直流发电机组励磁调节回路研制毕业设计（论文）.doc

《直流发电机组励磁调节回路研制毕业设计（论文）.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流发电机组励磁调节回路研制毕业设计（论文）.doc（52页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、毕业设计（论文）任务书 信息与电气工程 院 电气工程 系（教研室）系（教研室）主任： （签名） 年 月 日学生姓名： 学号： 专业： 电气工程及其自动化 1 设计（论文）题目及专题： 直流发电机组励磁调节回路研制 2 学生设计（论文）时间：自 年 2 月 16日开始至 年 6月7 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料： (1) 有关介绍直流发电机工作原理的书籍资料 (2) 有关介绍直流可调稳压电压的书籍资料 (3) 有关介绍单片机原理与应用的书籍资料 4 设计（论文）应完成的主要内容：熟悉可调直流稳压电源的基本原理与设计方法，根据直流发电机组励磁电源的技术要求，设计一套可调的直流稳压电源装置

2、，其基本技术指标为：电压在0200VDC之间连续可调，最大输出电流为20A，输出电压稳定度为1%（额定电压时）。要求完成主电路和控制电路的原理线路图设计、主电路参数计算、元器件选型和控制软件开发，其中主电路采用单相桥式全控整流电路，控制电路采用单片机作为控制器。 5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求： (1) 论文打印件及电子版 (2) 原理线路图、元器件表及单片机源程序 6 发题时间： 年 2 月 15 日指导教师： （签名）学 生： （签名）摘要 现代生活离不开电机，在形行色色的电机中直流电机由于其调速性能好受到了很大的青睐。随着现代生活的发展，越来越对具有稳定的、调速

3、性能优越的直流电机提出了更高的要求，而直流电机的能量来源主要是稳定的直流电。目前市场上产生直流电的方法是直流发电机、交直流变换，但其中直流发电机也需要直流电的驱动，所以问题的关键是如何利用市面上广泛存在的交流电获得直流电也就是如何实现交直流变换是我们要解决的重要问题。然而市面上存在的稳压直流电源大都是只有固定的3V、5V、15V 等这种单一的直流电源，它们的缺点是不能根据用户自己的需求自己设定变化的值。随着电力电子技术以及相关控制技术的迅速发展，使得设计连续可调的宽范围的交直流变换成为可能。本课题旨在利用市面上广泛存在的交流电来实现交直流的变换，且变化范围从0-200V连续可调。本课题直流电源

4、的基本环节包括交流电源、交流变压器变压、整流电路整流、滤波稳压电路稳压等环节。本课题介绍了宽范围的直流稳压电源的实现方法，通过AT89S52单片机的控制来实现电压在0-200DCV之间连续可调。课题设置了过零检测电路，单片机检测到过零点后，通过延时函数来触发桥式电路的IGBT。同时课题分析了稳压工作原理和电压调节方法，给出了主电路的仿真图形，编写出了相关的控制程序。课题仿真的波形证明了该方法设计的电源具有电压调整简便、电压输出稳定等特点。关键词：直流发电机；励磁回路调节；单片机控制；ABSTRACTModern life is inseparable from the motor , the

5、shape seems in colored DC motor speed due to its good performance has been greatly favored , with the development of modern life, more and more on the stability of the superior performance of DC motor speed control proposed a higher demand , while the main energy source for the DC motor is stable DC

6、 current method of generating direct current DC generator on the market , AC-DC conversion , but also requires DC DC generator driven , so the key question is how widespread is the use of alternating current market is how to get the DC AC-DC conversion is an important problem we have to solve . This

7、 paper aims to use alternating current to achieve widespread market AC-DC conversion . With the rapid development of power electronics technology, the DC power is widely used, which directly affects the performance of electrical equipment or control systems. Currently, the market fundamental aspects

8、 of a variety of DC power supply roughly the same , are included AC power , the AC transformer, rectifier circuit, filter regulator circuit. This paper describes the methods and principles used in the SCM system DC power supply , controlled by the microcontroller to achieve a numerical trigger circu

9、it regulating power supply , and the analysis of the working principle of the regulator and voltage regulation method is given main circuit simulation graphics . The power supply has a voltage adjustment is simple, stable output voltage , easy intelligent management features.Keywords: DC generator;

