畢業(yè)設(shè)計(jì)---單向可控硅過(guò)零觸發(fā)器的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p><b>　　前言2</b></p><p>　　第一章基本原理3</p><p>　　1.1 可控硅的結(jié)構(gòu)與工作原理3</p><p>　　

2、1.1.1可控硅結(jié)構(gòu)3</p><p>　　1.1.2可控硅工作原理3</p><p>　　1.1.3 可控硅工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換6</p><p>　　1.2 可控硅的觸發(fā)電路7</p><p>　　1.2.1 門(mén)極觸發(fā)信號(hào)的種類7</p><p>　　1.2.2 可控硅對(duì)門(mén)極觸發(fā)電路的要求7</p>

3、;<p>　　1.3 交流調(diào)壓原理8</p><p>　　第二章單向可控硅過(guò)零觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10</p><p>　　2.1 結(jié)構(gòu)框圖10</p><p>　　2.2 部件功能10</p><p>　　第三章硬件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 過(guò)零檢測(cè)電路11</p>

4、<p>　　3.2 鍵盤(pán)電路13</p><p>　　3.3 驅(qū)動(dòng)電路13</p><p>　　3.4 顯示電路14</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.1 中斷程序16</p><p>　　4.2 LED顯示程序17</p><p>　　4

5、.3 鍵盤(pán)程序17</p><p><b>　　第五章 總結(jié)19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)20</b></p><p><b>　　致謝詞21</b></p><p>　　單向可控硅過(guò)零觸發(fā)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要

6、】電力電子技術(shù)中，可控硅已被廣泛用于控制電路中。利用單向可控硅具有可控開(kāi)關(guān)作用的特性，通過(guò)控制可控硅通斷比來(lái)實(shí)現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)?？煽毓柰〝啾鹊目刂剖怯蓡纹瑱C(jī)實(shí)現(xiàn)的，單片機(jī)根據(jù)其鍵盤(pán)的輸入值進(jìn)行計(jì)算后控制輸入可控硅門(mén)極的過(guò)零脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行控制的。</p><p>　　【關(guān)鍵字】可控硅 單片機(jī) 過(guò)零觸發(fā)</p><p>　　【Abstract】Among the electric and ele

7、ctronic technology, silicon controlled rectifier extensive among control circuit already. Vtilize one-way silicon controlled rectifier with controlled switch function characteristic, through coherent to realize regulatio

8、n of power coming while being broken to control silicon controlled rectifier. the coherent broken of the Silicon controlled rectifier is controlled from what one-chip computer realize, one-chip computer go on after calcu

9、lating is it import sili</p><p>　　【Keywords】SCR(silicon controlled rectifier) one-chip computer over zero is touched off </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　電力電子技術(shù)，又稱功率電子

10、學(xué)。它主要研究各種電力半導(dǎo)體器件，以及由這些電力電子器件來(lái)構(gòu)成各式各樣的電路或裝置，以高效地完成對(duì)電能的變換和控制。它既是電子學(xué)在強(qiáng)電（高電壓、大電流）或電工領(lǐng)域的一個(gè)分支，又是電工學(xué)在弱電（低電壓、小電流）或電子領(lǐng)域的一個(gè)分支，或者說(shuō)是強(qiáng)弱電相結(jié)合的新領(lǐng)域。電力電子技術(shù)的發(fā)展與控制技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)?？刂齐娐方?jīng)歷了由分立元件到集成電路的發(fā)展階段[1]。現(xiàn)在已有專為各種控制功能設(shè)計(jì)的專用集成電路，使電力電子裝置的控制電路大為簡(jiǎn)化。特別是

11、微處理器和微型計(jì)算機(jī)的引入，且它們的位數(shù)成倍增加，運(yùn)算速度隨之提高，功能不斷完善，使控制技術(shù)發(fā)生了根本的變化，即控制不僅依賴硬件電路，而且可利用軟件編程，即方便又靈活，可使各種新穎、復(fù)雜的控制策略和方案得到實(shí)現(xiàn)，并具有自診斷功能，甚至能獲得有一定智能的電力電子裝置?？傊浑娮与娐坊蜓b置由于控制技術(shù)的提高，可以使電路或裝置達(dá)到更為完善的水平[5]。</p><p>　　晶閘管（thyristor）是具有可控開(kāi)關(guān)

12、特性的半導(dǎo)體器件的總稱。它包括普通晶閘管（通常稱為可控硅）及各種派生元件，如雙向晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、快速晶閘管、光控晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、靜電感應(yīng)晶閘管等。在這些器件中出現(xiàn)最早和目前應(yīng)用得最廣泛的是可控硅（silicon controlled rectifier, SCR），因此習(xí)慣上不加說(shuō)明的晶閘管就指的是普通晶閘管，即可控硅[4]。</p><p>　　晶閘管是一種大功率的半導(dǎo)體器件，從研究成功到現(xiàn)在僅幾十年

