（控制理论与控制工程专业论文）大功率晶闸管整流装置数字控制器的研制.pdf

摘要鹋3 2 1 5 3 5着汁算机集散控制( i ) c s ) 系统越来越普遍的使川。我吲现_ i模拟触发刺稳流控制i i ，j 火功；瞽诮闸戗枢流姨。n j & 然小适心发展的需拆人在研制新_ 代的大功率品m o 管整流装筒的数字控制器卜作了一些工作。文中详细介绍r 以8 0 c 1 9 6 k c 微控制器为控制中，i 的数字触发系统的硬件坌l = 【成，包括刚步信号旧获取，牲流i l i 流n 勺采样、姓1 i ，及脉冲发生i u 路，同l l 寸，仃细考虑r 在该系统小+ , jj l j8 0 c 1 9 6 k c 的s功能与上位工控机通信的l 乜路设计和编程特点，以及小系统的软件技术。针对我们旧控制剥级的特点，文f i 具休介 ! 丫采川的l 。i 粘定l ，i i )控制算法的原理。关键词：可控硅拯流，积硪微控制器，e i 摧定i ) ，s逛删内 b s t r a c tw i t ht h ea l l - p e l v a d i n gu s e do f t h ed i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ( d c s )h i g h p o w e rs i l i c o nc o n t r o l l e dr e c t i f i e l o fs i n m l a t et r i g g e ra n ds t a b i l i z e dc u r r e n ti sm a l a d j u s t m e n tf o rd e v e l o p m e n to fi n d u s t r yi no u rc o u n t r ylh a v ed o i n gs o m e t h i n gi nd e v e l o p i n gt i l ed i g i t a l c o n t r o l l e do fh i g h p o w e rs i l i c o nc o n t r o l l e dr e c l i l i e r i nt h i sp a p e l ，t h eh a r d w a r eo fd i g i t a lt r i g g e rs y s t e mb a s e do i l8 0 c 1 9 6 k cm i c r o c o n t r o l l e ri si n t r o d u c e d ，w h i c hi su s e di nh i g hp o w e rr e c t i f i e r i ti n c l u d e s ：a ) g e t t i n gt h es y n c h r o n i z a t i o ns i g n a l ；b ) s a m p l i n gt i l eo u t p u tc u r r e n t ；e ) d i s p l a y i n gt b es t a t ei n f o r m a t i o no fi h cs y s t e m ；d 1p u l s ep r o d u c i n gc i r c u i t ；a n de ) t h ec o m m u n i c a t i o nc i r c u i tu s i n gt h ep t so f8 0 c 1 9 6 k co f t h i ss y s t e mw i t ht o p 1 c v ej c o m p u l e r 0 1 h es o f t w a r e a i m i n ga tt h et h a i + a c t e r i s t i co f t i l es y s t e m ，w eu s e dt i l ee o n t t o i l e d a r i t h m e t i co fs e l f - t u n i n gp i dk e yw o r d s ：s i l i c o nc o n t l o i l e dr e c t i f i e r ，8 0 c 1 9 6 k cm i c l o c o n t r o l l e rs e l f - t u n i n gp i d ，p t s2第一章引言第一章引言氯碱工j 是现代化学工业纳基本部分之一，它在国民经济q 。占着一卜分重要的位置。氯碱工业生产的氯气( 液氯) 、氯气、盐酸和烧碱在圆民经济的符个部门都有广泛的戍川。氯碱工业由于它的介质特点，生产环境差，常规测摄仪表不好用，自动化水平低，u - 重地影响着生产水平的提高。因此提高整个行业的自动化水平具有很重要的意义。随着材料工，k 、仪表制造技术和z _ q k 控制计算机技术的发展，加之国内外自动化工作者做的大量工作，全面提高氯碱工业自动化水平，提商生产率，进一步改善劳动条件以完全可能。现代氯碱工业向着大型化和连续化的方向发腱，为了得到更高的产品质量，降低原料和能量的消耗，保证安全生产，列生产过程的控制和管理提出了更高的要求。