基于单片机的交流调压调速系统设计(共39页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业摘摘 要要在电力传动系统中，交流电动机具有一些直流电动机无法比拟的优点，如单机容量、电枢电压、额定转速、价格等方面。但由于交流电机的调速一直比较困难，所以，长期以来，交流电机只能作恒速运行，而在要求精确、灵活、连续调速的传动系统中，直流电机调速传动一直占主要地位。然而，近年来，一方面随着大功率可控电力电子元件和变频技术的迅速发展，用交流电机的调速传动系统代替直流电机调速传动系统已成为可能，另一方面，从节能的观点要求把原来作恒速运行的交流电机传动系统改为调速传动。因而，在电力传动领域里正在日益重视发展交流电机的调速传动，成为电动机调速新的发展方向。交流调

2、压调速系统设计思想是用改变异步电动机定子电压来实现调节电动机转速的控制系统称为调压调速系统，而电机定子电压是通过晶闸管元件组成的调压器进行控制。通过控制晶闸管的触发角，就可以对输出交流基波电压有效值进行控制，来达到调压调速的目的。系统的总体结构主要由主回路，驱动电路，光电隔离电路，触发器，电压电流检测保护电路，STC89C51RC 单片机，测速发电机等组成。调压调速的电路简单，成本低廉、操作简单、方便，多用于对调速性能要求不高的中、小容量拖动装置中。关键字关键字：晶闸管；调压调速；单片机精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业ABSTRACTIn the power transmission

3、 system, AC motor has some DC motor can not match the advantages, such as stand-alone capacity, armature voltage, rated speed and price. But due to the AC motor speed control has been more difficult, so for a long time, the AC motor can only for constant speed operation, and requires accurate, flexi

4、ble and continuous speed control of the drive system, DC motor drive has accounted for a major position. However, in recent years, on the one hand, with the rapid development of high power controllable power electronic components and frequency conversion technology, AC motor variable speed drive sys

5、tem to replace the DC motor drive system has become possible, on the other hand, from the viewpoint of saving asked to original constant speed AC motor drive system change is an adjustable speed drive. So in the field of power transmission is being paid increasing attention development of AC motor v

6、ariable speed drive, become the new development direction of the motor speed.AC adjustable speed system design pressure is by changing the stator voltage to realize adjustment of motor speed control system for pressure regulating and speed control system, and motor stator voltage is through the thyr

7、istor tube element is composed of a pressure control device. Through control thyristor trigger angle, the AC output fundamental voltage effective value of control to achieve pressure and speed adjustment.The overall structure of the system mainly by the main circuit, driving circuit, a photoelectric

8、 isolation circuit, trigger, voltage and current detection and protection circuit, stc89c51rc SCM, tachometer generator.Pressure regulating speed circuit is simple, low cost, simple operation, convenient and high requirement of speed performance, small capacity dragging device used in.KeyWords:Thyri

9、stor,Voltage Control,SCM精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业目目 录录精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第一章第一章 绪论绪论1.1 交流调速的发展状况交流调速的发展状况交流调速技术诞生 1 世纪，但由于其性能无法与直流调速技术相比，所以过去的直流调速系统一直在电气传动领域中占统治地位。直到 20 世纪 50 年代中期，晶闸管研制成功，开创了电力电子技术发展的新时代。由于体积小、价格低、坚固耐用、性能好等一系列的优点，半导体电力电子器件使电机调速用的各种变流装置迅速进入了实用阶段。随着电力电子技术的发展，使用采用半

10、导体开关器件的交流调速系统得以实现。尤其是 70 年代以来，大规模集成电路和计算机控制技术的发展，现积小价格低坚固耐用性能良好等一代控制理论的应用，为现代交流调速技术的发展创造了有利条件，促进了各种类型的交流调速系统的飞速发展，如串极调速系统变频调速系统、无换相器电动机调速系统、以及矢量控制调速系统等。目前在电气传动领域中，现代交流调速技术已有取代直流调速技术的趋势。1.2 现代交流调速技术的应用现代交流调速技术的应用异步电动机的转速(n)公式为：n=nZ(1-s)，其中 nZ为电动机的同步速度，s 为转差率，所以异步电动机调速方法可以分为调旋转磁场的同步速度和在同步速度不变条zn件下调转差率

