 電壓 差 vdrop io =1a, tj =+25 -2 -v output resistance 輸 出電阻 ro f =1khz -15 -m short circuit current 短路電流 isc vi =35v, ta =+25 -230 -ma 內(nèi)部電路圖如圖 3-3： 圖 3-3 內(nèi)部電路圖 外形引腳排列圖管腳圖圖 3-4： peak current 峰值電流 ipk tj =+25 -2.2 -a 圖 3-4 外形引腳排列圖管腳圖 3.2.2 12v 直流電源電路 12v 直流電源采

40、用 lm7812 集成穩(wěn)壓器的，這是一個輸出正 12v 直流電壓的穩(wěn)壓電 源電路。采用集成穩(wěn)壓器 7805，ca、c5、c7 分別為輸入端和輸出端濾波電容，r 為負(fù) 載電阻。當(dāng)輸出電較大時，7805 應(yīng)配上散熱板。 電源輸入端采用整流橋整流。 電源電路圖如圖 3-5： 圖 3-5 電源電路 lm7812 資料和典型電路圖 三端穩(wěn)壓集成電路 lm7812。電子產(chǎn)品中，常見的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出 的 lm78 系列和負(fù)電壓輸出的 lm79 系列。顧名思義，三端 ic 是指這種穩(wěn)壓用的集成電 路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子象是普通的三極 管，to- 220 的標(biāo)

41、準(zhǔn)封裝。 用 lm78 系列三端穩(wěn)壓 ic 來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，電路內(nèi)部還有過 流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn) 壓 ic 型號中的 lm78 或 lm79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 lm7806 表示輸出電壓為正 6v，lm7909 表示輸出電壓為負(fù) 9v。 因?yàn)槿斯潭煞€(wěn)壓電路的使用方便，電子制作中經(jīng)常采用。 最大輸出電流 1.5a，lm78xx 系列輸出電壓分別為 5v;6v;8v;9v;10v;12v;15v;18v;24v。 圖 3-6 lm7812 內(nèi)部電路圖 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝

42、足夠大的散熱器,小功率 穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 當(dāng)制作中需要一個能輸出 1.5a 以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路 并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為 n 個 1.5a，但應(yīng)用時需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電 路應(yīng)采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致。另外在輸出電流上留有一 定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。 在 lm78 * 、lm79 * 系列三端穩(wěn)壓器中最常應(yīng)用的是 to-220 和 to-202 兩種封 裝。 表 3-2 lm7812 電參數(shù) 參數(shù)符號測試條件 最小 值 典型 值 最大 值 單 位 輸出電壓 votj=25

43、4.85.05.2v 5.0ma1o1.0a,po15w vi=7.5v to 20v 4.755.005.25v 線性調(diào)整率 votj=25,vi=7.5v to 25v4.0100mv tj=25,vi=8v to 12v1.650mv 負(fù)載調(diào)整率 votj=25,lo=5.0ma to 1.5a9100mv tj=25,lo=250ma to 750m a 450mv 靜態(tài)電流 iqtj=255.08ma 靜態(tài)電流變 化率 iqlo=5ma to 1.0a 0.030.5ma vi=8v to 25v0.30.8ma 輸出電壓溫 漂 vo/ t lo=5ma 0.8 mv/ 輸出噪音電

44、壓 vnf=10hz to 100khz,ta=2542v 紋波抑制比 rrf=120hz,vi=8v to 18v 6273db 輸入輸出電 壓差 volo=1.0a,tj=252v 輸出阻抗 rof=1khz15m 短路電流 1scvi=35v,ta=25230ma 峰值電流 1pktj=252.2a 3.2.3 變壓器的選擇 (1)單相控制隔離變壓器 hs-35-24 220v/15v 簡介： 表 3-3 變壓器參數(shù) 外形結(jié)構(gòu)：立式電源相數(shù)：單相 鐵心形狀：ei 型加工定制：是 冷卻形式：液/油浸式頻率特性：低頻 應(yīng)用范圍：防水防潮方式：灌封式 鐵心形式：殼式冷卻方式：油浸自冷式 型號：

45、 rco 繞組形式：自耦 品牌：瑞科 變壓器外觀如圖 3-7： 圖 3-7 變壓器外觀 (2)單相變壓器 rco220v/9v 簡介： 表 3-4 變壓器參數(shù) 外形 結(jié)構(gòu)：立式電源相數(shù)：單相 鐵心 形狀：e 型加工定制：是 冷卻 形式：干式頻率特性：低頻 應(yīng)用 范圍：控制防潮方式：開放式 鐵心 形式：殼式冷卻方式：油浸自冷式 型號： bk sbk dg jbk5 qzb 繞組形式：自耦 品牌： 宏名 變壓器外觀圖如圖 3-8： 圖 3-8 變壓器外觀 光纖傳輸 功率輸出觸發(fā)脈沖控制信號 控制系統(tǒng)觸發(fā)電路 主電路 圖 3-10 觸發(fā)電路在晶閘管裝置中的地位 3.3 驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 晶閘管因受其自身

