可控硅导通角控制课程设计

1、课程设计报告课题：可控硅导通角控制设计者：班级：学号：指导老师：摘要设计以AT89C2051为核心实现对可控硅导通角的控制，通过光耦TLP521组成的电路来产生过零信号，用7805设计电源模块为单片机、数码管等提供电流，可控硅型号采用MOC3021实现导通角的控制，用P1口控制数码管的显示，通过三个按键设置可控硅的导通时间，用数码管显示其导通时间，并用示波器观察实际导通时的波形。关键词：可控硅；导通角；光耦；AT89C2目录摘要I1 .引言12 .系统设计1.2.1 设计任务1.2.2 系统框图1.2.3 方案的比较与确定1.2.4 总体原理图2.3单元电路设计2.3.1 电源电路和过零信号产

2、生电路分析23.1.1 原理2.3.1.2 参数选择3.3.2 微控制电路4.3.2.1 原理4.3.2.2 器件选择4.3.3 显示电路5.3.3.1 原理5.3.3.2 器件选择5.4软件设计5.软件实现的功能5.软件流程图5.5系统测试6.6结束语8.7参考文献8.附录i.附录A器件清单i.附录B原理图ii.附录CPCB图ii.附录D程序清单i.i.引言品闸管又叫可控硅(SiliconControlledRectifier,SCR)。自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族，它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导品闸管、可关断晶闸管、快速品闸管，等等。普通品闸

3、管最基本的用途就是可控整流。双向晶闸管是在普通晶闸管的基础上发展而成的，它不仅能代替两只反极性并联的晶闸管，而且仅需一个触发电路，是目前比较理想的交流开关器件。双向晶闸管可广泛用于工业、交通、家用电器等领域，实现交流调压、电机调速、交流开关、路灯自动开启与关闭、温度控制、台灯调光、舞台调光等多种功能，它还被用于固态继电器(SSR)和固态接触器电路中。因此可控硅导通角的控制就显得越来越重要了。.系统设计设计任务可控硅导通角的控制：1:导通角大小：0180度可调，步进大小自定义2:工作频率：工频20Hz。3:控制电路：采用AT89C20514:显示电路：两位数码管显示导通时间。系统框图系统框图如下

4、图1所示。图1系统框图方案的比较与确定对于本设计电路来说5V供电电源部分可用外接的也可用7805芯片来形成，虽然利用外接的可以降低成本，但需另找一个外接电源且调试不方便，故整体考虑采用7805够成电源电路。对于控制电路可用AT89C51也可用AT89C2051来设计，由于AT89C2051资源刚好够用故利用其来设计可降低一定的成本。用TLP521设计过零信号发生电路。用MOC3021作为被控可控硅总体原理图系统总体原理图如下图2所示。AC220V+5VRSTVCCAXTAL1P1.7AXTAL2P1.6P3.0P1.5INT0P1.4P3.1P1.3P3.3P1.2P3.4P1.1P3.5P1

5、.0P3.7GND+5VU212V同步信号崔.2FR1C8+5v104201943-3R241514131210-600D51IC1”2JIS2TLP521一78051夕237a,6b4c1e9f0g+5V5K1R4+5VIC1N4007C21000ul1c5-|r470-uF/25V104R33309ad日.dtooR6P3.75K183+5VAdoMOC3021-r12V-0/2WPR5U212V图2系统总体原理图3单元电路设计电源电路和过零信号产生电路分析原理220V交流电压变如图3所示，为电源电路和过零信号产生电路，变压器把U212VAC220VR24+5VHnD1D4_1_C1-T1

6、041般m600D5A1NIC11pH14007C2TLP52178051夕3+5VC41000uJ470104uF/25R4,240LED1/R3330图3电源电路和过零信号尹生电路成12V交流电压，经D1D4整流二极管1N4007构成的桥式整流电路整流后,把正弦波交流电整流为脉动直流电，其波形如图4所示，结合此波形与TLP521的电路可知当整流输出的电压小于0.7V时将在P3.2口产生高电平而在整流输出电压大于0.7V时会得到低电平信号，而在整个整流周期里小于0.7V的时段很窄，这样就可以在外部中断0口得到一处窄脉宽的过零信号了，如图5所示。另外桥式整流信号又经过D5通过电解电容C2滤波后