11、 s 两大类。运用到实际中的交流调速系统主要有：变级调速系统、串级调速系统、调压调速系统、变频调速系统。(1)变级调速系统：调旋转磁场同步速度的最简单办法是变级调速通过电动机绕组的改接，使电机从一种级数变到另一种级数从而实现异步电动机的有级调速。变级调速系统所需设备简单，价格低廉，工作也比较可靠，但它是有级调速一般为两种速度三速以上的变级电机绕组，结构复杂，应用较少，变级调速电动机的关键在于绕组设计以最少的线圈改接和引出头以达到最好的电机技术性能指标。(2)串级调速系统：绕线转子异步电动机串级调速是将转差功率加以利用的一种经济高效的调速方法。改变转差率的传统方法是在转子回路中串入不同电阻以获得

12、不同斜率的机械特性，从而实现速度的调节。这种方法简单方便，但调速是有级的不平滑，并且转差功率消耗在电阻发热上效率低，自大功率电力电子器件问世后，采用在转子回路中串联晶闸管功率变换器来完成馈送转差功率的任务，这就构成了由绕线异步电动机与晶闸管变换器共同组成的晶闸管串级调速系统。转子回路中引入附加电势，不但可以改变转子回路的有功功率转差功率的大小，而且还可以调节转子电流的无功分量，即调节异步精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业电动机的功率因数。(3)调压调速系统：异步电动机电机转矩与输入电压基波的平方成正比，所以改变电机端电压(基波)可以改变异步电动机的机械特性以及它和负载特性的交点，从而实

13、现调速。异步电动机调压调速是一种比较简单的调速方法。在 20 世纪 50 年代以前，一般采用串饱和电抗器来进行调速，但近年来随着电力电子技术的发展，多采用双向晶闸管来实现交流调压，用双向晶闸管调压的方法有两种：一种是相控技术，一种是斩波调压，采用整周波斩波控制方法可能调速不够平滑，所以在异步电机的调压控制中多用相控技术。但是采用相控技术在输出电压波形中含有较大的谐波会引起附加损耗，产生转矩脉动。(4)变频调速系统：变频调速具有高效率，宽调速范围和高精度等特点，是运用最广最有发展前途的调速方式交流。电机变频调速系统的种类很多，从 60 年代提出的电压源型变频器开始，相继发展了电流源型脉宽调各种异

14、步电机调速系统中效率最高性能最好的系统是变压变频调速系统，变压变频调速系统在调速时须同时调节定子电源的电压和频率，在这种情况下机械特性基本上平行移动 而转差功率不变，它是当前交流调速的主要方向。目前变频调速的主要方案有：交-交变频调速、交-直-交变频调速、同步电动机自控式变频调速系统、正弦波脉宽调制(SPWM)变频调速、矢量控制变频调速等。电子技术的发展和新调控制的变频电源，价格相对比较昂贵，并且输出的电压电流波形往往是非正弦的，含有各种谐波分量对电网产生污染这些谐波在电机中产生型电力电子器件的出现，使变频装置的快速性，可靠性及经济性不断提高。但是变频调速需要一套输出电压和频率能在较宽的范围内

15、连续协的谐波磁场对气隙比较小的异步电动机来讲，往往会引起损耗增加，产生振动和噪声等许多不良的影响。所以对异步电动机在变频条件下的工作特性和谐波分量的深入分析、变频电源的选择及其控制策略的研究是异步电动机变频调速1.3 现代交流调速技术的发展现代交流调速技术的发展随着新型自关断电力电子器件、智能功率集成电路的问世。现代控制理论的发展和计算机技术的应用，变频技术日新月异，新的控制策略不断涌现，使得现代交流调速技术得到迅猛发展。(1)仿真技术在交流调速系统中的应用：近年来计算机仿真技术在各行各业得到了广泛的应用，特别是在进行复杂系统(如交流变频调速系统)的设计时，采取计算机仿真方法来分析和研究其性能

