畢業(yè)設(shè)計--路燈節(jié)電器的設(shè)計

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書</p><p>　　學(xué) 院 精密儀器與光電子工程學(xué)院 </p><p>　　專 業(yè) 電子科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　年 級 </p><p>　　姓 名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2007年 6 月 10日</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書</p><p>　　一、原始依據(jù)（包括設(shè)計或論文的工作基礎(chǔ)、研究條件、應(yīng)用環(huán)境、工作目的等。）</p><p><b>　　工作目的：&

3、lt;/b></p><p>　　城市在高速地發(fā)展，道路在不斷地延長。照明為城市增添了更多的光明。節(jié)電器新技術(shù)，既保障了道路照明的絢麗多彩，又節(jié)約了能源，大幅度降低了電費(fèi)支出，為道路照明的可持續(xù)發(fā)展提供了可靠的保證和有力的支持。</p><p>　　其工作過程為：照明負(fù)載（路燈）開始工作時，采樣電路獲取當(dāng)時輸出電壓，經(jīng)檢測控制電路與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較判斷，然后輸出控制信號，控制調(diào)壓電路

4、進(jìn)行（無觸點(diǎn)）調(diào)壓，使補(bǔ)償電路產(chǎn)生大小不同的補(bǔ)償電壓，達(dá)到降低和穩(wěn)定輸出電壓的目的。</p><p>　　此路燈節(jié)電器先用正常電壓啟動，等燈具充分預(yù)熱后，然后以慢斜坡方式降至200V，當(dāng)輸入電壓在198V～242V之間時，輸出電壓維持不變。且轉(zhuǎn)變過程是緩慢的斜坡方式，不會產(chǎn)生任何沖擊電流。用戶根據(jù)當(dāng)?shù)氐缆氛彰餍枰?，通過時控電路對照明負(fù)載的運(yùn)行時間和供電電壓進(jìn)行編程，以最大限度地降低燈具的電耗和溫度。同時，檢測控制

5、電路還對保護(hù)電路進(jìn)行控制，萬一節(jié)電器輸出電壓過、欠壓或補(bǔ)償調(diào)壓系統(tǒng)工作不正常時，節(jié)電器還能自動切換到“旁路”狀態(tài)，轉(zhuǎn)到市電供電，不會造成照明負(fù)載的供電中斷。 利用電網(wǎng)的波動，在晚上6-10時，需要照明是電網(wǎng)電壓正常或偏低。而在夜里10時后，電網(wǎng)的電壓變高（20％），此時，如果電網(wǎng)電壓上升5V，對于一定的街區(qū)，節(jié)電率可達(dá)20％～ 45%。節(jié)電效果即刻可以檢測。</p><p>　　計算公式：節(jié)電率＝【用節(jié)

6、電器1個晚上的用電量（度）－不用節(jié)電器1個晚上的用電量（度）】÷不用節(jié)電器1個晚上的用電量（度）×100％</p><p><b>　　應(yīng)用環(huán)境：</b></p><p>　　市政照明——城市道路、高速公路、隧道、橋梁等；</p><p>　　交通照明——鐵路、民航、車站、碼頭、公路等；</p><p&g

7、t;　　公共照明——銀行、醫(yī)院、學(xué)校、加油站、體育場館等；</p><p>　　商業(yè)照明——大中型商場、購物中心、超市、賓館、酒店、大型廣告牌等；</p><p>　　工廠照明——電力、通信、紡織、造紙、機(jī)械電子、石油化工、服裝、食品加工等.</p><p><b>　　二、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］胡

8、宴如 耿蘇燕 模擬電子技術(shù) 北京 高等教育出版社 2003．5</p><p>　?。?］楊志忠 衛(wèi)樺林 數(shù)字電子技術(shù) 北京 高等教育出版社 2000．4</p><p>　?。?］胡漢才 單片機(jī)原理及系統(tǒng)設(shè)計 北京 清華大學(xué)出版社 2005．12</p><p>　?。?］韓廣興 電子元器件與實(shí)用電路基礎(chǔ) 北京 電子工業(yè)出版社200

9、5．1</p><p>　?。?］張明峰 PIC單片機(jī)入門與實(shí)戰(zhàn) 北京 北京航空航天工業(yè)大學(xué)出版社 2004．9</p><p>　　［6］羅翼 張宏偉 PIC單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例 北京 中國電力出版社</p><p><b>　　2005．6</b></p><p>　?。?］李學(xué)海 PIC單片機(jī)原

10、理 北京 北京航空航天工業(yè)大學(xué)出版社 2004．5</p><p>　?。?］劉和平 單片機(jī)C語言編譯器及其應(yīng)用 北京 北京航空航天工業(yè)大學(xué)出版社 2004．5</p><p>　　三、設(shè)計（研究）內(nèi)容和要求（包括設(shè)計或研究內(nèi)容、主要指標(biāo)與技術(shù)參數(shù)，并根據(jù)課題性質(zhì)對學(xué)生提出具體要求。）</p><p>　　節(jié)電器的技術(shù)指標(biāo)如下：</p>&l

11、t;p><b>　　額定指標(biāo)：</b></p><p>　　額定電壓為220V（相電壓）</p><p>　　電壓波動范圍為198～242V</p><p><b>　　技術(shù)要求：</b></p><p>　　當(dāng)輸入電壓在正常波動范圍內(nèi)時要求輸出電壓波動控制在198±8V。</

12、p><p>　　節(jié)電器應(yīng)設(shè)置自動轉(zhuǎn)換至旁路狀態(tài)工作的功能，以備當(dāng)電壓在非正常波動范圍內(nèi)以電網(wǎng)電壓直接供電。</p><p>　　當(dāng)電壓突降至190V以下時，要求輸出電壓有一個10秒以上的滯后時間，在滯后時間段內(nèi)電壓應(yīng)維持在198±8V的范圍內(nèi)，當(dāng)滯后時間完成后，看電壓波動的恢復(fù)值，如電壓已恢復(fù)至正常波動范圍內(nèi)（198～242V），則節(jié)電器要求正常工作；如在滯后時間完成后，電壓波動的回

13、復(fù)值仍未恢復(fù)正常波動范圍內(nèi)（198～242V），則要求節(jié)電器走旁路，節(jié)電器停止工作。</p><p>　　節(jié)電器應(yīng)設(shè)置欠電壓保護(hù)處理：如報警指示燈。當(dāng)報警指示燈明亮?xí)r，節(jié)電器應(yīng)處于未工作狀態(tài)，節(jié)電器走旁路；當(dāng)報警指示燈不亮?xí)r，節(jié)電器應(yīng)處于正常工作狀態(tài)。</p><p>　　三相電源的供電狀態(tài)為節(jié)電器串接在線路中。</p><p><b>　　指導(dǎo)教師（簽字

