微機數字觸發(fā)器的研制

1、微機數字觸發(fā)器的研制微機數字觸發(fā)器的研制摘要：摘要：觸發(fā)電路是晶閘管整流器的重要組成部分。利用微機技術，采用 MCS-8096 單片機為控制核心，設計了一種新型的微機數字觸發(fā)器，給出了其硬件和軟件詳細的實現方法。 ; mso-hansi-font-family: Times NewRoman關鍵詞：關鍵詞：晶閘管 數字觸發(fā)器 單片機 微機技術晶閘管整流器裝置在工業(yè)中得到了廣泛的應用。晶閘管的觸發(fā)控制則是應用中的關鍵環(huán)節(jié)，觸發(fā)電路的控制精度與精定性將直接決定主回路的工作性能。晶閘管的觸發(fā)電路，大體上可以分為模擬和數字兩大類。模擬電路由分立元件組成，體積較大，控制精度較低，很難達到標，現在已很少采

2、用；晶閘管觸發(fā)信號，本質上是一種離散量，可由數字信號實現。目前已有大量的數字式觸發(fā)器產品問世，這些數字觸發(fā)器大體由過零檢測器、計數器、脈沖分配器等幾個部分組成。隨著微電子技術的發(fā)展特點是微型計算機的廣泛應用，采用以單片機為控制核心設計數字式觸發(fā)器，可以大大簡人硬件電路的組成，并可提高觸發(fā)器的控制精度，其中觸發(fā)角的分辨率可達 0.10.01，甚至更高。另外由于軟件的可編程性，使微機數字觸發(fā)器的調節(jié)范圍相當靈活，能滿足多方面的需要。MCS-96 系列單片機自帶 A/D 轉換通道，具有高速輸入口 HIS 和高速輸出口 HSO，對于脈沖的檢測和生成極其方便。其中六路并行的高速輸出 HSO 可以按程序規(guī)

3、定的時間去觸發(fā)其一事件。當 HSO 的觸發(fā)時刻在內容定址存儲區(qū)CAM 中確定以后，規(guī)定的時間一到，在 HSO 端口上即可產生觸發(fā)脈沖，而且觸發(fā)脈沖的上升沿和下降沿產生的時刻可以同時設定。利用 HSO 的這一特點，能夠很方便地構成晶閘管整流器的觸發(fā)電路。本文以三相全控橋式整流電路為討論的重點，設計觸發(fā)器的硬件和軟件。1 1 觸發(fā)器的硬件設計觸發(fā)器的硬件設計微機數字觸發(fā)器的硬件電路主要以 MCS-8096 為控制核心，包括輸入信號預處理電路、同步脈沖產生電路、脈沖的形成與輸出電路、存儲器擴展及附屬電路等幾個部分。硬件框圖如力所示。1.1 同步脈沖產生電路在各種晶閘管整流電路中，各晶閘管的觸發(fā)脈沖必

4、須與加在晶閘管上的交流主電源電壓有相對固定的相位關系（即各管的觸發(fā)時刻與主電源電壓的某一個固定的相位點之間相差一個控制角），對應這一觸發(fā)時刻的脈沖稱為同步脈沖，完成這一任務的電路就是同步脈沖產生電路。數字觸發(fā)器根據同步脈沖的不同觸發(fā)方式分為絕對觸發(fā)和相對觸發(fā)方式。所謂絕對觸發(fā)方式是指每一觸發(fā)脈沖的形成時刻均由同步基準決定，這在三相橋式電路中就需要有六個同步基準交流電壓；而相對觸發(fā)方式僅需一個同步基準。當第一個脈沖由同步基準產生后，再以第一個觸發(fā)脈沖作為下一個觸發(fā)脈沖的基準。在三相橋式電路中，兩相鄰觸發(fā)脈沖之間相差 60電角度，但由于電網頻率會在 50Hz 附近波動，所以必須進行電網周期的跟蹤測

5、量。同步脈沖電壓可以用相電壓 Ua，也可以用線電壓 Uac。當用線電壓Uac 作為同步電壓時，同步基準在三相橋式電路中，它的上跳沿正好是=0的基準；而當用相電壓 Ua 作同步電壓時就有-30的相位差。在本裝置的同步脈沖電路中，以線電壓 Uac 作為同步電壓。電路如圖 2 所示。線電壓 Uac 經降壓后加至 LM339 組成的電壓比較器，輸出高、低電平等寬的方波，經光電隔離器 TIL117 及電容、電阻組成的微分電路，形成微分信號，這個微分信號就是同步相位脈沖，其周期為電網的周期。1.2 觸發(fā)脈沖隔離、驅動與輸出電路為了防止干擾和滿足晶閘管的門極對觸發(fā)脈沖功率的要求，由單片機發(fā)出的觸發(fā)脈沖必須經

