《智能交流稳压电源控制器设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能交流稳压电源控制器设计.doc（46页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、编号： 毕业设计(论文)说明书题 目：智能交流稳压电源控制器设计学院： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 实 验 师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 摘 要交流稳压电源已经广泛地应用于科学研究、经济建设、军事设施、医疗仪器以及人民生活等领域，而且用电设备对电源质量要求也日趋严格。传统的交流稳压电源采用模拟电路控制导致了诸如电路复杂、调试困难、元件易老化、输出性能低等固有缺点，已不能满足各种高精密和数字化用电设备的需求。而数字信号处理技术和高性能单片机控制器的应用，可以很好的解决传统
2、稳压电源稳态精度低，动态性能差，监控不易等难题。本文正是针对这一问题，设计开发一种高性能数字化交流稳压电源控制器。文章中使用AT89S52单片机作为主控制器，完成了系统的硬件设计。稳压电源控制器是由电压检测反馈装置、主控制器、电机驱动组成，其中单片机控制器是稳压控制系统的关键部分，负责对自耦调压器的输出电压反馈信号进行处理并输出脉冲控制信号来控制电机的运动。系统的硬件设计了电机驱动电路，电压信号的采集等电路。整个硬件系统结构紧凑，工作可靠。关键词：单片机；自耦调压器；步进电机AbstractWith the development of information technology, alte
3、rnate current stabilized voltage supply is widely used in scientific research, economic deVelopment,military facilities,medical equipment and so on, electric equipment is becoming strict with the power quality. The traditional power supply adopts analog control method which results in complicated ci
4、rcuit, difficulties for system debug, element aging and bad output waveforms. These have been unable to meet the needs of high precision and digital electric equipment. And the application of digital signal processing technology. This paper is aimed at this problem to design a digital high performan
5、ce power supply.This article has taken AT89C51 monolithic machine as controller, to accomplish the systematic hardware design. The voltage regulation controller is to be composed of voltage detecting device , host controller , electric motor driver, the Single-chip Microcomputer is the key component
6、 of the voltage regulation controller among these controller, it is used to process the voltage feedback signal of the automatic coupling voltage regulator, and output the pulse control signal to control electrical machinerys movement. The systematic hardware has designed that motor driver circuits
7、such as circuit, speed signal acquisition. Entire hardware system structure is compact, the work is reliable.Key words：Single-chip Microcomputer; automatic coupling voltage regulator;step motor目 录引言11 绪论11.1 课题背景11.2 高性能交流稳压电源的发展趋势22 总体方案设计32.1 设计要求32.2 方案设计所使用的知识介绍32.3 系统总体结构设计43 硬件设计53.1 单相自耦调压器53