7、变成带一定纹波的直流电，该直流电通过7805三段稳压芯片稳压后输出5V的直流电，并用此直流电做后续电路的供电电源。UKUlEJ信源因4包专后方仪形CH1-at1.000ms去1.000kHz号寸128VI3.信源g*-IO.OOumf士100-0Hz-=V32OmniVj'C.1SOOjusTSOmV己札J二之图5桥整流输出波形（周期10mS）GMl此过零信号高电平时间为1mS,周期为10mS参数选择1:电容C1吸收来自电网的尖脉冲，这里选择电容值为0.1uF的瓷片电容。2:整流二极管D1D4的选取：由于每个整流二极管平均电流等于0.5倍的负载电流；每个整流二极管反向耐压等于伍2（U2

8、为有效值），这里选取IN4007作此整流管完全可以满足条件。3:电解电容C2的选取：电容容量的选择应使电路充放电的时间常数是信号周期的35倍即3-5RlC2、T二20mS50Hz的交流电经全桥整流变成脉动直流电，信号周期为10ms,取RLC2=40ms,RL=（0.9U2-0.7）/IL（IL为负载电流）。负载电流IL的估算：发光二极管1个，电流为8mA左右；2只数码管构成动态显示，静态电流为7*2*4mA=56mA:MOC3021内部的发光二极管电流为15mA;故总电流估算为8mA+56mA+15mA=79mA,RL估算为RL=10.1V/79mA=127.80,C2=40/RL=313Uf

9、,故C2取1000uF可以满足要求。7805是三段稳压块，为在7805的输出端获得稳定的输出电压，要求7805输入端电压比输出端电压高2.5V以上即输了电压至少在7.5V以上。C3、C4用于消除7805三段稳压块的自激。6:电解电容C5为滤波电容，要求其电容值要小于C2的容量，以免掉电时C5通过7805向C2反充电，从而损坏7805。7:电阻R1的选取：A点最高电压为1.2U2=14.4V,光电耦合器内部的发光二极管要求的电流为1015mA,压降为1.5V,故R2=(14.4V-1.5V)/15mA=860C,这里取600夏可满足条件微控制电路3.2.1原理本设计采用AT89C2051微控制器

10、，电路如图6所示。AT89C2051是一种带+5VRSTVCCAXTAL1P1.7AXTAL2P1.6P3.0P1.5INT0P1.4P3.1P1.3P3.3P1.2匚P3.45P1.1P3.5P1.07P3.7GNDIC31210图6单片机电路2K字节FLASH可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器,具有2组共16个I/O口，刚好可满足本设计的要求。图中，C8和R19为上电复位电路。C9可以滤除突变信号使芯片工作性能更稳定，也有保护芯片的作用。按键3个分别作为调整、增加、减少键。由晶振产生时钟信号。3.2.2器件选择晶振采用12MHz,的两个小电容用33pF,的电阻和电容

11、分别选择T=C8R19=10这样一个机器周期为1uS有利于计数初值的计算，它接用于提高晶振的稳定性，使芯片能正常起振。上电复位10K和1uF复位时间为:3-6(2)1010-10mS2TC-212/fOSC-2JS可满足条件，C9用104的就可以了显示电路原理如图7所示，为显示电路。所使用的数码管为共阳极数码管。本设计用到两个数码管，采用动态显示方式。扫描周期取20ms,即一个周期里每个数码管显示10ms。器件选择电阻R10R17的选取：我们所使用的数码管的段电流为3mA,2个数码管的静态电流为3mA*2=6mA,数码管内部每个发光二极管的压降为1.5V,故电阻R取Vcc-Vce-VledI5

