數(shù)字軟啟動(dòng)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文首先介紹了軟啟動(dòng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及電機(jī)驅(qū)動(dòng)存在的問(wèn)題，然后根據(jù)分析提出了數(shù)字軟啟動(dòng)的設(shè)計(jì)方案。方案以STC12C5410AD為主微控制器，根據(jù)要求配置了主要的硬件電路模塊，主要有按鍵模塊，顯示模塊，電源模塊以及數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。其中電源模塊可以為主電路提供5V和12V電壓；因?yàn)樗璋存I較少，所以我們選用了獨(dú)立式按鍵接口；數(shù)模轉(zhuǎn)

2、換模塊采用三線串行接口芯片TLC5615,該芯片易與單片機(jī)連接；顯示模塊是通過(guò)譯碼驅(qū)動(dòng)芯片CD4511輸出來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示軟啟動(dòng)的時(shí)間和過(guò)程。</p><p>　　系統(tǒng)利用STC12C5410AD單片機(jī)中自帶的AD變換將模擬輸入量變成數(shù)字信號(hào)，通過(guò)加減按鍵設(shè)置軟啟動(dòng)的時(shí)間，并且通過(guò)顯示電路顯示設(shè)置時(shí)間和軟啟動(dòng)過(guò)程，通過(guò)單片機(jī)計(jì)算軟啟動(dòng)輸出控制量，并經(jīng)過(guò)片外獨(dú)立的DA變換電路輸出模擬量送給三相可控硅觸發(fā)系統(tǒng)，從而實(shí)

3、現(xiàn)了真正意義上的軟啟動(dòng)。</p><p>　　實(shí)踐證明，使用數(shù)字軟啟動(dòng)的三相可控硅觸發(fā)系統(tǒng)，可大大提高電機(jī)及設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備故障率，節(jié)約維修費(fèi)用，提高企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率。</p><p>　　關(guān)鍵詞： STC12C5410AD；軟啟動(dòng)；可控硅</p><p>　　Title : Design of Three Phase Silicon-controll

4、ed Trigger System </p><p>　　Based on Soft-start </p><p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　This paper firstly introduces the

5、 development of soft-start technology and the problem of motor-driven. Then based on the analyse , we propose a digital soft -start design. The design takes STC12C5410AD as the major MCU .According to the demand , we set

6、 the major hardware module including the main keyboard module, display module, power module and digital-to-analog converter module. Power module can provide the main circuit voltage 5V and 12V; because of fewer keys, we

7、chose the independent-butto</p><p>　　The system uses AD transform which is built in the microcontroller to convert the analog input into a digital signal . Modified buttons installed through soft start tim

8、e, and through the display circuit display settings and soft-start time process SCM calculated by soft-start control output volume, After chip and independent DA converter output analog three-phase gave SCR trigger syste

9、m, thereby realizing the true sense of the soft start.</p><p>　　When this project is finished, the service life of motor and equipment can be improved, the fault rate of the equipment can be reduced, the mai

10、ntenance cost can be saved and the labor productivity can be improved.</p><p>　　Key words： STC12C5410AD; Soft-start; SCR</p><p><b>　　目 次</b></p><p><b>　　1 緒論1

11、</b></p><p>　　1.1 項(xiàng)目提出的背景、目的和意義1</p><p>　　1.2 軟啟動(dòng)技術(shù)發(fā)展概況2</p><p>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容4</p><p>　　2 總體方案設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1 軟啟動(dòng)原理5</p><p>

12、;　　2.2 系統(tǒng)研究方案5</p><p>　　2.3 芯片比較6</p><p>　　3 硬件設(shè)計(jì)25</p><p>　　3.1 關(guān)于STC12C5410AD25</p><p>　　3.2 電源模塊27</p><p>　　3.3 復(fù)位電路模塊28</p><p>

13、;　　3.4 按鍵模塊28</p><p>　　3.5 顯示模塊29</p><p>　　3.6 D/A轉(zhuǎn)換模塊31</p><p>　　3.7 TL072、TL431與D/A轉(zhuǎn)換器接口35</p><p>　　3.8 蜂鳴器、工作狀態(tài)指示燈與單片機(jī)接口36</p><p>　　3.9 配置硬件

14、36</p><p>　　3.10 可控硅觸發(fā)系統(tǒng)36</p><p>　　3.11 控制電路與可控硅觸發(fā)系統(tǒng)接口37</p><p>　　4 軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.2 初始化程序26</p><p>　　4.3

15、加“1”子程序26</p><p>　　4.4 減“1”子程序27</p><p>　　4.5 移位子程序27</p><p>　　4.6 啟動(dòng)/停止子程序28</p><p>　　4.7 中斷子程序29</p><p>　　5 系統(tǒng)安裝與調(diào)試31</p><p>　　5.

16、1 硬件電路調(diào)試31</p><p>　　5.2 軟件調(diào)試31</p><p>　　5.3 綜合調(diào)試31</p><p><b>　　結(jié) 論32</b></p><p><b>　　致 謝33</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)34</p&

17、gt;<p>　　附錄A 硬件電路圖35</p><p>　　附錄B 硬件電路PCB板36</p><p>　　附錄C 軟啟動(dòng)時(shí)間和電壓顯示過(guò)程37</p><p>　　附錄D 軟件程序38</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1

18、 項(xiàng)目提出的背景、目的和意義</p><p>　　在諸多能源中，電能是應(yīng)用最普遍、所占比重最大的，電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和電氣設(shè)備的最佳運(yùn)行一直是電力工作者一直追求的重要指標(biāo)。我國(guó)是能源生產(chǎn)大國(guó)，但就人均而言又是能源小國(guó)。而我國(guó)的能源浪費(fèi)又十分驚人，各種產(chǎn)品單位產(chǎn)量所耗能源在世界高居榜首，就相同產(chǎn)值所耗能源而言，是發(fā)達(dá)國(guó)家的三倍以上。究其原因，主要是由于設(shè)備陳舊落后，管理不善及不重視節(jié)能造成的。所以加強(qiáng)設(shè)備的技術(shù)改造

19、和管理、推廣使用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和節(jié)能裝置是節(jié)能的主要途經(jīng)[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)擁有風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備約 4200萬(wàn)臺(tái)，年耗電量約占全國(guó)發(fā)電量的 30%，在這些電機(jī)中，高電壓、大容量電機(jī)耗電量在 80%以上。這類電機(jī)的啟動(dòng)和停止不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，而且會(huì)對(duì)電機(jī)及其拖動(dòng)機(jī)械造成損傷，因此人們一直在尋找合適的方法來(lái)軟啟動(dòng)高壓電機(jī)，但由于受電力電子器件耐壓的限制，尚沒(méi)有一個(gè)較好的辦法來(lái)解決這一問(wèn)題。</p><p>　　目前，

20、國(guó)內(nèi)高壓電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用幾乎遍及冶金、鋼鐵、石油、化工、電廠、水廠、機(jī)械加工等各個(gè)行業(yè)，而高壓電動(dòng)機(jī)，尤其是特大型電動(dòng)機(jī)(1萬(wàn)KW～5萬(wàn)KW)的啟動(dòng)卻一直困擾著許多企業(yè)。</p><p>　　高壓電動(dòng)機(jī)直接全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流會(huì)達(dá)到額定電流的5～7倍，使電網(wǎng)電壓急劇下降，這就會(huì)破壞同電網(wǎng)其它設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至?xí)闺娋W(wǎng)失去穩(wěn)定，此大電流還會(huì)在電機(jī)定子線圈和轉(zhuǎn)子鼠籠條上產(chǎn)生很大的沖擊力，從而可能導(dǎo)致電機(jī)故障;并且此大電