一方面需鼗更多的生产过程信息和管理信息来加深对过程的动态特性和最佳运行条件的认识，i e 确处理可能出现的各利异常情况；另一方面需要新的控f i ；| l 装谖来适应上述各种要求，发展新的控制方法，把生产推到一个新的水平。近年来随着微电子技术的突破，微处理器性能的提高，价钱的下降，使分散化的南接数字控制( d c s ) 成为现实，从而在微处理器或微型计算机系统基础上实现了生产过程的计算机控制和管理。目前国外氯碱化工企业已将过程控制、生产调度、经营管理集成为一个计算机集成制造系统( c i m s ) ，而国内大多数厂家还处在仪表控制、电话调度的阶段。在新处氯碱化工厂时，要步到位实现c i m s ( 或称c i p s 即计算机集成过程控制系统) ，在资金、技术水平等方面尚不具备条件。既要改变国内企业技术落后状况、提高企第一章引言! 【k 的憋休经济效益，又罂考虑资金承受能力和投入产h | 比，围内有2 ，3 或4 线热电阻输入8 d i8 d o( p t 或n ir t d )数字输入，输出图1 - 1 氯碱化工厂d c s 系统框图的厂家采用了性能价格比高的工业控制计算机构成厂级的髓控调度工作站m 1 ；j f f 接线及通讯规约最简沽r s 4 8 5 双绞线网络作为 ：作站2第一蘩；l 蠹与徼产现场数据采集站的通讯传输媒体；用专i | 1 ：i 蚋a d d a m 4 0 0 0 或a d a m s 0 0 0 系列的数据采集模块和通讯转换。 t 继模块，采集生产现场蚋多转关键参数，势通过r s 4 8 5 总线传输给调度室灼监控调艘工作站，从而实现监视全厂生产过程。见图1 1 。鼗字皴发及稳漉控剁传必整令集数控潮系统嬲一个单嚣摄 乍囊动化郯分，用来控f i ；| i 电解榴的电流值。电解榴足一种需用随流电能的奄纯学爱缝器，一蔽瘗数十台至数吾台零貘残兔一拿系剜，英嶷流电压为数十至数西v ，l 乜流山儿k a 歪儿百k ，功率自数千越数万k v 。赫阉管整流装置菰建整供 毽系统豹裔篷交流邀( 如l o ，3 5 k v ) 交淹祗艇点流电，并可通过控制晶闸管的导通角来控制榴电流，送给电档系列进行# 往解。槽电流避生产过程中的个蘑戮参数，它的变化对f 乜姆渡的糍攫靼氯气约产疑有缀咧显姻影响。凶她实瓣褥崧躺发豹控制槽电流具有褪大意义。国内这类装髓都采川模拟电路实现触发黢稳滚，方嚣不遥琏e 辐羟裁系统豹发建霰嚣，努一方蘧冀 稳爨复杂，调试困难。为此，我们设计了基j ：8 0 c 1 9 6 k c 微控制器的数字融发装嚣聚完成觚发晶阕管及实臻稳滚控涮。嗣潜在擎片徽羟潮系缆与上位的工控机之问采川i ( s - 4 8 5 标准通讯接口，将。f 位机的有关电流或电压的嶷时值传送给上位视，间辩上钕税也司鞭据运行情况姆需要改变豹参数传送给下位桃。本课题来自株洲整流器厂。该厂为化工、冶金等工厂提供大功察整浚装嚣，璎露豹产熬暴露挟揪熬发蘩l 稳流投题。麓了挺褒其产品的技术禽量，适应产品使用厂祭的d c s 控制的需要，委托我方为 邈翻骚；| ；| | 莱瑙数字魅笈及稳浚羧澍熬大凌率黼阑管爵控疆整流装鬣。要求研制出的系统能与工厂的管理计算机进行数u 抛通讯；为使系统可靠工作，程采瘸数字技术酶初期，仍保留藤模擞系统，使之3第一章i l 言处于热餐翊状态，以便当数字系统娃j 现故醛l 时，溅马卜功 受到原来的模拟系统r h本文套缁了大功率晶嬲管凝浚装雹熬数字触发芨稳流控制系统及戴与t 做工控机的通讯的具体电婚设汁和软件开发。4第= 章k h s 犬功率品闸管整流装嚣系统慨进腱数学模拟第二耄k h s 大功率晶溺管整流装置系统概述疑数学横鼙2 1大功率供电可控整流盎电路接线墅式及葜特点电解搂是一靴器塌囊流 珏徽的电化学反应器，一般由数卜螽至数百合串联成为个系列，其商流电压为数十茧数百v ，电流由几k 聚，b 吾k a ，葫攀蠢数予至鼗万k h 。疆憨浚装嚣渡楚怒珙邀系统戆商压交流电( 如1 0 ，3 5 k v ) 变为低压直流电，送给电槽系列进行电解。一般每个系翻鸯韬i 整流嚣2 螽，除夺麓 毽聪 一舞，台辍少采| e 。臼数的选择主要决定于运行的可靠性，维修的需要，供电电删鬻求豹豫渡数及单辘最大豹劝率。足符不外憋双星形带s 严衡【b 抗器驶三稀桥式二种 ，前糟目前强 i ；l 生产的最大点流竣港电流为1 2 6 k a ，后者为6 3 k h 。单台雾缍最大豹魂攀为2 5 3 0 m w ，太大了则并联硅元件的r 乜流不弱均匀分配，交缒器绕缎及金臌构佧中的涡流损耗太大，运输方面l j 王因为太高太夔而不便。硅熬流装溉根据熬流柜r | l 琢采瘸约整流元终蛉墨：弱，分为整流管整流装置和龋闸管整流装鬟。整流管廷蕤撼交浚 乜压整盥为单方向的脉动电j ( ! 于大功率硅熬流箍，采弼瀚熬流线图2 - 1 白1 2 幸h 可控硅撒流器典型接线s一一。笙三曼一望曼杰望兰塑鲤煞鳖堕茎璧叠堕堡堡热塾堂垡型压残蠢滚l 瞧压，镌是没有谢熟这个l 睦琏大小的熊力，班以棼漉蛰憋流装谖的整流变胝器必须装设有馘调压，r 关或绷设单独的订载调压爨嫒变瑷器穆为羧调，羚在整浚臻瓣掭壤；p 翻蜜蠡童毽秘 毡技嚣擘为! _ i j 调。i 舄闸管则兼有整流及调胍的作用，放不需有载i ：, l 爪及闷饱和魄抗器。现在大多采矮熬熬流装瓮为可控疆整流装黉。我们系统所鳃控制的对象是一个单臼的十= 相硅撼流的系统，其接线如圈2 - 1 所示。