46、工藝條件的限制，晶閘管的耐壓不可能無限制地提高，但 晶閘管的應(yīng)用環(huán)境所要求的耐壓卻越來越高。為了滿足高耐壓就不得不采用晶閘管串 聯(lián)技術(shù)，為保證高壓串聯(lián)晶閘管安全可靠地運(yùn)行，高壓串聯(lián)晶閘管的驅(qū)動與保護(hù)必將 成為所有晶閘管應(yīng)用廠家必須研究開發(fā)的重點(diǎn)課題。筆者根據(jù)晶閘管自身的性能特點(diǎn)， 設(shè)計(jì)了一種完善的高壓晶閘管的驅(qū)動與保護(hù)電路，可靠地避免了晶閘管在應(yīng)用的過程 中因觸發(fā)不可靠及諧波而損壞。 3.3.1 晶閘管的觸發(fā)系統(tǒng) 晶閘管一般觸發(fā)電路圖如下圖 3-9： 圖 3-9 觸發(fā)系統(tǒng)圖 晶閘管觸發(fā)電路的作用是將控制信號 uk 轉(zhuǎn)變成延遲角 （或 ）信號，通過觸 發(fā)電路向晶閘管提供門極電流，決定各個晶閘管的

47、導(dǎo)通時刻。因此，觸發(fā)電路與主回 路一樣是晶閘管裝置中的重要部分。兩者之間即相對獨(dú)立，相互依存。正確設(shè)計(jì)的觸 發(fā)電路可以充分發(fā)揮晶閘管裝置的潛力，保證運(yùn)行的安全可靠。觸發(fā)電路在晶閘管變 流裝置中的地位如圖 3-10 所示，可把觸發(fā)電路和主回路看成一個功率放大器，以小功 率的輸入信號直接控制大功率的輸出。 ibm i o t1t2t3 ib1 圖 3-11 強(qiáng)觸發(fā)脈沖波形 3.3.2 觸發(fā)脈沖的要求 晶閘管裝置種類很多，工作方式也不同，故對觸發(fā)電路的要求也不同。具體如下： 觸發(fā)信號可以是交流，直流或脈沖形式。由于晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，門極即失去控 制作用，為減少門極損耗，一般觸發(fā)信號采用脈沖形式。 觸

48、發(fā)信號應(yīng)有一定的功率及寬度。觸發(fā)電路的任務(wù)是提供控制晶閘管的門極觸發(fā) 信號。由于晶閘管門極參數(shù)的分散性以及其觸發(fā)電壓、電流隨溫度變化的特性，為使 各合格元件在各種條件下均能可靠觸發(fā)，觸發(fā)電流、電壓必須大于門極觸發(fā)電流 igt 和觸發(fā)電壓 ugt，既脈沖信號出發(fā)功率必須保證在各種工作條件下都能使晶閘管可靠導(dǎo) 通。觸發(fā)脈沖信號應(yīng)有一定的寬度，脈沖前沿要陡，保證觸發(fā)的晶閘管可靠導(dǎo)通。如 果觸發(fā)脈沖過窄，在脈沖終止時主回路電流還未上升到晶閘管的擎住電流，則晶閘管 會重新關(guān)斷。對于三相全橋是整流電路，要求觸發(fā)脈沖信號是間隔 600 的雙窄脈沖或 大于 600 小于 1200 的寬脈沖或脈沖列。 為使串聯(lián)

49、晶閘管元件能同時導(dǎo)通，觸發(fā)電路應(yīng)能產(chǎn)生強(qiáng)觸發(fā)脈沖。在大電流晶閘 管串聯(lián)電路中，要求串聯(lián)元件能同時導(dǎo)通，各元件的 di/dt 都應(yīng)在允許范圍之內(nèi)。由 于元件特性的分散性，先導(dǎo)通元件的 di/dt 就會超過允許值而損壞，故應(yīng)采取圖 1-3 所示的強(qiáng)觸發(fā)脈沖。強(qiáng)觸發(fā)電流幅度為觸發(fā)電流值的 5 倍左右，前沿陡度應(yīng)不小于 0.5a/us，最好大于 1a/us(即 0t1d 段)；強(qiáng)觸發(fā)寬度對應(yīng)時間 t2 應(yīng)大于 50us，脈沖 持續(xù)時間 t3 應(yīng)大于 550us。脈沖如圖 3-11： 觸發(fā)脈沖的同步及移相范圍。為使晶閘管在每個周期都在相同的控制角 下觸發(fā) 導(dǎo)通，觸發(fā)脈沖必須與電源同步，也就是說觸發(fā)信號應(yīng)