21、流還會(huì)產(chǎn)生巨大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，給傳動(dòng)設(shè)備造成危害。這些都會(huì)增加企業(yè)的停工臺(tái)時(shí)，增加維修費(fèi)用，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行，給企業(yè)帶來(lái)巨大的甚至無(wú)法彌補(bǔ)的經(jīng)濟(jì)損失。而高壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置的研制卻十分滯后。在國(guó)內(nèi)，此領(lǐng)域尚屬空白;在國(guó)外，雖然已有少數(shù)幾種產(chǎn)品問(wèn)世，但卻大都存在可靠性低，價(jià)格高等不同方面的問(wèn)題，使用效果不理想，無(wú)法改變行業(yè)現(xiàn)狀。</p><p>　　本設(shè)計(jì)結(jié)合單片機(jī)技術(shù)，電力電子技術(shù)和可控硅移相觸發(fā)控制技術(shù)，設(shè)計(jì)一種

22、低成本、高可靠性的電機(jī)數(shù)字軟啟動(dòng)的節(jié)能控制系統(tǒng)[2]。該項(xiàng)目技術(shù)先進(jìn)，可以免除上述危害，提高企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，并且與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，還具有性價(jià)比高、使用方便等顯著優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　1.2 軟啟動(dòng)技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　從20世紀(jì)70年代開(kāi)始推廣利用晶閘管交流調(diào)速技術(shù)制作的軟啟動(dòng)器，之后又把功率因數(shù)控制技術(shù)結(jié)合進(jìn)去，以及采用微電腦代替模擬控制電路，發(fā)展成智能化軟啟動(dòng)器

23、。目前世界上許多電氣公司正在生產(chǎn)智能化軟啟動(dòng)器。</p><p>　　目前，由于許多行業(yè)的生產(chǎn)能力越來(lái)越大，其生產(chǎn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也越來(lái)越大，上萬(wàn)千瓦甚至幾萬(wàn)千瓦的高壓電動(dòng)機(jī)投入運(yùn)行的數(shù)量呈上升趨勢(shì)。高壓軟啟動(dòng)技術(shù)日益受到世界各大公司重視，不斷有新產(chǎn)品推出。美國(guó)生產(chǎn)軟啟動(dòng)、電機(jī)控制產(chǎn)品及管理系統(tǒng)的MOTORTRONICS(摩托托尼)公司推出的產(chǎn)品有:PSI, XL, MVC (200V～7KV,6～1450A)等，

24、該產(chǎn)品采用高壓可控硅串聯(lián)調(diào)壓技術(shù)，適合于中小容量，額定電壓在7 KV以下的電動(dòng)機(jī)。美國(guó)羅克韋爾公司的智能馬達(dá)控制器，目前也僅有額定電壓7.2 KV，最大功率6615 KW.美國(guó)ABB公司的ACS 1000高頻變頻器 (315KW～5000KW ),德國(guó)Lenze(倫茨)公司、美國(guó)ROBINCON(羅賓康)公司都生產(chǎn)以變頻技術(shù)為核心的軟啟動(dòng)產(chǎn)品，產(chǎn)品均為中小容量 (8000KW 以下)，具有啟動(dòng)性能好，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在著價(jià)格昂貴

25、、可靠性稍差、維護(hù)復(fù)雜等缺點(diǎn)。據(jù)悉，目前也有大于1OOOOKW啟動(dòng)器問(wèn)世，但尚未見(jiàn)到準(zhǔn)確的報(bào)導(dǎo)。</p><p>　　國(guó)內(nèi)高壓軟啟動(dòng)器的生產(chǎn)廠家以前幾乎沒(méi)有(400V以下的低壓軟啟動(dòng)器廠家很多)，近年來(lái)由于高壓軟啟動(dòng)的市場(chǎng)需求越來(lái)越大，己有不少?gòu)S家撿起上世紀(jì) 50年代就在低壓軟啟動(dòng)上應(yīng)用的液態(tài)電阻軟啟動(dòng)移植到高壓軟啟動(dòng)上來(lái)，目前國(guó)內(nèi)具有規(guī)模的只有湖北追日和大力公司。其它許多從事高壓軟啟動(dòng)其經(jīng)營(yíng)的大多是代理國(guó)外產(chǎn)品

26、。值得注意的是，液態(tài)電阻軟啟動(dòng)由于其性能較差、可靠性較低，目前在低壓軟啟動(dòng)領(lǐng)域已被淘汰。之所以在國(guó)內(nèi)高壓軟啟動(dòng)中還有一定的市場(chǎng)份額，是由于國(guó)內(nèi)電機(jī)啟動(dòng)方法的技術(shù)和設(shè)備都達(dá)不到要求，國(guó)外產(chǎn)品的價(jià)位又很難接受，完全是一種不得已而為之的權(quán)宜之計(jì)。</p><p>　　1.2.1 傳統(tǒng)的啟動(dòng)方法</p><p>　　a. 加大電網(wǎng)容量 該方法是為滿足大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)有功功率和無(wú)功功率的要求

27、，保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)端電壓的要求，過(guò)去人們經(jīng)常采取加大自身電網(wǎng)容量的辦法，如采用大容量的變壓器或建自備電廠，但這樣又常常致使正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷較輕，電力變壓器處于輕載工作狀況，造成能源的浪費(fèi)。在以變壓器容量收費(fèi)的地區(qū)，使用戶電費(fèi)支出加大。</p><p>　　b. 串聯(lián)電抗器啟動(dòng) 該方法能滿足降低啟動(dòng)電流的要求，但電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且為有級(jí)調(diào)整，切換時(shí)有大電流沖擊，在大容量電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)應(yīng)用中受到限制。<

28、/p><p>　　c. 自耦變壓器啟動(dòng) 該方法能滿足降低啟動(dòng)電流的要求，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較串聯(lián)電抗器啟動(dòng)大，對(duì)中大容量電機(jī)的啟動(dòng)比較適宜，但其調(diào)整方面的問(wèn)題，諸如滑動(dòng)觸點(diǎn)電弧燒損問(wèn)題、碳刷磨損問(wèn)題、局部匝間短路問(wèn)題、切換時(shí)有大電流沖擊等等，使其在實(shí)際應(yīng)用中也受到限制。</p><p>　　1.2.2 近些年來(lái)常用的軟啟動(dòng)方法</p><p>　　低壓電機(jī)軟啟動(dòng)裝置現(xiàn)在己有

29、很多應(yīng)用，它是通過(guò)調(diào)節(jié)正反并聯(lián)可控硅導(dǎo)通的辦法來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，使電動(dòng)機(jī)端電壓逐漸上升，達(dá)到軟啟動(dòng)的作用，它限制了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流 (一般在3倍額定電流以下)，減小了對(duì)電網(wǎng)的沖擊，提高了電機(jī)及機(jī)械設(shè)備的壽命，提高了生產(chǎn)效率。</p><p>　　高壓電機(jī)的軟啟動(dòng)裝置由于受可控硅器件耐壓的限制一直不好解決，所以高壓電動(dòng)機(jī)的軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用幾乎為空白。近幾年市場(chǎng)上出現(xiàn)了國(guó)外少數(shù)廠家生產(chǎn)的采用可控硅串聯(lián)技術(shù)的高壓電