10、excitation regulation; SCM;目 录第一章 绪论11.1电源技术的发展概况11.2本课题的提出21.3本课题的任务要求2第二章 系统功能元件基本原理32.1直流发电机的基本原理32.1.1直流发电机简介32.1.2直流发电机的原理32.2 IGBT管的基本原理及特性42.2.1 IGBT的工作原理42.2.2 IGBT的特性与参数42.2.3 IGBT的保护62.3直流稳压电源的原理62.3.1单片机的供电稳压电源62.3.2主电路的输出电压稳压7第三章 系统的硬件设计93.1系统的总体介绍93.2系统主电路的设计103.2.1主电路变压器参数的计算和选型103.2.2

11、主电路IGBT的计算与选型103.2.3主电路的电路原理图113.3系统控制电路的设计133.3.1 AT89S52单片机143.3.2键盘输入模块电路153.3.3检测模块173.3.4 A/D转换模块193.3.5显示输出模块213.3.6 IGBT触发电路24第四章 系统的软件设计284. 1 PI控制原理284.1.1过程控制的基本概念284.1.2 模拟 PI 调节器：284.1.3 数字 PI 控制器294.2标准PI算法积分项的改进304.3数字PI参数的选择304.3.1 采样周期的选择314.3.2 数字 PI 控制参数的选择324.4 中位值滤波技术324.5控制程序设计3

12、34.5.1主程序334.5.2中断应用334.5.3键盘中断344.5.4系统程序框图34第五章 系统的PSIM仿真365.1 PSIM介绍365.2仿真图形365.2.1仿真原理图365.2.2仿真参数设置375.2.3仿真波形38第六章 结论39参考文献40致 谢41附录A 课题电路总体原理图42附录B 相关程序43第一章 绪论1.1电源技术的发展概况市面上的电源多为交流电源，交流电源由于其供电不够稳定往往使得电子设备工作不正常，所以需要把交流电源变化成直流电源。交流变直流电源设备就是把交流电变为直流电源的设备。交直流电源一般具有输出电压稳定低纹波的特点。传统的交直流电源都是采用惠登斯桥

13、电路，这种电路损耗大效果差，随着电力电子技术的发展逐渐被取代。电力电子技术是对电能进行电力电子变换的技术，它伴随着电力电子器件的发展而发展，电力电子器件的发展给人民的生活带来了很大的变化，现在电力电子技术的应用越发广泛。电源是电力电子技术发展带来的重大改变的领域之一，随着新的电子元器件、新的材料、新的控制技术的应用，电源技术得到前所未有的发展。1区别于传统的电源，采用逆变技术的电源具有许多方面的优越性： 1. 电压或电流的幅度和频率可灵活地调节，采用PWM控制的电源技术使电源能够根据用户的需要灵活的改变输出值。 2. 逆变电路可以把直流电转换成很多其他形式的直流电，这样可以满足不同的需求。 3

14、.逆变技术使得用电设备的体积和重量减少。 4采用逆变技术的电源优越性表现在：1) 采用变频技术调压相比于传统的调节电动机的通电时间的占空比要降低能量的消耗，因为传统的电动机要改变电动机的状态如启动与停止。2)变压器的体积和重量减少，变压器的线圈匝数与面积减少这都会减少了变压器的无功损耗。3)在逆变电源中功率因素约为1,然而在整流式的电源设备中功率因素不会超过0.8,所以逆变电源的节能效果比较明显。25. 随着技术的发展逆变的工作的频率越来越高控制的速度也变得越来越快，这样使得对系统的保护也变得越来越快。随着生活的节奏加快我们的生活也对现代的电子设备提出了更高的要求，同时对电源的性能有更高的要求

15、。对于特定用途的电源在要求安全可靠高效的同时高功率低噪音省电节能也变成了用户选择电源的一个参考的性能指标。可以预见，伴随着生活方式的改变对电源的要求将会越来越高。电力电子技术的发展以及制造工艺的进步必然会产生新的更好的电力电子器件，同时控制技术的成熟必将推动电源技术的发展。1.2本课题的提出目前国内外主要研究的是固定的输出一组或几组稳压的电源，还没有研究连续可调的稳压电源。很多时候我们往往需要用同一个电源装置来实现不同稳压电源输出的要求，比如我们有时候需要3V的,有时候需要30V、50V的电源等等。现在一般市场只有单独3V或者单独15V的电源，没有将他们结合或者制作出根据用户自己的需要来自己设

