基于AT89S52单片机的数字触发器研究与设计

自动化技术与虚用2010年第29卷第7期电气传动ELECTRICAIDRIVES基于AT89S52单片机的数字触发器研究与设计邵欣，陶银，袁海亮天津机电职业技术学院，天津300131摘要本文介绍了一种以AT89S52单片机为核心的晶闸管数字触发器的设计，并给出了其详细的实现方法。该产品不仅能够替代过去的模拟式晶闸管触发器，并能实现0。180。范围内触发，具有参数设定方便、硬件结构紧凑、体积小、调试方便、调速范围广、系统可靠性高、稳定性好、实时性强等优点。关键词AT89S52；晶闸管；串口通信中图分类号TP3681文献标识码B文章编号T0037241201007008404DESIGNOFDIGITALTRIGGERBASEDONAT89S52SIIAOXM，TAOYIN，YUANHAILIANGTIINVOCATIONALCOLLEGEOFMECHANICSANDELECTRICTITY,TIANJIN300131CHINAABSTRACTTHISPAPERINTRODDCESADESIGNOFASINGLECHIPAT89S52THYRISTORTRIGGERATTHECORE，ITREPLACESTHEANALOGTHYRISTORTRIGGERUSEDINTHEPASTANDACHIEVES0。180。TRIGGERANGLETHISSYSTEMHASMANYADVANTAGESSUCHASEASYSETTINGOFPARAMETER，COMPACTHARDWARE，SMALLCUBAGEEASYDEBUGGING，WIDESPEEDADJUSTABLERANGE，HIGHSYSTEMRELIABILITY，HIGHSTABILITYANDHIGHINSTANTANEITYKEYWORDSAT89S52；THYRISTOR；SERIALCOMMUNICATION1引言电气传动是指以各类电机为动力的传动装置与系统。运动控制系统中应用最普遍的是自动调速系统。在工程实践中，有许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求有良好的静、动态性能。近年来，随着微计算机技术、电力电子技术和控制技术的发展，数字控制技术由于其具有较好的控制性能和较强的抗干扰性，因此成为目前电机的主要控制方式。众所周知，在工业控制中，直流调速系统凭借其调速精度高、范围广，变流装置控制简单等优点长期以来在调速传动中占居统治地位。此外，由于其具有良好的转速特性，因此常用于大范围内平滑调速、起动性能要求高的直流调速自动控制系统。可逆直流调速系统既可使电动机产生电动力矩也可使其产生制动力矩，以满足生产机械要求，实现快速启动、制动、反向运转。而要实现以上的功能核心的装置就是晶闸管整流装置。收稿日期20100318晶闸管整流器装置在工业中得到了广泛的应用。晶闸管的触发控制则是应用中的关键环节，触发电路的控制精度将直接决定主回路的工作性能。本设计以他励直流电动机为控制对象，能够实现电动机的正、反转控制及调速。2系统硬件设计图1系统总体设计方案本设计以单片机作为下位机，以个人PC机作为上位机完成设计要求。下位机的主要功能是晶闸管整流与控制以及与上位机进行通讯。上位机采用VB来完成人机交互界面，在上位机中对触发角度进行设定。通过电气传动ELECTRICAIDRIVES自动化技术与应用2010年第29卷第7期单片机的串口通信把角度从上位机传给下位机。系统的总体方案如图1所示。21单片机的选择在本系统中选择AT89S52单片机作为下位机的核心控制单元。AT89S52是ATMEL公司的一款低功耗、高性能8位CMOS微控制器，采用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。芯片内具集成了支持可在线编程ISP和可在应用编程IAP的8KBFLASH存储器，用于存放程序指令代码，因此AT89S52可为众多嵌入式控制应用系统提供灵活、有效的解决方案1。22晶闸管触发部分2。21触发方式选择对于三相全控桥整流电路，整流器输出电压由下式计算UDKU2COSI式中一整流器输出电压平均值；K一整流系数常量，对于三相全控整流桥供电的感性负载时取234；一整流变压器二次侧额定相电压有效值；一从自然换相点算起的触发脉冲控制角；根据上式可知要改变整流器输出电压平均值U，只需改变触发控制角仅就可以了，而的确定要由自然换相点来确定，需要同步电压来识别出电源的相序，所以同步电压的检测尤为重要。