30、機(jī)軟啟動(dòng)裝置。這種方法對(duì)元器件特性參數(shù)的一致性要求很高，元器件的篩選率很低，而且篩選儀器的價(jià)格很高，這致使裝置的價(jià)格較高[3]。另外在使用一段時(shí)間后，元器件的參數(shù)還會(huì)發(fā)生變化，使元器件的均壓性能降低，極易造成整串元器件的損壞，使這種裝置的可靠性降低，一旦元器件損壞，用戶很難修復(fù)。所以現(xiàn)在應(yīng)用的還比較少。</p><p>　　另一種方法是用高壓變頻器來(lái)做軟啟動(dòng)，用變頻器來(lái)啟動(dòng)電機(jī)，其啟動(dòng)性能很好，但高壓變頻器價(jià)格昂

31、貴。另外由于變頻技術(shù)還處于發(fā)展時(shí)期，其可靠性還不是很高，用戶的維修技術(shù)還跟不上，這便是這種方法尚不是應(yīng)用很多的原因。</p><p>　　由于高壓電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越多且逐漸向大型化發(fā)展，其啟動(dòng)問(wèn)題便是必須解決的問(wèn)題而擺在我們面前，近些年也有一些其它的啟動(dòng)方法出現(xiàn)，但都因有一定的缺點(diǎn)而未被普遍采用。</p><p>　　1.2.3 國(guó)內(nèi)外軟啟動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)情況</p><p&

32、gt;　　低壓電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外已十分廣泛。高壓軟啟動(dòng)裝置在國(guó)內(nèi)幾乎為空白，僅有的幾家也是采用進(jìn)口技術(shù)，該裝置的難關(guān)主要是由于當(dāng)前電力電子器件的耐壓還不夠高，需要使用串聯(lián)技術(shù)，而采用這種技術(shù)的裝置山于元器件性能的分散性，而導(dǎo)致裝置的可靠性極低，目前世界上主要有采用非電氣方法和電氣方法兩種。</p><p>　　a. 非電氣方法 該法是在電機(jī)和傳動(dòng)裝置之間加了一個(gè)非電氣的中間環(huán)節(jié)，例如液力偶合器，它

33、可以通過(guò)調(diào)節(jié)其內(nèi)部的液體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的軟啟動(dòng)和調(diào)速，但是電機(jī)仍是空載全壓?jiǎn)?dòng)，仍然避免不了對(duì)電網(wǎng)和電機(jī)的損害，只對(duì)機(jī)械設(shè)備有利，目前主要用于要求調(diào)速的場(chǎng)合[4]。由于它增加了一個(gè)實(shí)物環(huán)節(jié)，所以給改造工作帶來(lái)不便，電機(jī)需要移位。另外這種方法目前最大只能做到6000KW左右。</p><p>　　b. 電氣方法一般有三種，一是采用高壓變頻裝置，該方法由于高壓變頻裝置的價(jià)格十分昂貴，所以一般僅用在必須采用軟啟動(dòng)

34、的場(chǎng)合;二是采用串聯(lián)技術(shù)的高壓軟啟動(dòng)裝置，這種裝置的靠性很低，只有國(guó)外少數(shù)廠家生產(chǎn)，日前也只見(jiàn)到有幾千KW規(guī)格的產(chǎn)品報(bào)導(dǎo)，容量比較小，價(jià)格也很貴;三是水電阻方法，這種方法是在電機(jī)電源回路中串聯(lián)一個(gè)水電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)水電阻的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，這種方法用起來(lái)不太方便，可靠性也存在一定問(wèn)題。</p><p>　　以上是當(dāng)前世界范圍內(nèi)幾種實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)軟啟動(dòng)的方法，由于各自都存在著一定的缺點(diǎn)，所以它的應(yīng)用受到了一定的限

35、制，尤其是國(guó)內(nèi)，應(yīng)用的還較少。</p><p>　　1.3 本文研究的主要內(nèi)容</p><p>　　目前常用的可控硅觸發(fā)電路均采用模擬集成電路，由于元器件較多，通常使用阻容元件進(jìn)行積分斜率調(diào)整，使得電路復(fù)雜，可靠性差，調(diào)試維護(hù)較為困難。為此，提出了以單片機(jī)為核心，集控制、觸發(fā)于一體的可控硅控制系統(tǒng)，使其外圍元件少，集成度高，控制精度高，克服了模擬電路的非線性和時(shí)間的不精確性[8]。

36、 </p><p><b>　　2 總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 軟啟動(dòng)原理</p><p>　　軟啟動(dòng)就是通常所說(shuō)的降壓?jiǎn)?dòng)。由于電機(jī)轉(zhuǎn)矩與加在定子端的電壓平方成正比 ,同時(shí)電機(jī)電流與定子電壓成正比[5]。因此可以通過(guò)控制加在電機(jī)定子上的電壓對(duì)電機(jī)加速轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流進(jìn)行限制 ,以降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)高啟動(dòng)電流和啟動(dòng)

37、力矩。</p><p>　　具體方法是由微處理器控制的雙向可控硅變流調(diào)壓裝置, 通過(guò)微電腦控制系統(tǒng), 按給定的程序、指令, 進(jìn)行有關(guān)計(jì)算確定可控硅的觸發(fā)信號(hào)[6]。改變可控硅的開(kāi)通程度, 由此改變電動(dòng)機(jī)輸入電壓的大小, 以達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)研究方案</p><p>　　本系統(tǒng)的主要部分由以下幾個(gè)模塊組成:主微處理器模塊，按

38、鍵模塊，顯示模塊，D/A變換模塊，可控硅移相觸發(fā)模塊。如圖2.1所示。</p><p>　　需要選用一款微處理器作為本系統(tǒng)的主控單元，通過(guò)加減按鍵設(shè)置軟啟動(dòng)的時(shí)間，并且通過(guò)顯示電路顯示設(shè)置的軟啟動(dòng)時(shí)間和軟啟動(dòng)的啟動(dòng)電壓，通過(guò)微處理器計(jì)算軟啟動(dòng)輸出控制量，并經(jīng)過(guò)片外獨(dú)立的D/A變換電路輸出模擬量送給三相可控硅觸發(fā)系統(tǒng)[7]。</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)總體框圖</p>

39、<p><b>　　2.3 芯片比較</b></p><p>　　2.3.1 微處理器選型</p><p>　　方案一：MC68HC908LJ12單片機(jī) MC68HC908LJ12是Motorola公司最新推出的一款新型的8位單片機(jī)。它的片內(nèi)有LED驅(qū)動(dòng)模塊和Flash存儲(chǔ)器，表面貼封裝的芯片具有SCI，SPI和內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊RTC，512RAM以及