16、置的电源装置，而这种装置既能够稳压又能够显示输出同时还能够对电路具有保护作用。本课题就是基于这样一个思想而提出的的，目标是基于单片机的控制设计出一个能够连续可调的宽范围的直流稳压电源。1.3本课题的任务要求本课题的主要任务是熟悉可调直流稳压电源的基本原理与设计方法，根据直流发电机组励磁电源的技术要求，设计一套可调的直流稳压电源装置，其基本技术指标为：（1） 电压在0-200VDC之间连续可调；（2） 最大输出电流为20A；（3） 输出电压稳定度为1%（额定电压时）。要求完成主电路和控制电路的原理线路图设计、主电路参数计算、元器件选型和控制软件开发。第二章 系统功能元件的基本原理2.1直流发电机

17、的基本原理2.1.1直流发电机简介能把机械能转化为直流电能的设备是直流发电机。直流发电机主要为直流电动机的驱动、工业电解、电镀，直流充电及交流发电机的励磁等提供良好的直流电能。32.1.2直流发电机的原理在如图2-1所示的电路中可动的圆柱铁芯在固定磁极N-S下面。当用原动机拖动圆柱的铁芯转动时，铁芯在磁极下面转动就会切割磁感线，根据法拉第电磁感应定律，铁芯两端就会产生电压。在2-1图示中，在T0时刻铁芯逆时针旋转，根据右手定则ab端的电压为为a为正极性，b为负极性。同理对于cd边，d为正极性，c为负极性。从而在T0时刻A为负极性，B为正极性。当原动机拖动发电机的铁芯转动到T1时刻的位置时，根据

18、右手定则对于ab边，a为正极性b为负极性，对于cd边此时c为正极性，d为负极性。这样A为负极性端，B为正极性端。同理分析知道不管线圈是在什么位置A总是为负极性，B总是为正极性。 图2-1 直流电机原理图从图2-1下图可以看到元件感应出来的电压为大小相同方向相反的交流电压，而电源引出来的电压为直流电压。这是因为线圈随着原动机在转动的时候感应出来的电动势也在改变，但是接到AB端的电压方向是不变的。2.2 IGBT管的基本原理及特性2.2.1 IGBT的工作原理由于主电路采用了IGBT元件，所以在这里首先简要介绍IGBT的原理，以方便地三章的叙述。如图2-2所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管（I

19、GBT）结构。在IGBT中引出三个引脚，分别为在N+源区上的源极E，控制区栅区上的门极G，还有漏区上的漏极C。如图2-3所示为IGBT的等效电路图。控制IGBT导通时Uge过低，则IGBT不能正常的工作器件没有导通。如果Uge过高则IGBT可能永久的损坏。当IGBT的集电极与发射极之间的电流超过容许的最大电流时，IGBT也会永久性损坏。 图2-2 IGBT结构图 图2-3 IGBT等效电路图 2.2.2 IGBT的特性与参数1. IGBT 的伏安特性和转移特性如图 2-4(a)所示，IGBT 的反向电压承受能力很差。从曲线中可知，IGBT的反向阻断电压UBM比较小，这就使得需要承受高反压场所时

20、IGBT不能使用。如图2-4(b)所示为IGBT 的伏安特性曲线，从图中可以考到栅极发射极电压UGE与IC的关系。UGE越高，IC越大。当UGEUGE(TH)(开启电压，一般为6伏)图2-4 IGBT的特性图时，IGBT开通，其输出电流 IC与驱动电压UGE基本呈线性关系。当 UGEUGE(TH)时，IGBT关断。2.IGBT 的参数特点 （1） IGBT 的开关特性较好：其开通的速度比较快，相比于GTR，IGBT开通时间是同容量GTR的 1/10。IGBT开通时间ton定义为从驱动电压UGE的脉冲前沿上升到最大值UGEM的 10%所对应的时间起至集电极电流IC上升到最大值ICM的90止所对需

21、要的时间。ton又可分为开通延迟时间td(on)和电流上升时间tr两部分。td(on)是从10UCEM电压变化到10ICM电流所需的时间，tr定义为IC电流从10ICM上升至 90ICM电流所需要的时间(如图 2-5所示)。则开通时间ton为： （ 21）IGBT的关断速度也比较快，在关断过程中，漏极电流的波形变为两段。因为MOSFET再关断之后，在晶体管存储的电荷不能够迅速消除，td(off)为关断延迟时间定义为从驱动电压UGE的脉冲后沿下降到90UCEM处起至集电极电流下降到10ICM处所经过的时间，tf是指电流从90ICM下降至10ICM所需的时间，tf由tfi1(由IGBT中的MOS管