本设计中采用较为常用的双窄脉冲触发，兼顾绝对触发和相对触发的优点，在保证触发脉冲对称性和系统可靠性的同时，充分利用AT89S52的软硬件资源，用双窄脉冲脉宽为15B触发【。222同步电压检测二二一IL一360。，所以最多只需做一次加法即可。4、下降沿的设置。只要在设置上升沿中断时刻为删的同时设置下降沿中断时刻为删以看出，下面一个要送出的脉冲字为3，时刻为T214。，于是可以将，设为。40。即可。需要注意的是，为了保证新脉冲的宽度不小于40。，应判断一下当前时刻与最后一次触发时刻的间隔，如果大于或等于40。就将各位清零，否则什么也不做，直接退出。如图22所示，在预定的2脉冲字下降沿时刻，由于与最新一次上升沿，即3脉冲字的时刻间隔小于40。，而没有将各位清零，从而保证了3脉冲字的宽度。5、由同步中断给出。进入中断后，记录下产生中断时刻，写入中。6、起动。上升沿时间中断由于是自我设定的，需要在程序开始时起动。可在主程序初始化时且开放总输出以前即刻起动，或在第一次收到同步中断后起动。7、计算举例。仍举上例，设T，34。，。T200。，则RSPANLOWRSYNRQ2，RR46。；TOW60。200。一34。166。；。14。删T,IMOD63即，从起14。后送出3脉冲字，和前面的结果是一致的。32系统软件流程图根据上面的算法，则系统的软件流程图如图4所示。4结束语本系统设计后，经过在多个生产实践中的应用，收到了良好的效果，实现了电机的正反转以及四象限运行。改善了触发器的性能指标和变流装置的可靠性6】。该设计方案实现了晶闸管触发器的单片机控制，体现了控制电路简单、便于调节且占用CPU资源少的特点，是一种理想的易于推广的晶闸管触发控制设计方案。下转第110页自动化技术与应用2010年第29卷第7期经验交流TECHNICAJCOMMUNICATIONS畸变率为A相283、C相312因未采样B相电流，所以未显示B相的电流畸变率。整体来看，加人APF后负载电流畸变率由LL一14降为2545，滤波效果显著。23“OI蠢畦精电藏麓蓐图4滤波前后电流比较图4为某时刻滤波前后电流比较。图中，第一幅为滤波前三相电流波形，第二幅为滤波后A，C相电流波形。选取A相来分析，各次谐波含量见表3。、表3滤波前后电网电流中谐波含量谐渡次数T5次I7次L1次L3次滤坡前10666I36565307105R滤渡后350604从表3中对比可以看出，滤波前电流发生严重畸变，其中5、7、11、13次谐波含量都非常大，电流的总畸变率THD为106。投人APF后电流的总畸变率THD减小到35；同时电流中的各次谐波的含有率减小幅度很大。电流波形接近正弦分布，波形得到明显改善。6结束语运行结果表明该高压APF装置滤波效果很好，能有效滤除各次、或特定次谐波；能响应负载的快速变化，过载时正常运行；保护可靠，有故障自诊断和一定的故障自排除功能，是理想的无功补偿、谐波治理装置。参考文献【L】MINSUNGYUN，W0OCHEOLLEE，INYOUNGSUHETA1ANEWCONTROLSCHEMEFORTMFFIEDPOWERQUATITYCOMPENSATORQWITHMILLIMUMPOWERINJECTIONC】IEC0NTHE30THANNUALCONFERENCEOFTHEIEEEINDUSTRIALELECTRONICSSOCIETY，2004，BUSAN，KOREA【2徐永海，肖湘宁，刘吴等混合型有源电力滤波器与并联电容器组联合补偿技术研究电工技术学报，2005，13335【3】儿NTAKOSNWITP，FUJITAH，AKAGIHCONTROLANDPERFORMANCEOFAFULLYDIGITALCONTROLLEDSHUNTACTIVEFILTERFORINSTALLATIONONAPOWERDISTRIBUTIONSYSTEMJ】IEEETRANSACTIONSONPOWERELECTRONICS，2002，19799作者简介林蒙丹1981一，女，讲师，本科，现主要从事智能控制与信息处理、微机保护的教学与研究工作。上接第86页L舶革I上一中断时刻ZR人由LR柏。F一。鼍疑囊磕奄村轴T懿上肿触蚓捌芊。I霉_上。鬟时捌8出口J图4系统流程图下辟格时中断参考文献1】赵晓安，耿恒山，杨鹏MCS一51单片机原理及应用【M天津天津大学出版社，20013【2】黄天戎，李明，孙涛，回荣德微机数字触发器的研制J电力技术应用，2002，2883739【3】陈伯时电力拖动自动控制系统第2版【M】北京机械工业出版社，2003【4宋书堂，林书堂一种简单实用的直流可逆调速系统的研制J工业仪表与