40、12KB片內(nèi)Flash.還內(nèi)置LED驅(qū)動(dòng)模塊，該模塊具有對(duì)3*27或4*26段LCD驅(qū)動(dòng)的能力[9]。同時(shí)對(duì)MC68HC908LJ12單片機(jī)進(jìn)行編程的方法比較簡(jiǎn)單，但需要利用該單片機(jī)Flash在線編程技術(shù)，其給開(kāi)發(fā)者提供了快速的，方便的編程和開(kāi)發(fā)方法，同時(shí)，也給單片機(jī)的應(yīng)用開(kāi)拓了更大的空間。合理利用片內(nèi)集成Flash的單片機(jī)可以降低開(kāi)發(fā)成本，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。</p><p>　　方案二：MC9S08QG系列單

41、片機(jī) 作為飛思卡爾新一代的8位單片機(jī)MC9S08QG系列單片機(jī)將HCS08系列的所有優(yōu)點(diǎn)引入小封裝，少管腳的器件中，將908Q系列和HCS08內(nèi)核的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，成為小型，通用的低功耗多功能新型單片機(jī)。該系列擁有完備的功能組合，簡(jiǎn)便的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，其高精度模擬電路，多種通訊選擇，溫度傳感器以及其他超強(qiáng)功能使其成為極具價(jià)格吸引力的產(chǎn)品系列[18]。QG系列包括IIC，SPI，SCI，ADC，比較器，內(nèi)部時(shí)鐘資源及背景調(diào)試模塊，不支持外置存儲(chǔ)

42、器，可用匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言編程。它是市場(chǎng)內(nèi)高度集成的8/16引腳MCU，可用于所有1.8~3V的低壓應(yīng)用中。</p><p>　　方案三：STC12C5410AD系列微控制器。STC12C5410AD系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)[10]，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。4路PWM，8路

43、高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。</p><p>　　分析以上方案：MC68HC908LJ12單片機(jī)內(nèi)部集成了多個(gè)功能模塊可適用于嵌入式系統(tǒng)，測(cè)試，控制及儀器儀表，汽車電器等領(lǐng)域，但由于本設(shè)計(jì)已有現(xiàn)成的編譯器無(wú)須使用其FLash在線編程技術(shù)，并且其價(jià)格相對(duì)較高所以不宜采用該單片機(jī)；由于設(shè)計(jì)要求高性價(jià)比，設(shè)計(jì)低成本，且不需要QG系列內(nèi)部集成的仿真器所以對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，他們的大多數(shù)功能都沒(méi)有使用，所以

44、最終我們選用低價(jià)并高效的STC12C5410AD系列控制器作為主控制器。</p><p>　　2.3.2 鍵盤結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　方案一：獨(dú)立式按鍵。獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接一根輸入線，一根輸入線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它輸入線上的工作狀態(tài)，如圖2.2(a)所示。因此，通過(guò)檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷那個(gè)鍵被按下了[13]。</p>&l

45、t;p>　　方案二：矩陣式鍵盤。矩陣式鍵盤適于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上。如圖2.2(b)所示，一個(gè)3*3的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成一個(gè)含有9個(gè)按鍵的鍵盤。很明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣式鍵盤要節(jié)省很多I/O口。 </p><p>　　圖2.2(a) 圖 2.2(b)</p><p><b&g

46、t;　　圖2.2 鍵盤結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　因?yàn)楠?dú)立式按鍵接口電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于按鍵較少的場(chǎng)合。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求只用四個(gè)按鍵，我們最后選擇使用獨(dú)立式按鍵。</p><p>　　2.3.3 顯示器及接口芯片選型</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED顯示器、液晶LCD顯示器、CRT顯示器等。其中發(fā)光二

47、極管LED顯示器具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)，價(jià)格便宜的特點(diǎn)。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)只需要顯示軟啟動(dòng)的時(shí)間和電壓值，所以最終選擇LED數(shù)碼顯示器來(lái)顯示各種數(shù)值。下面是關(guān)于接口芯片的選型。</p><p>　　方案一：8279為INTEL公司生產(chǎn)的一種通用可編程序的鍵盤/顯示器接口芯片，其內(nèi)部設(shè)有容量為16*8位顯示數(shù)據(jù)的RAM。若采用8279管理鍵盤和顯示器，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，充分提高CPU的工作效率[1

48、1]。但我們同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，由于其功能相對(duì)比較強(qiáng)大，將會(huì)造成外圍設(shè)備與操作過(guò)程復(fù)雜化，同時(shí)價(jià)格比較貴。</p><p>　　方案二：MC14499為串行輸入BCD碼——十進(jìn)制譯碼驅(qū)動(dòng)器，用它來(lái)構(gòu)成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的顯示器接口，可以大大減少I/O口線的占用數(shù)量。但是，由片內(nèi)震蕩器經(jīng)過(guò)四分頻的信號(hào)，經(jīng)位譯碼后只能提供4個(gè)位控信號(hào)，使信號(hào)的采集受到限制；并且，MC19944的價(jià)格偏高，也不經(jīng)濟(jì)。</p><

49、;p>　　方案三：CD4511是七段碼十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)芯片，它能將四位二進(jìn)制數(shù)編碼轉(zhuǎn)換為七段LED顯示器的字段碼，同時(shí)具有驅(qū)動(dòng)和鎖存能力。并且CD4511占用資源少，不需復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路，價(jià)格也適中。</p><p>　　通過(guò)上面比較，我們最終選用CD4511作為顯示器的接口芯片。</p><p>　　2.3.4 D/A轉(zhuǎn)換芯片的選型</p><p>　　

50、方案一：DAC0832是8位分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)。DAC0832為電流型輸出，應(yīng)用時(shí)需外接運(yùn)算放大器使之成為電壓型輸出，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為1us,工作電壓為+5v-+15v因此在單片機(jī)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　方案二：TLC5615為美國(guó)德州儀器公司1999年推出的產(chǎn)品，是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基

51、準(zhǔn)電壓值的兩倍。帶有上電復(fù)位功能，即把DAC寄存器復(fù)位至全零。TLC5615性能價(jià)格比高，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)很方便購(gòu)買。</p><p>　　DAC0832串行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器，引腳多，體積大，占用單片機(jī)的口線多。而串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615的體積小，占用單片機(jī)的口線少，為減少線路板的面積和占用單片機(jī)的口線，我們采用TLC5615串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　2.3.5 報(bào)警和工作狀

52、態(tài)指示燈選擇</p><p>　　報(bào)警單元我們選用常用的普通蜂鳴器即可，工作狀態(tài)指示燈選用發(fā)光二極管。</p><p>　　其它硬件直接選擇常用器件，如選用TL431給數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615提供基準(zhǔn)電壓，選擇TL072用來(lái)作為數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615輸出的電壓跟隨器。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p>

53、<p>　　3.1 關(guān)于STC12C5410AD</p><p>　　STC12C5410AD是深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EEPROM）和512bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和FLASH存

54、儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大STC12C5410AD單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。STC12C5410AD的芯片管腳圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 STC12C5410AD管腳圖</p><p><b>　　具體特點(diǎn)如下：</b></p><p>　?。?）增強(qiáng)型 8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/ 機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)

55、8051</p><p>　?。?）工作電壓，STC12C5410AD 系列工作電壓：5.5V ～3.8V（5V 單片機(jī)）/3.8V ～ 2.4V（3V 單片機(jī)）</p><p>　?。?）工作頻率范圍：0 ～35 MHz，相當(dāng)于普通8051 的 0～420MHz.實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz</p><p>　?。?）用戶應(yīng)用程序空間12K / 10K / 8K /