麸翻中可黻看国，十二相系统艇 蟊两念六籀稳流器( 澉熙形带平锈e b 抗器电路) 在刚侧移柏3 0 。而成，h i j 网侧绕组一念三角形接法，台星形接法。图，| id s ：高压隔离开关，o c b ：筒膳亍| j j 断路蜷，c t - 巍压l l 主流强感嚣，雕l 、雕2 ：憋流变胍搽，s i 、s i 2 ：旗浚器，d c c t l 、d c c t 2 ：威流互感器，s 1 1 、s 1 2 、s 2 1 、$ 2 2 ：崽流闸刀， s ：辅驹电源，p ：控澍设餐，l 、e ：l 毽感l 毡容器鳃。下谢我们看看这利接线方式下的整流变聪器阀侧绕组和可控硅静连接方法帮特赢。2 。1 1 带平衡电抗器的双星形黼闸管整流电路为了逶瘟这秘在稳龟凰、大电流情况下运行，采用翡蹩豫缀三鞠半渡 远路瀚并袋接饯。并联后，利用变压器绕线的适当连接，消除了磨流磁他，势使每组提供一半受载电流，这样品闸管并联的数鬣可魄攀缝黪三攘半波电黪少一半。为了解决两纽电流平衡f ，弋? ；，；! ? jf ：7r一席图2 - 2 双反星形可控础浆流电路6贾盥i l| |一，；蛩，一咚。1鬻鼍k了键一瓣慧|厂l；|；鬻，冒|厂l；i辫妒r；jl；虫lk塑三塞型堡盔些童曼鲤篁鳖! i 鍪星墨竺塑堡丛墼兰塑型闲题，特设s f 锻l 毽抗嚣。这裁憝在鑫毫l l l 娠、大l 毡渡终纨。f 聚翊瓣啦平衡e u 抗器的双眨星形可控整流l u 路哺】，如i 吲2 - 2 所示。整绞变歪器豹二次每攘有豫令辛筵弱夔数沟绕2 l l ，分翻接液秘缀三相半波撼流电路，即a 、b 、c 一纰和a ，、b ，、c ，组。a 与a ，绕在同一个锾蕊。t ，冀辍注穗菠，或者说电筮豹耱谴惹1 8 0 度。翔圈2 - 2 中液示同名端的“”号所示。同样b 与b ，同绕谯一个铁芯柱一t ，c 与c ，网绕在一个铁芯拄。乜故褥名双反麓形电路。可见双反璧形的整流电路照由弧缎三相半波凝溅电路并联弼成，每组只供给总负载 毡流的半。它与i i j 两组三棚i 弘波【u 踏串联瓤戏熬兰鞠桥式 毽爨襁比；输 | _ ll 毡流露臻犬一悠；燮爆嚣二次测疆绒组的极性相反是为了消除变畦器中的赢流磁辫。浚疆缍豹控涮珀a = 0 ，廷缀浆流i b 压、电流的波形如图2 - 3繇示。在图中，两组稿 ，毡鹱在相位上差1 8 0 。，因而两组桕电流在相位上也麓1 8 0 。它们的鑫度梗等，部是1 2 i ( 1 。：以a 相而盲，相i 乜流i a 与i a 溺魂瓣瓣刻虽然不蠲，锻楚邑们的平均值都怒l 6 i d ，既然平均电流褶等而绕组的极性是棚反的，因此壹流安匝蔓樱抵锩，困理，葵蚀挑秘媳袁浚安嚣2 - 3a = o 对两组整流电压电流波澎瞧篷是嚣据抵消靛。总之在这攒线路中，剥耀绕鳃蝤极蛙期蔽采消除直流磁辨。7第二章f a i s 大功率晶闸管整流装置系统概述及数学模型在这种并联线路中，在两个星形的中点问，接着具有l 也感罱为i , p的l 旺抗器。这是因为两个直流电源并联运行时，只有两个i 【i 源的情况完全一样( 平均值和瞬时值均相等) ，才能使负载f 【；l 流平均分配。在双反星形电路巾，虽然两组整流电压的平均值是相等的，但是它们的脉动波相差6 0 度。它们的瞬时俏是不同的，现在把六个品闸管的阴极联接在一起，因此两个星形的中点0 1 和0 2 间的电压便等于此u d l 和u d 2 瞬时值之差。这是一个三倍基频近似三角形的波。这个电压产生相应的交流电流i p 全部降落在电抗器上。而i p 通过两组星形自成回路，它不流到负载中去，故称环流或平衡电流。如果两组电流均等，则每组承担负载电流的5 0 。但是考虑到有环流ip ，那么每组承担的电流分别为1 2 ( i d + i p ) 。由于晶闸管的单向导电性，环流至多等于t 2 i d ，若此，则使- - f l t l l t 断，成为单组运行。总之为了使两组星形i u 路，i ：联运行， 巴它们并联连接，连接后就要产生环流，环流会引起两组电流分配不均匀为了使电流尽可能地平均分配，一般希望限制环流在其额定负载电六流的1 一2 内。加接电抗器就是为了限制交变的环流。当电感量l p 足够大，i p就可以减小。就可以使负载电流的分配比较平均。这个电抗器就叫作平衡电抗器。在结构上。平衡电抗器分成两半每组始流电路并占有一半。i l ：! 抗器的两个绕组都绕在同一铁：卷上，由于两组共同向负载供电，使这两个绕组的极性形成相反方向，因此直流磁势互相抵消，电抗器的铁芯i ：| 王就不会产生直流磁化和饱和的问题，因而电抗器的体积就可以做得比较小。双反是形电路是两组三相半波电路的并联，所以整流电压平均值u d 就等于一组三相半波整流电路的整流电压平均值，在不同控制整三童! ! 坚查塑查曼塑笪些堕茎墼墨堕塑堕墼墼堂塑型角a 时：u , j 能处于工作状态；r c = ol 时，启动转换；r 石= l 时，读转换结果；1 2 历用于控制输出数据格式。当1 2 8 = l 寸，并行输出1 2 位转换结果；当1 2 8 = 0 时，转换结果数据分两次输出，分别用 0 控制，a o = o 时，输 儿i 衙8 位，a o = ii t , l ，输 l l 低4 位。此外，a 0 还用于控制a d 转换数据的位数。在起动a d 转换时，a o = o ，作1 2 位转换，a o = i ，只作8 位转换。