16、是非常有效和必要的。传统的计算机仿真软件包用微分，方程和差分方程建模，其直观性、灵活性差、编程量大、操作不便。随着一些大型的高性能的计算机、仿真软件的出现，实现交流调速系统的实时仿真可以较容易地实现。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业如 matlab 软件已经能够在计算机中全过程地仿真交流调速系统的整个过程，matlab 语言非常适合于交流调速领域内的仿真及研究，能够为某些问题的解决带来极大的方便并能显著提高工作效率。随着新型计算机仿真软件的出现，交流调速技术必将在成本控制、工作效率、实时监控等方面得到长足的进步。(2)DSP 等数字化控制系统：随着计算机技术的发展，人们对数字化信息的

17、依赖程度越来越高，计算机网络和调速技术的完美结合是现代交流调速系统的发展方向。为了使交流调速系统与信息系统紧密结合同时为了提高交流调速系统自身的性能必须使交流调速系统实现全数字化控制，单片机已经在交流调速系统中得到了广泛应用，随着交流电机的控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂，模糊控制、专家控制、智能控制、自适应控制等在交流电机的矢量控制或直接转矩控制中得到了应用，单片机由于自身的条件限制，已经无法满足日益复杂的控制方法。DSP 芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到了施展身手的舞台，将来更加集成化智能化的数字芯片必将越来越多地运用到交流调速系统当中，使得交流调速系统结构更加简单、

18、功能更加强大、运行更加稳定。新型电力电子器件的研制：现代交流调速技术中电力电子技术的应用主要受到以下几方面的限制：电力电子器件的性能、电力电子技术的控制策略、控制手段和电力变换器的结构。电力电子器件的价格，正是由于现代交流调速技术发展的要求，促使电力电子器件从不可控到可控，必然会产生越来越多新型的电力电子器件以适应系统的集成化、高频化、数字化、智能化等一系列要求。同时，由于电力电子器件的应用而带来的谐波对电网造成的污染也是研究的方向之一，这些谐波会使电机产生转矩脉冲，增加电机的附加损耗和电磁噪声也会使转矩出现周期性的波动，从而影响电机平稳运行和调速范围。随着电力电子变换器的日益普及，谐波和无功

19、电流给电网带来电力公害，越来越值得重视。新型的电力电子器件必然会考虑到这些问题，尽量减少或者消除自身带来的问题，从而得到更好的利用除了上面提到的这些。交流调速技术的发展还受到控制策略、高频、大容量等方面的因素限制，这些方面都将是现代交流调速技术需要深入研究的热点问题.精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第二章第二章 三相异步电动机交流调速三相异步电动机交流调速2.1 交流调速方案交流调速方案由电机学已知，异步电动机的转速为 （21）1601nspf上述式中， 异步电动机定子电压供电频率， 异步电动机的磁极对数，1fp 异步电动机的转差率。s综上所述，可知调节交流电动机的转速有三种方案分别

20、为变级调速、变频调速、调节转差能耗调速。2.1.1 变级调速变级调速变极调速变换异步电动机的绕组极数，从而改变其同步转速进行调速的方法称为变极调速。变极调速是通过外部的开关切换改变电机绕组的串并联关系实现的。只能实现有级调节（一般有两个速度），如电机由两极切换到四极，速度就会由大约 3000转/分降到大约 1500 转/分。变极调速一般是以两个速度为主，辅以阀门和挡板调节，比单纯使用阀门和挡板要好一些，但是仍然有节能潜力可挖。另外，由于结构复杂，变极电机的效率比常规的通用电机要稍低一些。通过改接定子绕组的连接方式来得到不同的极数和转速。这一方法适用与不需要平滑调速的场合。调速时低速的人为特性较

21、硬、静差率较高、经济性较好。变极调速是改变异步电动机的同步转速 n=60f1/P，故一般称变极调速的电动机为多速异步电动机，变极调速的优点是投资较少。2.1.2 变频调速变频调速通过改变定子绕组的供电频率 f1的调速方法。当转差率 s 一定时，电动机转速 n基本上正比 f1，很明显，只要有输出频率可平滑调节的变预电源，就能平滑、无级地调节异步电动机的转速。变频调速主要用于笼型异步电动机，性能优异、调速范围大、平滑性高，变频时 U 按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高是异步电动机调速最优发展前途的一种方法。其缺点是必须有专用的变频电源，在恒转矩调速

