微机数字触发器研究论文
微机数字触发器研究论文 1触发器的硬件设计 微机数字触发器的硬件电路主要以MCS-8096为控制核心，包括输入信号 预处理电路、同步脉冲产生电路、脉冲的形成与输出电路、存储器扩展及附属电 路等几个部分。硬件框图如力所示。1.1同步脉冲产生电路 在各种晶闸管整流电路中，各晶闸管的触发脉冲必须与加在晶闸管上的交 流主电源电压有相对固定的相位关系（即各管的触发时刻与主电源电压的某一个 固定的相位点之间相差一个控制角α），对应这一触发时刻的脉冲称为同步脉冲， 完成这一任务的电路就是同步脉冲产生电路。数字触发器根据同步脉冲的不同触 发方式分为绝对触发和相对触发方式。所谓绝对触发方式是指每一触发脉冲的形 成时刻均由同步基准决定，这在三相桥式电路中就需要有六个同步基准交流电 压；
而相对触发方式仅需一个同步基准。当第一个脉冲由同步基准产生后，再以 第一个触发脉冲作为下一个触发脉冲的基准。在三相桥式电路中，两相邻触发脉 冲之间相差60°电角度，但由于电网频率会在50Hz附近波动，所以必须进行电网 周期的跟踪测量。
同步脉冲电压可以用相电压Ua，也可以用线电压Uac。当用线电压Uac作 为同步电压时，同步基准在三相桥式电路中，它的上跳沿正好是α=0°的基准；
而 当用相电压Ua作同步电压时就有-30°的相位差。在本装置的同步脉冲电路中，以 线电压Uac作为同步电压。电路如图2所示。线电压Uac经降压后加至LM339组成 的电压比较器，输出高、低电平等宽的方波，经光电隔离器TIL117及电容、电阻 组成的微分电路，形成微分信号，这个微分信号就是同步相位脉冲，其周期为电 网的周期。
1.2触发脉冲隔离、驱动与输出电路 为了防止干扰和满足晶闸管的门极对触发脉冲功率的要求，由单片机发出 的触发脉冲必须经隔离、驱动才能加至晶闸管的门极。此电路由缓冲器、光电隔 离器、变压器等器件组成，如图3所示。
当单片机8096高速输出口HSO无脉冲信号时，光电隔离器TIL117截止，三极管BG截止，变压器无脉冲输出；
当HSO有脉冲信号时，光隔TIL117导通，从 而使相应的三极管BG导通，这样触发脉冲经脉冲变压器T输出，促使晶闸管触发 导通。
1.3输入信号预处理电路 输入信号预处理电路的主要作用是产生脉冲移相控制信号。由于8096具有 四路10位A/D转换通道，不需要再外接A/D转换电路。但8096单片机A/D转换器 对外加控制电压有一定要求，它只允许0至+5V的标准电压进行转换。而实际的 输入不仅有幅值的有效期异而且有极性的不同，因此设置输入信号预处理电路。
它的任务主要是判断输入信号的极性，提取输入信号的幅值，将外加电压信号转 换成0～5V的标准电压信号。
此外，微机数字触发器电路中，由于8096单片机具有64kB的寻址空间， 除了256个内部特殊存储器外，其余空间均需扩展，所以硬件电路中还包 括用来存放系统控制程序、实时采样数据、各种中间结果等的存储器扩展电路以 及复位电路、模拟基准高精度5V电源、12MHz晶振和用于显示的单片机附属电 路。
2触发器的软件设计 触发器的软件设计主要分为主程序、脉冲同步与移相和脉冲的形成与输出 等几个部分，分别说明如下。
2.1主程序 主程序是系统程序，主要完成系统初始化、α角度的显示及等待中断等功 能，主程序框图如图4所示。
2.2脉冲同步与移相 在此装置中，当同步脉冲信号的上跳沿发生时，8096的HIS.0中断立即响 应，获取并计算α值，以实现脉冲的同步与移相。
利用相邻同步信号上升沿之间的时间差来计算电网周期。设前一个同步脉 冲基准到来时定时器T1计数值为t1，当前同步基准到来时定时器计数值为t2，则 电风周期T=t2-t1。单位电角度对应时间为T/360°，电角度对应的时间T1U=αT/360°，T1U即为在同步脉冲上升沿发生后第一个脉冲解发时间。第一个脉冲产生时间的 变化就意味着脉冲移相。脉冲同步与移相的子程序框图如图5所示。
2.3脉冲的形成与输出 利用8096软硬件定时器，高速输出通道HSO和高速输入通道HIS的功能， 使用软件定时中断，在六路HSO口实现六路触发脉冲的输出。
当同步信号的正跳沿发生时，立即引起HIS.0外中断，由脉冲同步与移相 的子程序，计算每周期第一个脉冲上升沿对应的定时值T1U。脉冲下降沿定时值 T1D由其脉宽决定，设脉宽对应的电角度为15°，则T1D=（α+15°）T/360，将T1U、 T1D值置入HSO的内容定址存储区CAM中，HSO通过与定时器T1比较，在T1U 时刻输出高电平，在T1D时刻输出低电平这样就形成了1号触发脉冲。
当1号脉冲上升沿到来时，HSO产生中断，根据当前值，加上两相邻冲之 间的相位差Δα（在三相桥电路中Δα=60°），则2号脉冲的定时值为：上升沿定值 T2U=（α+60°）T/360°，下降沿定时值T2D=(α+75°)T/75°）/360°。同理当2号至5 号脉冲的上升沿产生时，也分别引起HSO中断，产生3号至6号触发脉冲。
脉冲的形成与输出的HIS、HSO及10位A/D转换通道设计的微机数字触发 器，不需要增加很多其它外围电路，就可实现数字触发电路的全部功能，使得触 发器的硬件电路设计变得简单，实现容易。在本装置的设计中改变模拟输入Ux 的大小，可方便地实现α角移相，并且有较大的移相范围。利用HIS.0两次中断的 时间间隔，可动态地跟踪电网周期的变化。另外，只需将软件程序稍加修改，就 可使这种微机数字触发器不仅用于整流，也可用于逆变。所以该装置的设计是合 理的，并且具有较高的控制精度。此外，还可将此系统扩展，将单片机与上位机 连接，由上位机下达α角的调节命令，能够使整个控制系统更加完善。