14、）</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　審題小組組長（簽字）</p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　天津大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告</p><p><b>　　

15、摘 要</b></p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮，城鎮(zhèn)高速公路的發(fā)展，城市燈光工程的不斷完善與美化，尤其是不夜城的興起，其電費(fèi)開支十分驚人。于是，較少線路，設(shè)備和燈具的損耗以及節(jié)省電費(fèi)開支，已成為十分重要的課題，尤其是我國的電網(wǎng)普遍存在夜間電壓偏高，電網(wǎng)電壓不夠穩(wěn)定等現(xiàn)象，導(dǎo)致了照明用電更大的浪費(fèi)和燈具的損壞。在傳統(tǒng)觀念中，電費(fèi)是難以控制和節(jié)省的，為了減少浪費(fèi)，不少人采用較小功率燈具，或者采用

16、雙套供電線路，目的是用于夜間采取間隔照明的辦法達(dá)到節(jié)電的目的。然而，這樣不能做到線路和用電器都在平穩(wěn)的額定功率下工作，而且增加了巨大的初建成本，為此我做此畢業(yè)設(shè)計的課題是為了幫助用戶更好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。</p><p>　　本設(shè)計是結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行的，采用的是美國MICROCHIO（微芯）公司提供的PIC芯片作為控制器，在C開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行的編程控制實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求和技術(shù)指標(biāo)對路燈節(jié)電器進(jìn)行了理論

17、分析和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，針對電路各個組成部分如：電源電路、單片機(jī)A/D采樣芯片控制電路、繼電器以及欠電壓保護(hù)電路等主要控制器件給予了詳細(xì)的說明及相應(yīng)工作狀態(tài)的描述，并在電路板上進(jìn)行電路連接，實(shí)際調(diào)試電路與改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)整機(jī)電路的設(shè)計要求。此設(shè)計還具有報警裝置、手動按鍵和旁路模式。當(dāng)電網(wǎng)電壓經(jīng)過一系列的整流、濾波，穩(wěn)壓后的信號經(jīng)運(yùn)算放大后得到的A/D采樣信號直接傳輸給單片機(jī)，通過對PIC芯片的編程控制來實(shí)現(xiàn)不同時段電壓的轉(zhuǎn)換，出現(xiàn)故障時或不符合設(shè)計

18、要求的電壓波動范圍內(nèi)將報警并轉(zhuǎn)至旁路工作模式，根據(jù)需要也可以手動轉(zhuǎn)至旁路模式，以便達(dá)到節(jié)電的效果。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)A/D采樣控制；中斷；構(gòu)造電路；欠電壓保護(hù)； 調(diào)試電路</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Along with the prosperity of the economy,

19、 and the development of town superhighway, city light engineering is continuously perfected and beautified, especially the rise of the night city, its electricity charges expenditure is very astonishing. Thus, decreasing

20、 circuit, equipments and lamp exhaust and economizing electricity charges, have become a very important topic, particularly when the nighttime electric voltage in our country electricity net is too high and unsteady,whic

21、h caused the lighti</p><p>　　This design is carried on combining the existing laboratory experiment condition, adopting the PIC chip that the American MICROCHIO(tiny 芯 ) company provides as the controller, a

22、nd it is realized by programming control in the developed c environment. This design carries on theories analysis to the street lamps and electric appliances and related experiment, constituting parts of the electric cir

23、cuit such as: the power supply circuit, MCU’s A/D sampling chip control circuit, electric relay and sh</p><p>　　Key words：Analog-to-digital converter control; Interrupts; Construct electric circuit; Owe an

24、electric voltage protection; debugging electric circuit</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 緒論 ……………………………………………………1</p><p>　　1.1 課題的來源與意義 …………………………………………1</p&g

25、t;<p>　　1.2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r …… ……………………………………1</p><p>　　1.3 設(shè)計的思想與方案 …… …………………………………2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件電路的組成及其工作原理 …………………5</p><p>　　2.1 電源電路部分 ………………………………………………5</

26、p><p>　　2.1.1 整流電路 ……………………………………………… 5</p><p>　　2.1.2 濾波電路 ………………………………………………9</p><p>　　2.1.3 穩(wěn)壓電路 ………………………………………………11</p><p>　　2.2 運(yùn)算放大電路部分 ………………………………………14</p&

27、gt;<p>　　2.3 控制器部分電路 ………………………………15</p><p>　　2.4 數(shù)字量輸入/輸出通道電路……………………………16</p><p>　　第三章 PIC16F87X芯片的應(yīng)用 ………………………18</p><p>　　3.1 PIC16F87X芯片的引腳及引腳功能 ……………………18

28、 </p><p>　　3.2 PIC16F87X芯片中的ADC模塊的結(jié)構(gòu)和原理……………19</p><p>　　3.3 PIC16F87X芯片中與ADC相關(guān)的控制寄存器 ……21</p><p>　　3.4 PIC16F87X芯片中與中斷相關(guān)的寄存器 …………23</p><p>　　3.5 PIC16F87

29、X芯片中輸入/輸出端口 …………… 27</p><p>　　3.6 PIC16F87X芯片中A/D采樣電路 …………………………28</p><p>　　3.7 PIC16F87X芯片單片機(jī)采樣信號 ………………………31</p><p>　　第四章 系統(tǒng)軟件及其控制程序 ……………………………32</p><p>　　4.1 程序

30、的流程圖 ……………………………………………32</p><p>　　4.2 中斷服務(wù)程序 ……………………………………………33</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………38</p><p>　　附錄 ……………………………………………………………39</p><p><b>　　外文

31、資料</b></p><p><b>　　中文譯文</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1．1 課題的來源及意義</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的繁榮，城鎮(zhèn)高

32、速公路的發(fā)展，城市燈光工程的不斷完善與美化，尤其是不夜城的興起，其電費(fèi)開支十分驚人。于是，較少線路，設(shè)備和燈具的損耗以及節(jié)省電費(fèi)開支，已成為十分重要的課題，尤其是我國的電網(wǎng)普遍存在夜間電壓偏高，電網(wǎng)電壓不夠穩(wěn)定等現(xiàn)象，導(dǎo)致了照明用電更大的浪費(fèi)和燈具的損壞。在傳統(tǒng)觀念中，電費(fèi)是難以控制和節(jié)省的，為了減少浪費(fèi)，不少人采用較小功率燈具，或者采用雙套供電線路，目的是用于夜間采取間隔照明的辦法達(dá)到節(jié)電的目的。然而，這樣不能做到線路和用電器都在平穩(wěn)

