基于单片机控制pwm整流电源的设计

基于单片机控制pwm整流电源的设计内容摘要：

a相交流侧电压 (t)开关函数表达式为 : (t)=(2 )/3 () 表 22 给出了不同开关模式调制时的 (t)的值。 从表中可以看出，三相整流器交流侧电压在调制过程中只取值士 Vdc/3，士 Vdc， 0。 (2)网侧 a相电感 端电压 (t) 由三相整流器交流侧回路易得网侧 a 相电感端电压 (t) (t)= (t) (t) 表 22 三相整流器不同开关模式调试时的交流测电压 (3)网侧 a相电流 ia(t) 当忽略整流器网侧 a相等效电阻时， a相电流 ia(t)即为 (t)=1/L* (t)dt=1/L* (4)直流侧电流 (t) 当忽略三相整流器桥路损耗时其交、直流侧的功率平衡关系为 联立式并化简得 : 又有 ia+ib+ic=0，因此可得，在任意开关模式下， (t)复现了不同相的网侧电流或其相基于单片机控制 PWM 整流电源的设计 10 反值。 (5)直流侧电压 (t) 由于 (t)波形为 PWM 波形，因而三相整流器直流侧电压必然脉动，其分析过程与单相时完全相同，即直流侧电流到直流电压的传递环节为一阶惯性 环节，且满足 : 其中， (s), (s)为 (t), (t)的拉氏变换量。 可见，当惯性时间常数 RC 取值越大，其直流电压 (t)的脉动幅值就越小。 3 核心芯片的选择 单片机的发展概况 近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。 单片机具有体积小、重量轻、耗能省、价格低、可 靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定位、汽车火花控制、交通自动管理和微波炉等专用控制上。 近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。 单片机并没有超脱冯诺依曼原理下的计算机的结构框架和工作原则，而是着眼于应用到更广阔的范围 :工业控制、数字显示、智能仪表、电子设备、汽车电控、农机、家电乃至儿童玩具的控制。 它不求规模大，只求小而全。 厂家在一个芯片上制成了 CPU 和一定容量的程序存储器和数据存储器以及一定数量的输入 /输出接口。 在一个大规模集成电路芯片上构造了 完整的计算机结构，故称之为单片机。 MCS51 系列中的一片 89C51 芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。 从 CPU、存储器到输入输出端口，一应俱全。 只要写入程序，就可完成中央控制或数据采集、处理及通信传输的信息处理机， 89C51 单片机指令系统中为适应控制的需要设有极强的位处理功能，具有加、减、乘、除指令。 CPU 时钟高达 12MHz，完成单字节乘法或除法运算仅需要 4Ns。 具有多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。 一般微处理器和有关元器件分军用和民用两级，民用产品主要用于办公室及机房环境 ，工作温度在 0℃ 700℃ ,军用产品要求在恶劣环境条件下稳定工作，工作温度在 65℃125℃。 工业级产品的性能介于以上两者之间，在 40℃ 85 ℃温度环境可正常工作。 工业产品可靠性比民用产品强，价格较军用品低。 在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选择工业级芯片，保证系统可靠性。 近年来，在国际上出现了 Mechanics 和 electronics 复合成的 Mechtronics 这个新词，我国译为“机电一体化”。 这种机械和电子技术、信息技术紧密结合的新的学科领域是先进制造技术研究和普及的结果。 机电一体 化产品要实现电器控制的实时性、高可靠性、可编程和一定的人工智能。 同时追求体积小、价格低，甚至低功耗等。 正是针对上述种种要江西理工大学应用科学学院毕业设计 11 求而设计的单片机自然成为机电一体化控制器的最佳选择。 单片机出现的历史并不长，它的产生与发展与微处理器的产生与发展大体上同步，也经历了四个阶段 : 第一阶段 :19711974 年， 4位微处理器 Intel 4004 及 8位微处理器 Intel 8008，这些计算机价格便宜、功能有限，只用于消耗类电子产品。 第二阶段 :19741978 年，初级单片机阶段，以 Intel 公司的 MCS48 为代表， 8位单片机。 