路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  1 路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)  摘要： 目前隨著工業(yè)的發(fā)展，電力設(shè)備的老化，導(dǎo)致電力緊張已是社會(huì)普遍現(xiàn)象。而城市化的加快又需要更多的照明路燈，而且一般照明路燈電壓總是在用電高峰低于額定值，用電低峰高于額定值，這無疑會(huì)造成路燈不能正常工作或浪費(fèi)電力資源。所以研究路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)就變得很有意義。  本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為控制核心 的 一種路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng) ,其工作原理是：電網(wǎng)電壓通過采樣電路，AC/DC 轉(zhuǎn)換 （交直流轉(zhuǎn)換） ，再經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換 （模數(shù)轉(zhuǎn)換） 后的信號輸入單片機(jī)，單片機(jī)通過運(yùn)算處理來控制無觸點(diǎn)開關(guān)的狀態(tài)，選擇補(bǔ)償穩(wěn)壓線圈組合，最終實(shí) 現(xiàn)補(bǔ)償穩(wěn)壓。  關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)；控制；路燈穩(wěn)壓；  1 引言  目前我國許多地方由于電力供應(yīng)緊張，或電力設(shè)備嚴(yán)重老化，而隨著城市化的快速發(fā)展，照明路燈的數(shù)量也越來越多，其用電量占城市用電總量的比重越來越大， 在用電高峰期， 電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行，電網(wǎng) 電壓都低于額定值，在用電低谷期供電電壓又高于額定值，當(dāng)電壓高時(shí)不但影響照明設(shè)備的使用壽命，而且耗電量也大幅增加（電源電壓若增加 20%，則耗電量增加 44%），當(dāng)?shù)凸葧r(shí)，照明設(shè)備又不能正常工作 。 因而有必要針對上述問題開發(fā)出一種使用方便又節(jié)能的裝置 ，它具有自動(dòng)檢測路燈電網(wǎng)電壓、自 動(dòng)穩(wěn)壓并輸出額定電壓和過欠壓報(bào)警的功能。  基于單片機(jī)的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)，它由單片機(jī)控制無觸點(diǎn)開關(guān)（ BCR）調(diào)節(jié)變壓器繞組組合，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定，具有高效、節(jié)能、省財(cái)、調(diào)節(jié)快速、重量輕及體積小等特點(diǎn)。  2 方案論證  2.1 方案一  基于 AT89C51 單片機(jī)的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)  單片機(jī)采用 AT89C51。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器， 俗稱單片機(jī) 。 單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器， AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。  2.2 方案二  基于 PIC16C72 單片機(jī) 的路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)  PIC16C72 是美國微芯 (Microchip)公司推出的 8/11 位單片機(jī) ， 采用寬字節(jié)單周期指令 ， 哈佛雙總線和 RISC 結(jié) 構(gòu) ， 其數(shù)據(jù)吞吐量最高可達(dá) 6MIPS， 這幾乎是其它大多數(shù) 8位微控制器速度的 4倍 128 腳封裝的 PIC16C72 單片機(jī)內(nèi)集成了以下主要功能 ： 2KB片內(nèi)ROM 程序存儲(chǔ)器 ； 128KB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ； 22位 I/O 線 ； 5 路 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ； 2 個(gè) 8位 ； 1個(gè) 16 位多功能計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 ； 1 個(gè)捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 (CCP)部件 。  2.3 方案選擇  可以采用 可編程序控制器 PLC，各種單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。但考慮到成本控制和軟硬件實(shí)現(xiàn)難度，采用方案一的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?，提高了人們生活無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  2 的質(zhì)量。  基于 AT89C51 單片機(jī)的 路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)主要由 AC/DC 轉(zhuǎn)換 （交直流轉(zhuǎn)換） 、 A/D轉(zhuǎn)換 （模數(shù)轉(zhuǎn)換） 、雙向可控硅觸發(fā)電路、過欠壓報(bào)警電路等組成。  系統(tǒng)硬件框圖如圖 1所示。  圖 1 系統(tǒng)硬件框圖  3 系統(tǒng)穩(wěn)壓原理及主電路結(jié)構(gòu)  3.1 系統(tǒng)穩(wěn)壓原理  交流調(diào)壓方式有多種，常見的有自耦變壓器調(diào)壓方式、調(diào)相方式、磁飽和穩(wěn)壓方式等。這幾種方式均無法滿足路燈節(jié)能裝置的功能要求，自耦變壓器方式在大電流供電時(shí)，由于其碳刷的限制，不能滿足要求；而調(diào)相方式存在著波形畸變，即對電網(wǎng)有干擾，又對一些 新型照明設(shè)備有干擾，無法滿足要求；磁飽和方式在大功率時(shí)因其體積龐大無法滿足要求。  