13、的時(shí)間，然而在此間，器件的制造和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展很快。它具有體積小，重量輕，效率高和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，提高生產(chǎn)效率，降低成本等方面都有顯著的效果。晶閘管既有單向?qū)щ姷恼髯饔?，又有可以控制的開(kāi)關(guān)作用，可用很微小的功率控制較大的功率，是一種常用的可控整流元件[4]。</p><p><b>　　基本原理</b></p><p>　　1.1 可控硅的結(jié)

14、構(gòu)與工作原理</p><p>　　1.1.1可控硅結(jié)構(gòu)</p><p>　　可控硅是一種功率半導(dǎo)體器件，如圖1.1（a）所示。它的管心由半導(dǎo)體材料構(gòu)成p-n-p-n四層結(jié)構(gòu)，在這四層結(jié)構(gòu)間形成三個(gè)p-n結(jié)j1,j2,j3;有三個(gè)引出端，其中兩個(gè)是功率引出端，分別稱陽(yáng)極A(anode)和陰極K(cathode)，另一個(gè)是控制引出端，稱門(mén)極G(gate)。圖1.1中(b)和(c)分別是P型門(mén)極

15、、陰極側(cè)受控和N型門(mén)極、陽(yáng)極側(cè)受控可控硅的電路符號(hào)，當(dāng)沒(méi)有必要規(guī)定控制極的類型時(shí)，可用圖(d)符號(hào)表示三極晶體閘流管（即可控硅）[4]。</p><p>　　圖1.1 晶閘管的結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)</p><p>　　可控硅的外殼有螺旋型、模塊型和平板型等多種形式，前者多為小容量（200A以下），后者用于大容量。使用時(shí)都必須配裝合適的散熱器和適當(dāng)?shù)睦鋮s措施，如風(fēng)冷卻或水冷卻等。</p&g

16、t;<p>　　1.1.2可控硅工作原理</p><p>　　可控硅是一種可控的單向?qū)щ婇_(kāi)關(guān)，其反向始終能承受電壓，即具有反向阻斷特性；正向則可以有兩個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，即呈高阻抗的阻斷工作狀態(tài)（簡(jiǎn)稱斷態(tài)）和呈低阻抗的導(dǎo)通工作狀態(tài)（簡(jiǎn)稱通態(tài)）。那么，這兩種工作狀態(tài)在什么條件下成立以及它們?cè)谑裁礂l件下相互轉(zhuǎn)換，這是我們首先要討論的問(wèn)題。</p><p><b>　　1）

17、p-n結(jié)</b></p><p>　　p型半導(dǎo)體材料的多數(shù)載流子是空穴；n型半導(dǎo)體材料的多數(shù)載流子是電子。它們的結(jié)合面形成p-n結(jié)，如圖1.2(a)。</p><p>　　當(dāng)外加一個(gè)電壓E，若其正端接p，負(fù)載接n（圖1.2(b)），則在外電壓的作用下，空穴和電子流向結(jié)j。在結(jié)j處，空穴和電子相結(jié)合而中和。失去的空穴和電子由電源E得到補(bǔ)充。這樣不斷結(jié)合和補(bǔ)充的過(guò)程形成電流，p-n

18、結(jié)呈低阻導(dǎo)通特性，或者說(shuō)，p-n結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)外加電源E正端接n，負(fù)端接p時(shí)，在外加電壓作用下，p型的空穴和n型的電子均背離結(jié)j，它們不可能在那里結(jié)合，于是p型、n型中的主要載流子被耗盡（圖1.2（c））,在這種情況下，p-n結(jié)呈高阻阻斷狀態(tài)，或者說(shuō)p-n結(jié)反向偏置時(shí)阻斷，只有很小的漏電流。</p><p>　　圖1.2 p-n結(jié)</p><

19、;p>　　2）可控硅的阻斷工作狀態(tài)</p><p>　　當(dāng)可控硅門(mén)極G與外電路斷開(kāi)時(shí)，則可控硅在它的兩個(gè)方向上均呈阻斷工作狀態(tài)（圖1.3（a）、(b)）。圖1.3(a)可控硅陽(yáng)極A加正電壓，陰極K加負(fù)電壓（稱可控硅正向偏置）。具有四層結(jié)構(gòu)的可控硅可以看成是三個(gè)二極管的串聯(lián)，即三個(gè)結(jié)j1、j2、j3可以看成是三個(gè)二極管，這時(shí)j1、j3正偏，而j2反偏，故可控硅呈阻斷狀態(tài)。圖1.3（b）是陽(yáng)極加負(fù)電壓，陰極加正

20、電壓（稱可控硅反向偏置），這時(shí)是j2正偏，而j1、j3是反偏，故可控硅亦呈阻斷狀態(tài)。</p><p>　　圖1.3 晶閘管阻斷工作狀態(tài)</p><p>　　由此可見(jiàn)，當(dāng)可控硅門(mén)極沒(méi)有控制信號(hào)時(shí)（無(wú)注入電流），不論可控硅是加正向偏置還是反向偏置，可控硅均呈高阻阻斷工作狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。</p><p>　　3）可控硅的導(dǎo)通工作狀態(tài)</p><