a d 转换器的s t s 引脚是工作状态输出线，启动转换后，s t s = i ，表示转换正在进行；当s t s = o 时，表示转换结束。二、a d l 6 7 4 启动时序堕f i 忑：型堕兰；= 型唑厂听匕型坐三二荨立型竺剖 = ! ! ! ! 竺! 1 9 z o 一三厂、坐! 土二型唑= 厂e ：! ! ! 三! ：! ! ! 竺! = i墅兰：厂一11 1 1：= il哩盟q鬯”“瓷阻抗一图3 7a d l 6 7 4 启动转换叫序图堡| l 一已芭! ：竺! j兰兰厂i 一。_ - _ j黔f 鼍讧a 0 嘁：# 一r；t 而= 盥面鬲蔷七r1 而葛磊画_i 望丛兰高阻抗生叫警攘h 阻皓图3 - 8a i ) 1 6 7 4 读周j 纠时序第三章大功率品闸管疆流堤置的数字控制器的系统设计图3 7 是a d l 6 7 4 的启动1 2 位转换的”寸序图。圈巾是用c e 来启动转换，c e 脉冲宽度最少要3 0 0 n s ，在c e 建立之前c s 至少已稳定3 0 0 n s ，一i c 蛰jc e 建立之前至少已稳定2 5 0 n s ，否则转换 ： 不能可靠例3 - 7启动。c b 有效后最多3 0 0 n s ，s t s 变成高电平，转抉开始。如冉有转换命令，将被忽略，直至转换周期结束。转换；明问数据输出缓p 器是不能接通的。如果要启动8 位转换，只要a o 为高l u 平有效。三、a d l 6 7 4 的读州序图3 - 8 是h d l 6 7 4 的读时序。和启动转换样用c e 启动读操作。若c p u 采用8 位数据总线，则 0 为0 叫，读出转换结果的扁i8位，a o 为l 时，读出转换结果的低4 位( 其余4 位为o ) 。在c e 和rc 有效之前，c s 和h o 至少已稳定1 5 0 n s ，且在牲个读周期a 0 都必需稳定，如果a o 改变，t d 1 6 7 4 输出缓冲器可能损坏。转换结果在c e有效后2 1 0 2 5 0 n s 输出。如果c p u 为1 6 位数据总线，则 o 在读时序中没有影响，只要c e 、c s 、r c 有效，1 2 位数据一次输出。四、实用接口电路及改善时序匹配的措施8 x c l 9 6 单片机与a d l 6 7 4 连接时，用读写信号w r 和r d 相与非后驱动c e ，地址经译码后驱动c s ，a i ) 1 6 7 4 的a o 直接与地址锁存器的 0相联，读信号经过非门后与n c 连接。在采用1 6 m h z 的品振时，由于8 x c l 9 6 的时钟周期约为1 2 0 n s ，因此，在这利t 连接方式下，c e 、c s 、r c 等使能信号的脉冲宽度只有9 0 n s 左右，均不能满足a i ) 1 6 7 4 的启动转换和读写时序的要求。解决的方法足：利用8 x c l 9 6 的就绪控制 i 】第三章大功率品闸管挞j j ：装置纳数字控制器的系统改训端r e a d y 和芯片配置寄存器c c r ( 其用法见参考文献1 ) 。使c i u 在剥a d l 6 7 4 进行操作时，让总线周期在此延时等待两个周期即可。为此，可将r e a d y 端与a d l 6 7 4 的片选信号c s 相联，这样，每次对 d 转换器进行启动转换或读操作时，r e a d y 端将被置0 ，并且将c c r 中的i r c o 位簧1 i r c l 位罱0 ，就可以使得c p u 的总线延时两个周期，使c u等使能信号的宽度满足a d l 6 7 4 的时序要求。c sf匠蓿! ! f 型卜 0 ，s cl l e a d yd 1 5 一d 8d 丁一d 4d b l l d b 8| |l ld 3 一d 0qd b 7 - d b 4f 4 l s o ob 兰d b 3 d b 0吼lb 。n c el2 厂芎耻它图3 - 98 x c l 9 6 与a d l 6 7 4 的接口电路( 其余部分不在此画出)图3 - 9 是8 x c l 9 6 采用8 位总线时与a d l 6 7 4 的接口电路。 d 转换器的1 2 位数据线与c p u 的8 位数锯线连接时。采用左对齐方式。即 d 的数据线d b 4 一d b l l 接c p u 的d o d 7 d b 0 一d i ，3 接d 4 d 7 。注意，由a d l 6 7 4 的内部控制逻辑决定了，在同8 位总线连接时，其数据线不能采用右对齐方式。也就是说，d b o - - d b 3 不能接d o d 3 。如果8 x c l 9 6 采用1 6 位数据总线，则将h 0 1 6 7 4 的1 2 位数据线d b o d b l l 按数据总线的低1 2 位或高1 2 位均可，其接线图不在此画出。随着商速单片机的广泛使用，其与一些慢速器件接口时，常常遇到时序匹配的问题，已有一些文章对此作了探讨，但多数是构造一个硬件电路来实现c p u 与外设同步。本文给山的时序分析和解决方法，筇三章大功率品闸管楚流装置的数字控制器的系统设计简化了硬件电路的设计。可见，分析和理解外部接口器件的时序，对l f 确设计和简化与慢速器件接1 3 的微处功! 机系统i j = l 是非常必要的。