22、决定)和Tfi2(由IGBT中的PNP晶体管决定)两部分组成。所以漏极电流的关断时间为： （ 22）IGBT的开关时间与其内部的PN结的饱和程度有过，所以集电极电流、栅极电阻以及结温等参数都对开关时间有影响。其中栅极电阻RG对开关时间影响较大。 图2-5 IGBT开关特性2.2.3 IGBT的保护IGBT输入阻抗比较高会发生静电击穿的现象，所以在使用时要采取防静电干扰措施。在大电流、高电压的场合，使用IGBT时必须对其采取一定的保护措施，以防器件损坏减少所需的费用。而对于IGBT一般采用的是过电流和过电压保护。【3】(1) 过电流保护IGBT应用于电力领域时，对于在正常范围内（例如负载的突变、

23、电机的起动等）系统能自动调节和控制在一定系统能够容许的范围中，这样才不会损坏 IGBT。然而对于非正常的短路故障电流将会非常大，如果不采用保护，器件将会被烧坏，所以要实行过流保护，通常的做法是： 去除IGBT的触发信号：当检测电路检测出过流信号后，利用单片机迅速在 2us 内去除触发信号使电路关断从而保护电路和器件。 有时候过电流是暂时的扰动引起，系统不能一检测出过电流就把电路切断，这不符合供电的稳定性要求。所以一般的做法是如果检测到过流故障信号，首先把栅压降到某一合适的电平然后启动定时器，在这段时间如果故障能够自行消失，就重新把栅压恢复到正常的工作值；若一段之后故障仍未消除，就把触发电压去除

24、。（2）过电压保护一方面虽然IGBT的安全工作区宽但是当电压的变化率dU/dt比较高时必须要增加缓冲电路来保护IGBT并抑制过量的电压变化率。另一方面在实际应用中IGBT控制峰值电流能力相对于其他全控器件强，所以在有些实际应用中可以省去缓冲电路。(3) 过热保护当IGBT温度比较高时如果不能将器件的温度降下来的话，就会烧坏器件。对于过热保护常常利用温度传感器检测出IGBT的温度，如果通过温度传感器检测到的壳温超过了器件所容许的温度时主电路跳闸来实现过热保护。2.3直流稳压电源的原理电器的使用对稳定的电压质量要求比较高，稳定的电压质量对电器的使用寿命有很大的关系。同时很多时候设备的误动作，生产质

25、量的下降，交货期的延误都与不稳定的电压有很大的关系。而生活中大多数稳定电能来自对市电的转化，而本身市电也是不稳定的，所以要想获得稳定的电源必须要采用稳压措施。2.3.1单片机的供电稳压电源本课题采用的主控芯片AT89S52单片机以及74LS245、74LS373、ADC0809、AD620的的控制芯片的工作电压都是是5V，所以本课题要自制一个5V稳压电源给AT89S52单片机以及相关的控制芯片供电。其电路图如图2-6所示： 图2-6 5V电压原理图 本课题采用7805三端稳压集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。如图2-6所示该电路中变压器一次侧接交流市电220V，电源经变

26、压器降压后接至整流桥，使输出的电压波形比较平缓，电压经过CP4是电压得而变化率变得平缓，然后经7805和CP5稳压后输出稳定的5V电压。 图2-7 -5V电压原理图 如图2-7本系统中在检测电路的模块有用到-5V的电压，而-5V的电压产生电路+5V的产生电路类似，只需要把接地端和输出端交换一下就可以了。2.3.2主电路的输出电压稳压 主电路的输出电压由于比较高且需要满足连续可调的性能，所以其稳压主要通过软件的控制来稳定输出，实时检测输出的电压与设定的值比较，再通过PI算法通过单片机来控制触发电路的触发角，使输出电压与设定的电压最终保持一致。 采用PI算法控制的电源稳压如图2-8所示：图2-8