21、p>　　對(duì)可控硅正向?qū)üぷ鳡顟B(tài)的解釋，可用可控硅的雙晶體三極管模型分析。圖1.4（a）為可控硅結(jié)構(gòu)，若將其中間部分分為兩部分并用導(dǎo)體連接起來(lái)，則變?yōu)閳D1.4（b）。圖1.4（b）可視為兩只復(fù)合晶體三極管，即p-n-p型晶體三極管VT1和n-p-n型晶體三極管VT2，見(jiàn)圖1.4(c)。在正向偏置下，由圖可得電流方程</p><p><b>　　(1.1)</b></p>

22、<p><b>　　(1.2)</b></p><p>　　式中：——VT1的共基極電流放大系數(shù)（）；</p><p>　　——VT2的共基極電流放大系數(shù)（）；</p><p><b>　　——門(mén)極電流。</b></p><p>　　圖1.4 晶閘管等效電路</p><

23、;p>　　為VT1、VT2的漏電流；、分別為VT1的集電極和發(fā)射極電流；</p><p>　　、分別為VT2的集電極和發(fā)射極電流。將式（1.2）代入式（1.1）可得</p><p><b>　　(1.3)</b></p><p>　　、由可控硅制造工藝所決定，并隨</p><p>　　、變化，其關(guān)系曲線如圖1.5所

24、示。</p><p>　　從式（1.3）可見(jiàn)，當(dāng)門(mén)極電流為零時(shí)，</p><p><b>　　則</b></p><p>　?。?.4） 圖1.5 與發(fā)射極電流變化關(guān)系</p><p>　　由于很小，在很小漏電流情況下，<<1，則≈，電路處于阻斷狀態(tài)，這與前述載流子運(yùn)動(dòng)的原理一致。</

25、p><p>　　當(dāng)存在門(mén)極電流時(shí)，從圖1.4（c）可看出，注入將使增加，從而使增加；的增加則相繼引起和的增加，而的增加又使和增加，這是一個(gè)強(qiáng)烈的正反饋過(guò)程。在電流增加的同時(shí)，、也隨之增加，當(dāng)≈1，則兩晶體三極管處于飽和導(dǎo)通，即可控硅由阻斷轉(zhuǎn)為導(dǎo)通?？煽毓鑼?dǎo)通以后，由于兩晶體三極管間的正反饋?zhàn)饔?，依然保持?dǎo)通，且處于深度飽和狀態(tài)≈1.15，而與門(mén)極電流是否繼續(xù)提供無(wú)關(guān)。即門(mén)極信號(hào)只需控制可控硅的正向?qū)〞r(shí)刻，而一旦導(dǎo)

26、通，門(mén)極信號(hào)即使失去了，可控硅依然保持導(dǎo)通。</p><p>　　當(dāng)可控硅加反向偏置時(shí)，由于晶體管VT1VT2在反偏時(shí)的電流放大系數(shù)很小即使存在門(mén)極電流I也不能使其導(dǎo)通。</p><p>　　由于兩個(gè)等效晶體管的電流放大系數(shù)很小，可使用較厚的基片。因此可獲比普通晶體三極管高得多的耐壓（最高可達(dá)10KV）；又由于可控硅對(duì)門(mén)極流有正反饋（再生）作用，因此它可獲得極高的電流增益（）和功率增益（）

27、</p><p>　　1.1.3 可控硅工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換</p><p>　　可控硅的“斷態(tài)”和“通態(tài)”兩種工作狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件如下：</p><p>　　1）關(guān)斷轉(zhuǎn)化為導(dǎo)通的條件 晶閘管在電路中使用時(shí)，只有同時(shí)具備以下兩個(gè)條件能使其達(dá)到導(dǎo)通狀態(tài)：一是陽(yáng)極電位比陰極電位高，二是控制極有足夠的正向觸發(fā)電壓。</p><p>　　2）維持導(dǎo)通的

28、條件 晶閘管一旦導(dǎo)通后，只要繼續(xù)保持陽(yáng)極電位高于陰極電位及陽(yáng)極電流大于維持電流，晶閘管的導(dǎo)通即能維持下去</p><p>　　3）從導(dǎo)通轉(zhuǎn)化為關(guān)斷條件 晶閘管在導(dǎo)通狀態(tài)下，若將陽(yáng)極電流減小到維持電流以下，或者陽(yáng)極電位低于陰極電位時(shí)，晶閘管就立即從原導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)為關(guān)斷狀態(tài)。</p><p>　　1.2 可控硅的觸發(fā)電路</p><p>　　1.2.1 門(mén)極觸發(fā)信號(hào)