6、隔離、驅動才能加至晶閘管的門極。此電路由緩沖器、光電隔離器、變壓器等器件組成，如圖 3 所示。當單片機 8096 高速輸出口 HSO 無脈沖信號時，光電隔離器 TIL117 截止，三極管 BG 截止，變壓器無脈沖輸出；當 HSO 有脈沖信號時，光隔 TIL117 導通，從而使相應的三極管 BG 導通，這樣觸發(fā)脈沖經脈沖變壓器 T 輸出，促使晶閘管觸發(fā)導通。1.3 輸入信號預處理電路輸入信號預處理電路的主要作用是產生脈沖移相控制信號。由于 8096 具有四路 10 位 A/D 轉換通道，不需要再外接 A/D 轉換電路。但 8096 單片機 A/D 轉換器對外加控制電壓有一定要求，它只允許 0 至

7、+5V 的標準電壓進行轉換。而實際的輸入不僅有幅值的有效期異而且有極性的不同，因此設置輸入信號預處理電路。它的任務主要是判斷輸入信號的極性，提取輸入信號的幅值，將外加電壓信號轉換成 05V 的標準電壓信號。此外，微機數字觸發(fā)器電路中，由于 8096 單片機具有 64kB 的尋址空間，除了 256 個內部特殊存儲器外，其余空間均需擴展，所以硬件電路中還包括用來存放系統控制程序、實時采樣數據、各種中間結果等的存儲器擴展電路以及復位電路、模擬基準高精度 5V 電源、12MHz 晶振和用于顯示的單片機附屬電路。2 2 觸發(fā)器的軟件設計觸發(fā)器的軟件設計觸發(fā)器的軟件設計主要分為主程序、脈沖同步與移相和脈沖

8、的形成與輸出等幾個部分，分別說明如下。2.1 主程序主程序是系統程序，主要完成系統初始化、角度的顯示及等待中斷等功能，主程序框圖如圖 4 所示。2.2 脈沖同步與移相在此裝置中，當同步脈沖信號的上跳沿發(fā)生時，8096 的 HIS.0 中斷立即響應，獲取并計算值，以實現脈沖的同步與移相。利用相鄰同步信號上升沿之間的時間差來計算電網周期。設前一個同步脈沖基準到來時定時器 T1 計數值為 t1，當前同步基準到來時定時器計數值為t2，則電風周期 T=t2-t1。單位電角度對應時間為 T/360，電角度對應的時間T1U=T/360，T1U 即為在同步脈沖上升沿發(fā)生后第一個脈沖解發(fā)時間。第一個脈沖產生時間

9、的變化就意味著脈沖移相。脈沖同步與移相的子程序框圖如圖 5所示。2.3 脈沖的形成與輸出利用 8096 軟硬件定時器，高速輸出通道 HSO 和高速輸入通道 HIS 的功能，使用軟件定時中斷，在六路HSO 口實現六路觸發(fā)脈沖的輸出。當同步信號的正跳沿發(fā)生時，立即引起 HIS.0 外中斷，由脈沖同步與移相的子程序，計算每周期第一個脈沖上升沿對應的定時值 T1U。脈沖下降沿定時值 T1D 由其脈寬決定，設脈寬對應的電角度為 15，則 T1D=（+15）T/360，將 T1U、T1D 值置入 HSO 的內容定址存儲區(qū) CAM 中，HSO 通過與定時器T1 比較，在 T1U 時刻輸出高電平，在 T1D

10、時刻輸出低電平這樣就形成了 1 號觸發(fā)脈沖。當 1 號脈沖上升沿到來時，HSO 產生中斷，根據當前值，加上兩相鄰沖之間的相位差（在三相橋電路中=60），則 2 號脈沖的定時值為：上升沿定值 T2U=（+60）T/360，下降沿定時值 T2D=(+75)T/75）/360。同理當2 號至 5 號脈沖的上升沿產生時，也分別引起 HSO 中斷，產生 3 號至 6 號觸發(fā)脈沖。脈沖的形成與輸出的 HIS、HSO 及 10 位 A/D 轉換通道設計的微機數字觸發(fā)器，不需要增加很多其它外圍電路，就可實現數字觸發(fā)電路的全部功能，使得觸發(fā)器的硬件電路設計變得簡單，實現容易。在本裝置的設計中改變模擬輸入Ux 的大小，可方便地實現角移相，并且