人造金刚石压机低频加热系统毕业论文(编辑修改稿)

人造金刚石压机低频加热系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

路 降压电路 降压电路采用 LM317稳压电路进行电压调节。 LM317是 可调节 3端正电压稳压器 ， 具有 在输出电压范围 37V时能够提供超过 、 典型线性调整率 %、 典型负载调整率 %、 80dB纹波抑制比 、 输出短路保护 、 过流、过热保护 、 调整管安全工作区 保护 的特性。 其封装形式如图 ： 图 LM317封装形式 用 LM317T制作可调稳压电源，常因 电位器接触不良使输出电压升高而烧毁负载。 如果增加一只三极管（如 图 ），在正常情况下， Q1的基极电位为 0， Q1截止，对电路无影响；而 当 R1接触不良时， Q1的基极电位上升，当升至 ，导通，将 LM317T的调整端电压降低，输出电压也降低，从而对负载起到保护作用。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 43 页 图 LM317调压电路 决定 LM317输出电压的是电阻 R1和 R2的比值 ， R2是一个固定电阻 .因为输出端的电位高 ,电流经 R1, R2流入接地点 . LM317的控制端消耗非常少的电流 ,可忽略不计 .所以 , 控制端的电位是 I x R1,又因为 LM317 控制端 , 输出端接脚间的电位差为 V,所以 Out(输出）的电压是 : 1* RIV out  ；接下来计算 I， out与 adj接脚间的电位差为 ，电阻为 R1，所以电流是： ，输出电压计算公式为 ：   RRV o u t 可控硅驱动电路设计 驱动电路的设计 电力 MOSFET是一种单极型的电压控制器件，不仅有自关断能力，而且有驱动功率小，开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点 ,电力 MOSFET种类和结构有许多种，按导电沟道可分为 P沟道和 N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分，在电力电子装置中，主要应用 N沟道增强型。 电力 MOSFET大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流能力。 电力 MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的，因为它的驱动电路相对简单， 当栅极电压超过开启电压且较小时， MOS工作 在线性区，此时源极与漏极之间电流与栅极电压成线性关系；当栅极电压超过某个值时， MOS工作在饱和区，此时源、漏之间的电流为一恒定值。 MOS的一个主要特征是栅极与源极之间具有很大的电阻，从而可 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 43 页 以实现栅极与驱动部分的信号隔离。 电力 MOSFET的应用选择应该综合各方面的限制及要求，首先应考虑漏源电压 DSV 的选择，在此上的基本原则为 MOSFET实际工作环境中的最大峰值漏源间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90%。 其次考虑漏极电流的选择，基本原则为 MOSFET实际工作环 境 中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏极电流的 90%；漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90%。 接着是驱动要求， MOSFET的驱动要求由其栅极总充电电量 Qg参数决定，在满足其他要求的情况下，尽量选择 Qg小者以便驱动电路的设计，驱动电压选择在保证远离最大栅源电压前提下使 Ron尽量小的电压值，小的 Ron值有利于减小导通期间的损耗，小的 Rth值可减小温度差，有利于散热。 