29、的種類</p><p>　　門(mén)極觸發(fā)信號(hào)的種類有直流信號(hào)、交流信號(hào)和脈沖信號(hào)。</p><p><b>　　直流信號(hào)</b></p><p>　　如在晶閘管門(mén)極與陰極間加直流電壓，則晶閘管加正向電壓時(shí)將導(dǎo)通。這種方式在實(shí)際中應(yīng)用極少，因?yàn)榫чl管在其導(dǎo)通后就不需要門(mén)極信號(hào)繼續(xù)存在。若采用直流信號(hào)將使晶閘管門(mén)極損耗增加，有可能超過(guò)門(mén)極功耗，在晶閘管

30、反向電壓時(shí)，門(mén)極直流電壓將使反向漏電流增加，也有可能使晶閘管損壞。</p><p><b>　　交流信號(hào)</b></p><p>　　在晶閘管門(mén)極與陰極間加入交流電壓，當(dāng)交流電壓大于門(mén)極觸發(fā)電壓時(shí)，晶閘管導(dǎo)通。改變交流電壓的幅值，可改變觸發(fā)延遲角。此種形式也存在許多缺點(diǎn)，如：在溫度變化和交流電壓幅值波動(dòng)時(shí)，其觸發(fā)延遲角就不穩(wěn)定；由改變交流電壓幅值來(lái)調(diào)節(jié)延遲角。延遲角的

31、變化范圍較小，精度低等。</p><p><b>　　脈沖信號(hào)</b></p><p>　　脈沖信號(hào)有尖脈沖、寬脈沖、脈沖列、雙脈沖和強(qiáng)觸發(fā)脈沖。</p><p>　　在晶閘管門(mén)極觸發(fā)電路中使用脈沖信號(hào)，不僅便于控制脈沖出現(xiàn)時(shí)刻，降低晶閘管門(mén)極功耗；還可通過(guò)變壓器的雙繞組或多繞組輸出，實(shí)現(xiàn)信號(hào)間的絕緣隔離和同步傳輸。因</p>&

32、lt;p>　　此脈沖信號(hào)有多種形式并得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2.2 可控硅對(duì)門(mén)極觸發(fā)電路的要求</p><p>　　1）觸發(fā)脈沖應(yīng)有一定的幅值和功率</p><p>　　觸發(fā)電路提供的觸發(fā)脈沖功率要使所有同等容量合格元件均能可靠觸發(fā)而又不至于使元件損壞。所加觸發(fā)脈沖的幅值要大于該元件的觸發(fā)電壓，而小于最大容許門(mén)極電壓。不觸發(fā)時(shí)，觸發(fā)電路的輸

33、出不得大于元件的不觸發(fā)電壓。</p><p>　　發(fā)脈沖要有一定的寬度</p><p>　　當(dāng)用窄脈沖控制時(shí)，脈沖寬度至少要大于陽(yáng)極電流上升到住電流的時(shí)間，否則當(dāng)觸發(fā)脈沖消失，晶閘管將又恢復(fù)阻斷（一般可定為1ms左右，但至少應(yīng)大于6us）。</p><p><b>　　脈沖前沿要陡</b></p><p>　　晶閘管元件

34、門(mén)極參數(shù)較分散，觸發(fā)脈沖陡峭的前沿可使觸發(fā)延遲角穩(wěn)定，減小門(mén)極參數(shù)分散對(duì)延遲角的影響。另外，觸發(fā)脈沖前沿越陡，元件開(kāi)通時(shí)間越短，從而可提供精確的觸發(fā)延遲角。</p><p>　　4）發(fā)脈沖要與主電路同步并有一定的移相范圍</p><p>　　在整流和有源逆變等由交流電源供電的電路中，為了使每一周波重復(fù)在相同的相位觸發(fā)，觸發(fā)信號(hào)必須與主電路交流電源電壓同步。同時(shí)觸發(fā)延遲角應(yīng)能根據(jù)控制信號(hào)的要

35、求改變，即延遲角應(yīng)有一定的移動(dòng)范圍。</p><p>　　1.3 交流調(diào)壓原理</p><p>　　在晶閘管交流調(diào)壓系統(tǒng)中，按控制方式來(lái)分，通常有移相觸發(fā)和晶閘管過(guò)零觸發(fā)兩種。前者通過(guò)改變晶閘管導(dǎo)通角的大小來(lái)改變負(fù)載上的電壓（或功率），輸給負(fù)載的電壓（電流）是缺角正弦波，功率因數(shù)低，包含有許多高次諧波，會(huì)產(chǎn)生對(duì)電網(wǎng)和無(wú)線電的射頻干擾，晶閘管設(shè)備之間也會(huì)因?yàn)檫@種干擾而產(chǎn)生誤動(dòng)作。所用的晶閘管