33、的額定功率下工作，而且增加了巨大的初建成本，為此我做此畢業(yè)設(shè)計的課題是為了幫助用戶達(dá)到節(jié)能的目的。</p><p>　　1．2 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　隨著全球工業(yè)化的不斷發(fā)展，能源在人們的生產(chǎn)生活中越來越多地被應(yīng)用，成為必不可少之物。然而另一方面，能源的枯竭狀況也越發(fā)嚴(yán)重，從國內(nèi)到國際，近年來的爭端、甚至戰(zhàn)爭，無一不是為能源而起。電荒、油荒、拉閘限電、油價不斷上漲…為人們的生

34、活造成了諸多不便，生活成本大大提高，節(jié)能，已經(jīng)成為全人類共同面臨的重要問題。節(jié)約用電、保護(hù)環(huán)境的節(jié)能環(huán)保行動，是國際社會實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略普遍推行并取得成功的范例。</p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人民生活水平的日益提高，能源和資源變得日益緊張，電力短缺已經(jīng)成為制約國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突出矛盾。目前我國消耗的電能約占電力生產(chǎn)總量的10%～20%，而城市公共照明則在照明耗電中占30%的比例。并且在近幾年隨著“

35、讓城市亮起來”口號的提出，全國路燈的數(shù)量仍在迅速增加。在電力資源緊張的情況下，路燈節(jié)能已經(jīng)成了當(dāng)今的熱門話題。</p><p>　　在國內(nèi)，不斷上漲的電價油價成為家庭生活以及企事業(yè)單位的沉重負(fù)擔(dān)，任何可以節(jié)能的產(chǎn)品都會引發(fā)人們的消費(fèi)興趣和購買熱情，節(jié)能就是省錢，省錢等于賺錢，是中國人的一貫傳統(tǒng)。在這一現(xiàn)狀下，節(jié)油節(jié)電產(chǎn)品的出現(xiàn)，無疑引發(fā)了一輪市場搶購的熱潮。</p><p>　　在供電系統(tǒng)

36、中,為了避免送電過程中的線路損耗和用電高峰時造成的末端電壓過低，供電部門均采用較高的電壓進(jìn)行傳輸。因此，路燈承受的電壓多高于燈具的額定電壓。特別是夜深用電低峰時，電壓經(jīng)常會升至240V～260V以上。然而據(jù)調(diào)查，我國小型城市晚上21：00后，大中城市在午夜00：00以后，道路上幾乎空無一人，即便是在北京﹑上海這樣的大都市，凌晨01：00后道路上也罕見行人車輛，從而造成了“人少車稀燈更亮”的不合理情況。為了避免這種情況，大多數(shù)城市和地區(qū)采

37、用了發(fā)達(dá)國家早已淘汰了的隔盞關(guān)燈的原始的路燈控制方法。但這樣不僅導(dǎo)致了路面照度分布不均，給治安和交通安全埋下了隱患，而且不能避免電網(wǎng)電壓升高對路燈壽命的減損（實(shí)驗(yàn)表明：路燈的工作電流比額定電流每增加10%，壽命就減少14%左右），因此這種做法不能成為真正意義上的節(jié)電。</p><p>　　中國綠色照明工程作為節(jié)能領(lǐng)域的一項重大示范工程，實(shí)施10年來，取得了明顯成效。目前，我國照明用電約占社會總用電量的12％左右，

38、采用高效的照明產(chǎn)品替代傳統(tǒng)的低效照明產(chǎn)品可節(jié)電60％－80％。如此巨大的節(jié)能空間，使節(jié)能訴求成為行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。近年來，國內(nèi)外眾多照明企業(yè)紛紛向節(jié)能照明產(chǎn)品發(fā)起猛烈攻勢。在國家新能效標(biāo)準(zhǔn)的推動下，已有越來越多的照明企業(yè)走上了節(jié)能的必由之路。截止到2005年底，我國已擁有節(jié)能燈等專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)600多家，年產(chǎn)節(jié)能燈12億只。</p><p>　　近年來，國際照明領(lǐng)域提出了TPO（Time/Place/Occasi

39、on）的照明新觀念，即“按需供電，在保證照明效果的情況下亮著燈節(jié)電”。這種觀念才是科學(xué)的，合理的。該設(shè)計思想的實(shí)現(xiàn)可以對路燈照明的不同要求來設(shè)定節(jié)電時間段，在不同的時間段使用不同的電壓來對路燈供電。這樣既可以滿足在前半夜交通高峰期對路燈照明度的要求，又可以避免在后半夜交通低谷時電能的浪費(fèi)。</p><p>　　1．3 設(shè)計思想與方案</p><p>　　研究此課題的目的是要達(dá)到為了節(jié)能，同

40、時也可靠地保證了照明設(shè)備的正常使用壽命，從而達(dá)到綠色照明的要求，并大幅度降低了維護(hù)成本。照明負(fù)載（路燈）開始工作時，采樣電路獲取當(dāng)時輸出電壓，經(jīng)檢測控制電路與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較判斷，然后輸出控制信號，控制調(diào)壓電路進(jìn)行調(diào)壓，使補(bǔ)償電路產(chǎn)生大小不同的補(bǔ)償電壓，達(dá)到降低和穩(wěn)定輸出電壓的目的。</p><p>　　本課題主要是結(jié)合實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的設(shè)備和器件開發(fā)的有利條件，本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，課題欲達(dá)到的節(jié)電效果：</p&

41、gt;<p>　　1.額定電壓為220V（相電壓）</p><p>　　2.電壓波動范圍為180～242V</p><p>　　3.當(dāng)輸入電壓在正常波動范圍內(nèi)時要求輸出電壓波動控制在198±8V。</p><p>　　4.節(jié)電器應(yīng)設(shè)置自動轉(zhuǎn)換至旁路狀態(tài)工作的功能，以備當(dāng)電壓在非正常波動范圍內(nèi)以電網(wǎng)電壓直接供電。</p><

42、p>　　5.當(dāng)電壓突降至180V以下時，要求輸出電壓有一個10秒以上的滯后時間，在滯后時間段內(nèi)電壓應(yīng)維持在198±8V的范圍內(nèi)，當(dāng)滯后時間完成后，看電壓波動的恢復(fù)值，如電壓已恢復(fù)至正常波動范圍內(nèi)（198～242V），則節(jié)電器要求正常工作；如在滯后時間完成后，電壓波動的回復(fù)值仍未恢復(fù)正常波動范圍內(nèi)（198～242V），則要求節(jié)電器走旁路，節(jié)電器停止工作。</p><p>　　6.節(jié)電器應(yīng)設(shè)置欠電壓保