56、 6K / 4K / 2K / 1K 字節(jié)</p><p>　?。?）片上集成 512 字節(jié) RAM(STC12C5410AD 系列), STC12C2052AD 系列單片機(jī)為256 字節(jié)RAM</p><p>　　（6）通用I/O 口（27/23/15 個(gè)），復(fù)位后為： 準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉，推挽/ 強(qiáng)上拉，僅為輸入/

57、高阻，開(kāi)漏。每個(gè)I/O 口驅(qū)動(dòng)能力均可達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不得超過(guò)55mA</p><p>　?。?）ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片</p><p>　　（8） EEPROM </p><p><b>　?。?） 看門狗</b

58、></p><p>　?。?0）內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路）</p><p>　?。?1）時(shí)鐘源：外部高精度晶體/ 時(shí)鐘，內(nèi)部R/C 振蕩器</p><p>　　用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部R/C 振蕩器還是外部晶體/ 時(shí)鐘</p><p>　　常溫下內(nèi)部R/C 振蕩器頻率為：

59、5.2MHz ～ 6.8MHz</p><p>　　精度要求不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，應(yīng)認(rèn)為是4MHz ～ 8MHz</p><p>　　（12）共2個(gè)16 位定時(shí)器/ 計(jì)數(shù)器，但可用PCA 模塊再產(chǎn)生4個(gè)定時(shí)器(2052 系列只有兩路PCA)</p><p>　?。?3）外部中斷2 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模

60、式可由外部中斷喚醒</p><p>　?。?4）PWM(4 路）/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列,4 路）,5410 系列是4 路，可用來(lái)當(dāng)4 路D/A 使用，可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器，也可用來(lái)再實(shí)現(xiàn)4個(gè)外部中斷(上升沿中斷/ 下降沿中斷均可分別或同時(shí)支持)</p><p>　?。?5）A/D 轉(zhuǎn)換, 10 位精度ADC，共8 路。STC12C2052AD 系列只有8 位精度</p>

61、<p>　?。?6）通用全雙工異步串行口(UART)，由于STC12 系列是高速的8051，也可再用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多串口</p><p>　?。?7）SPI 同步通信口，主模式/ 從模式</p><p>　?。?8）工作溫度范圍： 0～75℃ / -40～+85℃ </p><p>　　（19）封裝：PLCC-32, PDIP-28，SOP-28，P

62、DIP-20，SOP-20，TSSOP-20(超小封狀6.4mm × 6.4mm，)，PLCC-32 有27個(gè)I/O 口，PDIP28/SOP28 有23 個(gè)I/O 口，PDIP20/SOP20/TSSOP20 有15 個(gè)I/O 口，I/O 口不夠時(shí)，可用74HC595 / 74HC165 串行擴(kuò)展I/O 口，或用雙CPU,三線通信，還多了串口。</p><p><b>　　3.2 電源模塊

63、</b></p><p>　　本控制系統(tǒng)由單片機(jī)及其外圍電路組成，需要5V, 12V兩組電源。5V電源主要給單片機(jī)供電，12V給電壓跟隨器供電。電源的總體設(shè)計(jì)為，采用變壓器變壓，電橋整流，電容濾波，再接穩(wěn)壓電路。</p><p>　　穩(wěn)壓電路有兩種方式，即線性穩(wěn)壓和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓。線性穩(wěn)壓的調(diào)整管工作在放大區(qū)，輸出紋波小，但效率較低;開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓的調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)電源與線性穩(wěn)壓

64、電源相比，具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，但開(kāi)關(guān)電源的突出缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾(EMI)。由于EMI信號(hào)既占有很寬的頻率范田，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會(huì)污染電磁環(huán)境，會(huì)對(duì)通信設(shè)備和電子儀器造成干擾。如果處理不當(dāng)，開(kāi)關(guān)電源本身就會(huì)變成一個(gè)干擾源。而單片機(jī)為一個(gè)敏感元件，外界干擾對(duì)它的性能有很大影響。且考慮到線性穩(wěn)壓器可提供較大的電流，因而采用線性穩(wěn)壓器。</p><p>　　此電源電

65、路首先把220V交流電用變壓器變換成輸出電壓11V,輸出電流15OmA左右的交流電，再通過(guò)整流橋進(jìn)行全波整流得到直流電，此電源給需要12V電壓的器件供電，且此直流電壓是線性串聯(lián)穩(wěn)壓器7805的輸入。7805的特性和封裝有關(guān)，TO-92(類似于普通塑封三極管)，0.7W (0.15A)，TO-220(使用最廣泛)，7W (1.5A)散熱良好;TO-3(金封大功率)，25W (5A)。選用TO-92封裝的7805，其輸出值即為+5V電源，給

66、單片機(jī)供電。其電路圖如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 線形穩(wěn)壓電路圖</p><p>　　圖中的220uF電容是整流濾波電容，對(duì)整流輸出的紋波分量進(jìn)行濾波，容值越大，濾波效果越好，與它并聯(lián)的104電容主要是抑制高頻干擾，同時(shí)也有抑制高頻振蕩的作用。輸出端并接的470uF極性電容主要為穩(wěn)壓電源提供瞬間的脈沖響應(yīng)電流輸出，并聯(lián)的104電容也是抑制高頻干擾的作用。</p&g

67、t;<p>　　3.3 復(fù)位電路模塊 </p><p>　　單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的RST引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖(2個(gè)機(jī)器周期)以上的高電平，單片機(jī)便可以實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。為了保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠的復(fù)位，在設(shè)計(jì)復(fù)位電路時(shí)，通常使RST引腳保持10ms以上的高電平。只要RST保持高電平，則STC12C5410AD就可以循環(huán)復(fù)位；當(dāng)RST從高電平變?yōu)榈碗娖?/p>

68、以后，STC12C5410AD單片機(jī)就從主程序開(kāi)始執(zhí)行程序。</p><p>　　根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位。上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位在上電后，由于電容C1的充電作用，使RST持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵S5后松開(kāi)，也能使RST為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作，由于調(diào)試的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了開(kāi)關(guān)復(fù)位組合電路如圖3.3所示。</p>

69、<p>　　圖 3.3 開(kāi)關(guān)復(fù)位與上電復(fù)位</p><p><b>　　3.4 按鍵模塊</b></p><p>　　按鍵設(shè)定部分比較簡(jiǎn)單，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)按鍵少，所以在設(shè)計(jì)上采用了獨(dú)立按鍵方式，程序的編制上也采用了簡(jiǎn)單的掃描方式。 圖3.4是按鍵與單片機(jī)的接口電路。通過(guò)S1、S2、S3三個(gè)按鍵可以設(shè)置軟啟動(dòng)的啟動(dòng)電壓和啟動(dòng)時(shí)間，按下S4鍵時(shí)后，