22、时，低段电动机的过载倍数大为下降，甚至不能带动负载。2.1.3 变转差率调速变转差率调速精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 同步转速00nnns0n常用改变转差率的方法有改变定子电压调速、采用滑差电动机调速、转子电路串电阻调速、串级调速以及脉冲调速。前两种方法适合于笼型异步电动机，后者适合于烧线式异步电动机。这些方案共同的特点是在调速过程中均产生大量的转差功率，并且消耗在转子电路，使转子发热。在不计定子绕组铜耗条件下， 变转差率调速系统最大可能的效率 定义为输出机械功率 P1和输入电功率 PS之比。 （23）21NrssNssMPPM1s 电动机额定电磁转矩 s 定子旋转磁场角速度NM

23、r 一 转子旋转角速度 2 转子转差角速度由上式可知当转速时，下降转子损耗功率增高。以上三种调速方案，变极对数P 调速和变频调速属于改变同步转速 n0的调速方案，在调速过程中，转差率 s 是一定的，故系统效率不会因调速而降低，而变转差率调速属于不改变同步转速的调速方案，存在着调速范围愈宽，系统效率 愈低的问题，经济性较差。交流异步电动机的电磁转矩表达式为： （24）)()(2/322012211221XXrrfsrUnTpe上式中：为定子绕组构成的级对数；为定子相电压有效值；为定子电压频pn1U1f率；为定子每相绕组的内阻；为定子每相漏电抗；、为转子折算到定子测1r1X2r20X的每相电阻和每

24、相的漏电抗；s 为转差率。在其他参数恒定的情况下，电磁转矩于定子相电压平方成正比。在一定负载eT1U转矩之下，定子相电压有效值的变化引起电机转差率 s 变化，而同步转速未变，1U1n则电动机的转速发生了变化。n在调时，交流异步电动机的临界转差率和同步转速多不变，使电动机在恒1UmS1n定负载下的调速范围旨在 0 至之间，如下图所示。ms精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 n0 MZ MM 1 4 3 2 ABC图图 2.1 改变电源电压时的人为特性改变电源电压时的人为特性当今用于交流调压调速系统中的电动机一般采用高转子电阻的交流力矩电动机。应为这种电动机的转子绕组电阻很大，这样就增加了

25、交流异步电动机的临界转差率2r，有时甚至接近 1，采用交流力矩电动机进行调压调速，扩大了调速范围，交流mSmS力矩电动机的机械特性如下图所示。 a b c 3U2U1U 图图 2.2 转子电路电阻较高时改变定子电压的人为机械特性转子电路电阻较高时改变定子电压的人为机械特性异步电动机变电压调速时，若采用普通电动机则调速范围很窄，采用高转子电阻的力矩电动机时，调速范围虽然可以大一些，但机械特性变软，负载变化时的静差率太大。开环控制很难解决这个矛盾。对于恒转矩性质的负载，调速范围要求在 D2 时，一般需采用带转速负反馈的闭环控制系统，如下图所示，调速性能不高时也可以用定子电压反馈代替转速反馈信号。精

26、选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业ASRPLG +URP可控硅整流装置转速调节器负载电磁转差离合器光电编码器+U-nUctU*nU图图 2.3 转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统原理图转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统原理图在闭环系统中，如能平滑的改变定子电压，就能平滑调节异步电动机的转速；低速的特性较硬，调整范围可较宽。 图图 2.4 转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统静特性转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统静特性改变定子电压调速方法的缺点是，调速时的效率较低，功率因数比转子串联电阻是更低。由于低速时消耗转子电路的功率很大，电动机发热严重。因此，改变定子电压的调速方法一般适用于

