51单片机控制的数字触发器

liyf

    电力电子技术研究的内容包括三个方面：电力电子器件、变流电路和控制电路。电力电子变流技术在工业化领域有着广泛的应用。家用电器节能灯、电子拖动、电炉控制系统中已采用相控整流技术。但多数触发装置普遍是模拟的，调节十分的不便，触发精度差、故障率高。采用单片机来控制晶阐管的触发，是晶阐管应用的发展趋势。本文介绍了一种由8051单片机组成的触发控制系统，可实现高分辨率的数字触发器。
    1 系统硬件组成及其原理
    系统硬件组成如图1，被控对象是三相全控桥整流电路。控制电路由8051单片机及其外围电路组成。外围电路主要是由键盘电路、同步脉冲形成电路、驱动输出电路等组成。

http://www.eeworld.com.cn/mcu/2011/1228/file:///C:/Documents%20and%20Settings/liuce.TYCMC/Application%20Data/Fetion/temp/4a78a78172642e43ed69d5e4a4fef796.png

    1.1 控制角θ
    控制角θ是滞后自然换相点的电度角，在工频条件下，它和时间Tθ有如下关系：      Tθ=T/360*θ=(20*θ)/360=0.056ms    其中T是工频电源周期，θ是控制角。

    由上式可知，只要知道控制角就可以算出定时时间Tθ，采用定时计数器来完成对控制角的定时。8051单片机有两个定时计数器，可由程序选择作为定时器用或作为计数器用，定时时间或计数值也可由程序设定。随便选择定时或计数方式，其实质都是一样的。
    如果选择的是方式1的话，定时时间可由下式计算
    Td=（65536-x）*Tcy  
    其中Tcy=1μS  因为采用的是12MHz的晶振，x是计数值。
    分辨率为：φ=360/T*Tcy=0.018（度）
    方式1是16位的定时器，其最大的定时角度为：
    θmax=0.018*65536=1179.648（度）
    从上面可知，不论是分辨率还是移相范围都能达到令人满意的结果。
    1.2同步脉冲形成电路
    由于触发脉冲的自然换相点要与三相电源的线电压的过零点同步，所以要由同步脉冲形成电路产生同步脉冲。
    电路如图2所示,交流电经过降压后，由LM339过零比较器进等过零检测，然后经过光电隔离各微分电路输出脉冲信号，加到单片机外部中断引脚去作为同步信号。

http://www.eeworld.com.cn/mcu/2011/1228/file:///C:/Documents%20and%20Settings/liuce.TYCMC/Application%20Data/Fetion/temp/2c82f81b45c38bb45f4724f59214c7d4.png


同步脉冲形成电路主要由过零比较器、同步变压器及整形电路组成。三相交流电源经过变压器降压后从副边输出，然后送到过零比较器电路，在每一个电源周期的过零点将输出两个同步脉冲，一个周期内，三相电源将输出6个同步脉冲，这6个同步脉冲在相位上相差60度，在时间上就会相差3.333ms，它们就每隔3.33ms加到单片机的外部中断引脚INT0上。由于在三相桥式全控桥电路中，它的自 然换相点是线电压的过零，所以加在过零比较器电路的是线电压。
    1.3  触发脉冲形成电路
根据三相桥式整流电路对触发脉冲的要求，必须对应导通的一对晶阐管同时加触发脉冲。常用的方法有两种：一种采用宽脉冲触发，它要求触发脉冲的宽度大于60度；另一种采用双脉冲触发，即触发一个晶阐管时向小一个序号的晶阐管发补脉冲。关系如下：
触发的晶阐管    V1      V2      V3       V4      V5      V6
补发的晶阐管    V6      V1      V2       V3      V4      V5
在本文中将采用双脉冲触发方式，因为60度的脉宽在单片机中所对应的定时是比较长的，所以此方法不佳。采用双脉冲触发是，就要在软件设计时用标志旗的方法来标注，特别是V1，因为它并不是V0，它是V6，其余的都是Vn和Vn-1。
1.4  驱动电路
驱动电路主要由光电隔离和脉冲变压器组成。

http://www.eeworld.com.cn/mcu/2011/1228/file:///C:/Documents%20and%20Settings/liuce.TYCMC/Application%20Data/Fetion/temp/1411fd739ec29aa9f0973067be41e21a.png


2软件设计
2.1单片机部分
软件设计的流程图如下：采用双脉冲触发是，就要在软件设计时用标志旗的方法来标注，特别是V1，因为它并不是V0，它是V6，其余的都是Vn和Vn-1。
流程图如下：
http://www.eeworld.com.cn/mcu/2011/1228/file:///C:/Documents%20and%20Settings/liuce.TYCMC/Application%20Data/Fetion/temp/c91b8f4931623f816fe8e35daaabe4f5.png



设控制角为α，为使可靠触发，触发脉冲脉宽为15度，那么每一个周期的第一个脉冲上升沿所对应的时间Tup=α*T/360，其下降沿时间Tlow=(α+15)*T/360。这样只要定时器定相对的时间，就可以得到准确的触发脉冲。在编程时可以用计数的方式，把定时方式改为计数，Cup 、Clow。.
程序片段：
；***********输出触发脉冲程序*************
ORG     0003H
         AJMP    P_INT0
         ORG     0030H
P_INT0:
         MOV  TMOD,#11H
         MOV  TH0,#CUP_H    ;上升沿计数值高位
         MOV  TL0,#CUP_L    ;上升沿计数值低位
         MOV  TH1,#CLOW_H  ;下降沿计数值高位
         MOV  TL1,#CLOW_L   ;下降沿计数值低位
         MOV  IE, #8FH         
         SETB  TRO            
         SETB  TR1              
   SJMP  $
;********定时器0中断******************
ORG     00BH
T0_SERVE:
          SETB  P1.6
          RETI
;********定时器1中断******************
ORG     001BH
T1_SERVE:
          CLR   P1.6
          RETI
2.2 上位机部分
用VB打开一个窗口，上面建立一文本框，端口选择框，以及打开一个MSComm控件。用于上位机给下位机发触发角。

3外围电路
组合电路是从P1.6输出的同步脉冲与应该触发的晶阐管（P1.0"P1.5）脉冲相与，输出到驱动电路，这样就可以得到期满意的触发脉冲。
键盘显示电路是在无上位机的情况下，由自制键盘输入，并在LED上显示控制角。
采用单片机控制触发电路是未来晶阐管触发电路的趋势。但在环境恶烈的地方安全性不高。不过应用在实验室却是一种非常好的手段。