12、-0.3-1.56*10工-533'.1(3)这里取5104软件设计软件实现的功能软件捕捉过零信号的下降沿，并根据预设好的导通时间计算好初值送给定时器定时触发MOC3021,实现导通角的控制。软件流程图图8程序主流程图图9中断子程序流程图5系统测试上电复位后，两个数码管中的高位开始闪烁。此时电路的状态为可控硅导通角的时间设置模块。通过调整键可选择对数码管中的哪一位进行调整或者退出设置状态进入显示导通角状态。通过增加键和减少键可对可控硅的导通时间进行设置。每成功按一下增加键，显示的值就加一；每成功按一下减少键，显示的值就减一。当低位设置完，再次按下调整键，就单片机就进入工作状态并显示当前

13、可控硅的导通时间。此时通过示波器观察交流信号经二极管整流完的波形、过零信号、触发信号和对于不同的可控硅导通时间的波形如图10、11所示。通过改变设置的导通时问，多次测量，结果如下表一所示：表一显示导通时间与实测导通时间测试结果弟一次(ms)第二次(ms)弟三次(ms)弟四次(ms)弟五次(ms)第六次(ms)第七次(ms)第八次(ms)数码管显示的导通时问0.51.62.73.84.96.07.18.2测实的0.1.2.3.4.6.7.8.导时间通76789012A点波十0过零信10U/V2030405060t/ms触发信号6结束语通过测试得到的数据可知设计作品可以满足设计要求，完成了要实现的

14、功能。通过本次课程设计我个人觉得我的动手能力提高了很多，在调试程序时也出现了很多问题，因为一两个细节问题就调试了很久，但也从中学到了许多。7参考文献1、王兆安，黄俊.电力电子技术（卷四）M.北京：机械工业出版社,2009.62、张华林,周小方.电子设计竞赛实训教程M.北京：北京航空航天大学出版，2007.7:38-423、张俊谟.单片机中级教程（卷二）M北京：北京航空航天大学出版社，2008.6M导CH1Z:H1光标26.Damsa.aov日e.oaoms盘1S6.7H3311.6V光标10.00s11,6V类型信海图11设置导通时间为6.0mS的时候得到的一个波形附录附录A器件清单表二器件厅

15、P名称型号数量（个）1电阻51082电阻10K23电阻5.1K24电阻60015电阻240162W功率电阻47017二极管IN400759发光二极管绿色111晶体管9012412光电耦合器TLP521113光耦可控硅MOC3021114瓷片电容33215瓷片电容104416电角单电容1000uF/25V117电角单电容470uF/25V118电角单电容1uF/50V119单片机AT89C2051120三端稳压块7805121晶振12M124按钮425DIPDIP20126DIPDIP141附录B原理图+5VRSTAXTAL1P1.744VCCAXTAL2P1.6P3.0P1.5INT0P1.4

16、P3.1P1.3P3.3P1.2P3.4P1.1P3.5P3.7P1.0GNDC8+5vaR24+5V|=二-心15I1-U212V04C2D1D4C1600"展0071000uin占C3/25V-104+5V3C5/25V78051£2ccP3.5R4LED1R3330+5VICag日.dtccR7P3.7R5U2|+5VU试点MOC3021rP附录CPCB图CFKBITP3.0;触发口定义KTZBITP3.1;调整键定义附录D程序清单;以下为I/O口资源的定义;可控硅导通角系统程序设计,09年10;月28号，晶振12MHzKZJBITP3.3;增加键定义KJSBITP3

17、.4;减少键定义CS0BITP3.5CS1BITP3.7；;以下为RAM资源分配；FLAGEQU20H;HKTZBITFLAG.0;增加键按住=1标志HKZJBITFLAG.1;HKJSBITFLAG.2KTZFBITFLAG.3;成功的按了一次键标志KZJFBITFLAG.4KJSFBITFLAG.5FLONBITFLAG.6F300BITFLAG.7DTHEQU30H;导通时间寄存器DTLEQU31HTCN1EQU32HTCN2EQU33HTCN3EQU34HBUF0EQU35HBUF1EQU36HSSSJEQU37H;显示闪烁时间寄存器STAEQU38HDSBITEQU39HZCQ1EQ