43、護(hù)處理：如報警指示燈。當(dāng)報警指示燈明亮?xí)r，節(jié)電器應(yīng)處于為工作狀態(tài)；當(dāng)報警指示燈不亮?xí)r，節(jié)電器應(yīng)處于旁路工作狀態(tài)。</p><p>　　7.三相電源的供電狀態(tài)為節(jié)電器串接在線路中。</p><p>　　此路燈節(jié)電器先用正常電壓啟動，等燈具充分預(yù)熱后，然后以慢斜坡方式降至200V，當(dāng)輸入電壓在198V～242V之間時，輸出電壓維持不變。且轉(zhuǎn)變過程是緩慢的斜坡方式，不會產(chǎn)生任何沖擊電流。用戶根據(jù)

44、當(dāng)?shù)氐缆氛彰餍枰?，通過時控電路對照明負(fù)載的運(yùn)行時間和供電電壓進(jìn)行編程，以最大限度地降低燈具的電耗和溫度。同時，檢測控制電路還對保護(hù)電路進(jìn)行控制，萬一節(jié)電器輸出電壓過、欠壓或補(bǔ)償調(diào)壓系統(tǒng)工作不正常時，節(jié)電器還能自動切換到“旁路”狀態(tài)，轉(zhuǎn)到市電供電，不會造成照明負(fù)載的供電中斷。 利用電網(wǎng)的波動，在晚上6-10時，需要照明是電網(wǎng)電壓正?；蚱?。而在夜里10后，電網(wǎng)的電壓變高（20％），此時，如果電網(wǎng)電壓上升5V，對于一定的街區(qū)，節(jié)電

45、率可達(dá)20％～ 45%。節(jié)電效果即刻可以檢測。從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的效果。</p><p>　　欲實(shí)現(xiàn)的節(jié)電器的功耗與電壓，照度與電壓的關(guān)系如下圖所示：</p><p>　　圖1-1 電壓與功率消耗的關(guān)系曲線</p><p>　　圖1-2 電壓與照度的關(guān)系曲線</p><p>　　由圖可以看出，當(dāng)施加在燈兩端的工作電壓由額定值下降至90％時，照度變

46、化并不明顯，只是減少了燈在過電壓情況下產(chǎn)生的眩光，而燈具的功耗卻顯著減小，壽命也會延長很多。 </p><p>　　預(yù)期實(shí)現(xiàn)的節(jié)電效果如圖1-3所示。</p><p>　　圖1-3 路燈節(jié)電器的節(jié)電效果圖</p><p>　　第二章 系統(tǒng)硬件電路的組成及其工作原理</p><p><b>　　總體框圖</b><

47、;/p><p><b>　　2.1電源電路部分</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源是把交流電變?yōu)橹绷鞣€(wěn)定電壓輸出的電路，其組成主要包括四個部分，即變壓（一般由變壓器實(shí)現(xiàn)降壓）、整流、濾波、穩(wěn)壓。直流穩(wěn)壓電源的重點(diǎn)在于整流、濾波、穩(wěn)壓。</p><p>　　整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電。</p><p

48、>　　濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。</p><p>　　穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。</p><p>　　直流電源的方框圖如下圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1直流電源方框圖</p><p>　　2.1.1 整流電路</p><p>

49、　　整流電路的功能是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄医涣麟妷恨D(zhuǎn)換成單向脈動電壓。整流電路有單相整流和三相整流，有半波整流、全波整流、橋式整流等。為了克服半波整流和全波整流電路中整流效率低和輸出電壓脈動大的缺點(diǎn)，本課題中采用的是單相橋式整流。 </p><p>　　下面分析整流電路時，為簡單起見。把二極管當(dāng)作理想元件來處理。即認(rèn)為它的正向?qū)娮铻榱?，而反向電阻為無窮大。</p><p>　　

50、1．單相橋式整流電路</p><p>　　單相橋式整流電路是最基本的將交流電路如圖2-1-1（a）所示，圖中Tr為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓.u變成整流電路要求的交流電壓u=Usin，是要求直流供電的負(fù)載電阻，四只整流二極管D1~ D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。圖2-1-1（b）是它的簡化畫法。</p><p>　　圖2-1-2 單向橋式整流電路波形圖</p&g

51、t;<p>　　在電源電壓u2的正半周內(nèi)(設(shè)a端為正，b端為負(fù)時是正半周)，D1，D3承受正向電壓而導(dǎo)通，此時電流流過，電流路徑為a→D1→→D3→b，此時D2，D4因反偏而截止，負(fù)載上得到一個半波電壓，如圖2-1-2中0～π段所示。若略去二極管的正向壓降，則uO =u2 。在u2的負(fù)半周，即a點(diǎn)為負(fù)b點(diǎn)為正時，D1，D3因?yàn)榉雌刂梗珼2，D4正偏而導(dǎo)通，此時有電流流過，電流路徑為b→D2→→D4→a。這時尚得到一個與

52、0～π段相同的半波電壓如圖2-1-2所示，若略去二極管的正向壓降，則uO =-u2 。</p><p>　　電流通路分別用圖2-1-1（a）中實(shí)線和虛線箭頭表示。負(fù)載上的電壓uo的波形如圖2-1-2所示。電流的波形與uo的波形相同。顯然，它們都是單方向的全波脈動波形。</p><p>　　2．橋式整流電路的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　整流電路的技術(shù)指標(biāo)包括整流電路

53、的工作性能指標(biāo)和整流二極管的性能指標(biāo)。整流電路的工作性能指標(biāo)有輸出電壓U0和脈動系數(shù)S 。二極管的性能指標(biāo)有流過二極管的平均電流ID和管子所承受的最大反向電壓UDRM。下面來分析橋式整流電路的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　?。?）輸出電壓的平均值U0</p><p>　　(2-1-1) </p><p><b>　　直流電流為 </b>&

54、lt;/p><p><b>　?。?-1-2）</b></p><p><b>　?。?）脈動系數(shù)S</b></p><p>　　圖2-1-2中整流輸出電壓波形中包含有若干偶次諧波分量稱為紋波，它們疊加在直流分量上。我們把最低次諧波幅值與輸出電壓平均值之比定義為脈動系數(shù)。全波整流電壓的脈動系數(shù)約為0.67，故需用濾波電路濾除u

55、0中的紋波電壓。</p><p>　　（3）流過二極管的正向平均電壓ID</p><p>　　在橋式整流電路中，二極管D1、D3和 D2、D4是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個二極管的平均電流為</p><p>　　== (2-1-3)</p><p>　?。?）二極管承