70、軟啟動(dòng)正式開(kāi)始。</p><p>　　圖3.4 鍵盤與單片機(jī)接口</p><p>　　程序執(zhí)行后工作指示燈LED閃動(dòng)，蜂鳴器連續(xù)發(fā)生三次，表示程序開(kāi)始執(zhí)行，同時(shí)四位七段顯示器開(kāi)始顯示數(shù)值，，按下操作鍵S1-S4動(dòng)作如下： ? 操作鍵S1：加一按鍵； ? 操作鍵S2：減一按鍵； ? 操作鍵S3：移位按鍵； ? 操作鍵S4：?jiǎn)?dòng)/停止設(shè)置，設(shè)為啟動(dòng)/停止是時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲三次。

71、</p><p>　　3.5 顯示模塊 </p><p>　　CD4511是七段碼十六進(jìn)制鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)芯片，易于和單片機(jī)連接，只要將單片機(jī)輸入的值送入CD4511,然后直接與共陰的LED數(shù)碼管相連就可以了。CD4511管腳配置如圖3.5所示，下面對(duì)其作一下簡(jiǎn)要介紹。</p><p>　　圖3.5 CD4511引腳</p>

72、<p>　　A、B、C、D —— BCD碼輸入端。</p><p>　　LE —— 鎖存允許端。當(dāng)LE＝0時(shí)，4位BCD碼進(jìn)入鎖存器，當(dāng)LE＝1時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)被鎖存。</p><p>　　LT和BI一般接高電平。</p><p>　　a～g —— 七段碼輸出端</p><p>　　STC12C5410AD單片機(jī)的I/O和廉價(jià)的CD4

73、511集成塊連接，是實(shí)現(xiàn)多個(gè)LED顯示的一種簡(jiǎn)單方法，利用該方法設(shè)計(jì)的多路LED顯示系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、軟件編程容易和價(jià)格低廉的特點(diǎn)。如圖3.6所示是顯示模塊與單片機(jī)的接口電路。</p><p>　　圖3.6 顯示模塊與單片機(jī)接口電路</p><p>　　3.6 D/A轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊采用三線串行接口芯片TLC5615, 輸出為電壓型

74、，最大輸出電壓是基準(zhǔn)電壓值的兩倍，性能價(jià)格比高，易與單片機(jī)連接。</p><p>　　3.6.1 TLC5615主要特點(diǎn)</p><p>　　a. 10位CMOS電壓輸出； </p><p>　　b. 5V單電源供電； </p><p>　　c. 與CPU三線串行接口； </p><p>　　d. 最大輸出電

75、壓可達(dá)基準(zhǔn)電壓的二倍； </p><p>　　e. 輸出電壓具有和基準(zhǔn)電壓相同極性； </p><p>　　f. 建立時(shí)間12.5μs； </p><p>　　g. 內(nèi)部上電復(fù)位； </p><p>　　h. 低功耗，最大僅1.75mW。</p><p>　　3.6.2 TLC5615引腳說(shuō)明</p&g

76、t;<p>　　TLC5615有小型和塑料DIP封裝，DIP封裝的TLC5615芯片引腳排列如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 TLC5615引腳排列圖</p><p>　　引腳功能說(shuō)明如下： </p><p>　　引腳1 DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端； </p><p>　　引腳2 SCLK：串行時(shí)鐘輸入端； <

77、/p><p>　　引腳3 CS：芯片選用通端，低電平有效； </p><p>　　引腳4 DOUT：用于級(jí)聯(lián)時(shí)的串行數(shù)據(jù)輸出端； </p><p>　　引腳5 AGND：模擬地； </p><p>　　引腳6 REFIN：基準(zhǔn)電壓輸入端；</p><p>　　引腳7 OUT：串行數(shù)據(jù)輸出端</p><p

78、>　　引腳8 VDD：電源接口</p><p>　　3.6.3 TLC5615的時(shí)序分析</p><p>　　TLC5615的工作時(shí)序如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 TLC5615的時(shí)序圖</p><p>　　由時(shí)序圖可以看出，當(dāng)片選CS為低電平時(shí)，輸入數(shù)據(jù)DIN由時(shí)鐘SCLK同步輸入或輸出，而且最高有效位在前，低有

79、效位在后。輸入時(shí)SCLK的上升沿把串行輸入數(shù)據(jù)DIN移入內(nèi)部的16位移位寄存器，SCLK的下降沿輸出串行數(shù)據(jù)DOUT，片選CS的上升沿把數(shù)據(jù)傳送至DAC寄存器。</p><p>　　當(dāng)片選CS為高電平時(shí)，串行輸入數(shù)據(jù)DIN不能由時(shí)鐘同步送入移位寄存器；輸出數(shù)據(jù)DOUT保持最近的數(shù)值不變而不進(jìn)入高阻狀態(tài)。由此要想串行輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)必須滿足兩個(gè)條件：第一，時(shí)鐘SCLK有效跳變；第二，片選CS為低電平。這里，為了使

80、時(shí)鐘的內(nèi)部饋通最小，當(dāng)片選CS為高電平時(shí)，輸入時(shí)鐘SCLK應(yīng)當(dāng)為低電平。 </p><p>　　3.6.4 TLC5615的輸入/輸出關(guān)系</p><p>　　圖3.8的D/A輸入/輸出關(guān)系圖表3.1所示。</p><p>　　表3.1 D/A轉(zhuǎn)換關(guān)系表</p><p>　　串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615的使用有兩種方式，即級(jí)聯(lián)方式和

81、非級(jí)聯(lián)方式。如不使用級(jí)聯(lián)方式，DIN只需輸入12位數(shù)據(jù)。DIN輸入的12位數(shù)據(jù)中，前10位為TLC5615輸入的D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，且輸入時(shí)高位在前，低位在后，后兩位必須寫入數(shù)值為零的低于LSB的位，因?yàn)門LC5615的DAC輸入鎖存器為12位寬。如果使用TLC5615的級(jí)聯(lián)功能，來(lái)自DOUT的數(shù)據(jù)需要輸入16位時(shí)鐘下降沿，因此完成一次數(shù)據(jù)輸入需要16個(gè)時(shí)鐘周期，輸入的數(shù)據(jù)也應(yīng)為16位。輸入的數(shù)據(jù)中，前4位為高虛擬位，中間10位為D/A轉(zhuǎn)換

82、數(shù)據(jù)，最后2位為低于LSB的位即零。在本系統(tǒng)中我們沒(méi)有級(jí)聯(lián)電路，所以每轉(zhuǎn)換一次只需傳遞12位數(shù)字。</p><p>　　3.6.5 TLC5615與單片機(jī)接口</p><p>　　圖3.9給出了在電路設(shè)計(jì)中，TLC5615和STC12C5410AD單片機(jī)的接口電路。在電路中，STC12C5410AD單片機(jī)的P1.0～P1.2分別控制TLC5615的片選CS，串行時(shí)鐘輸入SCLK和串行數(shù)據(jù)

83、輸入DIN。電路的連接采用非級(jí)聯(lián)方式。</p><p>　　圖3.9 TLC5615與STC12C5410AD單片機(jī)接口</p><p>　　3.6.6 TLC5615接口電路的軟件編程：</p><p>　　選12位數(shù)據(jù)格式對(duì)其編程,關(guān)鍵是要編寫一個(gè)12位數(shù)據(jù)寫TLC5615的子程序。設(shè)待輸入的12位數(shù)據(jù)在單片機(jī)內(nèi)部RAM的R0和R1寄存器中, 其中高8位在R1