36、設(shè)備功率越大，造成的干擾愈嚴(yán)重。后者則是利用晶閘管作為交流開(kāi)關(guān)，在交流電壓（或電流）過(guò)零觸發(fā)導(dǎo)通，通過(guò)控制通斷比來(lái)實(shí)現(xiàn)功率調(diào)整，負(fù)載上得到的電壓（或電流）總是完整的正弦波，從而避免了前一種方法的缺點(diǎn)。</p><p>　　晶閘管過(guò)零觸發(fā)控制方式是在設(shè)定的周期范圍內(nèi)，將電路接通幾個(gè)周波，然后斷開(kāi)幾個(gè)周波，通過(guò)改變晶閘管在設(shè)定周期內(nèi)通斷周波的比例，來(lái)調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的功率。這種方式相當(dāng)于相位控制時(shí)的a=0,所以也稱為“過(guò)

37、零觸發(fā)”。由于晶閘管是在電源電壓過(guò)零時(shí)就被觸發(fā)導(dǎo)通，所以負(fù)載上得到的是完整的正弦波，調(diào)節(jié)的是在設(shè)定周期內(nèi)的通斷比（亦稱占空比）。對(duì)感性負(fù)載，為了防止過(guò)大的暫態(tài)電流，有時(shí)也采用電流過(guò)零觸發(fā)。過(guò)零觸發(fā)可以有全周波連續(xù)式和全周波間隔式兩種如圖1.6（a）和（b）[2]。</p><p>　　圖1.6 過(guò)零觸發(fā)的兩種波形</p><p>　　圖中各表示四種通斷比。為設(shè)定周的期，它是交流電源周期T（

38、50Hz時(shí) T=200ms）的整數(shù)倍，N為內(nèi)導(dǎo)通周波數(shù)，則調(diào)功器的輸出電壓有效值</p><p><b>　　（1.5）</b></p><p><b>　　輸出功率</b></p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　式中：Un和Pn為設(shè)定周期內(nèi)全部周

39、波都導(dǎo)通時(shí)的輸出有效值電壓和輸出功率。可見(jiàn)，只要改變導(dǎo)通周波數(shù)N，就可以改變輸出電壓和功率。</p><p>　　通斷控制方式晶閘管在電壓過(guò)零的瞬間開(kāi)通，波形為正弦，電網(wǎng)功率因數(shù)高，克服了相位控制時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波干擾的缺點(diǎn)，但調(diào)功器輸出電壓為連續(xù)波，只適用于有較大時(shí)間常數(shù)的負(fù)載，而且晶閘管導(dǎo)通時(shí)間是以交流電的周期為基本單位，所以輸出電壓和功率的調(diào)節(jié)不太平滑。一個(gè)設(shè)定周期中所包含的正弦波個(gè)數(shù)M越多，即M=/T越大，則過(guò)

40、零觸發(fā)調(diào)功的最小量化單位（Pn/M）就越小，即功率調(diào)節(jié)的分辨率越高，能達(dá)到的調(diào)功穩(wěn)態(tài)精度也就越高</p><p>　　單向可控硅過(guò)零觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1 結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p>　　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示，系統(tǒng)由五部分組成：?jiǎn)纹瑱C(jī)8051，過(guò)零檢測(cè)電路，驅(qū)動(dòng)電路，鍵盤(pán)和顯示設(shè)備。</p>

41、;<p>　　過(guò)零檢測(cè) 顯示設(shè)備</p><p><b>　　8051</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路 鍵盤(pán)</p><p><b>　　SSR</b></p

42、><p><b>　　圖2.1結(jié)構(gòu)框圖</b></p><p><b>　　2.2 部件功能</b></p><p>　　各部分的作用或功能：過(guò)零檢測(cè)系統(tǒng)的作用是生成與電壓同步過(guò)零脈沖，并把此脈沖作為單片機(jī)8051計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)的時(shí)間基準(zhǔn)；單片機(jī)8051集成塊的主要作用是運(yùn)算，它根據(jù)鍵盤(pán)的輸入來(lái)確定占空比，計(jì)算和控制輸入驅(qū)動(dòng)電

43、路的過(guò)零脈沖數(shù)（即輸入可控硅門(mén)極的過(guò)零脈沖數(shù)）并將其通斷比傳給顯示系統(tǒng)；顯示系統(tǒng)是由兩LED數(shù)碼顯示塊和74LS273鎖存器組成，它的作用是顯示負(fù)載的開(kāi)度值（或占空比）；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用光電耦合器，其作用起到保護(hù)系統(tǒng)不受電磁波的干擾，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 過(guò)零檢測(cè)電路</p>&

44、lt;p>　　過(guò)零檢測(cè)是數(shù)字電路觸發(fā)器的同步環(huán)節(jié)，它將交流同步電壓過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻以脈沖形式輸出，作為計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)的時(shí)間基準(zhǔn)[2]。過(guò)零檢測(cè)電路的電路圖如圖3.1所示</p><p><b>　　圖3.1過(guò)零檢測(cè)</b></p><p>　　工作過(guò)程：過(guò)零檢測(cè)系統(tǒng)的輸入端由一個(gè)變壓器組成，將輸入為220V的交流電壓變?yōu)橹挥?V的交流電壓，以便以后的處理工作。當(dāng)輸入端