27、高转差笼型异步电动机，也可用于绕线转子异步电动机，在其转子电路中可串联一段电阻。如果用于普通的笼型异步电动机，则必须在低速时欠载运行，或短时工作。在低速时可用他扇冷却方式，以改善电动机的发热情况。调压调速也称为降压调速，因为异步电动机的工作电压不允许超过额定值，调节电压需在额定电压以下进行。其一般采用笼式交流异步电动机，用晶闸管可控硅调压电路调节其定子电压，从而实现调速。Tn 0精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第三章第三章 交流调压主电路交流调压主电路设计设计3.1 主电路及其工作原理主电路及其工作原理3.1.1 主电路装置主电路装置需要调压调速的电动机可以利用三相自耦变压器供电，也

28、可以采用晶闸管进行交流调压，但使用三相自耦变压器供电不利于实现自动调节电压。图 3.1 所示是交流调压装置主要部分组成框图，其主回路由 6 只普通晶闸管两两反并联(或 3 只双向晶闸管)组成三相三线式，其优点是可适用于 Y 或接法的电机且谐波分量较少。3 3M M1L2L3L图图 3.1 交流调压装置主框图交流调压装置主框图3.1.2 主电路原理主电路原理一般使用的异步电动机都是三相电机。供电电源直接取自工频 50Hz 的三相 380V交流电网，它的电压是“不变”的。为了获得可以调压的三相交流电源，必须加上调压器。下面以晶闸管三相调压电路来分析三相调压工作原理。三相接入反并联之晶闸管 VT(1

29、,2,6)，负载可以是 Y 接，也可以是 接，图示3.1 为 Y 接。VT 承受正向电压时，其导通时刻受门极触发脉冲控制，触发脉冲的触发时刻以相电压过零点时为 0算起，相隔的电角度用 A 表示，A 称为控制角，A 的范围为0180。而且 A 越大，说明 VT 在承受正向半周内导通的时刻就越晚，加在该相负载上的电压越小，起到了降压的作用。为使三相电流形成通路，在一相 VT 导通时，须有一个相邻的反向 VT 导通。为了保证在电路起始工作时能有两个 VT 同时导通，以及在感性负载和控制角较大时仍能保证不同的正、反相两个 VT 同时导通，要求采用大于 60的宽脉冲(也可以是脉冲列或双脉冲)的触发电路。

30、为保证输出三相对称电压，且有一定的调节范围，要求触发信号与交流电源有一致的相序和相位差。如图 a 电路，要求以电源频率和周期确定的电角度依次触发 VT1,VT2, ，VT6，互相间隔为 60电精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业角度。若以相电压起点，A=0时触发 VT1 导通，而后相隔 60依次触发VT2，VT3，VT6，VT1 循环下去。如图 a 所示，这种情况相当于每个 VT 在承受正电压瞬间即导通，而承受负电压(负半周反电压)时自然关断，使电源电压全部通过VT 加到负载上。可见 A= 0提供负载最高电压。图中电压波形与触发信号之间的数字是表示虚线区间导通的 VT 号。当控制角 A=

31、30时，见图 b，每个 VT 的导通都滞后 30，输出给 A 相负载的电压波形如阴影部分所示。 图图 3.2 三相交流调压电路输出波形三相交流调压电路输出波形波形中 Xt=030时没有电压输出；Xt=3060时，VT1 触发导通。与此同时三相都有 VT 触发导通，A 相输出为原电源电压波形。但在 Xt=6090区间，由于VT5 关断，而 VT2 尚未触发导通，相当于 C 相断电。因而 A 相负载上的电压为 A、B相电源线电压的一半，所以电压波形出现缺口。当 Xt=90120时，VT2 触发导通，负载又得到电源相电压。同理，当 Xt=120150区间，VT6 关断，负载上电压为 (b) A=30

32、tB0CAtt111354261234561612123456345561B0CAt(a) A=0精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业A、C 相线电压的一半，所以输出波形升高一块，输出电压为图中阴影所包面积。波形的其余部分依次类推。由以上波形分析可以看出，A= 0时，调压电路输出最大电压，A 增大则输出电压减小。可以分析出，当 A=150时输出电压为零。只要控制角 A 由0150变化，输出交流电压即可连续地由最大调到零，实现了调压目的。3.2 交流调压调速控制主回路设计交流调压调速控制主回路设计图 3.3 调压调速控制主回路的线路原理图。在反馈速度与给定速度不同时，即可改变晶闸管的移相控