84、中,低4位在R0的高4位。作為入口參數(shù)調(diào)用DAC的程序如下:</p><p>　　DAC :MOV P1 , # 0FCH ;SCLK = 0 ,DIN = 0 ,CS = 1</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　CLR P1.0 ;在SCLK = 0時(shí),CS變低</p><p>　　MOV

85、A ,R1 ;高8位送給A</p><p>　　MOV R3 , # 08H ;傳送8次</p><p>　　CALL CUSO ;傳送高8位</p><p>　　MOV A , R0</p><p>　　MOV R3 , # 04H</p><p>　　LCALL CUSO ;傳送低4位</p><

86、;p>　　SETB P1.0 ;CS = 1 ,將16位移位寄存器中的10位有效數(shù)據(jù)鎖存于10 位DAC 寄存器中</p><p><b>　　RET;</b></p><p><b>　　LOOP ;</b></p><p><b>　　RLC A</b></p><p&g

87、t;　　MOV P1.2,C</p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　SETB P1.1</b></p><p><b>　　NOP</b></p><p><b>　　CLR P1.1</b></p><

88、;p>　　MOV R4 ,A ;暫存于R4 中</p><p>　　MOV A , R3</p><p><b>　　DEC A</b></p><p>　　MOV R3 ,A ;次數(shù)減1</p><p>　　MOV A , R4</p><p>　　JNZ LOOP</p>

89、<p><b>　　RET</b></p><p>　　本接口的硬件結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單,編程簡(jiǎn)單,工作穩(wěn)定,只是速度受到執(zhí)行程序所需時(shí)間的限制,但在一般控制儀表中沒(méi)有問(wèn)題的。TLC5615三線接口與SPI、QSPI以及Mi2crowire串行標(biāo)準(zhǔn)兼容,一般只需要執(zhí)行2個(gè)周期,就可以完成一次DAC操作, 顯然,工作速度比STC12C5410AD單片機(jī)與TLC5615所構(gòu)成的數(shù)/模轉(zhuǎn)換系

90、統(tǒng)快。</p><p>　　3.7 TL072、TL431與D/A轉(zhuǎn)換器接口</p><p>　　在本系統(tǒng)中TL072用來(lái)作為電壓跟隨器，同時(shí)起到信號(hào)隔離的作用。使用TL431給TLC5615提供2.5V的基準(zhǔn)電壓，接口電路如圖3.10。</p><p>　　圖3.10 TLC5615與TL072、TL431接口</p><p>　　3.

91、8 蜂鳴器、工作狀態(tài)指示燈與單片機(jī)接口</p><p>　　在本系統(tǒng)中蜂鳴器在程序開(kāi)始和結(jié)束時(shí)發(fā)出響聲提示用戶。工作狀態(tài)指示燈從程序開(kāi)始到結(jié)束這段時(shí)間不斷閃爍來(lái)顯示系統(tǒng)的正常運(yùn)行。與單片機(jī)的接口電路如圖3.11所示。</p><p>　　圖3.11 蜂鳴器、指示燈與單片機(jī)接口電路</p><p><b>　　3.9 配置硬件</b>&l

92、t;/p><p>　　根據(jù)本系統(tǒng)的要求，最后連接各個(gè)功能模塊完成了單片機(jī)主控單元的電路原理圖(見(jiàn)附錄A) 和原理圖的PCB板(見(jiàn)附錄B)，準(zhǔn)備好全部器件，然后將各個(gè)芯片、器件都焊接到PCB板上完成硬件連接。</p><p>　　3.10 可控硅觸發(fā)系統(tǒng)</p><p>　　3.10.1 可控硅觸發(fā)板</p><p>　　本系統(tǒng)所使用的可控硅觸

93、發(fā)板直接采用已經(jīng)完成的現(xiàn)有電路，觸發(fā)板如圖3.12(a)所示，圖3.12(a)和 圖3.12(b)可以組成可控硅觸發(fā)系統(tǒng)。我們所設(shè)計(jì)的軟啟動(dòng)電路直接和觸發(fā)板連接即可。下面主要對(duì)集成觸發(fā)電路TMD688A做詳細(xì)介紹。</p><p>　　圖(a) 圖(b)</p><p>　　圖3.12 可控硅觸發(fā)板</p&g

94、t;<p>　　3.10.2 集成觸發(fā)電路TMD688A介紹</p><p>　　TMD688A是新型數(shù)模混合三相移相觸發(fā)集成電路，內(nèi)含完整的缺相、過(guò)流、過(guò)熱等故障保護(hù)功能；具有高精度、功能完善、使用簡(jiǎn)單可靠、易調(diào)試、抗干擾性強(qiáng)、體積微小、保護(hù)電路完整等優(yōu)點(diǎn)；采用先進(jìn)的硅柵CMOS工藝制造，封裝形式為SOP-28，單5V電源供電。</p><p>　　TMD688A主要應(yīng)用

95、于三相交流供電的電力電子產(chǎn)品上，包括三相電機(jī)功率驅(qū)控模塊、交流電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速、晶閘管控制電路、交交變頻、整流、逆變、大功率電源等。產(chǎn)品可完全取代早期模擬類晶閘管移相觸發(fā)電路（如KC與T785/787系列）和近期的以單片機(jī)+通用電路設(shè)計(jì)而成的移相觸發(fā)器，并減少約60-80%的外圍元器件數(shù)量，使用戶從總體上縮短了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期，減小了系統(tǒng)體積，降低了開(kāi)發(fā)成本。TMD688A與大功率電力電子器件組合可組成大功率一體化功能模塊，是工業(yè)自動(dòng)化控制、

96、電源、電機(jī)驅(qū)控與調(diào)速等眾多行業(yè)更新?lián)Q代的最佳產(chǎn)品[12]。</p><p>　　3.11 控制電路與可控硅觸發(fā)系統(tǒng)接口</p><p>　　設(shè)計(jì)完成的單片機(jī)主控電路就可以與可控硅連接在一起進(jìn)行調(diào)試了，它們的接口框圖如圖3.13所示[14]?？煽毓栌|發(fā)系統(tǒng)的輸出端和三相電機(jī)直接相連，就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)了。</p><p>　　圖3.13 軟啟動(dòng)系統(tǒng)框圖<

97、/p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 主程序設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)功能模塊按軟啟動(dòng)的過(guò)程可分為初值設(shè)置過(guò)程，數(shù)模轉(zhuǎn)換過(guò)程和軟啟動(dòng)時(shí)間顯示過(guò)程。同時(shí)為確保啟動(dòng)過(guò)程正常工作，對(duì)容易出故障的過(guò)程，系統(tǒng)還設(shè)置了故障報(bào)警或停機(jī)功能[15]。系統(tǒng)軟件可按照軟啟動(dòng)的工作流程進(jìn)行編寫。主要的軟件模塊有開(kāi)機(jī)自檢、狀

98、態(tài)初始化、顯示當(dāng)前默認(rèn)狀態(tài)，進(jìn)入鍵盤掃描狀態(tài)并等待操作鍵按下，以及根據(jù)操作鍵轉(zhuǎn)入相應(yīng)流程等，其主程序流程如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 初始化程序</p><p>　　初始化程序用來(lái)確定堆棧地址，裝入定時(shí)器中斷初值、設(shè)置定時(shí)器中斷方式以及設(shè)置變量初值等[16]。其流程框圖如圖4.2所示。</p>