3 6人机接口键盘显示电路为了进行人机对话，实现系统的在线控制，在线地改变某些参数，并将电流反馈值实时显示出来，采用专用的8 2 7 9 键盘显示控制芯片】。配6 位共阴极的八段l e d 数码管晶示器组成键盘屁示接1 3i 也路。需要改变一些设定值时。可以通过按键米实现“。当c p u 接受到有键按下的信息后，就转出相应的处理程序。i l ：l 流反馈 瓿也在l e d上实时显示出米。8 2 7 9 键柱显示控制芯片能实现键盘输入和段码显示控制的专用器件，它与单片机接口方便，并具有多种功能。它自动实现去抖动和重键处理功能，它内部设有按键缓冲区，能按先进先出的方式实现八个几键值的输入缓冲，它还提供中断支持。8 2 7 9 采用4 ( ) 引脚双列直插封装，引脚定义如下：d b o d b 7双向数捌总线r g ，w r 读、写选通信号c s 片选信号r e s e t复位信号c l k时钟信号 o命令状态与数据传输识别信号i i q中断请求信号s l os 1 。3矩阵扫描线，可用作编码方式或解码方式r l o 盹7检测输入线o u t a o 3 ，o u t b o 3 显示输h 惶qb d 消隐显示信号s i l l f tc n l 、l ，s t n扩展键位的换挡控制键输入，或选通信号输入第三章大功率品闸管整流装露的数字控制器的系统设计图3 1 0 是8 2 7 9 与8 0 c 1 9 6 k c 的接口逻辑图。图中，8 2 7 9f 内数据总线与8 0 c 1 9 6 k c 的p 3 口相连接，读写线r d 并i iw r y 分别与8 0 c 1 9 6 k c的r o j f nw r 接在一起。8 2 7 9 的n , j 倒吖青号由8 0 c 1 9 6 k c 的a l e 提供，片选信号由8 0 c 1 9 6 k c 的高三位地址线a 1 3 a 1 5 经3 8 译码器译码后取其中的一根线提供，8 2 7 9 的中断请求线接8 0 c 1 9 6 k c 的外部中断口e x i n t p 2 2 。8 2 7 9 最大键盘配制为8 x 8 ，根据需要我们2 x 4 8 个键黜。扫描线按编码方式使用。其s l o s i 。2 通过3 8 译码器7 4 l s l 3 8 提供，接入键盘行线( 设扫描线为行线) ；查询线由反馈输入线r l o r l 3 提供，接入键盘列线( 设定查询线为列线) 。c l y旃0 v t 血a l e0 u t bp 30d b 0fup 3 td b 7r l 0l 坚塾墅i碹= p 4 。t一l 。i蠢r l 3刚i基p 4 7 52 曰一s l 0r di l b： 咀丽oc1 3 8p 2 21 1 1 日搿图3 1 08 0 c 1 9 6 k c 与8 2 7 9 的接l _ = l 逻辑8 2 7 9 提供的显示器最人配制为1 6 位显示，我们采用6 位l e d 显示。位选线由扫描线s l os l 2 经3 8 译码器7 4 l s l 3 8 驱动器7 4 l s 0 4 提供；段选线由b o m b 3 、a o a 3 通过驱动器7 4 l s 0 4 提供。r o 信号线用来控制译码器，实现显示器的消隐。 o 由地址线a 2 提供。8 2 7 9 的r e s e t 为高电平时芯片复位，所以与前面所说的8 0 c 1 9 6 k c笫兰三章大功率品刚衡艇流装鬣的数字控锚q 器的系统设计熬复经瞧路瓣第一个棼f j 麴输入端戡连。s h f t 承 c n t ! j s t b 出郝钉上拉电m ，衙以通j 遣放电 融阻接地。8 2 7 9 与8 0 c 1 9 6 k c 阅的联络慰通过。p 断方式赏现构。当有铫拨下辩，i 蕊变为商瞧平，8 0 c 1 9 6 k c 糯癍， | 灏焉，逊入键爨缝整程序，先撤撼扫橘线和返i 卧线的刁；间组合，判断所按下的键，w 进入棚膨静予鼗序。3 。7 生下谴撬遴最嗽路 嚣猩该系襞孛，我冁采霜了经鬣徐嵇琵海靛工擞控裁诗葵规鞠戏厂级的l 瞄控调度工作盍占：刚锻线及通讯规约最简洁r s - 4 8 5 双绞线网络佟冀王 蕈避与生产溪场数撰聚袋站熬逛逐煲竣媒嚣：瘸专翔靛a d d a m 4 0 0 0 残a d a m 5 0 0 0 系硎的数播采集模块和通讯转换巾继模块，爰槊生产现蛹豹多秘关键参数， ：逑过i s - 4 8 5 想线传输给调嫂爨监控调度工作站，觚而实糯溘税金厂生产过程。程数字触发及稳流控制的单片微控制慧统与上位的工投机之间就采用r s - 4 8 5 标凇通讯镶潜迸褥邋瀑。3 。7 。1 铸釉通讯标准介绍在计豁概涮控系统中，数据通讯主要聚餍舞步率行通讯方式，在淡诗通讯接口时，最好嫩用标凇接口，以提高熟通用挞。本系统中，上、下位橇逶褥通讯黼先瑟捺避讯按翻蔚速铎惩透主要楚避添标凇的选择问题。一、r $ - 2 3 2 瓣孥孥洼串行通讯标准翻前最常用的是奖国电予工业脚央正式公布的r s -2 3 2 串孬惑缝稼壤。r s - 2 3 2 滚疆麓楚受逻辑王稼，# 逻辚“1 ”羯受电平( 范围为一5 一1 5 v ) 表示，逻槲“0 ”用难电平( 范阿为+ 5 + 1 5 v )表零。在一3 + 3 v 菇过薮嚣，逻辍捷态不定。掇援r s - 2 3 2 灏鸯气特性，其接口电平不能和r t i 、d t e 输出、输入的“l ”( 2 4 v ) 和“0 ”( 0 。