第三阶段 :19781983 年，高性能单片机阶段。 以 Intel 公司的 MCS51, Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8等为代表。 这一阶段推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统、 16 位定时器 /计数器，有的片内还带有 A/D 转换器接口，片内 RAM, ROM 容量加大，寻址范围可达 64K 字节。 广泛应用于工业控制、外部设备控制、宏观控制、局部网络及家用计算机中。 第四阶段 :1983 年至今， 8 位单片机巩固发展及 16 位单片机推出阶段。 例如 Mostek 公司的 MK6800、 Intel 公司 的 MCS96 等。 MCS96 集成度为 12 万只品体管 /片，寻址范围 64K字节、 5 个 8 位并行口、一个全双工串行口、 4 个 16 位定时器、 8 通道 10 位 A/D 转换器等，另外 MCS96 指令能处理位、字节、字，有 16 位乘 16位乘法、 32 位除 16 位除法指令，一块单片计算机的功能可以和一台多片系统机相媲美。 单片机己经进入一个崭新的阶段。 基于单片机控制的特点。 这里所说的长寿命，一方面指用单片机开发的产品可以稳定可靠地工作十年、二十年，另一方面是指与微处理器相比的长寿命。 随着半导体技术的飞速发展， MPU更新换代的速度约来约快。 可以预见，一些成功上市的相对年轻的 CPU 核心，也会随着 I/O功能模块的不断丰富，有着相当长的生存周期。 新的 CPU 类型的加盟，使单片机队伍不断壮大，给用户带来了更多的选择余地。 8 位、 16位、 32 位单片机共同发展是当前单片机发展的另一个动向之一。 长期以来，单片机技术的发展是以 8 位机为主的。 随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭， 32 位单片机应用得到了长足的发展。 以Mororola68K 为 CPU 的 32 位单片机 97年的销售量达到了 8 千万枚。 过去认为由于 8位单片机功能越来越强 ， 32 位机越来越便宜，使 16 位机单片机生存空间有限，而 16位单片机的发展无论从品种和产量方面，近年来都有较大幅度的增长。 MUP 发展中表现出来的速度越来越快是以时钟频率越来越高为标志的。 而单片机则有所不同，为提高单片机抗干扰能力，降低噪音，降低时钟频率而不牺牲运算速度是单片机技术发展之追求。 改善单片机的内部时序，在不提高时钟频率的条件下，使运算速度提高了很多。 3. 低噪声和高可靠性技术。 在单片机应用中，可靠性是首要因素，位了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效的方 法。 今年来，单片机的生产厂家爱在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术，这些新技术表现在如下几点：首先，EFT 技术。 EFT 技术是一种抗干扰技术，它是指在振荡电路的正弦信号受到外界干扰时，其波形上会迭加各种毛刺信号，人使用施密特电路对其整形，则毛刺会成为触发信号干扰正常的时钟，在交替使用施密特电路和 RC 滤波电路时，就可以消除这些毛刺另其作用失效，从而保证系统的时钟信号正常工作。 这样，就提高了单片机工作的可靠性。 其次，低噪声布线技术及驱动技术。 在传统的单片机中，电源及地线是在集成电路外壳的对称引脚上，一般是在 左上、右下或右上左下的两块对称称点上。 这样，就使电源噪声穿过整块芯片，对单片机的内部电路造成干扰。 现在，很多单片机都把地线和电源引脚安排在两条相基于单片机控制 PWM 整流电源的设计 12 邻的引脚上。 这样， 不仅降低了穿过整个芯片的电流，另外还在印制电路板上容易布置 去耦电容，从而降低系统的噪声。 4. OTP 与掩膜。 OTP是一次性写入的单片机。 过去认为一个单片机产品的成熟是以投产掩膜型单片机为标志的。 由于掩膜需要一定的生产周期，而 OTP 型单片机价格不断下降，使得近年来直接使用 OTP 完成最终产品制造更为流行。 它较之掩膜具有生产周期短、风险小的特点。 近年来 ， OTP 型单片机需量大幅度上扬，为适应这种需求许多单片机都采用了在编程技术（ In Sytem Programming）。 为编程的 OTP 芯片可以采用裸片 Bonding 技术或表面贴技术，先焊在印刷版上，然后通过单片机上引出的编程线、串行数据、时钟线等对单片机编程。 