補(bǔ)償變壓器方式可應(yīng)用于交流調(diào)壓中，這種方式 由單片機(jī)控制雙向可控硅調(diào)節(jié)控制變壓器與補(bǔ)償變壓器繞組組合實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。它具有體積小、成本底、通用性強(qiáng)、運(yùn)行可靠、容易維修等特點(diǎn)。由于采用雙向可控硅無觸點(diǎn)調(diào)節(jié)變壓器繞組組合來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償穩(wěn)壓，取消了機(jī)電式補(bǔ)償穩(wěn)壓電源中笨重而反應(yīng)慢的電機(jī)、齒輪傳動(dòng)機(jī)制及碳刷機(jī)構(gòu)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度及維護(hù)方面有明顯改善。其 電氣原理圖如圖 2所示 。  補(bǔ) 償 單 元調(diào) 節(jié) 單 元單 片 機(jī) 控 制 器 報(bào) 警 指 示A C / D C , A / DUVWUIUOUVW圖 2 補(bǔ)償式交流穩(wěn)壓器原理  UI P1.0         AD AT89C51 P0     P1.4P1.6 鎖  存  器  MOC 3061 雙向  可控硅  報(bào)警電路  A/D 轉(zhuǎn)換  AC/DC 轉(zhuǎn)換  74LS373 選擇電路  電源電路  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  3 其中電網(wǎng)輸入電壓為 UI,補(bǔ)償電壓 UB，輸出電壓 UO全為工頻電壓，則有    UI+UB=UO 式中 UB=k1 UT1+k2 UT2+k3 UT3 ki=-1,0,1(i=1,2,3) 其矢量如圖 3 所示。  圖 3 矢量圖  UO=(UI2+UB2+2UIUBcos )0.5 補(bǔ)償采用改變 UB模的方式，令 =0 或 =，則 UO=（ UI+/-UB）。當(dāng) UIUO時(shí)， UTi提供負(fù)補(bǔ)償；當(dāng)UI=UO時(shí)， UTi 不提供電壓補(bǔ)償，所以，一旦電網(wǎng)輸入電壓偏離 UI偏離額定電壓時(shí)，單片機(jī)控制單元便調(diào)節(jié)雙向可控硅的開關(guān)狀態(tài)，來控制補(bǔ)償變壓器 TRi（ i=1,2,3）的 UTi 的補(bǔ)償方式。  3.2 主電路結(jié)構(gòu)  圖 4 補(bǔ)償式穩(wěn)壓器主電路  1相主電路如圖 4 所示。 TR1， TR2,TR3是 3 個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償穩(wěn)壓器，根據(jù)精度及輸入電壓范圍的要求 來選擇補(bǔ)償變壓器的臺(tái)數(shù)，這里選擇了 3臺(tái)。其次級繞組上的補(bǔ)償電壓 UT設(shè)計(jì)為 11V,22V,44V。當(dāng)順極性（反極性）疊加全部投入時(shí)，可以獲得最大正負(fù)補(bǔ)償電壓為 77V。 S1 S8是雙向可控硅器件，它與補(bǔ)償變壓器 TR1， TR2,TR3組成“多全橋電路”形式，圖中 S7和 S8為公用橋臂，它分別與 S1,S2,S3和 S4,S5,S6組成 3 個(gè)全橋電路。工作過程為：當(dāng)輸入電壓高于額定值 UO時(shí)，要求補(bǔ)償穩(wěn)壓器 TR1， TR2,TR3中的 1個(gè)， 2 個(gè)或 3  UI UO UB 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  4 個(gè)同時(shí)工作產(chǎn)生反極性的電動(dòng)勢來抵消 UI升高的那部分電壓。例如，當(dāng)判斷僅需 TR1投入時(shí) (設(shè) UI極性為 U 正 N負(fù) )，可觸發(fā) S1和 S8導(dǎo)通，電流通路為： U TR1（上繞組） S1 TR1（下繞組） S8 N。當(dāng) U,N 反極性時(shí)，沿上述通路反向流動(dòng)。當(dāng)輸入電壓低于額定值時(shí)，需要 TR1產(chǎn)生順極性電動(dòng)勢補(bǔ)償 UI所缺少的那部分電壓，可 使 S2和 S7導(dǎo)通。  如果 UI升高（或降低）很多時(shí)，需要 TR1和 TR2同時(shí)投入，在 UI高于額定值時(shí)，可使 S1, S3和 S8導(dǎo)通；在 UI低于額定值時(shí)，可使 S2,S4和 S7導(dǎo)通。如果需要 TR1， TR2,TR3都投入，在 UI高于額定值時(shí)，使 S1,S3,S5和 S8導(dǎo)通；在 UI低于額定 值時(shí)，使 S2,S4,S6和S7導(dǎo)通。  雙向可控硅電路安排在補(bǔ)償變壓器的輸出側(cè)，可提高其抗干擾能力，此時(shí)的 TR1，TR2,TR3都有濾波作用，可吸收電網(wǎng)側(cè)的各種瞬間干擾。在輸入輸出側(cè)接入壓敏電阻 RV1和 RV2可防止各種過電壓信號的串入。開關(guān)器件不在負(fù)載電流的主通路上，從而使其易于選擇，并可靠工作。  4 硬件電路設(shè)計(jì)和論證  4.1 電源電路設(shè)計(jì)和論證  直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、 橋式整流 電路及穩(wěn)壓電路所組成，設(shè)計(jì)框圖 5 圖 5 直流穩(wěn)壓電源框圖  此 電源 電路是把交流變成直流電源的電路，整體思路是 將 220V 的 交流電通過降壓器 降 壓到所需要的電壓范圍，通過橋式整流器轉(zhuǎn)變成直流電源，然而轉(zhuǎn)變成的直流電源還會(huì)包含一些交流成分， 可以 通過電容 C1 把交流電壓過濾掉， 如圖 6 圖 6 直流電源電路  上圖得到的直流電源還需通過穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定電壓，此設(shè)計(jì)采用 LM7805三端穩(wěn)壓電路。 它是 5V固定電壓輸出，應(yīng)用非常廣泛。其內(nèi)部有過流保護(hù)、過熱保護(hù)以及安全工作區(qū)得保護(hù)，使它基本上不會(huì)損壞。  電源  變壓器  橋式整流 電路  穩(wěn)壓   電路  輸入電壓 U1  輸出電壓 U2 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  5 LM7805三端穩(wěn)壓電路如圖 7所示  I n pu t1O u t pu t3GND2L M 78 05C41 00 uFC50 . 