4 v ) 邀乎袒兼容，灏以要辨擞电路实现电平转换，般采棚传输线驱动器1 4 8 8 和传输畿1 4 8 9 实现转换。m 予，稀前健雨两多芯2 8笫三章大功率品闸管整流装鼹的数字控剁器的系统设计电缆具有1 5 0 p f m 的电容，而r s - - 2 3 2 信号线上总负载电容不能超过2 5 0 0 p f ，所以r s 一2 3 2 传输最人距离足15 m ，最火传输速度为1 9 2 k b i t s 。从上面所述可知，若采川r s - 2 3 2 通讯标准，其设糈之间的通讯距离短( 不大于1 5 m ) ，传输速率慢( 最大为1 9 2 k b s ) ，未规定标准的连线器，接f _ = 】处并信号f i d 容易产生f f | 扰。二、r s 一4 2 2 r s 一4 9 9 的特性后来制定的新标准r s - 4 2 2 r s 一4 4 9 ，除与r s 一2 3 2 完全兼容以外，提高了传输速率、增加了传输距离、改进了电气性能。与r s 一2 3 2 的主要著别是信号在导线上的传输方法不同。r s 一2 3 2 是利用传输信号线与公共地之间的电压差，r s 一4 2 2 r s 一4 4 9 是利用信号线之问的信号电压差、可在1 2 1 9 2 米( 4 ，0 0 0 英尺) 的2 4 一a w g 双绞线上进行数字通讯。r s - 4 2 2 标准规定了双端平衡电气接口模块，采用5 卜衡驱动和差分接收方法，从根本上泊除了信号地线，即双端驱动器发送信号，差分接收器接收信号( 如图3 - 11 所示) 。这种连接方式能抗传平衡驱动器o差分接受器图3 - 1 1l s 一4 2 2 接口电5 f 转换电路送过程中的共模干扰，还允许线路有较大信号的衰减。r s - 4 2 2 每个通道要用两条信号线，其中一条为逻辑“l ”另一条为逻辑“0 ”。r s - 4 2 2 电路由发送器、平衡连接t u 缆、电缆终端负载、接收器儿部分组成。在电路中规定只允许有一个发送器，多个接收器，因此常采用点对点通讯方式。逻辑“1 ”的两线之间的i 乜压差为+ ( 2 6 ) v 表示；逻辑0 ，以两线之间的电压差为一( 2 6 ) v 表示。r s - 4 2 2 是继r s - 2 3 2 屙的又一e i a - r s 系列标准。它主要适用于数字通信系统中，作远程通信串行接口。r s - 4 2 2 输入端为”l 兼容电平，输 【i 端为c m o s 电平兼容。r s 一4 2 2 改善了接口的电气驱动性能。第三章大功率晶闸管整流装置的数字控制器的系统设计r s 一4 2 2 a 的接口特性：( 1 ) 采j 1 羌分收发， 【i 平使用+ 5 v ，抗共模二1 二扰能力强：( 2 ) 最i 每传输速率达1 0 m b i t s ( 对应传输距离为1 2 i n ) ；( 3 ) 最大传输距离大1 2 0 0 m ( 对应传输速率为l o k b i t s ) 。三、r s - 4 8 5 的特性在许多工业环境中，要求用较少的信号线来完成通信任务，目前广泛应用的r s 一4 8 5 串行接口总线正是在此背景下应运而生的。r s - 4 8 5 实际上足r s 一4 2 2 的变形。它与r s 一4 2 2 不同之处在于：r s 一4 2 2为全双工，r s - 4 8 5 为半双工，这对于多站互连是十分方便的。在r s - 4 8 5互连中，某一时刻两站中只有一个站可以发送数据，而另一个站只能接受，因此，其发送电路必须有使能端加以控制。r s - 4 8 5 是一种多发送器的电路标准，允许双导线一h 的一个发送器驱动3 2 个负载设备( 包括被动发送器、接收器或收发器) 。电路结构足在平衡连接电缆两端有终端r 乜阻，在5 | 衡 u 缆一i ：a i - i 发送器接收器或收发器。r s - 4 8 5最小型由两条信号电路线组成。每条电路必须有接大地参考点，电缆能支持3 2 个发送接收器刑。对于单独的驱动器和接收器而言，r s 一4 2 2 与r s - 4 8 5 没有多大差别。平衡驱动器差分接受器r s 4 2 2圈3 1 2r s 一4 8 5 与r s 一4 2 2 的联接形式比较3 7 28 0 c 1 9 6 k c 的串行口的特点【1 】8 0 c 1 9 6 k c 的串行口与m c s - 5 i 的串行口兼容，它电有4 种操作模3 0筛三章大功率晶闸管羟流醚置的数字控制器旧系统设计式：一个劂步模式( 模式0 ) 和三个异步模式( 羧式l 3 ) 。模式0主碟用于i o 扩展。模式l 是标准异步道信模式，模式2 和模式3配合起米可t - i j 于多机通信。这些操作模式的工作服理在这里不孵祥述。率行翻麓搡佟模式通过率行瞄状态控 | i | | 寄存器( 1 1 1 1 ) 逡铎，下瑚对着两个寄存器的位定义进行观叫如下：s pc o n ( 1 1 h )785432loxxxt b 8r e np e nm 2m l工作方式选样：0 ，o = 模式ol ，o = 竣式2允询：奇偶效验功能( 偶效验)允许接收功淹t b 8 ：发送时编排的第9 位数据( 不是奇偶位)韶s t a 4 r ( 11 t 1 ) ：1 _ 模式ll = 模式3765432lo燃7r i lf et x eo exxt 1 ：发送中断标志r i ：谈收中断标志r b 8 r p e ：已接收的第9 位数据( 莆不是奇偶位) 奇偶 n 错指示f e ：帧错误( f r a m i n ge r f o r ) 位。