50、與電源保持固定的相位關(guān)系。 同時，未了使電路在給定的范圍內(nèi)工作，應(yīng)保證觸發(fā)脈沖能在相應(yīng)范圍內(nèi)工作，應(yīng)保 證觸發(fā)脈沖能在相應(yīng)的范圍內(nèi)進(jìn)行移相。為保證逆變工作安全可靠，對最小的逆變角 min 也應(yīng)加以限制，一般 min=300350。 隔離輸出方式及抗干擾能力。觸發(fā)電路通常采用單獨(dú)的低電壓電源供電，因此應(yīng) 采用某種方法將其與主回路電源隔離。常用的是在觸發(fā)電路與主回路之間連接脈沖變 壓器。此類脈沖變壓器需做專門設(shè)計(jì)。觸發(fā)電路正確可靠的運(yùn)行是對晶閘管設(shè)備的安 全運(yùn)行極為重要的環(huán)節(jié)。引起出發(fā)電路誤動作的主要原因之一是從主回路或安裝在觸 發(fā)電路附近的繼電器和接觸器引起的干擾。主電路的干擾常通過觸發(fā)電路的輸

51、出級而 進(jìn)入觸發(fā)電路，常用的干擾措施為：脈沖變壓器采用靜電屏蔽，串聯(lián)二極管、并聯(lián)電 容等（如圖 1-1） 。 3.3.3 驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 針對晶閘管的驅(qū)動通過詳細(xì)的分析觸發(fā)脈沖的寬度及強(qiáng)度提出了具體的參數(shù)與指 標(biāo)；同樣也通過詳細(xì)的分析對高壓串聯(lián)晶閘管的保護(hù)提出了均壓與過壓保護(hù)相關(guān)技術(shù) 參數(shù)。隨著晶閘管制作技術(shù)與工藝水平的不斷提高，晶閘管也在朝著更高等級的方向 發(fā)展。本文采用最基本的方法制作晶閘管驅(qū)動，其中數(shù)字控制信號通過三級管放大， 經(jīng)過脈沖變壓器向晶閘管輸出導(dǎo)通信號。 電路圖如圖 3-12： 圖 3-12 驅(qū)動電路圖 3.43.4 控制部分電路設(shè)計(jì)控制部分電路設(shè)計(jì) 3.4.1 at89c51

52、芯片簡介 at89c51 是一種帶 4k 字節(jié) flash 存儲器（fperomflash 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(jī)。 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(jī)。單片機(jī)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，at89c

53、2051 是它的一 種精簡版本。at89c51 單片機(jī)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。 外形及引腳排列如圖 3-13 所示 ： 圖 3-13 at89c51 外形及引腳 at89c51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié) flash 閃速存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部 ram，32 個 i/o 口線，兩個 16 位定時/計(jì)數(shù)器，一個 5 向量兩級中斷結(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，at89c51 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/計(jì)數(shù)器， 串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方

54、式保存 ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并 禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。 引腳說明 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當(dāng) p0 口 的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以 被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在 fiash 編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng) fiash 進(jìn) 行校驗(yàn)時，p0 輸出原碼，此時 p0 外部必須接上拉電阻。 p1 口：p1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。p1 口管腳

55、寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外部下拉為 低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時，p1 口作 為低八位地址接收。 p2 口：p2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 ttl 門電流，當(dāng) p2 口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并 因此作為輸入時，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 p2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2 口輸出地址 的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器

56、 進(jìn)行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時接收高 八位地址信號和控制信號。 p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門電 流。當(dāng) p3 口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于 外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3 口也可作為 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 備選功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.

57、4 t0（計(jì)時器 0 外部輸入） p3.5 t1（計(jì)時器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） p3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 rst 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ale/prog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位 字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻率周期輸出 正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時 目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，

58、將跳過一個 ale 脈沖。如想禁 止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位 無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周 期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/psen 信號將不出現(xiàn)。 /ea/vpp：當(dāng)/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh） ，不 管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 端保

59、 持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 flash 編程期間，此引腳也用于施加 12v 編程 電源（vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: xtal1 和 xtal2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振 蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，xtal2 應(yīng)不接。有 余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何 要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 芯片擦除 整個 perom 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持

60、ale 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空 存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外，at89c51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟 件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu 停止工作。但 ram，定時器，計(jì)數(shù)器，串口和 中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 ram 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他 芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。 3.4.2 晶振電路 晶體振蕩器，簡稱晶振。在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián) 一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的 頻率是串