1u FUi Uo圖 7 LM7805三端穩(wěn)壓電路  4.2 其他 電路設(shè)計(jì)和論證  4.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換電路 （模 數(shù)轉(zhuǎn)換電路）  A/D 轉(zhuǎn)換器選擇 ADC0809 芯片。  輸入電壓由 AC/DC 變換電路轉(zhuǎn)換成 05V 的直流信號，進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 0809 的輸入通道，通過 0809 芯片轉(zhuǎn)換輸入單片機(jī)，由 CPU 檢測穩(wěn)壓電源的輸入值。  這里 A/D 轉(zhuǎn)換器參考電壓選擇 +5V，以 0809 八位 255 的轉(zhuǎn)換精度每一位的電壓值為（ 5-0） /255 0.0196V。  設(shè)輸入電壓為 X，則：  X-27 0.0196>=0,則 AD7=1 否則 AD7=0；  X-26 0.0196>=0，則  AD6=1 否則 AD6=0；  X-25 0.0196>=0,則 AD5=1 否則 AD5=0；  X-24 0.0196>=0,則 AD4=1 否則 AD4=0；  X-23 0.0196>=0,則 AD3=1 否則 AD3=0；  X-22 0.0196>=0,則 AD2=1 否則 AD2=0；  X-21 0.0196>=0,則 AD1=1 否則 AD1=0；  X-20 0.0196>=0,則 AD0=1 否則 AD0=0；  A/D 轉(zhuǎn)換電路如圖 8 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  6 圖 8 A/D 轉(zhuǎn)換電路  4.2.2 雙向可控硅觸發(fā)電路  晶閘管的觸發(fā)方式有移相觸發(fā)和過零觸發(fā)兩種。常用的觸發(fā)電路與主回路之間由于有電的聯(lián)系，易受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和電源波形畸變的影響，為解決同步問題，往往又使電路較為復(fù)雜。 MOTOROLA 公司生產(chǎn)的 MOC3021-3081 器件可以很好地解決這些問題。該器件用于觸發(fā)晶閘管， 具有價(jià)格低廉、觸發(fā)電路簡單可靠的特點(diǎn)。  該設(shè)計(jì)雙向可控硅由光隔離 /光耦合過零觸發(fā)雙向可控硅驅(qū)動(dòng)器 MOC3061 驅(qū)動(dòng)。其驅(qū)動(dòng)原理如圖 9 所示。  MOC3061 驅(qū)動(dòng)器由單片機(jī)經(jīng) 74LS07 控制。通過 MOC3061 控制雙向可控硅來調(diào)節(jié)控制補(bǔ)償變壓器繞組的組合，從而調(diào)節(jié)輸出電壓。圖中 R2 為輸入限流電阻， R1為輸出限流電阻， R3 是為了防止可控硅誤觸發(fā)； R4、 C 為阻容保護(hù)電路，防止浪涌電壓損壞可控硅。  圖 9 雙向可控硅觸發(fā)電路  4.2.3 報(bào)警電路  過壓、欠壓報(bào)警電路采用蜂鳴器報(bào)警電路，蜂鳴器用三極管驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)， 報(bào)警電路的開關(guān)控制量直接由單片機(jī)的 P1.0 口輸出。  報(bào)警電路如圖 10所示。  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  7 圖 10 蜂鳴器報(bào)警電路  5 硬件電路元器件介紹  5.1 AT89C51 單片機(jī)的功能特點(diǎn)介紹  （ 1）主要性能   與 MCS-51 兼容  4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器                           壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)   數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10年   全靜態(tài)工作： 0Hz-24Hz 三級程序存儲(chǔ)器鎖定  128*8 位內(nèi)部 RAM 32 可編程 I/O 線   兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器  5 個(gè)中斷源   可編程串行通道   低功 耗的閑置和掉電模式   片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路  (2)管腳說明  AT89C51 引腳圖如圖 11 所示。  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  8 圖 11 AT89C51 引腳圖  VCC：供電電壓。                              GND：接地。                                    P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原 碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。  P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。  P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫 “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口 的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。  P3 口： P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。  P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳  備選功能  P3.0 RXD（串行輸入口）  P3.1 TXD（串行輸出口）  P3.2 /INT0（外部中斷 0）  P3.3 /INT1（外部中斷 1）  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  9 P3.4 T0（記時(shí)器 0外部輸入）  P3.5 T1（記時(shí)器 1外部輸入）  P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）  P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）  P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。  RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電 平時(shí)間。  ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)，  ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。  /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。  /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。  XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。  XTAL2：來自反 向振蕩器的輸出。  （ 3）振蕩器特性  XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。  (4)芯片 擦除  整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該 操作必須被執(zhí)行。  此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。  5.2 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 功能介紹  ADC0809 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8通道， 8位逐次逼近式 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8路模擬輸入信號 中的一個(gè)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8位通用 A/D芯片   1.主要特性  1） 8 路輸入通道， 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。   2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。   3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100s( 時(shí)鐘為 640kHz 時(shí) )， 130s （時(shí)鐘為 500kHz 時(shí)）    無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  10 4）單個(gè) +5V 電源供電   5）模擬輸入電壓范圍 0 +5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。   6）工作溫度范圍為 -40 +85 攝氏度   7）低功耗，約 15mW。   2.內(nèi)部結(jié)構(gòu)  ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié) 構(gòu)如圖 12 所示，它由 8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8位開關(guān)樹型 A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時(shí)電路組成。   圖 12 ADC0809 內(nèi)部邏輯圖  3.外部特性  ADC0809 芯片有 28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 13所示。下面說明各引腳功能。   IN0 IN7： 8路模擬量輸入端。   2-1 2-8： 8位數(shù)字量輸出端。   ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路   ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。   START：  A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換）。   EOC：  A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。   OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。   CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。   REF（ +）、 REF（ -）：基準(zhǔn)電壓。   Vcc：電源，單一 +5V。   GND：地。   無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  11 圖 13 ADC0809 管腳圖  4.ADC0809 的工作過程  首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)  A/D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指?A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。當(dāng) OE 輸入高電平  時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。   轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送  A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng) 及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。   （ 1）定時(shí)傳送方式   對于一種 A/D轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128s ，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS-51單片機(jī)共 64 個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序， A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。   （ 2）查詢方式   A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EOC 端。因此可以用查詢方式，測試 EOC 的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。   （ 3）中斷方式   把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號（ EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。   不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號有效時(shí)， OE信號即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。  5.3 驅(qū)動(dòng)器 MOC3061 功能介紹  MOC3061 系列采用雙列直插 6 引腳封裝形式，如圖 14 所示。  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  12 圖 14 MOC3061 引腳圖  器件由輸入、輸出兩部分組成。 1、 2 腳為輸入端，輸入級是一個(gè)砷化鎵紅外發(fā)光二級管，該二極管在 515mA 正向電流作用下，發(fā)出足夠的紅外光，觸發(fā)輸出部分。 3、 5腳為空腳， 4、 6 腳為輸出端，輸出級為具有過零檢測的光控雙向可控硅。當(dāng)紅外發(fā)光二極管發(fā)射紅外光時(shí)，光控雙向可控硅觸發(fā)導(dǎo)通。  5.4 74LS373 鎖存器 功能介紹  八 D 鎖存器 (3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性 )  簡要說明 :  373 為三態(tài)輸出的八 D透明鎖存器 ,共有  54S373 和  74LS373 兩種線路   結(jié)構(gòu)型式，其主要電器特性的典型值如下 (不同廠家具體值有差別 ):  型號  tPd PD  54S373/74S373 7ns 525mW  54LS373/74LS373 17ns 120mW  373 的輸出端  O0O7 可直接與總線相連。   當(dāng)三態(tài)允許控制端  OE 為低電平時(shí)， O0O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)  OE 為高電平時(shí)， O0O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。   當(dāng)鎖存允許端  LE 為高電平時(shí)， O 隨數(shù)據(jù)  D 而變。當(dāng)  LE 為低電平時(shí)， O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)  LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善  400mV。   引出端符號：   D0 D7 數(shù)據(jù)輸入端   OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）   LE 鎖存允許端   O0O7 輸出端   74LS373 引腳圖如圖 15 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  13 圖 15 74LS373 引腳圖  真值表 16：   Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Q0 X X H 高阻態(tài)  表 16 真值表  6 軟件設(shè)計(jì)  6.1 程序流程  6.1.1 系統(tǒng)主 程序流程圖  系統(tǒng)主程序流程圖 如圖 17 圖 17 系統(tǒng)主程序流程圖  開始  初始化  延時(shí)  對三相分別采樣  數(shù)據(jù)處理與故障分析  無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  14 6.1.2 各子程序流程圖  6.1.2.1 延時(shí)程序流程圖  為避免上電時(shí)輸入電壓不穩(wěn)或瞬間大電流沖擊等影響，軟件設(shè)計(jì)了延時(shí)程，延時(shí)時(shí)間為 1S。  由于本設(shè)計(jì)選擇的單片機(jī)晶振為 6MHz，一個(gè)機(jī)器周期為 2 S，則一次循環(huán)（ DJNZ指令）為 4 S，需要采用多重循環(huán)實(shí)現(xiàn) 1S延時(shí)。由于 0.1S=4 S*125*200，而 1S=0.1S*10,則程序流程圖如圖 18 圖 18 延時(shí)程序流程圖  其中 R4,R5,R6,R7 分別賦值為 1， 125， 200 和 10。  開始給各寄存器賦初值R 5 是否為 0R 6 是否為 0R 7 是否為 0R 4 是否為 0 ?返回NYNYYNNY無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  15 6.1.2.2 數(shù)據(jù)采樣程序流程圖  此段程序分 ADC0809 查詢程序和中斷檢測兩部分。其程序流程圖如圖 19 所示。其中圖（ a）為 ADC0809 查詢流程圖，圖（ b）為中斷檢測流程圖。  (a)                              (b) 圖 19 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖  開 始初 始 化 / 開 中 斷是 否 有 中 斷啟 動(dòng) A / D 轉(zhuǎn) 換等 待 中 斷執(zhí) 行 中 斷 子 程 序中 斷 返 回所 有 通 道 采 樣 完畢 ？返 回開 始關(guān) 中 斷保 護(hù) 現(xiàn) 場讀 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 并 存 數(shù) 據(jù)更 新 通 道返 回 中 斷NYYN無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  16 6.1.2.3 數(shù)據(jù)處理與故障分析程序流程圖  這部分是路燈穩(wěn)壓控制系統(tǒng)的中心部分，整個(gè)控制系統(tǒng)就是靠這部分來控制無觸點(diǎn)開關(guān)進(jìn)而選擇補(bǔ)償繞組組合，來實(shí)現(xiàn)輸出穩(wěn)定電壓。  