33、制电压，从而改变晶闸管的触发角，达到调压调速目的。由速度负反馈构成闭环控制及软件 PID 调节，可以改善调压调速特性。3 3M M隔隔离离驱驱动动晶晶闸闸管管触触发发器器光光电电编编码码器器同同步步信信号号D DI IP P- -4 40 0单单片片机机电电压压检检测测保保护护电电路路A A/ /D D转转换换3.3 调压调速控制主回路的线路原理调压调速控制主回路的线路原理精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业3.3 主电路参数及元器件选型主电路参数及元器件选型3.3.1 主电路参数要求主电路参数要求，KWPN45580 /minNnrvUN380AIN890.90cos0.85，Y 接法

34、, ,调速范围=5，低速时静差率，S0.01。根据以2.5mmkgGD.4.22D上要求，选择 Y315S-10 笼型三相异步电动机。3.3.2 晶闸管晶闸管选择选择选择功率模块时,需要考虑到电机的过载要求，功率器件的电流定额为= (1.22)=(1.22)=(378629)A NIm289 2.5上式中：（1.22）表示安全裕量要求直流侧电源电压 Ud=380v/0.866438.8v 考虑到大功率晶闸管的管压降等，取 Ud=450V，则大功率晶闸管的极限参数为 U(BR)ceo=(23)Ud=(9001350)V 根据上述计算，选取晶闸管元件 KP60010，计 6 只。3.3.3 滤波电

35、容的选择滤波电容的选择取，其耐压。综合考虑滤波电容的体积、价格和滤波FC44000VU93162效果，结合经验，在变频器的滤波环节处采用了两个滤波电容：2 只 2200、耐压在F500V 以上的电容器并联使用。3.3.4 阻容吸收电路参数计算阻容吸收电路参数计算按照晶闸管三相电路支流侧阻容吸收电路参数算式进行估算 （3-1）lOCdfUIIKC220022100 （3-2）200222100IIUKROlRd电流有效值为 （3-3） 电压定额为 mDIwtdII31)(360112002精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 =（23）=（23）=（10741612）VNDUmU3802

36、而 ， ， ， 370000cdK31.0rdK5.6002OIdII816.02所以 FFC34819235089816.01005.6370002 1389816.01005.6192331.02R选择 400F 的 CZJ 系列低价电容，选择 15的 RJ 系列金属电阻。2C2R3.3.5 压敏电阻的选择压敏电阻的选择压敏电阻的额定电压：1mAU )压峰值压敏电阻承受的额定电()9.08.0(1mAU1.122780.8 0.9 480 540V 选择 MY31-560/1 型压敏电阻 3 个，其额定电压为 560V，通流容量 1Ka。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业第四章第四

37、章 控制电路设计控制电路设计4.1 单片机控制线路单片机控制线路单片机控制线路主要由单片机 STC89C51RC、地址锁存器 74LS373，A/D 变换器ADC0809 所组成。STC89C51RC 单片机内带 8K E2PROM，不用另外扩展外 ROM，接线简洁，程序可加密，价格便宜。图 4.1 是单片机控制电路原理图。面板上的电位器 W：电压信号 W2与速度传感器 W3，经 ADC0809 转换变成 8 位数字量后，分别作为速度的给定值与反馈值输入单片机。经单片机软件 PID 调节处理后，从 P0口输出移相控制电压数字量，由 DAC0832 转换成控制电压模拟量，在通过由运放 4558

38、组成的反相器输入到硬件触发板上。调节反相器中的可调电位器 W1，可以扩大控制电压的范围，改善电压变化率。通过改变外部的电位器 W4和 W5、W6，将软件 PID 调节比例系数和积分系数都设置成为可调的，以适应不同对象参数的分散性，提高装置的适应范围。 CS0D7D 1AD测测速速部部分分整整形形脉脉冲冲封封锁锁LS138CS8AD 12AD0D 7D0AD 7ADOEWELS373EPROM(2764)CSOEWERAM(6264)CS0D7D0AD7ADWRRDAPBPCP0HSI5ACH4ACH0HSO5SHO EXINT4P3PALERDWR测测速速脉脉冲冲DIP-40图图 4.1 单片