8、.1.1 基本原理53.1.2 主要结构53.2 步进电机53.2.1 工作原理53.2.2 步进电机的结构分类73.2.3 步进电机的控制73.3 采样模块83.3.1 ADC0832的介绍93.3.2 单相桥式整流电路的结构及工作原理93.3.3 采样电路113.4 电机驱动模块123.4.1 ULN2003芯片介绍123.4.2 28BYJ-48步进电机介绍143.4.3 步进电机驱动电路143.5 单片机主控制模块153.5.1 AT89C51的介绍153.5.2 AT89C51控制部分电路图183.5.3 1602显示模块的介绍184 软件设计224.1 软件部分设计的功能224.2
9、 整体程序设计224.3 步进电机驱动程序设计235 硬件制作与调试调试265.1 系统PCB板的设计制作265.1.1确定PCB的大小265.1.2布局265.1.3布线275.2 硬件调试275.3软件调试276 总结28谢 辞29参考文献资料：30附 录31附录1 系统原理图：31附录2 PCB图32附录3 程序清单33引言当今世界人民的生活水平不断提高，很多大功率家用电器已经进入普通家庭，电器的广泛使用与电能供应之间的矛盾越来越突出。在用电高峰期，很多地方有电网电压严重下降的现象，而在用电低谷期，电网电压又会升得太高；在一些边远地区，电网电压长期偏低；一些负荷变化较快的地区，电网电压严
10、重波动。这些现象都很容易对用电设备造成损害，甚至有可能带来严重的损失。另一方面，一些医疗设备的工作电压需要很高，这就要求很高的电能质量。由此可见，高稳定度的交流稳压电源具有非常广大的应用空间。最常见、最便宜、最简单的稳压设备就是手动调节的圆柱形自耦调压器，可是它的输出不能自动随着电压的变化而变化。本设计就是对自耦调压器调压经行改造基础上结合单片机的应用而设计的能跟据电网电压自动输出稳定电压的智能交流电源控制器。1 绪论1.1 课题背景 电源是向负载提供优质电能的供电设备，位于市电与负载之间，是工业的基础。现在为了向工业自动化、计算机、电力工程、现代通讯、电子仪器、国防及某些高新技术提供高效率、
11、高质量、高可靠性的电源，电源技术己逐渐发展成为一门多学科互相渗透的综合性技术学科。所有用电设备对供电电压都有一定的要求。对于一般的电子设备，如果供电电压超出220V变化的10%以外，设备就有可能正常工作，甚至会损坏，甚至一些电子仪器对电压稳定的要求更加严格。稳压电源的功能是在输入电压或负载在一定范围内变化时自动保持输出电压基本不变，正是为满足负载的稳压需求而产生的。稳压电源己形成了一个独立的技术领域和一个巨大的市场，在工业、农业、科研、国防等各个方面得到越来越广泛的应用。传统的交流稳压电源基本都属于耗能型。其技术原理不外乎用稳压管或铁磁共振恒压变压器等非线性器件并辅以必要的电路实现对输出电压的
12、自动调整，线路成熟，理论比较完善。以利用磁饱和原理的交流稳压电源来讲，虽然寿命长、抗干扰性好、可靠性高、维护简单，但仍然存在着诸多难以克服的缺点：体积大，重量大，成本高，效率低，自耗电多，波形失真严重，稳压性能一般，做到1已属不易，所以这类电源还是存在一些先天不足。电力变换技术和控制理论的飞速发展、新型高效电力电子器件的不断涌现及微处理器技术的日新月异，稳压电源的发展也不断地被注入新的生机和活力。在国内，早在80年代初期，有一些仪表生产厂商，像正泰、郑州三晖等都瞄准这一最新发展方向，纷纷投入巨大的人力和物力，开展高性能逆变型交流稳压电源的研究。由于我国在电力电子技术领域的研究起步晚，发展的时间
13、相对还很短暂，致使其还不够完善和成熟，高性能交流稳压电源还处于研究阶段，高性能逆变型稳压电源在可靠性、实用性和可维护性等方面始终未能取得令人满意的结果，它的大规模推广使用，还需要做许多方面的工作。1.2 高性能交流稳压电源的发展趋势(1)智能化目前在研制高性能、高精度、多功能的仪器设备时，几乎没有不考虑采用微处理器的。以微处理器为主体取代传统仪器设备的常规电子线路，将计算机技术与控制技术结合在一起，组成新一代的所谓“智能化仪器设备。智能仪器解决了许多传统仪器不能或不易解决的难题，同时还能简化系统电路，提高系统可靠性，加快产品的开发速度。交流稳压电源一方面为仪器设备提供电能量，是仪器设备的“动力
14、源，另一面它本身就是仪器设备，因此，它有可能而且应当智能化。具体地说，智能化的交流稳压电源应当具有以下功能特点：操作自动化。系统的整个操作过程如键盘扫描、数据的采集处理、开关启动闭合及显示等都用微控制器来控制操作，实现操作过程的全部自动化。具有自检测功能，系统能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在系统启动时运行，同时也可在系统工作中运行，极大地方便了系统的维护。具有友好的人机对话能力。智能化的交流稳压电源使用键盘代替传统交流稳压电源中的切换开关。与此同时，智能交流稳压电源还通过显示屏将仪器的运行情况、工作状态以及测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使系统的操作更加方便直观。网络