45、有交流電壓輸入時(shí)，a端有電壓產(chǎn)生,電壓波形與輸入波形一樣，同為正弦波如圖3.2（a）所示。a點(diǎn)與比較器的正極端口相連,且比較器的負(fù)極端口接地，由此可知只有比較器的正極端電壓大于零時(shí)，比較器的輸出端即b點(diǎn)才有波形產(chǎn)生，于是a點(diǎn)的正弦電壓通過(guò)比較器形成b點(diǎn)正向脈沖波形，如圖3.2(b) 所示。一開(kāi)始電容沒(méi)有電壓，當(dāng)b點(diǎn)有電壓時(shí)就對(duì)電容充電，于是有電流流過(guò)由電容和接地的電阻，當(dāng)電容充完電后就放電，此時(shí)也有電流流過(guò)電容和與之相連的電阻，因此電阻

46、的上端連接的c點(diǎn)有電壓產(chǎn)生，且其波形圖如上圖3.2（c）所示。c點(diǎn)分別連接在兩個(gè)比較器正負(fù)極端口，且比較器的另一個(gè)負(fù)極端口或正極端口都接地，所以上圖所示，當(dāng)c點(diǎn)</p><p>　　(a) a點(diǎn)電壓波形</p><p>　　(b) b點(diǎn)電壓波形</p><p><b>　　（c）c點(diǎn)電壓波形</b></p><p>　　

47、(e) e點(diǎn)電壓波形</p><p><b>　?。╢）f點(diǎn)電壓波形</b></p><p><b>　?。╠）d點(diǎn)電壓</b></p><p>　　圖3.2 過(guò)零檢測(cè)的波形圖</p><p>　　的電壓為負(fù)值時(shí)，只有上面的比較器輸出端有脈沖輸出如圖3.2(e)所示，當(dāng)c點(diǎn)的電壓為正值時(shí)，只有下面

48、的比較器輸出端有脈沖輸出如圖3.2（f）所示，將兩個(gè)比較器的輸出端與或門(mén)連接，d點(diǎn)的電壓波形就是兩個(gè)比較器輸出波形相加，波的形狀如下圖3.2（d）所示。d點(diǎn)的波為過(guò)零檢測(cè)的輸出波，與單片機(jī)的中斷端INTO1連接，作為中斷計(jì)數(shù)脈沖用。</p><p><b>　　3.2 鍵盤(pán)電路</b></p><p>　　鍵盤(pán)是計(jì)算機(jī)不可缺少的輸入設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的紐帶。按其結(jié)構(gòu)

49、形式可分為非編碼式鍵盤(pán)和編碼式鍵盤(pán)，前者用軟件方法產(chǎn)生鍵碼，而后者用硬件的方法產(chǎn)生鍵碼[3]。在這里我們用非編碼式鍵盤(pán)。</p><p>　　鍵盤(pán)是控制單片機(jī)的輸入端，用于控制輸入可控硅門(mén)極的過(guò)零脈沖的個(gè)數(shù)。鍵盤(pán)與單片機(jī)的連接圖如下3.3所示。</p><p>　　鍵盤(pán)實(shí)際上是一組按鍵開(kāi)關(guān)的集合。通常，按鍵所用的開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，均利用機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。每個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)I/O端口的一位，

50、沒(méi)有鍵盤(pán) 閉合時(shí)，各位均處于高電平。當(dāng)有一個(gè)鍵盤(pán)按下時(shí)，就使對(duì)應(yīng)位接地而成為低電平，而其他位依為高電平。這樣，單片機(jī)8051只要檢測(cè)到某一位為“0”， </p><p>　　便可判別出對(duì)應(yīng)鍵已經(jīng)按下。 </p><p>　　設(shè)定與P1.1和P

51、1.2口相連兩個(gè)的鍵盤(pán)作用。P1.1口鍵盤(pán)的功能是每按一下鍵，系統(tǒng)的占空比就增加一個(gè)指數(shù)，與P1.1功能相反，P1.2口鍵盤(pán)的作用是每按一下鍵，系統(tǒng)就減少一個(gè)占空比。這些作用只有通過(guò)軟件才能實(shí)現(xiàn)，軟件的編程將在下面給出。</p><p><b>　　3.3 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路是用半導(dǎo)體器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)電接點(diǎn)作為切換裝置的具有繼電器特性的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)

52、關(guān)器件，它的電路如圖3.4所示</p><p><b>　　圖3.4 驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　光電藕合器使將發(fā)光元件和光傳感器結(jié)合在一起的器件[3]。由于利用自身產(chǎn)生的光線,和外界獨(dú)立絕緣，具有光電隔離的作用，起到保護(hù)電路不被干擾的作用。主要應(yīng)用在雙向可控硅的控制,音響設(shè)備,電子樂(lè)器等,但受環(huán)境溫度的影響很大,不宜在溫度過(guò)高的地方使用。</p>