56、受的最大反向電壓UDRM</p><p>　　二極管在截止時管子承受的最大反向電壓可從圖2-1-1(a)看出。在u正半周時，D1、D3導(dǎo)通， D2、D4截止。此時D2、D4所承受到的最大反向電壓均為u的最大值，即</p><p>　　= (2-1-4)</p><p>　　同理，

57、在u的負(fù)半周D1、D3也承受同樣大小的反向電壓。</p><p>　　橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時因電源變壓器在正負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到充分的利用，效率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了廣泛的應(yīng)用。電路的缺點(diǎn)是二極管用的較多。目前市場上已有許多品種的半橋和全橋整流電路出售，而且價格便宜，這對橋式整流電路缺點(diǎn)是一大彌補(bǔ)。</p&g

58、t;<p>　　注意：整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對: </p><p>　　輸入（交流）—用有效值或最大值；</p><p>　　輸出（交直流）—用平均值；</p><p>　　整流管正向電流—用平均值；</p><p>　　整流管反向電壓—用最大值。</p><

59、p>　　表2-1給出了常見的幾種整流電路的電路圖、整流電壓的波形，及計算公式。</p><p>　　表2-1常見的幾種整流電路</p><p>　　2.1.2 濾波電路</p><p>　　整流電路將交流電變?yōu)槊}動的直流電，但其中含有大量的交流成分（稱為紋波電壓）。為了獲得平滑的、紋波小的直流電壓，應(yīng)在整流電路的后面加接濾波電路。濾波電路的作用是濾除整流電壓中

60、的紋波。常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波及有源濾波。本課題采用的是電容濾波。</p><p><b>　　1．濾波的基本概念</b></p><p>　　濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量

61、、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。</p><p>　　電容濾波電路是最簡單的濾波器，它是在整流電路的負(fù)載上并聯(lián)一個電容C。電容為帶有正負(fù)極性的大容量電容器，如電解電容、鉭電容等，電路形式如圖2-1-3（a）所示。</p><p><b>　　2．濾波原理</b></p><p>　　

62、電容濾波是通過電容器的充電、放電來濾掉交流分量的。圖2-1-3（b）的波形圖中虛線波形為橋式整流的波形。并入電容C后，在u2>0時，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電源在向RL供電的同時，又向C充電儲能，由于充電時間常數(shù)τ1很小（繞組電阻和二極管的正向電阻都很?。?，充電很快，輸出電壓uo隨u2上升，當(dāng)uC =后，u2開始下降u2<uC，t1～t2時段內(nèi)，D1～D4全部反偏截止，由電容C向RL放電，由于放電時間常數(shù)τ2較大，放

63、電較慢，輸出電壓uo隨uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降，如圖中的ab實(shí)線段。b點(diǎn)以后，負(fù)半周電壓 u2> uC，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，C又被充電至c點(diǎn)，充電過程形成uo = u2的波形為bc實(shí)線段。c點(diǎn)以后，u2<uC，D1～D4又截止，C又放電，如此不斷的充電、放電，使負(fù)載獲得如圖2-1-3（b）中實(shí)線所示的uo波形。由波形可見，橋式整流接電容濾波后，輸出電壓的脈動程度大為減小。</p><p>&

64、lt;b>　　a b c</b></p><p>　　t1 t2 t3</p><p>　　需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖2-1-4濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，盡管C

65、較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。</p><p>　　圖3-1-4橋式整流電容濾波的效果</p><p>　　圖2-1-4 濾波曲線</p><p>　　由上討論可見，輸出電壓平均值U0的大小與τ1、τ2的大小有關(guān)，τ1越小，τ2越大，U0也就越大。當(dāng)負(fù)載RL 開路時，τ2無窮大，電容C無放電回路，U

66、0達(dá)到最大，即Uo= ；若RL很小時，輸出電壓幾乎與無濾波時相同。因此，電容濾波器輸出電壓在范圍內(nèi)波動，在工程上一般采用經(jīng)驗(yàn)公式估算其大小，RL愈小，輸出平均電壓愈低，因此輸出平均電壓可按下述工程估算取值</p><p><b>　?。?-1-5）</b></p><p>　　為了達(dá)到式（7-5）的取值關(guān)系，獲得比較平直的輸出電壓，一般要求～，即 </p>

67、<p>　　～ （2-1-6）</p><p>　　式中T電源交流電壓的周期。</p><p>　　對于單相橋式整流電路而言，無論有無濾波電容，二極管的最高反向工作電壓都是U2。</p><p>　　關(guān)于濾波電容值的選取應(yīng)視負(fù)載電流的大小而定。一般在幾十微法到幾千微法，電容器耐壓應(yīng)大于

68、。</p><p><b>　　3．外特性</b></p><p>　　整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線如圖2-1-5所示。 </p><p><b>　　RL=∞，V0=</b></p><p>　　C=0，V0=0.9V2</p>

69、<p>　　=RLC≥(3～5)T/2</p><p><b>　　V0≈1.2V2</b></p><p>　　圖3-1-5整流濾波電路的外特性</p><p>　　2.1.3 穩(wěn)壓電路</p><p>　　穩(wěn)壓電路作為直流穩(wěn)壓電源的最后一個組成部分，它的性能好壞對整個電路的影響很大。</p>

70、<p><b>　　1．穩(wěn)壓電路概述</b></p><p>　　引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因：引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸出電壓的變化。其中，負(fù)載電流的變化會在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。參見如圖2-1-6。 </p><p>　　圖2-１-６穩(wěn)壓電源電路</p><p><b>

71、　　2． 集成穩(wěn)壓器</b></p><p>　　由于集成穩(wěn)壓器具有體積小，重量輕，使用方便和工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計采用的是線性集成穩(wěn)壓器，在線性集成穩(wěn)壓器中，由于三端式穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有應(yīng)用時外接元件少，使用方便，性能穩(wěn)定，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。它們的基本組成

72、及工作原理都相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。</p><p>　　（一） 三端固定式集成穩(wěn)壓器</p><p>　　三端固定集成穩(wěn)壓器有三個端子：輸入端Ui、輸出U0和公共端COM。輸入端接整流濾波電路，輸出端接負(fù)載；公共端接輸入、輸出的公共連接點(diǎn)。其內(nèi)部由采樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)整和保護(hù)等電路組成。保護(hù)電路具有過流、過熱及短路保護(hù)功能。</p><p>　　三端固定集成穩(wěn)