15、管理能力。随着互联网技术应用日益普及和信息处理技术的不断发展，交流稳压电源通过RS485和以太网接口实现与上位PC机通信，从而使网络技术人员可以随时监视电源设备运行状态、各项技术参数；网络技术人员可通过网络定时开关电源，实现远程开关机等功能。(2)数字化在传统交流稳压电源中，控制部分是按模拟信号来设计和工作的。在六、七十年代，电力电子技术完全是建立在模拟电路基础上的。但是，数字信号处理技术日趋完善成熟，显示出越来越多的优点：避免模拟信号的畸变失真、减小杂散信号的干扰、便于计算机处理控制，也便于自诊断、容错等技术的植入。(3)模块化电源的模块化有两方面的含义，其一是指功率器件的模块化；其二是指电
16、源单元的模块化。我们常见的功率器件模块含有一单元、两单元、六单元直至七单元，包括开关器件和与之反并联的续流二极管，实质上都属于“标准功率模块(SPM)。近年，有些公司把开关器件的驱动保护电路也装到功率模块中去，构成了“智能化功率模块(IPM)，不但缩小了整机的体积，更方便了整机的设计制造。实际上，由于频率的不断提高，致使引线寄生电感、寄生电容的影响愈加严重，对器件造成更大的电应力(表现为过电压、过电流毛刺)。为了提高系统的可靠性，有些制造商开发了“用户专用功率模块(ASPM)，它把一台整机的几乎所有硬件都以芯片的形式安装到一个模块中，使元器件之间不再有传统的引线连接，这样的模块经过严格、合理的
17、热、电、机械方面的设计，达到优化完美的境地。它类似于微电子中的用户专用集成电路(ASIC)。只要把控制软件写入该模块中的微处理器芯片，再把整个模块固定在相应的散热器上，就构成一台新型的电源装置。由此可见，模块化的目的不仅在于使用方便，缩小整机体积，更重要的是取消传统连线，把寄生参数降到最小，从而把器件承受的电应力降至最低，提高系统的可靠性。另外，大功率的电源，由于器件容量的限制和增加冗余提高可靠性方面的考虑，一般采用多个独立的模块单元并联工作，采用均流技术，所有模块共同分担负载电流，一旦其中某个模块失效，其它模块再平均分担负载电流。这样，不但提高了功率容量，在有限的器件容量的情况下满足了大电流
18、输出的要求，而且通过增加相对整个系统来说功率很小的冗余电源模块，极大的提高系统可靠性，即使万一出现单模块故障，也不会影响系统的正常工作，而且为修复提供充分的时间。(4)绿色化电源系统的绿色化有两层含义：首先是显著节电，这意味着发电容量的节约，而发电是造成环境污染的重要原因，所以节电就可以减少对环境的污染；其次这些电源不能(或少)对电网产生污染，国际电工委员会(IEC)对此制定了一系列标准，如IEC555、IEC917、IECl000等。事实上，许多功率电子节电设备，往往会变成对电网的污染源：向电网注入严重的高次谐波电流，使电网电压耦合许多毛刺尖峰，甚至出现缺角和畸变。20世纪末，各种有源滤波器
19、和有源补偿器的方案诞生，为2l世纪批量生产各种绿色交流稳压电源产品奠定了基础。2 总体方案设计设计就是根据题目的要求而对硬件和软件进行规划，并选择最合适的硬件电路和软件程序来达到目的。硬件设计是通过对设计要求的分析，对各种元器件的了解，而得出分立元件与集成块的某些连接方法，以达到设计的功能要求。并且把这些元器件焊接在一块电路板上。它包括对各种元器件的功能和接法的了解，以及对各种元器件的选择和设计方案的选择。软件设计是分析设计的硬件用程序实现其功能，并且调试优化产品功能。2.1 设计要求具体要求：1. 输入电压 单相 160V-250V。 2. 过压保护 246V4V 3. 输出电压 单相 22
20、0V 4.稳压精度 相电压 220V3% 5. 频率 50Hz/60Hz 6. 调整时间90% 9. 负载功率因素0.8。2.2 方案设计所使用的知识介绍要实现方案设计，要有一定的知识为基础，知识的多少在一定程度上决定了设计出来的东西的好坏程度，这些知识包括硬件知识和软件知识。硬件知识用来设计硬件电路，以实现电路的放大、驱动、采集、隔离、匹配等功能。软件知识用来设计稳压控制器算法，还有其他的一些驱动和显示功能等等。本设计用到的硬件知识主要有：模拟电子技术、数字电子技术、电力电子技术、电子线路的设计与调试、单片机的输入输出的使用方法。2.3 系统总体结构设计（1）系统硬件电路的设计制作在硬件设计
21、方面，完成控制系统方案设计的论证和系统硬件控制电路的设计，并进行系统基本功能的调试工作，主要工作包括：方案论证：根据系统性能指标要求，确定系统的控制方案；原理图绘制：根据系统设计方案完成控制系统电路原理图的设计工作，包括本体电路设计和直流伺服电机驱动电路设计；硬件调试：制作PCB电路板，并进行硬件基本功能的测试。（2）系统控制软件的设计与实现按照控制系统技术指标的要求，对系统进行合理的分析与规划，寻求合适的控制规则并确定软件流程，主要工作包括：系统软件总体需求分析与设计；系统软件整体结构设计；系统各部分功能的软件实现；组成完整程序进行调试。系统结构框图如下图所示：单片机驱动电路自耦调压器采样电
