51單片機(jī)控制的數(shù)字觸發(fā)器

電力電子技術(shù)研究的內(nèi)容包括三個(gè)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(jī)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(jī)組成的觸發(fā)控制系統(tǒng)，可實(shí)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(jī)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(diǎn)的電度角，在工頻條件下，它和時(shí)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(shí)時(shí)間Tθ，采用定時(shí)計(jì)數(shù)器來完成對控制角的定時(shí)。
8051單片機(jī)有兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器，可由程序選擇作為定時(shí)器用或作為計(jì)數(shù)器用，定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值也可由程序設(shè)定。隨便選擇定時(shí)或計(jì)數(shù)方式，其實(shí)質(zhì)都是一樣的。

如果選擇的是方式1的話，定時(shí)時(shí)間可由下式計(jì)算

Td=（65536-x）*Tcy

其中Tcy=1μS 因?yàn)椴捎玫氖?2MHz的晶振，x是計(jì)數(shù)值。

分辨率為：φ=360/T*Tcy=0.018（度）

方式1是16位的定時(shí)器，其最大的定時(shí)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(dá)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(diǎn)要與三相電源的線電壓的過零點(diǎn)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(jìn)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(jī)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(gè)電源周期的過零點(diǎn)將輸出兩個(gè)同步脈沖，一個(gè)周期內(nèi)，三相電源將輸出6個(gè)同步脈沖，這6個(gè)同步脈沖在相位上相差60度，在時(shí)間上就會相差3.333ms，它們就每隔3.33ms加到單片機(jī)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(diǎn)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(shí)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(gè)晶闡管時(shí)向小一個(gè)序號的晶闡管發(fā)補(bǔ)脈沖。關(guān)系如下：

觸發(fā)的晶闡管 V1 V2 V3 V4 V5 V6

補(bǔ)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?yàn)?/SPAN>60度的脈寬在單片機(jī)中所對應(yīng)的定時(shí)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(jì)時(shí)用標(biāo)志旗的方法來標(biāo)注，特別是V1，因?yàn)樗⒉皇?/SPAN>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(jì)

2.1單片機(jī)部分

軟件設(shè)計(jì)的流程圖如下：采用雙脈沖觸發(fā)是，就要在軟件設(shè)計(jì)時(shí)用標(biāo)志旗的方法來標(biāo)注，特別是V1，因?yàn)樗⒉皇?/SPAN>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(gè)周期的第一個(gè)脈沖上升沿所對應(yīng)的時(shí)間Tup=α*T/360，其下降沿時(shí)間Tlow=(α+15)*T/360。這樣只要定時(shí)器定相對的時(shí)間，就可以得到準(zhǔn)確的觸發(fā)脈沖。在編程時(shí)可以用計(jì)數(shù)的方式，把定時(shí)方式改為計(jì)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(jì)數(shù)值高位

MOV TL0,#CUP_L ;上升沿計(jì)數(shù)值低位

MOV TH1,#CLOW_H ;下降沿計(jì)數(shù)值高位

MOV TL1,#CLOW_L ;下降沿計(jì)數(shù)值低位

MOV IE, #8FH

SETB TRO

SETB TR1

SJMP $

;********定時(shí)器0中斷******************

ORG 00BH

T0_SERVE:

SETB P1.6

RETI

;********定時(shí)器1中斷******************

ORG 001BH

T1_SERVE:

CLR P1.6

RETI

2.2 上位機(jī)部分

用VB打開一個(gè)窗口，上面建立一文本框，端口選擇框，以及打開一個(gè)MSComm控件。用于上位機(jī)給下位機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)室卻是一種非常好的手段。