27、主电路的电压调整原理当电路输出的电压比设定的电压要小时单片机通过延时程序使触发电路的触发超前设定的触发时间，相反若输出的电压要大于设定的电压时单片机通过演示程序使触发电路的触发时间超前设定的触发时间。第三章 系统的硬件设计3.1系统的总体介绍 本课题的任务是电压在0-200VDC之间连续可调，最大输出电流为20A，输出电压稳定度为1%（额定电压时）。考虑到成本和简便问题我们主电路采用单相桥式全控整流电路，控制电路是基于单片机的控制回路，矩阵人机接口设置4个独立键盘其中一个为步进10V按钮，一个为步进1V按钮，一个为0.1V按钮，一个为确定按钮。输出显示采用4个LED的八段数码管实时显示采集的输

28、出电压，当进入设置输出时数码管显示的是正在设置的值。系统设置参数后由单片机给触发电路相应的触发脉冲。检测电路检测出来的模拟电压经过ADC0908转换后传到单片机中，由单片机判断输出电压是否在要求的精度内。如果在相应的精度内则单片机不调整相应的触发时间，如果不在精度的范围内，单片机就要经过PI算法改变触发脉冲的时间，使电路输出电压逐次逼近设定的值知道达到相应的精度之内。所图3-1为系统设计的方框图。3-1系统方框图各部分的作用：（一） 交流侧：接入电源给系统提供能量；（二） 升压电路：将交流侧的电压升高；（三） 全桥整流电路：采用单相全桥整流电路，通过控制触发角来控制输出电压的大小；（四） 霍尔

29、检测电路：通过检测输出电压的大小，调整单片机的触发脉冲实现稳定的输出；（五） 电流电压保护电路：实时检测电路的电流和电压，当电路的电流或电压超过一定范围后单片机控制相关继电器动作切断电路主电路从而保护电路；（六） 矩阵键盘：输入所要求的值并可以复位；（七） 单片机：整个控制电路的核心，既可根据键盘的输入来控制输出，也可以根据检测电路调整输出的触发角；（八） 触发电路：是控制电路的关键，精确的根据输入值产生相应的脉冲信号。3.2系统主电路的设计3.2.1主电路变压器参数的计算和选型（一） 参数计算 由于电路电源侧接的是市电220V，由单相桥式电路的理论计算公式(带阻感负载时)： （3-1）从而知

30、道其最大值为：0.9220=198，再加上电路上有损耗所以直接接在市电上是不能满足要求的，所以必须用变压器将电压升高才可以。根据设计要求，输入为220V/50Hz交流电，移相范围30150（考虑电机的反电动势），反电势E=70V，可知30，由式4-2 （3-2） 得到输入电压=100V变压器二次侧的电压即为给定的输入电压，所以本设计需要加变压器变比1:2。即理论上将单向桥式电路的输入端的电压为440V。功率不超20020=4000VA。3.2.2主电路IGBT的计算与选型整流电路输出电压 （3-3） 由式3-3化简得式3-4 （3-4）当时，代入式3-4可以得到输出电压最大有效值为 （3-5）

31、由输出最大功率为4kW得到最大的电流为 （3-6）IGBT与二极管承受的最大反向电压为 （3-7）IGBT与二极管的额定电压为 （3-8）IGBT与二极管的额定电流 求出，流过IGBT与二极管电流的有效值为 （3-9）IGBT与二极管的额定电流为 （3-10）根据上述参数，选择两个型号为KP1000的晶闸管和两个型号为P600K的二极管。3.2.3主电路的电路原理图电路采用单相桥式全控整流电路，交流电压经变压器变换到合适的电压后经桥式电路整流和变压，经过桥式电路的电压脉动比较大经过大电感和大电容的滤波后电压的质量能够达到要求。主电路由4个IGBT组成，电路原理图如图3-2。图3-2主电路原理图

32、图3-2中D14是为了使给L1提供回路的。下图3-3为电路在PSIM软件下的仿真原理图。电路中市电的频率为50HZ，所以开关的频率也为50HZ，变压器的变比为1:2使变压器二次侧的电压有效值变为440V主电路中在桥式电路的桥臂上各自加上二极管是为了保证只有在IGBT有触发脉冲时才能导通。 图3-3主电路仿真原理图与IGBT并联的二极管是为了保护IGBT不被反击电压击穿而设置的。下面在以主电路的不同参数下给出电压的仿真波形，以此来说明在单相桥式电路下通过控制不同的触发角电路实现输出不同的电压的可能性。电路采用电力领域的仿真软件PSIM进行仿真，该软件仿真效果好。电路中负载用一个等效电阻代替。（一