53、;<p>　　雙向可控硅實(shí)際上是用兩只反并聯(lián)單向可控硅組成的電路。</p><p>　　驅(qū)動(dòng)器的發(fā)光二極管的陰極與單片機(jī)8051相連，其陽(yáng)極接+5V電壓，采用上拉電流方式驅(qū)動(dòng)電路，確保有足夠的電流驅(qū)動(dòng)。如果采用灌電流方式驅(qū)動(dòng)對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)有些困難。</p><p>　　工作過(guò)程：當(dāng)單片機(jī)8051的輸出端為高電平時(shí)，發(fā)光二極管不導(dǎo)通發(fā)光，可控硅的門(mén)極沒(méi)有電流產(chǎn)生，可控硅處于斷態(tài)狀

54、態(tài)，負(fù)載上只有很小的電流；當(dāng)單片機(jī)的輸出端為低電平時(shí)，發(fā)關(guān)二極管導(dǎo)通，可控硅控制端（門(mén)極）有電流輸入，可控硅處于通態(tài)，有大量電流流過(guò)，負(fù)載開(kāi)始工作。</p><p><b>　　3.4 顯示電路</b></p><p>　　顯示器是LED數(shù)碼顯示器，它由發(fā)光二極管組成的顯示字段的顯示器件。這種顯示器分為共陰極和共陽(yáng)極兩種形式。在這里用共陽(yáng)極LED數(shù)碼顯示器，共陽(yáng)極LE

55、D數(shù)碼顯示塊是將二極管的陽(yáng)極連接在一起，形成共陽(yáng)極LED數(shù)碼顯示塊的公共端，該公共端必須接高電平，8個(gè)發(fā)光二極管的另一端通常稱為段選端，，如某發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，該發(fā)光二極管被點(diǎn)亮[3]。它與單片機(jī)8051的連接圖如下3.5所示，8位段碼由數(shù)據(jù)總線P0口送出，經(jīng)74LS273鎖存驅(qū)動(dòng)，接到LED的8根段信號(hào)引腳上，因?yàn)楣碴?yáng)極七段LED段選端是低電平有效，所以是吸收電流方式工作，不會(huì)像灌電流方式對(duì)電路有特定要求才有足夠的能力點(diǎn)亮L

56、ED。</p><p><b>　　圖3.5 顯示電路</b></p><p>　　74LS273是一片帶清除端的8D觸發(fā)器，將它的清除端接至+5V，則清除端無(wú)效。用信號(hào)和一根地址線共同控制該電路CLK端，同樣在執(zhí)行“MOVX DPTR，A”指令時(shí)，將數(shù)據(jù)送入74LS273。74LS273引腳圖及功能表如圖3.6所示</p><p>　　圖3

57、.674LS273引腳圖及功能圖</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 中斷程序</b></p><p>　　中斷程序的流程圖如圖4.1所示。</p><p><b>　　開(kāi)始</b></p><p>

58、<b>　　保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　(32H)=(40H)? SETB P1.0</p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　CLR P1.0</b>&l

59、t;/p><p>　　(31H)=200?</p><p><b>　　Y</b></p><p>　　N CLR 31H,CLR 32H</p><p><b>　　恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)</b></p><p><b>　　結(jié)束</b></p>

60、<p><b>　　圖4.1流程圖</b></p><p>　　中斷程序的作用是控制輸出觸發(fā)脈沖的個(gè)數(shù)，是調(diào)節(jié)功率的關(guān)鍵程序。</p><p>　　INTO： push ACC</p><p>　　SETB P1.0</p><p><b>　　INC 31H</b></p

61、><p><b>　　INC 32H </b></p><p>　　MOV A , 40H</p><p><b>　　RL A</b></p><p>　　CJNE A , 32H , XX</p><p>　　SETB P1.0</p>&

62、lt;p><b>　　DEC 32H</b></p><p><b>　　LJMP FF</b></p><p>　　XX: CLR P1.0</p><p>　　FF: MOV A , 31H</p><p>　　CJNE A , #200 , YY<

63、;/p><p><b>　　CLR 31H</b></p><p><b>　　CLR 32H</b></p><p>　　YY: POP ACC</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　4.2 LED顯示程序</

64、p><p>　　顯示程序的作用是顯示系統(tǒng)的開(kāi)度值。</p><p>　　DSP1: MOV A , 40H</p><p>　　MOV B , #0AH</p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV R0 , A</p><p

65、>　　MOV DPTR , #TABLE 送顯示代碼表首址</p><p>　　MOV A ， B 取個(gè)位段選碼</p><p>　　MOV A ， ＠A+DPTR 查表</p><p>　　MOV DPTR ， #7FFFH 273（2）選通地址&l

66、t;/p><p>　　MOVX ＠DPTR ， A 選出個(gè)位</p><p>　　MOV DPTR ， #TABLE 恢復(fù)表首址</p><p>　　MOV A ， R0 取十位數(shù)</p><p>　　MOVC A ， ＠A+DPTR 查表&l