综合以上的选择参数，为了让电路有较大的余量和考虑到元器件选购的因素，决定采用 IRF540，下面是 IRF540的参数表： 参数 符号 额定值 单位 漏 源电压 vDSS 100 V 栅 源电压 VGS  20 V 连续漏极电流 ID 27 A 脉冲漏极电流 IDM 108 A 耗散功率 PD 125 W 最高结温 TJ 150 ℃ 存贮温度 TSTG 55150 ℃ 接着是对 IRF540驱动电路的设计， 作为一个开关电源 一个好的 MOSFET驱动电路的要求是： ⑴ 开关管开通瞬时 ,驱动电路应能提供足够大的充电电流使 MOSFET栅源极间电压迅速上升到所需值 ,保证开关管能快速开通且不存在上升沿的高频振荡 ； ⑵ 开关管导通期间驱动电路能保证 MOSFET栅源极间电压保持稳定使可靠导通 ； ⑶ 关断瞬间驱动电路能提供一个尽可能低阻抗的通路供 MOSFET栅源极间电容电压的快速泄放 ,保证开关管能快速关断 ； ⑷ 关 断期间驱动电路最好能提供一定的负电压避免受到干扰产生误导通 ； ⑸ 另外要求驱动电路结构简单可靠 ,损耗小 ,最好有隔离。 驱动电路设计如图 ： 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 43 页 图 可控硅驱动电路 采用 用图腾柱的驱动电路方式用来为 MOSFET匹配电压以及提高驱动能力， R5和 R7提供了 PWM电压基准，通过改变这个基准，可以让电路工作在 PWM信号波形比较陡直的位置。 这个电路提供了如下的特性： 1. 用低端电压和 PWM驱动高端 MOS管 ； 2. 用小幅度的 PWM信号驱动高 门 电压需求的 MOS管 ； 3. 通过使用合适的电阻，可以达到很低的功耗。 低频的实现 低频是指频率在工频 50HZ以下，降低频率可以使电路感抗降低，从而减少能量损失，提高电效率。 电源频率的改变是通过改变可控硅的开关频率来实现的。 通过单片机对电压的采集分析 通过数码管显示出来后，让操作者判断炉腔内温度的变化然后通过按键来改变 PWM输出的占空比以及载波周期，驱动可控硅开关频率的改变而实现对频率的调节。 调压的实现 系统要求的输出空载电压在 3V到 7V之间可调是通过控制可控硅的开关实现的。 可控硅存在一个开启电压，当栅源电压高于开启电压的时候可控硅导通，漏极和源 极导电，形成电压输出。 电压的调节是通过改变 PWM控制信号的占空比实现的，占空比越大则可控硅导通的时间越长，输出电压升高，反之则降低。 在设计 PWM控制信号的时候应该注意不要使栅源之间的电压过高，防止其绝缘层击穿， 在程序中设置一个电压比较参数，让可控硅尽量的工作于非饱和区和截止区之间。 稳压 电源 设计 稳压电源 是能为负载提供稳定交流电源或 直流 电源 的电子装置 ，在电子制作电路中是必不可少的。 78L05 是一种固定电压 (5V)三端集成稳压器 ,其适用于很多应用场合。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 15 页 共 43 页 78L05 的特性： 三端稳压器 、 输出电流可达 到 100mA、 无需外接元件 、 内部热过载保护 、 内部短路电流限制。 78L05 输出端应注意接滤波电容 ，大电容滤除低频波，小电 容滤除高频波，根据这个原则选择滤波电容的大小。 稳压电源 电路 原理图如图 所示 图 稳压电源电路 主控模块 主控模块主要实现的功能是： 输出 PWM信号控制可控硅的开关进行电压调节，利用 PWM控制可控硅的开关频率改变频率，分析 AD口接收的电压信号进行显示，扫描按键的动作进行电压和频率的可控连续调节。 ATMEGA16 单片机简介 控制系统采用单片机控 制，采用 AVR系列单片机中的 ATMEGA16单片机作为主控芯片，其主要的功能是扫描按键开关的动作进行判断，改变 PWM控制波形的占空比输出控制可控硅的开关时间和频率，并分析 AD口接收的电压反馈信号进行数码显示。 ATMEGA16的产品特性： ⑴ 高性能、低功耗的 8 位 AVR微处理器 ； ⑵ 先进的 RISC 结构 ： 131 条指令 、 大多数指令执行时间为单个时钟周期 、 32个 8位通用工作寄存器 、 全静态工作 、 工作于 16MHz时性能高达 16MIPS、 只需两个时钟周期的硬件乘法器 ； ⑶ 非易失性程序和数据存储器 ： 16K字节的系统 内可编程 Flash： 擦写寿命 10,000次 、具有独立锁定位的可选 Boot代码区 ， 通过片上 Boot程序实现系统内编程 ， 真正的同时读写操作 、 512 字节的 EEPROM： 擦写寿命 100,000次 ； 1K字节的片内 SRAM； 可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密 ； ⑷ JTAG 接口 ( 与 IEEE 标准兼容 )： 符合 JTAG标准的边界扫描功能 、 支持扩展的片内调试功能 、 通过 JTAG 接口实现对 Flash、 EEPROM、熔丝位和锁定位的编程 ； ⑸ 外设特点 ： 两个具有独立预分频器和比较器功能的 8位定时器 / 计数器 、 