18、U3AHZCQ2LEQU3BHZCQ2HEQU3CHMSHEQU03HMSLEQU0E8HUS100EQU64HCSZHEQU0DAHCSZLEQU0E4H;主程序如下;初始化程序;ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPINTORG001BHLJMPT1SERORG0030HMAIN:MOVSP,#60H;各寄存器初始化MOVSTA,#00HMOVTCN1,#04HMOVTCN2,#04HMOVTCN3,#04HMOVSSSJ,#20HMOVDTH,#CSZHMOVDTL,#CSZLMOVTMOD,#11H;利用定时器T0,T1工作在方式1MOVTL0,#0D8HMOVTH0

19、,#0F0HCLRRS0CLRRS1SETBP3.2SETBCFKSETBIT0SETBEX0SETBEASETBTR0;-;程序主循环,MAIN1:JNBTF0,$MOVTL0,#0F1HMOVTH0,#0D8H;10mS走一次主循环CLRTF0LCALLDISPLCALLANJS1SZDTJ1:MOVA,STAMOVDPTR,#SZTABJMPA+DPTRSZTAB:AJMPSZ0AJMPSZ1AJMPTCSZ;导通角时间设置与显示模块;SZ0:JNBKTZF,SZ00CLRKTZFMOVSTA,#02HLJMPMAIN1SZ00:SETBFLONJNBKZJF,SZ01CLRKZJF;有

20、增加键，显示高+1,导通时间+1MSINCBUF0MOVA,BUF0XRLA,#0AHJNZSZ01MOVBUF0,#00HSZ01:JNBKJSF,SZ02CLRKJSF;有减少键，显示高-1,导通时间-1MSDECBUF0MOVA,BUF0XRLA,#0AHJNZSZ02MOVBUF0,#09HSZ02:LJMPMAIN1;SZ1:JNBKTZF,SZ18CLRKTZF;按键解释,T1初值=10mS初值-(9-(BUF0)+(9-(BUF1)CLRFLONMOVSTA,#04HMOVA,BUF0MOVZCQ1,A;ZCQ1放高位MOVA,BUF1MOVZCQ2L,AMOVB,US100MU

21、LABMOVZCQ2L,AMOVZCQ2H,BMOVR6,MSHMOVR7,MSLMOVR5,ZCQ1ACALLMUL12MOVA,R4ADDA,ZCQ2LMOVZCQ2L,AMOVA,R3ADDCA,ZCQ2HMOVZCQ2H,AMOVA,CSZLCLRCSUBBA,ZCQ2LMOVDTL,AMOVA,CSZHSUBBA,ZCQ2HMOVDTH,ALJMPMAIN1SZ18:SETBFLONJNBKZJF,SZ11CLRKZJF;有增加键，显示高+1,导通时间+1MSINCBUF1MOVA,BUF1XRLA,#0AHJNZSZ11MOVBUF1,#00HSZ11:JNBKJSF,SZ12CL

22、RKJSF;有增力口键，显示高-1,导通时间-1MSDECBUF1MOVA,BUF1XRLA,#0AHJNZSZ12MOVBUF1,#09HSZ12:LJMPMAIN1;TCSZ:JNBKTZF,TCSZ0CLRKTZFMOVSTA,#00HTCSZ0:CLRFLONLJMPMAIN1;显示子程序;DISP:DJNZSSSJ,DISCPLF300MOVSSSJ,#20HDIS:CPLF0SETBCS0SETBCS1JBF0,DISP1DISP0:MOVA,BUF0MOVDPTR,#TAB1MOVCA,A+DPTRMOVP1,ACLRCS0CLRP1.3SJMPDISP4DISP1:MOVA,BUF1MOVDPTR,#TAB1MOVCA,A+DPTRMOVP1,ACLRCS1MOVDSBIT,#04HSJMPDISP4TAB1:DB88H,0CFH,4CH,49H,2BHDB19H,38H,0C8H,08H,0BHDISP4:JBFLON,DISP5RETDISP5:JBF300,DISP6RETDISP6:MOVA,STAMOVDP