39、机控制电路原理图单片机控制电路原理图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业4.1.1 单片机单片机 STC89C51RC 的组成及引脚的组成及引脚 宏晶科技公司生产的 STC89C51RC 单片机，其内部资源主要有：8 位 CPU4KB/8KB/16KB/32KB/64KB 字节掩膜 ROM 程序存储器512 或 1280 字节内部 RAM 数据存储器3 个 16 位的定时器/计数器1 个全双工的异步串行口6 个中断源两级中断优先级的中断控制器时钟电路，外接晶振和电容可产生 1.2MHz12MHz 的时钟频率单片机的引脚如图 4.2 所示。1234567891011121314151617

40、1840393837363534333231302928272625242322211920T2/P1.0T2EX/P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXD/P3.0TXD/P3.1/P3.2/P3.3T0/P3.4T1/P3.5/P3.6/P3.7XTAL2XTAL1VSSVCCP0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7EAALE/PROGPSENP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8DIP-4

41、0图图 4.2 DIP-40 单片机的引脚图单片机的引脚图包括三大部分的引脚：电源及时钟引脚，控制引脚，输入/输出引脚，总共是 40 个引脚。其中 P0、P1、P2、P3四个 I/O 口，通过这四个口使单片机与外部交换信息，达到采集、处理、控制等各项工作。1电源及时钟引脚此部分引脚包括电源引脚 VCC、VSS及时钟引脚 XTAL1、XTAL2。电源引脚接入单片机的工作电源。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业VCC (40 脚) ：接+5 电源。VSS（20 脚)：接地。时钟引脚（18、19 脚）：外接晶体与片内的反相放大器构成一个震荡器，它提供单片机的时钟控制信号。时钟引脚也可以外接晶

42、体震荡器。XTAL1 (19 脚)：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端。当采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。XTAL2（18 脚):接外部晶体的另一端，在单片机内部接至反相放大器的输出端。若采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。2. 控制引脚控制引脚包括 RESET(即 RST)、ALE、等。此类引脚提供控制信号，PSENEA有些引脚具有复用功能。（1）RST/VPD（9 脚）：当震荡器运行时，在此引脚加上两个机器时钟周期的高电平将使单片机复位（RST）。复位后应使此引脚电平为0.5V 的低电平，以保证单片机的正常工作

43、。（2）ALE/（30 脚）：当单片机访问外部存储器时，ALE（地址锁存允许）PROG输出脉冲的下降沿用于锁存 16 位地址的低 8 位。即使不访问外部存储器，ALE 端仍有周期性正脉冲输出，起频率为振荡器频率的 1/6。但是，每当访问外部数据存储器时，在两个机器周期中 ALE 只出现一次，即丢失一个 ALE 脉冲。ALE 端可以驱动 8 个TTL 负载。对于片内具有 EPROM 型的单片机 8751，在 EPROM 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。PROG（3）（29 脚）：此输出为单片机内访问外部程序存储器的读选通信号。在从PSEN外部存储器取指令（或常数）期间，每个机器周期 PSEN

44、两次有效。但在此期间，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。PSEN 同样可以驱动 8个 TTL 负载。（4）/（31 脚）：当保持高电平时，单片机访问的是内部程序寄存器EAPPVEA（对 8051、8751 来说），但当 PC（程序记数器）值超过某值（如 8751 内部含有 4KB EPROM。值为 0FFFH）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。当为低电EA平时，则不管是否有内部程序寄存器而只访问外部程序寄存器。对 8031 来说，因其无内部程序存储器，所以该引脚必须接地，即此时只能访问外部程序存储器。对于片内有 EPROM 型单片机，在 EPROM 编程期