22、路-输出LCD显示直流电机给定 +图2.1 系统原理框图本设计采用80S51单片机作为运算和控制的核心，由于80S51单片机内部带有EPROM，所以只需外部扩展一个0832A/D转换器，对自耦调压器的输出进行采样。给定由键盘输入，并在显示模块上显示出来，以单片机为核心的稳压控制器接收到给定之后，输出相应的脉冲信号，并经过由ULN2003芯片组成的驱动电源电路，完成单片机主控制电路，实现步进电机的运转。在反馈电路中，用变压器经行电气分离变压后，在经过桥式整流和ADC0832的转换把采样的模拟量转换成数字量送到单片机。将采样结果与给定值做比较，通过单片机和软件实现控制电机的正反转来驱动自耦调压器的
23、旋钮，以达到稳压的目的。同时，LCD1602实时显示自耦调压器的输出电压。3 硬件设计3.1 单相自耦调压器调压器就是匝比连续可调的自耦变压器，当调压器电刷借于手轮主轴和刷架的作用，沿线圈的磨光表面滑动时，就可以连续地改变匝比，从而使输出电压平滑地从零调节到最大值。 3.1.1 基本原理自耦调压器实质上是一种电压可连续调节的自耦变压器。其铁心有环式与柱式两种。柱式铁心与一般变压器相似，用硅钢片叠成；环式铁心则用硅钢带卷成。20kVA及以下的小容量自耦调压器多选用环式铁心；容量超过 20kVA者多采用柱式铁心。在环式自耦调压器的结构中，绕组用绝缘铜线单层绕在环式铁心上。线圈部分表面磨去绝缘层而成
24、光滑平面，用电化石墨做成的电刷与它相接触。电刷可借手轮在导线表面旋转滑动，从而改变输出电压。电流容量大于10A者，有用两个或多个电刷并联的。自耦调压器一般都制成自冷、干式。在容量特别大或使用环境特殊的场合，也有制成油浸自冷式。3个环式单相自耦调压器共轴配装,即可构成三相自耦调压器。3.1.2 主要结构（1） 单元结构： 7kVA以下为调压单元结构，由线圈、电刷、手轮、刻度盘以及底座、外罩等组成，三相及单相大容量调压器等由几个相同规格的单元组合而成。 （2） 单相组装结构：单相大容量调压器系由几个相同规格的单元组装而成，各单元接触组的电刷装在同一个主轴上，线圈输入端并联接，输出端连接平衡电抗器，
25、以平衡单元间电流分布并拟制环流。 （3） 三相组装结构：三相调压器由三个相同规格的单元同轴组装而成。绕组联接成星式。3.2 步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。3.2.1 工作原理步进电机是一种感应电
26、机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 。本设计采用28BYJ48型步进电机，该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图3.1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4
27、号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：a. 单四拍b. 双四拍 c八拍图3.2 步进电机工作时序波形图3.2.2
28、步进电机的结构分类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。 （1）永磁式步进电机永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。 （2）反应式步进电机反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。 （3）混合式步进电机混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进
29、电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 3.2.3 步进电机的控制步进电机的运行性能与控制方式有密切关系，步进电机伺服系统从其控制方式看，可以分为以下三类：（1）开环控制系统；（2）闭环控制系统；（3）半闭环控制系统。1. 开环控制系统步进电机最简单的控制方式就是开环控制，其原理如图33所示。在这种控制方式下，步进电机控制脉冲的输入并不依赖于转子的位置，而是按照固定的规律发出控制脉冲，步进电机仅依靠这一系列既定的脉
30、冲而工作。这种控制方式由于步进电机的独特性而比较适合控制步进电机，适合于我国的国情。负载步进电机驱动器脉冲序列发生器图33 步进电机开环控制原理图这种控制方式的优点：（1）控制简单；（2）实现容易；（3）价格较低。这种控制方式在控制中，负载对控制电路没有反馈，因此步进电机必须正确地响应每次励磁的变化，如果励磁变化太快，电机不能移动到新的位置，那么实际负载位置下理想位置就会产生一个偏差。在负载基本不变时，控制脉冲序列的产生较为简单，但是在负载变化可能较大的场合，控制脉冲序列的产生就很难照顾全面，就有可能出现失步等现象。依靠微机，可以实现一些较复杂的步进电机的控制脉冲序列的产生。这种控制方式的缺点
31、：（1）电机的输出转矩和速度不仅下负载有很大的关系，而且在很大程度上还取决于驱动电源和控制的实现方式；（2）精度不高，有时还会有失步、振荡现象。2. 闭环控制系统由于步进电机有精度不高的缺点，故在精度要求高的场合，可以采用步进电机的闭环控制系统，其原理框图如图3.4所示。这种控制方式是直接或间接地检测出转子(或负载)的位置或速度，这个驱动脉冲序列是根据负载或转子的位置而随时变化的。这种控制方式的实现方法很多，在要求精度很高的场合，结合微步驱动技术及微型计算机控制技术，可以实现很高的位置精度要求。负载步进电机驱动器脉冲序列发生器图34步进电机闭环控制原理图这种控制方式在运行中，闭环的实现需要增加