33、） 图3-4为带电阻负载=30的波形图3-4电阻负载=30的波形（二） 图3-5为带电阻负载=90的波形图3-5 电阻负载=90的波形（三） 图3-6为带阻感负载时=60的波形图3-6阻感负载时=60的波形可以看到大阻感时电压有脉动，这是因为电感对电流的阻碍作用使得电流相对于电压有滞后，电感与电容在串联或者并联时会震荡【1】。但是其脉动幅度满足稳定精度的要求。（四） 图3-7为主电路变压器两端的电压波形图3-7主电路变压器两端的电压波形变压器两端的波形严格的保持同步，只是电压的幅值经 变压器发生了变化（变二次侧比一次侧高2倍）。3.3系统控制电路的设计在现代的控制电路中，单片机控制占有重要的地

34、位，一方面是随着单片机制造工艺的提高单片机的价格大大的降低，另外单片机控制性能的提高使得单片机的控制推广成为可能。本课题采用AT89S52单片机做为控制器件的核心，电路的独立键盘输出设置，数码管输出显示，电路采样值，保护电路的控制，触发电路脉冲的输出控制都是由AT89S52单片机来控制的，所以在这里首先对AT89S52单片机做一下简单的介绍。3.3.1AT89S52单片机一、主要性能（1）与 MCS-51 产品兼容 （2）8K 可编程 Flash 存储器 （3）1000 次擦写周期 （4）全静态操作：0Hz33Hz （5）三级加密程序存储器 （6）32 个可编程 I/O 口（7）三个 16 位

35、定时器/计数器 （8）八个中断源 （9）全双工UART 串行通道 （10）低功耗空闲和掉电模式 （11）掉电后中断可唤醒（12）看门狗定时器 （13）双数据指针 二、引脚说明VCC : 电源 GND: 地 P0 口：P0口是一个双向的8位漏极开路I/O口。P0作为输出口时，能驱动 8个TTL逻辑电平。作为高阻抗输入，需要对P0端口写“1”。 P1 口：P1口在其内部设置上拉电阻，P1输出端口能驱动4个TTL。P1口作为输入时要首先写“1”而作为输出时不需要写“1”。P1口的P1.0和P1.2做为定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）。P

36、2 口：P2口像P1口一样在其内部本身就设置了上拉电阻，也是8位双向 I/O口。P2能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，可以作为输入口使用。当输入使用时，由于内部存在电阻，拉低的引脚将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2口送出高八位地址。P3口：P3口与P2口具有完全一样的功能的同时还有其他的功能，那就是P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用。RST：复位输入。晶振工作时，单片机复位的条件是RST脚检测到持续2个机器周期高电平。ALE/PROG：访问外部程序存储器时地址锁存控制信号（ALE）将会锁存低 8位地址的输出脉冲。ALE

37、输出的脉冲频率一般为晶振的六分之一，可用来作为外部定时器或时钟使用。PSEN：外部程序存储器选通信号（PSEN）当AT89S52单片机执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次；访问外部数据存储器时，PSEN将不会接收到激活信号。EA/VPP：访问外部程序存储器控制信号。低电平有效，EA接GND时能读取0000H到FFFFH的外部程序存储器指令。如果只需要执行内部程序指令，EA应该接高电平。XTAL1：晶体振荡器反相放大器和时钟电路的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。三、单片机最小系统单片机的最小系统是单片机实现功能所具有的最少的的模块，一般包括：电源，晶振，复位电路。利用

38、单片机控制的大系统都是在单片机最小系统的基础上扩展的。如下图3-8为单片机最小系统：图3-8单片机最小系统3.3.2键盘输入模块电路一、按钮分配功能本电路要求电压在0-200V连续可调，考虑到功能比较少，所以本课题采用3个独立键盘来作为输入电路的按钮。按钮一：10V步进按钮，每按一次代表输出电压加10V；按钮二：1V步进按钮，没按一次代表输出电压加1V；按钮三：0.1V步进按钮，每按一次代表输出电压加0.1V；按钮四：对按钮一、按钮二和按钮三的确定按钮，该按钮按下时按钮一、按钮二、按钮三的输出值才能被单片机确定输出，否则单片机不会根据按钮一、按钮二、按钮三来输出相对应的脉冲。二、独立按键的工作