若接收终了时，在遗当瓣闼逡，来发瑰髂止盈，潮f 萎舞 。t x b ；发送器空( t r a n s m i t t e re m p t y ) 标志位。t x e = i 意味着可发送2 个字节。o g ：接收超遽错误( o v e r r u ne r r o r ) 位。圈3 一1 3枣行口控制和状态寄存器8 0 c 1 9 6 k c 的书行口其有如下的特点：一、串行口的波特攀取决于波特率寄存器( o o o e i d 的内容。该寄存器应磷连续2 个字节装鼗之，低字节柱先，寄存器m，nn腿盹怒笫三章犬幼率品刚谢糖流浆黼的数字摊；i ；n 器的簸统设计瀚最商霞翊予选辑液特攀发生器翁输入时铮源。最高证为1 ，选用x t a l t ( i _ ! f 】i 讯仆振荡器) 为源，否则选朋米i ：11 2 c i 。k零| 弱l 憝蘩譬为源。若鞋i ；a n i r e g 表示波褥奉豢存器敬装载彼，泼 瓿按以“f 公式计算：嘲步模式0 ；b a n dr e g = x t a l l 波特率 2 - 1 城t 2 c t ，k 波特率必步模式l 、2 矧3 ：b a n dr f , g = x i a l i 激特率* t 6 一l 或t 2 c l k 波特率$ 88 0 c 1 9 6 k c 可以在1 6 m i l z 赫振下工作，埘瓜可以达至q 更趣酌波特卒：模式o f ，波特率可逸箍；熊它模式可达l 赫。= 、接受缓冲器s i l u f ( r x ) 羽l 发送缓冲器s b u f ( 1 x ) ! ；| ；是般缓疆t 鹣，联缓冲笈送缓跨器兔诲：c p u 连续发送数据。三、在窗口1 5 中能对s b u f ( 1 x ) 进行写、对s b u f ( i x ) 进行，读搽 睾。蚓、柱串行口状态寄存器中增添了3 位新的定义f e 、1 1 x i j 、0 b ，觅銎3 - 1 3 。7 i x e = ih 雩，霹默连续爨s b u f ( t x ) 霉2 个字节，一旦向s b u f ( t x ) 写了一个字节，+ i x e 标志将立h | j 被清除。3 7 3 审行通讯口的磺件电路的设计下露套缀采薅黪工控瓿渗有鑫孽驻s 一4 2 2 r s 一4 8 5 逶滚瓣豹 夔转毽路。r s - 4 2 2 4 8 b 通讯口使用9 脚的连接器，每一个引脑i 的规定是标准鲍。各耱傣号的电渺电是按r s 一4 2 2 4 8 5 椽准规定的，以艇鼍二连接。各引艄i 的分配如图3 - 1 4 所示，其备管脚所代表的意义如一f ：1 。t x - 发送数据2t x + 发送数霜3 r x + 接收数据4 r x 一接收数据5 g n d 接地s 。黔s 一踵餐发送7 r s t + 准铸发送oooo幽3 - 1 4 通讯口九钏插座3 2销三章火功率品闸惜糖流浆嚣的数字挖制器| ：j ( j 系统设计8 c r s + 发送完毕，清除9 、c 1 y s 一发送完毕，清除对于1 1 s 一4 2 2 通讯接e l ，撕桃之n n 的邋； i 梅线避张点对点泌默则，连接情况如一f 所示： 箨静l ；i 1 0 i ! l li 1 t x 一卜4 i x 一2 t x + + 3 r x +3 ，r x + i 一2 + t x +4 r x 一 一i 1 x 一5 。g n d i 一5 g n d6 r t s 一9 c t s 一7 。r t s + 8 。c 1 、s +8 c t s + 卅一7 r t s +9 。c t s 一i ，一6 。1 1 1 s -翻3 一i 5t l s 一4 2 2 信号连接r s 一4 8 6 用于多站互造，巢一= i j 】l 讯时刻的双方只有一个站可以发送数镞，丽筠一个站强能接收数据。r s - 4 8 5 接口采f i j 4 1 双工纳标凇时具体连线见图3 1 6 所示计算机a4 r x 一( d a t a - )3 1 t x + ( d a t a + )5 + g n d计算机b卜1 t x 一4 1 ；x 一( d a t a _ )噜 2 t x + 3 r x + ( d a 。r a + )_ _ 斗5 ，g n d豳3 一1 6r s 一4 8 5 接墨其体接线下位枫逊行通讯瓣电路艨理蹦见图3 - 1 7 魇示，一f 健桃蛉串行逶讯赢8 0 c 1 9 6 k c 的弗行口t x d 、r x d 来实现，6 n t 3 7 怒高速光屯耦台器，m a x 4 8 7 是r s 一4 8 5 4 2 2 收发器。图【 lm a x 4 8 7 的a 、b 端的馈号即来自笫三荜火功率1 钴n i h 侍魁流浆锻的数笥芸挖制器的系统| 殳汁于 ：似帆。1 - i 九- 捧插座f 舟斗l lj 虹1 j l | _ l j v c e 使x 毒8 7图3 + 1 7 下俄机通讯帮元原j 业 斟m a x 4 8 7 是m a x i m 公司生产蛇 氐功耗的m a x 系列收发器之一。