一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的 16 位定时器 / 计数器 、 具有独立振荡器的实时计数器 RTC、 四通道 PWM、 8路 10位 ADC： 8个单端通道 、 TQFP封装的 7个差分通道 ； 2个具有可 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 16 页 共 43 页 编程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 、 面向字节的两线接口 、 两个可编程的串行USART、 可工作于主机 / 从机模式的 SPI 串行接口 、 具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器 、 片内模拟比较器 ⑹ 特殊的处理器特点 ： 上电复位以及可编程的掉电检测 、 片内经过标定的 RC 振荡器 、 片内 / 片外中断源 、 6种睡眠模式 : 空闲模式、 ADC 噪声抑制模式、省电模式、掉电模式、 Standby 模式以及扩展的 Standby 模式 ⑺ I/O 和封装 ： 32个可编程的 I/O口 、 40引脚 PDIP封装 , 44引脚 TQFP封装 , 与 44引脚MLF封装 ⑻ 工作电压 :ATmega16L： 、 ATmega16： ⑼ 速度等级 ： 08MHz ATmega16L、 016MHz ATmega16 DIP封装的 ATMEGA16的引脚配置如下图。 ATMEGA16内部结构主要包括有 ALU部件 、 三个具有比较模式的灵活的定时器 / 计数 器 (T/C)、 片内 /外中断 、 可编程串行USART、 有起始条件检测器的通用串行接口， 8路 10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装 ) 的 ADC、 具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个 SPI串行端口 等。 ALU 与 32 个通用工作寄存器直接相连 ， 寄存器与寄存器之间、寄存器与立即数之间的 ALU 运算只需要一个时钟周期。 ALU 操作分为 3类：算术、逻辑和位操作 ， 此外还提供了支持无 / 有符号数和分数乘法的乘法器。 其他的引脚功能为： VCC：数字电路的电源； GND：地； PA口： 做为 A/D 转换器的模拟输入端 ， 端口 A为 8位双向 I/O口 ， 具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 A处于高阻状态 ； PB口： 端口 B为 8位双向 I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 B处于高阻状态 ； PC口： 端口 C为 8位双向 I/O口，具有可编程的内 部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 C处于高阻状态。 如果 JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5(TDI)、 PC3(TMS)与 PC2(TCK)的上拉电阻被激活 ； PD口： 端口 D为 8位双向 I/O口，具有可编程的内部上拉电阻。 其输出缓冲器具有对称的驱动特性 ， 可以输出和吸收大电流。 作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，则端口被外部电路拉低时将输出电流。 在复位过程中，即使系统时钟还未 起振，端口 D处于高阻状 ； RESET: 复位输入引脚 ,持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位 ； XTAL1: 反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端 ； XTAL2: 反向振荡放大器的输出端 ； AVCC： AVCC是端口 A与 A/D转换器的电源。 不使用 ADC时 ， 该引脚应直接与 VCC连接 ， 使用 ADC时应通过一个低通滤波器与 VCC 连接 ； AREF： A/D的模拟基准输入引脚。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 17 页 共 43 页 图 ATMEGA16单片机引脚图 单片机外围电路 XTAL1 与 XTAL2 分别为用作片内振荡器。