67、t;/p><p>　　MOV DPTR ， #0BFFFH 273（1）選通地址</p><p>　　MOVX ＠DPTR ， A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　TABLE：DB 0C0H ，0F9H ，0A4H ，0B0H ，99H ，92H</p>

68、<p>　　DB 82H ，0F8H ，80H ，90H</p><p><b>　　4.3 鍵盤(pán)程序</b></p><p>　　鍵盤(pán)程序作用確定每個(gè)鍵盤(pán)的功能。</p><p>　　JNB P1.1 ， KEY1</p><p>　　JNB P1.2 ， KEY2</p>&l

69、t;p>　　KEY1： MOV A ， 40H</p><p>　　DJNE A ， #64H ， BB</p><p><b>　　DEC 40H</b></p><p>　　BB： INC 40H</p><p>　　KEY2： MOV A ， 40H</p>

70、<p>　　DJNE A ， #00H ， CC</p><p><b>　　INC 40H</b></p><p>　　CC： DEC 40H</p><p><b>　　第五章 總結(jié)</b></p><p>　　本單向可控硅過(guò)零觸發(fā)器的設(shè)計(jì)是利用過(guò)零檢測(cè)電路給單片機(jī)

71、8051提供電壓同步過(guò)零脈沖，由單片機(jī)8051控制可控硅的觸發(fā)脈沖個(gè)數(shù)，以達(dá)到功率調(diào)節(jié)的作用。系統(tǒng)的通斷比的控制和顯示分別由鍵盤(pán)和LED數(shù)碼顯示塊完成。采用單片機(jī)控制觸發(fā)電路是未來(lái)可控硅觸發(fā)電路的趨勢(shì)，但在環(huán)境惡烈地方安全性不高，不過(guò)采用在實(shí)驗(yàn)室卻是一種非常好的手段。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作進(jìn)一步加深我對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)的理解，學(xué)習(xí)將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的方法和過(guò)程，拓展知識(shí)視野。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)

72、的過(guò)程中，通過(guò)資料的查閱和翻譯以提高了自己對(duì)文獻(xiàn)資料的檢索能力；通過(guò)課題的設(shè)計(jì)過(guò)程，提高了獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，初步學(xué)會(huì)按要求獨(dú)立進(jìn)行課題設(shè)計(jì)的能力，掌握了電子設(shè)計(jì)的基本方法和步驟，熟悉常用電子器件的各種參數(shù)、使用方法和應(yīng)用技巧；在課題中電子線路的實(shí)際制作過(guò)程中，了解制作工藝的一般要求，培養(yǎng)了自己的實(shí)際動(dòng)手能力。</p><p>　　通過(guò)畢業(yè)論文的撰寫(xiě)，掌握了論文書(shū)寫(xiě)的基本要求和基本格式，提高了對(duì)工

73、作的總結(jié)能力和知識(shí)的綜合表達(dá)能力。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，為畢業(yè)后走上工作崗位打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。</p><p>　　由于本人水平有限，加之設(shè)計(jì)時(shí)間緊湊，錯(cuò)誤和不足在所難免，懇請(qǐng)各位老師、同學(xué)不吝批評(píng)、指正。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 康華光主編．電子技術(shù)基礎(chǔ)．?dāng)?shù)字部分．2000．7（第4版）．北京：高等

74、教育出版社</p><p>　　[2] 黃俊等編．電力電子交流技術(shù)．1994（第3版）．北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[3] 張立，趙永健編著．現(xiàn)代電力電子技術(shù)．1992．北京：科學(xué)出版社</p><p>　　[4] 孫樹(shù)林等編著．半導(dǎo)體變流技術(shù)．1994．徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社</p><p>　　[5] 丁道宏編．電力電子技

75、術(shù)．1992．北京：航空工業(yè)出版社</p><p>　　[6] 李廣弟編．單片機(jī)基礎(chǔ)．1994．北京：北京航空航天大學(xué)出版社</p><p><b>　　致謝詞</b></p><p>　　此次的設(shè)計(jì)完成過(guò)程中，我得到了朱桂榮老師的悉心指導(dǎo)，從對(duì)元件的選則，到資料的搜集，朱老師都給了我很大的幫助。在調(diào)試的過(guò)程中，朱老師也給了我很多的指點(diǎn)。老師淵

76、博的知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，對(duì)學(xué)生的一絲不茍都給我留下了很深的印象，使我終身受益，對(duì)我的工作、學(xué)習(xí)，處理事情方面都有很大的幫助，在此，我深深的向我的指導(dǎo)老師朱桂榮先生表示萬(wàn)分的感謝，同時(shí)也向四年指導(dǎo)過(guò)我的，關(guān)心過(guò)我成長(zhǎng)的所有老師表示深深的謝意！</p><p>　　我還要感謝我周圍的同學(xué)，他們?cè)谖耶厴I(yè)設(shè)計(jì)期間給我了最寶貴的建議和幫助，使我的大學(xué)最后一課更加完美！</p><p>　　感謝在我畢業(yè)