32、高精度的检测、反馈及控制元件，这使整个伺服系统的实现变得复杂，且价格急剧上升，甚至使步进电机的低价优势丧失。另外还有系统的稳定性等问题，所以在目前的步进电机伺服系统中较少采用。半闭环控制系统是介于开环控制与闭环控制之间的一种控制系统，应用不是很广泛。综上比较，在本设计中，对于经济实用型的步进电机28BYJ48的控制电路，当负载恒定时，可以选择闭环开环控制，以满足设计需求。3.3 采样模块单片机控制系统中通常要用到AD转换，根据输出格式，常用的AD转换方式可以分为并行AD和串行AD。并行方式一般在转换后可以直接接受，但芯片的引脚比较多；串行方式所用的芯片引脚少，封装小，但需要软件处理才能得到所需
33、要的数据。可是单片机I/O引脚本来就不多，使用串行器件可以节省I/O资源。3.3.1 ADC0832的介绍ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832的引脚排列和封装如下图所示：图3.5 ADC0832芯片（1）功能特点：ADC0832 具有以下特点：8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ，转换时间为32S；一般功耗仅为15mW；8P、14PDIP（双列直插）、PICC
34、 多种封装；商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C。（2）引脚介绍：CS:片选使能，低电平芯片使能。CH0:模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。CH1:模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。GND:芯片参考0 电位（地）。DI:数据信号输入，选择通道控制。DO:数据信号输出，转换数据输出。CLK:芯片时钟输入。Vcc/REF:电源输入及参考电压输入（复用）。3.3.2 单相桥式整流电路的结构及工作原理单相桥式整流电路如图3.6，图中T为电源变压器，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的交流电压u ，RL是要求直流供电的负载电阻，四只整流二极管D1D4
35、接成电桥的形式，故有桥式整流电路之称。单相桥式整流电路的工作原理可分析如下。为简单起见，二极管用理想模型来处理，即正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。同时假设整流变压器二次侧的电压为：其波形如图3.7所示。原理分析:如图3.6，在变压器二次侧电压u的正半周，其极性为上正下负，即a点电势高于b点，此时二极管D1、D3正向导通，D2、D4反偏截止，电流从变压器副边线圈的上端流出，只能经过二极管D1流向RL，再由二极管D3流回变压器。于是在负载电阻RL上得到一个极性为上正下负的半波电压uo。在导通时二极管的正向压降很小，可以忽略不计，因此，可认为uo的这半个波和u的正半波是相同的，如图4中的段所示。
36、其电流通路可用图3.6中实线箭头表示。在的u的负半周，其极性为上负下正，即a点电势低于b点，此时二极管D2、D4正向导通，D1、D3反偏截止，电流从变压器副边线圈的下端流出，只能经过二极管D2流向RL，再由二极管D4流回变压器。同理，在负载上得到一个半波电压，极性依旧是上正下负，与前面得到的相同，如图3.5中的段所示。其电流通路如图2.3中虚线箭头所示。图3.6 单相桥式整流电路图3.7 整流变压器二次侧电压u的波形图3.8 整流电路相应的输出电压与电流的波形综上所述，桥式整流电路利用了二极管的单向导电性，将四个二极管分为两组，根据变压器副边电压的极性分别导通，将变压器副边电压的正极性端与负载
37、电阻的上端相连，负极性端与负载电阻的下端相连，使负载上始终可以得到一个单方向的脉动电压（脉动电压即极性一定但大小变化的单向电压）。根据上述分析，可得桥式整流电路的工作波形如图3.8。由图可见，通过负载RL的电流iO以及电压uO的波形都是单方向的全波脉动波形。3.3.3 采样电路单片机控制系统中通常要用到AD转换，根据输出格式，常用的AD转换方式可分为并行AD和串行AD。并行方式一般在转换后可直接接收，但芯片的引脚比较多；串行方式所用芯片引脚少，封装小，但需要软件处理才能得到所需要的数据。可是单片机I/O引脚本来就不多，使用串行器件可以节省I/O资源。因此我们采用ADC0832数模转换器。如图3
38、.9示，自耦调压器的输出经过电源变压器T1后，次级输出6.3V交流电压，经过桥式整流后输出直流电压，经过电容滤波后成两路：一路经过三端稳压器7805输出稳定的5V电压，供80S51单片机作电源；一路经电阻分压后，作为自耦调压器输出电压的采样信号送到ADC0832转换输入端。单片机P3.6接ADC0832的CS，P3.4(接0832的CLK)作为时钟信号的输入端，P3.5（接0832的DO和DI）作为启动位、配置位的发送端以及A/D转换后输出数据的接受端。由于ADC0832在CS贬低后的前3个周期内，DO口为高阻态；转换开始后，DI线禁止，因此，DI端和DO端可以连接在一起。为了计算方便，当自耦