73、壓器有許多種。常用的是7800/7900系列。7800系列輸出正電壓，其輸出電壓有5V、6V、8V、10V、12V、15V、18V、20V、24V等品種。該系列的輸出電流分5檔，7800系列是1.5A，78M00是0.5A，78 L00和是0.1 A，78T00是3A，78H00是5A。 7900系列與7800系列所不同的是輸出電壓為負(fù)值。 </p><p>　　圖2-1-9為三端集成穩(wěn)壓器LM7805和LM79

74、05作為固定輸出電壓的典型應(yīng)用。正常工作時，輸入、輸出電壓差2～3V。C1為輸入穩(wěn)定電容，其作用是減小紋波、消振、抑制高頻和脈沖干擾，C1一般為0.1～0.47μF。C2為輸出穩(wěn)定電容，其作用是改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)， C2一般為1μF。使用三端穩(wěn)壓器時注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。 </p><p>　　圖2-1-9三端穩(wěn)壓電路的典型應(yīng)用 圖2-1-10三端可調(diào)穩(wěn)壓器的典型電路

75、</p><p>　　（二） 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器</p><p>　　(1) 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器組成與應(yīng)用</p><p>　　三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器是在固定式集成穩(wěn)壓器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它的三個端子為輸入端Ui，輸出端U0，可調(diào)端ADJ。其特點(diǎn)是可調(diào)端ADJ的電流非常小，用很少外接元件就能方便地組成精密可調(diào)的穩(wěn)壓電路和恒流源電路。</p><

76、p>　　三端集成穩(wěn)壓器也有正電壓輸出LM117、LM217和LM317系列，負(fù)電壓輸出LM137、LM237和LM337系列。輸出電壓在1.25～37V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。</p><p>　　LM317是三端可調(diào)穩(wěn)壓器的一種，它具有輸出1.5A電流的能力，典型應(yīng)用的電路見圖2-1-10。圖中R1、R2組成可調(diào)輸出電壓網(wǎng)絡(luò)，輸出電壓經(jīng)過R1、R2分壓加到ADJ端。</p><p>　　其

77、中 UREF=1.25V，R2為可變電位器。當(dāng)R2變化時，U0在1.25～37V之間連續(xù)可調(diào)。C2起濾除紋波的作用。</p><p>　　(2) 低壓差三端穩(wěn)壓器</p><p>　　前述三端穩(wěn)壓器的缺點(diǎn)是輸入輸出之間必須維持2～3V的電壓差才能正常的工作，在電池供電的裝置中不能使用，例如，7805在輸出1.5A時自身的功耗達(dá)到4.5W，不僅浪費(fèi)能源還需要散熱器散熱。Micrel公司生產(chǎn)的

78、三端穩(wěn)壓電路MIC29150，具有3.3V、5V和12V三種電壓，輸出電流1.5A，具有和7800系列相同的封裝，與7805可以互換使用。該器件的特點(diǎn)是：壓差低，在1.5A輸出時的典型值為350mV，最大值為600mV；輸出電壓精度；最大輸入電壓可達(dá)26V，輸出電壓的溫度系數(shù)為20ppm/℃，工作溫度－40～125℃；有過流保護(hù)、過熱保護(hù)、電源極性接反及瞬態(tài)過壓保護(hù)（－20～60V）功能。該穩(wěn)壓器輸入電壓為5.6V，輸出電壓為5.0V，

79、功耗僅為0.9W，比7805的4.5W小的多，可以不用散熱片。如果采用市電供電，則變壓器功率可以相應(yīng)減小。MIC29150的使用與7805完全一樣。</p><p>　　2.2 運(yùn)算放大電路部分</p><p>　　如下圖2-2-1中的U3所示部分的電路為運(yùn)算放大電路，采用此部分電路的作用是為了獲得A/D采樣的信號。交流的電網(wǎng)電壓經(jīng)過整流電路將交流電變?yōu)槊}動的直流電，電容C6 和可調(diào)電阻V

80、R1都要求很小的數(shù)值，目的是為了保證此處的電壓值滿足要求，經(jīng)過運(yùn)算放大器的得到理想的A/D采樣信號，有一個動態(tài)的變化范圍。</p><p>　　圖2-2-1 含運(yùn)算放大電路的部分電路</p><p>　　由于集成運(yùn)放開環(huán)增益很高，所以它購成的基本運(yùn)算電路均為深度負(fù)反饋，一般集成運(yùn)放都具有以下共性：Aud大， Rid大，Ro小，零漂小等。</p><p>　　具有以下

81、理想?yún)?shù)的運(yùn)放開環(huán)差摸電壓放大倍數(shù)Aud →∞；差摸輸入電阻 Rid →∞；輸出電阻Ro = 0；共模抑制比KCMR →∞ 沒有零漂；頻帶寬度BW →∞；當(dāng)時uN = uP時 uo = 0就稱為理想運(yùn)算放大器。</p><p>　　本課題運(yùn)用的是減法運(yùn)算（差動輸入電路）,可以看做是同相比例與反向比例的迭加.</p><p>　　減法運(yùn)算電路：如圖2-2-2所示，應(yīng)用迭加原理：

82、 </p><p>　　當(dāng) ui1 單獨(dú)作用時（ui2=0），此時電路相當(dāng)于一個反相比例運(yùn)算電路，可得ui1產(chǎn)生的輸出電壓u01為 </p><p>　　再設(shè) ui2 單獨(dú)作用時（ui1=0），則電路變成一同相比例運(yùn)算電路，可求得ui2產(chǎn)生的輸出電壓u02為</p><p><b>　　∴</b></p&g

83、t;<p>　　圖3-2-3減法運(yùn)算電路</p><p>　　圖2-2-2減法運(yùn)算電路</p><p>　　2.3 控制器部分電路</p><p>　　此設(shè)計課題路燈節(jié)電器的控制器分為主控制電路（即PIC單片機(jī)控制），分時控制，電壓監(jiān)控，電流監(jiān)控，旁路模式，手動模式和故障自診斷及報警等幾個部分。</p><p><b&g

84、t;　　1、主控制電路</b></p><p>　　主控制電路是整個電路設(shè)計的核心部分，對電路各個部分的功能的實(shí)現(xiàn)都起著重要的作用，一旦主控制電路出現(xiàn)故障而停止運(yùn)行，則其他的各電路將不會工作，其主要是通過PIC單片機(jī)的軟件編程實(shí)現(xiàn)的，詳細(xì)的內(nèi)容將在下章介紹。</p><p><b>　　2、分時控制</b></p><p>　　此設(shè)