解决了批量写 OTP芯片时容易出现的芯片写入器接触不好的问题，使得 OTP 的裸片得以广泛使用，降低了产品的成本。 编程线与 I/O 线共用，不增加单片机的额外引脚。 MCS51 单片机特点 单片微型计算机 (SingleChip Microputer),简称单片计算机 .就是将 CPU,RAM,ROM,定时 /计时器和多种接口集成在一块芯片上的微型计算机其主要特点如下 : 1片内存储容量较小 : 原因是受集成度的限制 .ROM 一般小于 8KB,RAM 一般小于 256B,但可以在外部扩展 .通常ROM,RAM 可分别扩展至 64KB. 2可靠性高 : 因为芯片是按工业测控环境要求设计的 ,故抗干扰的能力优于 PC 机 . 系统软件 (如 :程序指令 ,常数 ,表格 )固化在 ROM 中 ,不易受病毒破坏 . 许多信号的通道均在一个芯片内 ,故运作时系统稳定可靠 . 3便于扩展 : 片内具有计算机正常运行所必 需的部件 ,片外有很多供扩展用的 (总线 ,并行和串行的输入/输出 )管脚 ,很容易组成一定规模的计算机应用系统 . 4控制功能强 : 具有丰富的控制指令 :如 :条件分支转移指令 ,I/O 口的逻辑操作指令 ,位处理指令 . 5实用性好 : 体积小 ,功耗低 ,价格便宜 ,易于产品化 . 以上 MCS51 系列以其优良的性价比 ,在我国得到了广泛的应用 . 江西理工大学应用科学学院毕业设计 13 4 系统的硬件电路设计 系统总体框 图 系统总体设计框图 R3C4整 流滤 波电 路键 盘显 示A T 8 9 C 5 1A D C 0 8 0 9IGBTN P W M 和 驱 动 电 路123三 相 交 流 输 入U 0H e a r d 2L 1D 1 41系统总体设计框图 基于单片机控制 PWM 整流电源的设计 14 系统主回路电路图 42 系统主回路电路图 AC 端为输入端，输入一三相可控电源，经整流滤波后变为支流方波。 又经高频变换器逆变后（调压因为所输入的电源并不是我们所要求的输出电源），然后经过调宽方波整流滤波输出的为我们所要求的电源。 此过程为模拟信号的变换。 DC 输出模拟信号后 经过ADC0809 转换器，此时模拟信号转变为 数字信号经过取样器取样后于键盘输入的基准电压通过比较器比较。 此时振荡器产生一方波输入到脉宽调制（ PWM）中，此过程为 PWM 一启动过程。 比较器输入 PWM整流器中进行脉宽调制。 调制出来的方波基本符合我们所要求的输出电源。 此时 PWM输出的为数字信号，再接到 DAC0832 数模转换器，将数字信号转换为模拟信号，然后在输入到主电路当中。 整流滤波 高频变换器 调宽方波 整流滤波 脉宽调制 比较器 取样器 振荡器 基准电压 控制电路 AC DC 江西理工大学应用科学学院毕业设计 15 元件的选择 单片机的选型 AT89C51 AT89C51 是一种带 4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。 AT89C2051是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器 的单片机。 单片机的 可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。 该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS51 指令集和输出管脚相兼容。 由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器， AT89C2051 是它的一种精简版本。 AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价 廉的方 案。 43 芯片引脚功能 1. 主要特性： 与 MCS51 兼容 4K 字节可编程闪烁存储器 寿命： 1000 写 /擦循环 数据保留时间： 10 年 全静态工作： 0Hz24Hz 三级程序存储器锁定 128*8 位内部 RAM 32 可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 5个中断源 可编程串行通道 基于单片机控制 PWM 整流电源的设计 16 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2. 管脚说明： VCC：供电电压。