99、<p>　　圖4.2 初始化程序流程圖</p><p>　　4.3 加“1”子程序</p><p>　　程序開(kāi)始時(shí)，通過(guò)S1、S2鍵來(lái)設(shè)置啟動(dòng)電壓值和軟啟動(dòng)的過(guò)程，加“1”過(guò)程通過(guò)兩個(gè)子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，流程框圖如圖4.3。</p><p>　　圖4.3 加“1”子程序流程圖</p><p>　　4.4 減“1”子程序<

100、/p><p>　　與加“1”子程序相同，減“1”子程序是通過(guò)檢測(cè)按鍵S2來(lái)調(diào)用相應(yīng)的兩個(gè)子程序，程序框圖如圖4.4。</p><p>　　圖4.4 減“1”子程序流程圖</p><p>　　4.5 移位子程序</p><p>　　移位子程序可以在設(shè)置初始值時(shí)，為了使四位LED分別顯示軟啟動(dòng)過(guò)程的最終電壓和啟動(dòng)時(shí)間，方便四位數(shù)碼管逐個(gè)選中，能夠

101、分別使能四個(gè)驅(qū)動(dòng)，程序流程框圖如圖4.5[17]。</p><p>　　圖4.5 移位子程序流程圖</p><p>　　4.6 啟動(dòng)/停止子程序</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如有特殊情況發(fā)生，可以按S4鍵讓程序暫停，相應(yīng)的數(shù)碼管數(shù)值也被鎖存，等待處理完畢后，再按S4鍵，系統(tǒng)就可以接著正常運(yùn)行。程序框圖如4.6所示。</p><p>　

102、　圖4.6 啟動(dòng)/停止子程序流程圖</p><p>　　4.7 中斷子程序</p><p>　　利用兩個(gè)定時(shí)器T0和T1來(lái)給數(shù)碼管送數(shù)值和實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，定時(shí)器T0流程如圖4.7。</p><p>　　圖4.7 定時(shí)器T0子程序流程圖</p><p>　　定時(shí)器T1用來(lái)調(diào)用數(shù)模轉(zhuǎn)換子程序。</p><p>　　圖4.

103、8 定時(shí)器T1子程序流程圖</p><p>　　5 系統(tǒng)安裝與調(diào)試</p><p>　　5.1 硬件電路調(diào)試</p><p>　　系統(tǒng)的硬件調(diào)試主要就是鍵盤電路、顯示電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和電源電路的設(shè)計(jì)，先調(diào)試電源電路和復(fù)位電路，測(cè)試電源電路輸出是否符合需要，再調(diào)試復(fù)位電路，進(jìn)行復(fù)位測(cè)試，復(fù)位電路的調(diào)試包括上電復(fù)位和強(qiáng)制復(fù)位，只要能成功復(fù)位即可。當(dāng)這兩部分都調(diào)試完

104、畢后，再進(jìn)行單片機(jī)調(diào)試，首先調(diào)試單片機(jī)的晶振電路，看晶振電路能否正常起振，如果能正常起振，則整個(gè)硬件的單片機(jī)部分沒(méi)有問(wèn)題，關(guān)于硬件系統(tǒng)的其他部分則需要結(jié)合軟件進(jìn)行調(diào)試。</p><p><b>　　5.2 軟件調(diào)試</b></p><p>　　本系統(tǒng)的軟件部分，主要采用C語(yǔ)言編寫，數(shù)模轉(zhuǎn)換部分采用匯編語(yǔ)言，除去語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤后，通過(guò)編程器直接下載到單片機(jī)來(lái)具體調(diào)

105、試。采用了自下到上的調(diào)試方法，即先單獨(dú)調(diào)試好每一項(xiàng)功能，然后再連接成一個(gè)完整的系統(tǒng)調(diào)試。這樣保證了軟件編寫的正確性和可行性。</p><p><b>　　5.3 綜合調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試結(jié)果如圖5.1，圖5.2。圖5.1左邊兩位顯示的是軟啟動(dòng)的啟動(dòng)電壓。右邊兩位顯示的是軟啟動(dòng)的啟動(dòng)時(shí)間。圖5.2是軟啟動(dòng)的啟動(dòng)電壓從0V上升到5V的變化過(guò)程。調(diào)試整個(gè)

106、系統(tǒng)時(shí)，把軟件編出的每一項(xiàng)功能結(jié)合相應(yīng)的硬件進(jìn)行調(diào)試[19]。這樣保證在綜合調(diào)試的時(shí)候，順利查找錯(cuò)誤，具體分析解決。由于在模塊調(diào)試過(guò)程中，我們把軟硬件所出現(xiàn)的錯(cuò)誤都調(diào)整過(guò)來(lái)了，所以系統(tǒng)調(diào)試基本通過(guò)。這是本設(shè)計(jì)中收獲最大的部分，不但能發(fā)現(xiàn)和解決很多問(wèn)題，而且可以看著作品一步一步的成型。</p><p>　　此外，通過(guò)修改軟件編程，此單片機(jī)主控系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)軟停車，可輸出三角波、矩形波、SPWM波形等多種波形，適用于多

107、種場(chǎng)合。</p><p>　　圖5.1 軟啟動(dòng)電壓與時(shí)間顯示過(guò)程</p><p>　　圖5.2 軟啟動(dòng)電壓變化過(guò)程</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本文從總體上介紹了數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。采用深圳宏晶科技公司生產(chǎn)的STC12C5410AD系列單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)來(lái)控制

108、。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了軟啟動(dòng)主控電路的硬件和軟件結(jié)構(gòu)。硬件部分主要包括按鍵模塊，顯示模塊和數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。軟件部分主要采用C語(yǔ)言編寫，利用了兩個(gè)定時(shí)器，使顯示和數(shù)模能夠同時(shí)進(jìn)行。整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是成本低廉，簡(jiǎn)單易行；同時(shí)只要對(duì)硬件稍作改變，采用不同的程序，就可用于其它適合的場(chǎng)合。</p><p>　　利用數(shù)字軟啟動(dòng)的可控硅觸發(fā)系統(tǒng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)、安全、節(jié)電、電網(wǎng)沖擊和機(jī)械設(shè)備的故障以及改善生產(chǎn)環(huán)境的目的。該技術(shù)是

109、我國(guó)目前電動(dòng)機(jī)改造的重要方向和途徑。隨著技術(shù)的進(jìn)步將會(huì)獲得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本文的全部工作是在尊敬的**的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到論文的撰寫每一步都傾注著老師的心血，老師嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度，敏銳的學(xué)術(shù)思想和勤奮、刻苦的鉆研精神給我留下了深刻印象，并深受鼓舞，籍此完成論文之際，謹(jǐn)向辛勤指導(dǎo)我

110、的老師致以真摯的謝意。</p><p>　　在設(shè)計(jì)過(guò)程中，還得到了**的細(xì)心指導(dǎo)和大力幫助，在此一并表示衷心的感謝。</p><p>　　同時(shí)，衷心感謝在百忙之中抽出時(shí)間審閱本論文的專家教授。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 王堅(jiān). 用單片機(jī)檢測(cè)電網(wǎng)的功率因數(shù).電氣自動(dòng)化[