85、計的路燈節(jié)電器能根據(jù)時間來控制開關(guān)燈并調(diào)整路燈的供電電壓。根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕煌ㄇ闆r，當(dāng)需要分時控制時可用把按鍵開關(guān)轉(zhuǎn)至分時控制開關(guān)，可以大致分為3個階段來對電路進(jìn)行控制。比如：交通高峰期（晚上21：00～22：00以前），交通正常期（晚上22：00～01：00）和交通低谷期（凌晨01：00～天亮）。交通高峰期，為保證足夠的照度，應(yīng)讓路燈工作在最佳狀態(tài)，此時路燈的工作電壓應(yīng)為其額定電壓的93%左右。這是因?yàn)闊艟叩膲勖S著工作電壓的升高而減小，當(dāng)

86、路燈工作在93%額定電壓時，其壽命提高兩倍，而照度只降低了5%，由于人眼對光線的感覺與光線的照度成對數(shù)關(guān)系，當(dāng)光線照度減小10%時，人的視覺感覺減少還不到1%，人眼很難覺察到。所以路燈工作在額定電壓的93%，既能保證照度，又可以使路燈壽命大大延長，是路燈的最優(yōu)工作狀態(tài)。交通正常期和交通低谷期則分別將路燈工作電壓控制在額定電壓的88%和80%左右。</p><p><b>　　3、電壓監(jiān)控</b&g

87、t;</p><p>　　一般情況下，路燈的分時控制可以取得不錯的節(jié)電效果。但由于各地區(qū)的電力供應(yīng)略有差別，有些地區(qū)電網(wǎng)電壓偏高，有些地區(qū)電網(wǎng)電壓偏低，并且電網(wǎng)電壓還會隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生波動。這是單純的分時控制就顯得力不從心了。本設(shè)計的控制器采用的是對電網(wǎng)電壓進(jìn)行實(shí)時控制與分時控制配合起來，通過手動的按鍵開關(guān)進(jìn)行切換，使得節(jié)電效果效果更佳。</p><p>　　本設(shè)計分為十個檔。在交通高

88、峰期階段，路燈應(yīng)保證足夠的照度。</p><p><b>　　4、電流監(jiān)控</b></p><p>　　每臺路燈控制器都有其額定工作電流，電流過的會使控制其壽命減少。所以，一旦監(jiān)測到負(fù)載電流超過了額定值，控制器就會向中央控制室發(fā)出相應(yīng)的報警信號。</p><p>　　5、手動，自動旁路模式</p><p>　　該路燈控制

89、系統(tǒng)可以工作在旁路模式和省電模式。當(dāng)系統(tǒng)檢測到繼電器線路故障時，自動切換到旁路模式供電。旁路模式下，交流電不經(jīng)過快控制器和變壓器而直接對路燈進(jìn)行供電。</p><p>　　本設(shè)計安裝有手動開關(guān)控制，不用的情況下，處于關(guān)閉狀態(tài)，對電路并無影響，當(dāng)需要時按下按鍵，如中斷時，節(jié)電器走旁路的工作模式。</p><p>　　6、故障自診斷及報警</p><p>　　系統(tǒng)具有簡

90、單的故障自診斷和報警功能。報警類型有：</p><p>　?。?）省電模式繼電器線路故障報警。</p><p>　?。?）開關(guān)燈繼電器線路故障報警。</p><p>　?。?）十個檔繼電器線路故障報警。</p><p>　?。?）電流超載報警。</p><p>　　發(fā)生以上情況時，控制器一個方面將報警信號上傳到中央監(jiān)控

91、室，一方面發(fā)光二極管變亮，并且報警器發(fā)出報警聲音。此外，發(fā)生前5種故障報警時，控制器將自動切換到旁路模式；發(fā)生電流超載報警時，控制器自動關(guān)閉所有路燈。</p><p>　　2.4 數(shù)字量輸入/輸出通道電路 </p><p>　　數(shù)字量輸入/輸出通道用來控制繼電器的閉合，如圖2-4-1所示為繼電器驅(qū)動電路圖。</p><p>　　圖2-4-1 接觸器驅(qū)動電路<

92、;/p><p>　　圖中給出的只是驅(qū)動電路十個部分中的一部份，其他的部分與此部分類似，功能相同。下面以控制開關(guān)燈的繼電器RELAY-SPST為例。RELAY0為繼電器控制位，當(dāng)輸出高電平時，繼電器RELAY0的觸頭閉合，從而使路燈開始工作，；相反，當(dāng)輸出低電平時，繼電器RELAY0的觸頭斷開，路燈被關(guān)閉。根據(jù)電壓的變化范圍，檔位也不同。</p><p>　　第三章 PIC16F87X芯片的

93、應(yīng)用</p><p>　　3.1 PIC16F876芯片的引腳及引腳功能</p><p>　　如下圖3-1為型號為PIC16F876的單片機(jī)芯片的封裝和引腳圖。</p><p>　　圖3-1 PIC16F876單片機(jī)封裝和引腳圖</p><p>　　隨著集成工藝和微電子技術(shù)水平的提高，最原始的單純的靠硬件電路來實(shí)現(xiàn)某項產(chǎn)品的方法已不再適用，不

94、僅體積大，占用的空間多，看起來不美觀，顯得有些笨拙，而且精確度和靈敏度都不是很好。近些年已越來越多的采用軟硬件的結(jié)合，因?yàn)閱纹瑱C(jī)具備了體積小，價格低，性能強(qiáng)，速度快，用途廣，靈活性強(qiáng)及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，所以通過單片機(jī)軟件的編程控制可以更容易的實(shí)現(xiàn)一些產(chǎn)品的設(shè)計。</p><p>　　本課題中采用的是美國MICROCHIO（微芯）公司于1998年底推出的PIC16F87X系列型號的單片機(jī)，主要是由于其突出的優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)部

95、集成了一個在線調(diào)試器（In Circuit Debugger ），可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程，這是MCS-51 和MCS-96 系列單片機(jī)所不具備的。再加上微芯公司專為PIC16F87X系列單片機(jī)研制的廉價的開發(fā)工具M(jìn)PLAB-ICD，用戶在經(jīng)濟(jì)上不用花費(fèi)太多就可以搭建一個PIC微處理器的開發(fā)平臺，邊學(xué)邊練，學(xué)用結(jié)合。而且PIC16F87X系列的單片機(jī)具有高性能的CPU，執(zhí)行速度快，存儲空間大，低功耗，高速COMS技術(shù)，操作電壓的范圍寬

96、，I/O端口的驅(qū)動電流高，以及很寬的工作溫度范圍，待機(jī)電流小，并自帶振蕩式看門狗，不需要任何外部器件等特點(diǎn)，所以在本課題的設(shè)計中經(jīng)過比較選用了PIC16F87X系列型號的單片機(jī)。</p><p>　　3.2 PIC16F87X中的ADC模塊的結(jié)構(gòu)和原理</p><p>　　PIC16F87X系列的單片機(jī)中，ADC模塊是10位的，能滿足一般工程控制的要求。其中26腳封裝的具有5個模擬通道，而