39、调压器的输出电压为255V时，我们把对应的A/D转换为满刻度（0FFH），因此，当调压器的输出电压为220V时对应的值为0DCH。把0DCH存入EPROM中，将采样值与之比较，并经过一定的运算后，决定直流电机的转动角度和转向，使得自耦调压器的输出电压保持在220V左右，达到稳压的目的。于此同时，将调压器的输出电压采样值和给定值经过数制转换后送到LCD显示。图3.9采样电路原理图3.4 电机驱动模块3.4.1 ULN2003芯片介绍概述与特点：ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。 该电路的特点如下：ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基
40、极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路。直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。3.10 ULN2003方框图ULN2003内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和
41、压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。 ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，单独每个单元驱动电流最大可达350mA，9脚可以悬空。比如1脚输入，16脚输出，你的负载接在VCC与16脚之间，不用9脚。 ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。
42、ULN2003 是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。 图3.11 ULN2003芯片引脚图ULN2003芯片引脚介绍：引脚1：CPU脉冲输入端，端口对应一个信号输出端。 引脚2：CPU脉冲输入端。 引脚3：CPU脉冲输入端。 引脚4：CPU脉冲输入端。 引脚5：CPU脉冲输入端。 引脚6：CPU脉冲输入端。 引脚7：CPU脉冲输入端。 引脚8：接地。 引脚9：该脚是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。如果该脚接地
43、，实际上就是达林顿管的集电极对地接通。 引脚10：脉冲信号输出端，对应7脚信号输入端。 引脚11：脉冲信号输出端，对应6脚信号输入端。 引脚12：脉冲信号输出端，对应5脚信号输入端。 引脚13：脉冲信号输出端，对应4脚信号输入端。 引脚14：脉冲信号输出端，对应3脚信号输入端。 引脚15：脉冲信号输出端，对应2脚信号输入端。引脚16：脉冲信号输出端，对应1脚信号输入端。3.4.2 28BYJ-48步进电机介绍步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从
44、而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。28BYJ48型四相八拍步进电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。）。表
45、3.1驱动方式：（4-1-2相驱动）导线颜色123456785红+4橙3黄2粉1蓝3.4.3 步进电机驱动电路由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口，如下：红线接电源5V，橙色电线接P2.7口，黄色电线接P2.6口，粉色电线接P2.5口，蓝色电线接P2.4口。图3.7 步进电机驱动电路3.5 单片机主控制模块3.5.1 AT89C51的介绍AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）。该器件采用ATMEL高密度非易失
46、存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51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。AT89C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。AT89C51的封装形式及引脚排列如图3.8所示：图3.8 AT89C51芯片（1）功能特点：具有8K字节在系统可编程的Flash存储器，256字节的RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工（UART）串行口通道，片内晶振及时钟电路，三级加密程序存储器，电源下降标志。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继