m a x 4 8 7 酌特点是可使电磁干扰减捌最小，并减小潲泡缆终端不适当而产生的影响，可以高达2 5 0 k b p s 的速率无误差地传送数据。m a x 4 8 7是为半双工设葫静，其弓l 稠 及典鼙工 车电蹄如圈3 - t 8 所示。其引脚号和对戚的功能如下：1 。r o ：棱瞧器输懑，若矗夫予b2 0 0 m y ，l 为离，若h 1 1 s s e l ，最新开放p t s 通道。一p 1 s 一次传送模式p t s 一次传送模式中，饵个p t s 周期，只有一个字节或一个字山源存贮器传送到目的存贮单元。若在这种模式下传送多个字= 订或字，就要多次进入p t s 服务过程，在2 次p t s 过程问，可以响成其他s请求或中断请求。一次传送模式下的p t s c b ( 图3 - 1 8 ) 包台控制寄存器p t s c o n 、源寄存器p t s s r c 、目的寄存器p t s d s t 和计数寄存器p t s c o u n t 。p t s c o n格式见图3 2 0 ，p t s c o n 的商3 位决定了p t s 的模式，如表3 - 3 所示。当m 2 m 1 m o = i 0 0 时，p t s 工作于一次传送模式。p t s c o n勰三章大功率品f i i f 管靛流敝科| 1 j 数二控制器的系统i 殳7om 2 ，矾i ，m o ( 0 0 0 ) 1 ) 1 s 块传送梭式b l ws u拧疆s id i( 1 0 0 ) p t s 一一次镗送模式字节( t ) ( o ) 馋送p t s 周期结束时修改s s r cp t s 溺溺结束瓣修浚p i s i ) s p t s s r c 自动增聚p + f s d s r 基动壤疆图3 2 2p t s 控制舒柠器格j ! j ：袭3 - 3| ) ，t s 拔式躲定义m 2m im o模式粥oo0块传送模式00ll l s o 模式010米定义0llh s i 模式100。一次传送模式10l术定义li0a 1 ) 模式111术定义在一次传送阚期中，“1 源寄存器p t s s r c 指向的存贮单元中酌一个字节戏个字传送到由目的搬存器p t s i ) s t 所指姻籽贮单元c i _ l 。鞭据p t s c o n 中s i 、s u 、d i 和d u 鹩值，在p 1 1 s 周期缩寐后，孵s s r c和p t s d s t 可能自动增量或不增嫩。在字节传送后，寄存器的 菇自动蹭l ；在字传送霜，寄存潞豹簸自韵掰2 。嚣在一次话遴模式。| f 要使p t s s r c 自动增鬣，则淑自动增燃位s i 和源修改位s u 都要戳j ；淄群，簧使p t s d s 蠡韵臻鼙，翻1 ) | 稻1 ) u 盈帮应餮l 。一个馋逡淄期后，p t s c o u n l 、减l 。当p t s c o u n t = 0i i , j ，p 1 、s s r v 的有关位被鼹1 ，啦凌一次e 矗d 一0 f 一湃s 中甑；l 亨s s e l 麴鸯关绽被渣狳，筵籍妇d o f p t s 中断服舒程序执行完之| j ，禁止任何进步的p t s 周期。m 三章火功j 苷l 锚 1 i i j 竹壮流龀戳的敬0 7 控制器的糸统i 5 汁蠛攀铡滋嘲一次传送袋式t h 暇s 受i - - i l i ) i 块蚋定义法。联定义瀚块传送过程包含8 个p t sj 嗣划，每个川= l i 】化一个宁从2 0 1 1q 1 ，l ( i j ；ij i l i i ：)移动列铃端存贮医；浚存9 2 2 区落蛙为9 0 0 0 1 1 ( 残f f , j j - 篷h l ：) 。嫩i 个蹦娥，把2 0 1 t 单元的l j 释送到9 0 0 0 1 1 ，s c o u n 1 减i ：瓣2 个j i i l d 圳，弛2 0 1 1蚴内容送划9 0 0 2 1 1 ，p i s c o u n r 1 i 撼i ：，瞳爷l 】t 【1 s c o u n r = ( j ，9 0 0 0 l i 9 0 0 f t l 将装满了被传送的数掰，并产生次e n d o f i ”i s 中断。j 二述p t s 过稷的p t s c b 的定义弛表3 - 4 。表3 - 4 一次传送模式p t s c b未用寒翔+p t s d s t ( h i ) = 9 0 hp t s d s t ( 1 ，0 ) = 0 0 1 lp 4 i s s i 褥( 1 i i ) = 0 0 1 lf v i s s r c ( i 。o ) = 2 0 1 ji 1 s c o n = 8 5 1 l ( m o d e = 0 0 ，d p l ，d u = 1 ，b w = o )p t s c o u n t = 0 8 n一次掩送模式下传送一个字节缄一个字，花赞鸿获态墙精数为j 8十( 3 访问存贮拼l i i j 器的次数) 。疆落鞠一次健送模式一f 戆编程方法，著剐。院酱逶靛。 ，瑟搽 车，说明p t s 操作的有效性。假定，把1 2 8 字节的一个存贮块的数搬通逡枣嚣嚣臻簸型努一令攀片礁系绫中。蘩霜薏邋瓣霉l 中叛嚣中精瀑努程序实现此功能时，程序如下：c s e gf 2 0 2 0 1 ld c wt ii s rt i 中版的初始化代码，3 8 状态周期l