單片機控制的數(shù)字觸發(fā)器

　　摘要   介紹了8051單片機在晶闡管觸發(fā)電路中的應(yīng)用，同時有單片機與上位機進行串口通訊的軟件設(shè)計。由軟件控制可產(chǎn)生不同順序的6組觸發(fā)脈沖。

　　關(guān)鍵詞   單片機  VB  晶闡管  數(shù)字觸發(fā)器

　　電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容包括三個方面：電力電子器件、變流電路和控制電路。電力電子變流技術(shù)在工業(yè)化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。家用電器節(jié)能燈、電子拖動、電爐控制系統(tǒng)中已采用相控整流技術(shù)。但多數(shù)觸發(fā)裝置普遍是模擬的，調(diào)節(jié)十分的不便，觸發(fā)精度差、故障率高。采用單片機來控制晶闡管的觸發(fā)，是晶闡管應(yīng)用的發(fā)展趨勢。本文介紹了一種由8051單片機組成的觸發(fā)控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)高分辨率的數(shù)字觸發(fā)器。

1 系統(tǒng)硬件組成及其原理

    系統(tǒng)硬件組成如圖1，被控對象是三相全控橋整流電路?？刂齐娐酚?051單片機及其外圍電路組成。外圍電路主要是由鍵盤電路、同步脈沖形成電路、驅(qū)動輸出電路等組成。

    1.1 控制角θ

    控制角θ是滯后自然換相點的電度角，在工頻條件下，它和時間Tθ有如下關(guān)系： 

　　Tθ=T/360*θ=(20*θ)/360=0.056ms

　　其中T是工頻電源周期，θ是控制角。

　　由上式可知，只要知道控制角就可以算出定時時間Tθ，采用定時計數(shù)器來完成對控制角的定時。
8051單片機有兩個定時計數(shù)器，可由程序選擇作為定時器用或作為計數(shù)器用，定時時間或計數(shù)值也可由程序設(shè)定。隨便選擇定時或計數(shù)方式，其實質(zhì)都是一樣的。

    如果選擇的是方式1的話，定時時間可由下式計算

    Td=（65536-x）*Tcy 

    其中Tcy=1μS  因為采用的是12MHz的晶振，x是計數(shù)值。

    分辨率為：φ=360/T*Tcy=0.018（度）

    方式1是16位的定時器，其最大的定時角度為：

    θmax=0.018*65536=1179.648（度）

    從上面可知，不論是分辨率還是移相范圍都能達到令人滿意的結(jié)果。

    1.2同步脈沖形成電路

    由于觸發(fā)脈沖的自然換相點要與三相電源的線電壓的過零點同步，所以要由同步脈沖形成電路產(chǎn)生同步脈沖。

    電路如圖2所示,交流電經(jīng)過降壓后，由LM339過零比較器進等過零檢測，然后經(jīng)過光電隔離各微分電路輸出脈沖信號，加到單片機外部中斷引腳去作為同步信號。

　　同步脈沖形成電路主要由過零比較器、同步變壓器及整形電路組成。三相交流電源經(jīng)過變壓器降壓后從副邊輸出，然后送到過零比較器電路，在每一個電源周期的過零點將輸出兩個同步脈沖，一個周期內(nèi)，三相電源將輸出6個同步脈沖，這6個同步脈沖在相位上相差60度，在時間上就會相差3.333ms，它們就每隔3.33ms加到單片機的外部中斷引腳INT0上。由于在三相橋式全控橋電路中，它的自 然換相點是線電壓的過零，所以加在過零比較器電路的是線電壓。

    1.3  觸發(fā)脈沖形成電路

　　根據(jù)三相橋式整流電路對觸發(fā)脈沖的要求，必須對應(yīng)導(dǎo)通的一對晶闡管同時加觸發(fā)脈沖。常用的方法有兩種：一種采用寬脈沖觸發(fā)，它要求觸發(fā)脈沖的寬度大于60度；另一種采用雙脈沖觸發(fā)，即觸發(fā)一個晶闡管時向小一個序號的晶闡管發(fā)補脈沖。關(guān)系如下：

　　觸發(fā)的晶闡管    V1      V2      V3       V4      V5      V6

　　補發(fā)的晶闡管    V6      V1      V2       V3      V4      V5

　　在本文中將采用雙脈沖觸發(fā)方式，因為60度的脈寬在單片機中所對應(yīng)的定時是比較長的，所以此方法不佳。采用雙脈沖觸發(fā)是，就要在軟件設(shè)計時用標(biāo)志旗的方法來標(biāo)注，特別是V1，因為它并不是V0，它是V6，其余的都是Vn和Vn-1。

　　1.4  驅(qū)動電路

　　驅(qū)動電路主要由光電隔離和脈沖變壓器組成。

2　軟件設(shè)計

　　2.1單片機部分

　　軟件設(shè)計的流程圖如下：采用雙脈沖觸發(fā)是，就要在軟件設(shè)計時用標(biāo)志旗的方法來標(biāo)注，特別是V1，因為它并不是V0，它是V6，其余的都是Vn和Vn-1。

流程圖如下：

　　設(shè)控制角為α，為使可靠觸發(fā)，觸發(fā)脈沖脈寬為15度，那么每一個周期的第一個脈沖上升沿所對應(yīng)的時間Tup=α*T/360，其下降沿時間Tlow=(α+15)*T/360。這樣只要定時器定相對的時間，就可以得到準(zhǔn)確的觸發(fā)脈沖。在編程時可以用計數(shù)的方式，把定時方式改為計數(shù)，Cup 、Clow。.

程序片段：

；***********輸出觸發(fā)脈沖程序*************

 ORG     0003H

         AJMP    P_INT0

         ORG     0030H

P_INT0:

         MOV  TMOD,#11H

         MOV  TH0,#CUP_H    ;上升沿計數(shù)值高位

         MOV  TL0,#CUP_L    ;上升沿計數(shù)值低位

         MOV  TH1,#CLOW_H  ;下降沿計數(shù)值高位

         MOV  TL1,#CLOW_L   ;下降沿計數(shù)值低位

         MOV  IE, #8FH        

         SETB  TRO            

         SETB  TR1             

   SJMP  $

;********定時器0中斷******************

ORG     00BH

T0_SERVE:

          SETB  P1.6

          RETI

;********定時器1中斷******************

ORG     001BH

T1_SERVE:

          CLR   P1.6

          RETI

　　2.2 上位機部分

　　用VB打開一個窗口，上面建立一文本框，端口選擇框，以及打開一個MSComm控件。用于上位機給下位機發(fā)觸發(fā)角。

3　外圍電路

　　組合電路是從P1.6輸出的同步脈沖與應(yīng)該觸發(fā)的晶闡管（P1.0~P1.5）脈沖相與，輸出到驅(qū)動電路，這樣就可以得到期滿意的觸發(fā)脈沖。

　　鍵盤顯示電路是在無上位機的情況下，由自制鍵盤輸入，并在LED上顯示控制角。

　　采用單片機控制觸發(fā)電路是未來晶闡管觸發(fā)電路的趨勢。但在環(huán)境惡烈的地方安全性不高。不過應(yīng)用在實驗室卻是一種非常好的手段。