該部分程序流程圖如圖 20 圖 20 數(shù)據(jù)處理與故障分析程序流程圖  6.2 程序  6.2.1 主程序  MAIN:   MOV R0,#30H         ;存放數(shù)據(jù)首地址  MOV P1,#00H MOV P2,#00H CLR A MOV R0,A               ;將數(shù)據(jù)存放單元清零  開始初始化選擇 OE采樣電壓 = 額定電壓 ？輸出電壓返回是否欠壓 ？執(zhí)行正補(bǔ)償返回報(bào)警采樣電壓與額定電壓相減CY = 1 ?是否過壓 ？執(zhí)行負(fù)補(bǔ)償返回報(bào)警YNYNNYYN無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  17 INC R0 MOV R3,#03H             ;3 路采樣初值  MOV 31H,#00H            存放通道號  MOV R4,#1 ACALL YANSHI     ;延時(shí)  MSZH:   SETB IT1                INT1 置為邊沿觸發(fā)  SETB EA                 ;開中斷  SETB EX1                允許 INT1 中斷  MOV DPTR,#0FFF8H         ;指向 0809 通道 0 MOV A,#00H MOVX  DPTR,A            啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換  MOV P1.7,#0 HERE:   SJMP HERE               ;等待中斷  ACALL CHULI DJNZ R3,MSZH            巡回未完繼續(xù)  AJMP  MAIN 6.2.2 各子程序  6.2.2.1 延時(shí)子程序  YANSHI: MOV   R7,#10             ;1S 延時(shí)程序  DELAY3: MOV   R6,#200 DELAY2: MOV   R5,#125 DELAY1: DJNZ  R5,DELAY1           ;4us*125=500us=0.5ms DJNZ  R6,DELAY2           ;0.5ms*200=0.1s DJNZ  R7,DELAY3           ;0.1s*10=1s DJNZ  R4,YANSHI RET 6.2.2.2 中斷子程序  INT1:   CLR EX1 PUSH PSW               ;保護(hù)現(xiàn)場  MOVX A,DPTR           ;讀 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果  MOV R1,A               ;存數(shù)據(jù)  INC DPTR               ;更新通道  MOV A,31H INC A MOV 31H,A MOV R3,#03H                重新賦初值  POP PSW RETI                   ;返回中斷  6.2.2.3 數(shù)據(jù)處理與故障分析子程序  CHULI:  MOV A,#00H CLR  C 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  18 MOV  31H,#01H MOV  A,31H ACALL OE MOV A,R1 CLR C SUBB A,#220 JZ   SHUCHU              電壓等于額定值，直接輸出  JC  QYPD SUBB A,#99H               ;過壓判斷  JC  FU                    無過壓調(diào)整電壓  ACALL ALARM                過壓報(bào)警  QYPD:   CLR C MOV A,#220                欠壓判斷  SUBB A,R1 SUBB A,#99 JC   ZHENG                無欠壓調(diào)整電壓  ACALL ALARM                欠壓報(bào)警  SHUCHU: MOV P2,#00H AJMP FINISH FU:     MOV A,#00H                 ;負(fù)補(bǔ)償  CLR  C MOV  A,R1 SUBB A,#220 JC   ZHENG MOV  B,A             ;結(jié)果暫存 B SUBB A,#11              JC   BU1 MOV  A,B SUBB A,#22 JC   BU2 MOV  A,B SUBB A,#33 JC   BU3 MOV  A,B SUBB A,#44 JC   BU4 MOV  A,B SUBB A,#55 JC   BU5 MOV  A,B SUBB A,#66 JC   BU6 MOV  A,B SUBB A,#77 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  19 JC   BU7 ZHENG:     MOV  A,#220            正補(bǔ)償             CLR  C SUBB A,R1 MOV  B,A SUBB A,#11 JC   BU8 MOV  A,B SUBB A,#22 JC   BU9 MOV  A,B SUBB A,#33 JC   BU10 MOV  A,B SUBB A,#44 JC   BU11 MOV  A,B SUBB A,#55 JC   BU12 MOV  A,B SUBB A,#66 JC   BU13 MOV  A,B SUBB A,#77 JC   BU14 BU1:    MOV P2,#81H RET BU2:    MOV P2,#84H RET BU3:    MOV P2,#85H RET BU4:    MOV P2,#90H RET BU5:    MOV P2,#91H RET BU6:    MOV P2,#94H RET BU7:    MOV P2,#95H RET BU8:    MOV P2,#42H RET BU9:    MOV P2,#48H RET BU10:   MOV P2,#45H 無   錫   職   業(yè)   技   術(shù)   學(xué)   院  畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）  20 RET BU11:   MOV P2,#60H RET BU12:   MOV P2