39、原理按键本质是一组开关集合：当键按下时，两根导线接通；释放时，两根导线不通。独立式键盘的组成是由若干个按键与单片机的I/O口一一的对应连接，然后通过读取单片机I/O的电平状态来确认哪个对应的按键被按下，一般一个独立式按键对应一个功能，也可以通过按键的组合来实现多个功能。抖动是实现按键功能必须消除的问题，一般当我们用手去按下按键时，开始都是在闭合与断开之间来回的跳动，一段时间之后才能达到稳定的状态。同时在释放按键的时候也会出现类似的情况。抖动的持续时间因键盘簧片的材料和操作员的不同而发生变化，但一般在5-10ms之间。而5-10ms已经对程序进行多次循环扫描执行，所以抖动问题不解决，就会引起对闭

40、合键的多次识别（如下图3-9）。 键按下前沿抖动后沿抖动闭合稳定图3-9按键消抖示意图三、键盘连接原理如图3-10为四个按键的接线图分别接到单片机的P3.0-P3.3。单片机对I/O口进行扫描，当P3.0-P3.3有按键按下时单片机就调用对按键扫描程序，从而判断按键输入的值，进而控制单片机的输出脉冲控制对触发脉冲的触发，来改变输出的值。图3-10为四个按键的接线图在键盘的接口中一旦有按键按下数码管就会显示按键设置的输出电压的值，当8S后若没有检测到按键的按下，数码管将会显示检测电路检测到的输出电压。3.3.3检测模块传感器包括敏感元件和转化元件，敏感元件是当我们控制的量有微小的变化时能够通过转

41、化元件转化这种微小的变化从而相对应这种变化来采取措施。4但是一般说来转化元件转化来的输出电量往往不能够直接显示和记录，所以我们需要采取措施把信号转化成可以直接控制的电信号，测量电路就是基于这样的功能来设置的。所以说测量电路也是传感器组成的重要部分，同时集成技术的发展给传感器的芯片化提供了条件。在很多传感器中运用的原理都是霍尔效应，传感器可以进行非接触式电流测量，能够对信号进行电气隔离作用。通过中学的学习知道在通电的导线周围会产生磁场，其大小与电流的大小成正比，这个效应可以通过软磁材料来聚集，最后通过霍尔元件进行检测。在通电导线的周围磁场与电流有很好的线性关系，所以可以利用检测的比例关系来直接反

42、映电流的大小。4 (3-11)式中I为通电导线电流，B为通电导线产生的磁场,V为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压。由于他们有正比的关系，所以在选用合适的系数时式子就可以变成等式了。如图3-11所示为霍尔电流传感器的工作原理图，该图所示采用了磁平衡式。由图所示原边的电流(Ip )产生的磁场在副边电流(I s)的补偿下使霍尔元件处于零磁通的工作状态，此时达到磁平衡： (3-12) 式中I P（原边电流）与P（原边线圈的匝数）的乘积等于I s（副边补偿电流）S（副边线圈的匝数）的乘积。由上式看出：若知道P和 S还有副边补偿电流I s的大小就能够推算出原边的电流大小，这样就实现了原边电流的隔离测量。图

43、3-11闭环霍尔电流传感器的工作原理如图3-11闭环霍尔电压传感器的工作原理与闭环霍尔电流传感器的工作原理相同，区别是霍尔电压传感器测量电压时需要在原边的回路上串联一个电阻R i，这个电阻的作用是确定被测电压与原边电流的比。本课题的检测模块是保护电路、反馈电路的必要环节，由于本课题采用过电流和过电压保护所以先要用电流互感器和电压互感器将电流和电压通过变压器处理，然后接在霍尔传感器上，左后经由放大器将信号放大并经模数转化器输入到单片机上。一、使用器件1、基准电压源REF3012：该电压参考系列器件采用SOT23-3 封装，1.25V 输出的输出量并有50uA 静态电流。2、霍尔传感器HW300-B：HW-300B霍尔检测磁场和输出模拟信号的强度成正比。3、AD620型运算放大器：AD620是一个低成本，高精度的仪表放大器，使用方便，仅需使用一个外部电阻即可设置增益。其放大倍数为1-10000，为精度考虑，在放大5000的时候最为准确。二、检测电路原理图图3-12检测电路原理图如图3-12检测电路系统由5 V的稳压源供电。电路中REF3012作为电压基准