45、间，此引脚用于施加编程电压 Vpp。3. 输入/输出引脚输入/输出（I/O）口引脚包括 P0口、P1口、P3口、P4口。精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业（1）P0口（P0.0P0.7）：为双向 8 位的三态 I/O 口，当作为 I/O 口使用时，可直接连接外部 I/O 设备。它是地址总线低 8 位及数据总线分时复用口，可驱动 8 个 TTL负载。以便作为扩展时地址/数据总线口使用。（2）P1口（P1.0P1.7）：为 8 位准双向 I/O 口，它的每一位都可以分别定义为输入线或输出线（作为输入时，口锁存器必须置 1），可驱动 4 个 TTL 负载。（3）P2口（P2.0P2.7）：为

46、 8 位准双向 I/O 口，当作 I/O 口使用时，可直接连接外部 I/O 设备。它是与地址总线高 8 位复用，可驱动 4 个 TTL 负载，一般作为扩展时地址总线高 8 位使用。（4）P3口（P3.0P3.7）：为 8 位准双向 I/O 口，是双功能复用口，可驱动 4 个TTL 负载。4.1.2 A/D 芯片芯片 ADC0809 及其工作原理及其工作原理在单片机的实时控制和智能仪器仪表等应用系统中，被控制或被测量对象的有关参数往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、速度等等。这些模拟量必须转换成数字量才能输入到计算机进行处理。实现模拟量向数字量的转换的器件就称为 A/D 转换器，常用

47、的 A/D 转换器有 ADC0809,MC14433,本文采用常见的 ADC0809。ADC0809 是一种逐次比较法的 A/D 芯片，它是通过最高位至最低位的逐次检测来逐步逼近被转换的输入电压，整个过程是个“试探”的过程。它是以 D/A 转换为基础，加上比较器、N 位逐次逼近寄存器和控制逻辑电路组成。在启动信号控制下，控制逻辑电路置 N 位寄存器的最高位为 1，其余为 0，经过 D/A 转换后得到一个占一半量程的电压 Vs，比较器将此电压与模拟输入量 VX 相比较，若 VsVX，则保留最高位为1，否则置最高位为零；依次从寄存器的最高位起重复上述过程，得出最后的数字量。转换的速度由时钟频率决定

48、，可以设计成较高的转换速度，一般在几微秒到上百微秒之间。其 ADC0809 原理图和引脚图如下图 4.3（a）和图 4.3（b）所示。XFER8 8位位数数据据存存储储器器8 8位位D DA AC C寄寄存存器器8 8位位D D/ /A A转转换换器器输输入入数数据据0D7D CSILE1WR1WR2LEREFV1OUTI2OUTIfbRAGNDCCVDGND图图 4.3 （a）ADC0809 的原理结构图的原理结构图精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业2-102-212-322-432-542-652-762-87EOC8AP3.0BP3.1CP3.5ALE12OE13START14C

49、LOCK15IN016IN117IN218IN319IN420IN521IN622IN723VCC24GND25U?ADC0809图图 4.3 （b）ADC0809 引脚图引脚图ADC0809 的引脚功能如下：IN0IN7：8 路模拟量输入线；2-12-8：8 位三态数据输出线，常用 D7D0表示； A、B、C：模拟通道选择输入线； ALE：通道锁存控制信号线，正跳变可锁存信息； CLOCK：转换时钟输入线，频率范围是 101200kHz，一般取 640Hz（转换速度为 100s）； START：启动转换控制信号输入线，上升沿清除寄存器，下降沿启动转换； EOC：转换结束输出信号，输出为宽为

50、8 的 CLK 周期的正脉冲； OE：输出允许控制信号输出线，为高电平时把转换结果送数据线； Vcc：主电源 +5V； GND：数字地；4.2 单片机的几个外围电路单片机的几个外围电路4.2.1 时钟电路时钟电路时钟电路是单片机的心脏，它控制着计算机的工作节奏。单片机的时钟产生方法有两种，内部时钟方式和外部时钟方式，在这里我们采用的是内部时钟方式。MCS-51 最常用的内部时钟电路是采用外接晶体（陶瓷震荡器的频率定性不高）和电容组成的并联谐振回路，STC89C51RC 单片机允许的震荡晶体可在 1.2MHz24MHz精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业之间选择，一般取 11.0592MH