97、40腳封裝的具有8個模擬通道，但其中的ADC模塊的結(jié)構(gòu)基本上是相同的，只是通道數(shù)目不同，本設(shè)計采用的是26腳封裝的具有5個模擬通道的模塊。如圖3-2-1所示。</p><p>　　圖3-2-1 5通道ADC模塊結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　從圖中可知ADC模塊由以下幾個部分組成：多路模擬開關(guān)（圖中為五選一開關(guān)）、雙刀雙擲開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器（其中包括采樣/保持電路和A/D轉(zhuǎn)換電路）。下

98、面對這幾部分的工作原理作一一介紹：</p><p>　?。?）雙刀雙擲開關(guān)：用于選擇A/D轉(zhuǎn)換的參考基準(zhǔn)電壓。參考電壓有兩個接入端VREF+和VREF-。其中VREF+既可以接外部參考電壓，也可以選擇片內(nèi)參考電壓VDD；同樣，VREF-既可以從引腳RA2/AN2/ VREF-接入外部參考電壓，也可以選擇片內(nèi)參考電壓VSS。參考電壓源的選擇由控制寄存器ADCON1中的PCFG3～PCFG0位來控制。</p&g

99、t;<p>　　（2）多路選擇開關(guān)：用于選擇要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的通道。通過控制寄存器ADCCON0中的CHS2：CHS0三位，對23個開關(guān)進(jìn)行選擇，被選中的通道與內(nèi)部的采樣/保持電路連通。</p><p>　?。?）采樣/保持電路：A/D轉(zhuǎn)換器完成一次完整的轉(zhuǎn)換過程是需要時間的，因此對于變化較快的模擬信號來說，如果不采取措施，將引起轉(zhuǎn)換誤差（即A/D轉(zhuǎn)換的孔徑誤差）。采樣保持器的作用就是對輸入模擬信號

100、進(jìn)行采樣，并在A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，保持采樣輸入信號大小不變。圖中的A/D轉(zhuǎn)化模塊實(shí)際上就包括了采樣/保持電路，不過便于理解，下面單獨(dú)給出了采樣保持電路等效電路圖，如圖3-2-2所示。電路的核心部分是一個采樣開關(guān)SS和一個120pF的保持電容CHOLD。采樣保持電路的輸出就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸入。采樣開關(guān)SS關(guān)閉時，VA信號源的模擬電壓就會通過信號源自身內(nèi)阻RS、芯片內(nèi)部連線等等效電阻RIC（通常小于1kΩ）和采樣開關(guān)SS（其等效電阻為RS

101、S，當(dāng)VDD=5V時，RSS=7kΩ）向保持電容CHOLD充電。隨著充電時間的延長，保持電容的端電壓逐漸升高，最終趨近采樣信號源的電壓值。這就是采樣時間。當(dāng)電容值一定時，充電回路中的總電阻值越小，所需的采樣時間就越短。圖中兩個偏置的二極管VT起電壓鉗位保護(hù)作用。</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換電路：PIC系列單片機(jī)中配置的是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖3-2-3所示。它主要由

102、模擬電壓比較器、逐次逼近寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換器和置數(shù)控制邏輯電路等部分組成。</p><p>　　圖3-2-2 采樣保持電路等效電路圖</p><p>　　圖3-2-3 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖</p><p>　　其工作原理為：電路又啟動脈沖啟動后，在第一個時鐘脈沖作用下，控制電路將逐次逼近寄存器的最高位置“1”，其余位置“0”：該寄存器的內(nèi)容送至D/A

103、轉(zhuǎn)換器，經(jīng)轉(zhuǎn)換后的電壓值為VO=VREF/2；然后將輸入電壓VI與VO相比較，若VI≥VO，則逐次逼近寄存器SAR的最高位的“1”保留，否則最高位清零；然后再將SAR的詞高位位置“1”，按上述方法進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換和比較。以此類推，直至。SAR寄存器的最低位的確定為止，此時轉(zhuǎn)換結(jié)束，逐次逼近寄存器SAR中的內(nèi)容就是模擬輸入量VI所對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號（DONE）和鎖存允許信號（LE）同時給出有效電平。鎖存允許信號LE

104、將逐次逼近寄存器SAR中的內(nèi)容鎖存到輸出鎖存器，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號DONE用來通知CPU，鎖存器中已經(jīng)準(zhǔn)備好了轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，可以讀取了。此時，CPU發(fā)出輸出使能脈沖OE（即讀信號），將轉(zhuǎn)換結(jié)果從輸出鎖存器中取走。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)取決于逐次逼近寄存器SAR的位數(shù)和D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換結(jié)果越精確，但轉(zhuǎn)換時間也越長。</p><p>　　3.3 PIC16F87X中與ADC相關(guān)的控制寄存器</p>

105、<p>　　ADC模塊最重要的寄存器是控制寄存器ADCON0和ADCON1，還有就是其轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADRES；對于模擬信號輸入引腳的配置，需要相應(yīng)端口輸入/輸出方向控制寄存器TRISx寄存器的正確設(shè)定；另外，如果需要A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時產(chǎn)生中斷響應(yīng)，則有相關(guān)的寄存器PIE1、PIR1和INTCON需要考慮。</p><p>　　ADCON0控制寄存器</p><p>　　ADC

106、ON0位于bank0的地址0x1F，其中的各個數(shù)據(jù)位定義如圖3-3-1所示：</p><p>　　圖3-3-1 ADCON0寄存器的數(shù)據(jù)位定義</p><p>　　該寄存器用來控制ADC的操作：時鐘選擇、通道選擇、啟動等，是一個7位可讀/寫寄存器。</p><p>　　（1）bit 7～ bit 6 ADCS1～ADCS0：A/D轉(zhuǎn)換時鐘選擇位</p&g

107、t;<p>　　00：選擇系統(tǒng)時鐘，頻率為fosc/2,即時鐘源自于芯片主振蕩 的2分頻</p><p>　　01：選擇系統(tǒng)時鐘，頻率為fosc/8,即時鐘源自于芯片主振蕩的 8分頻</p><p>　　10：選擇系統(tǒng)時鐘，頻率為fosc/32,即時鐘源自于芯片主振蕩的32分頻</p><p>　　11：選擇內(nèi)部阻容（RC）振蕩器，頻率為fRC,即時

108、鐘來自于A/D模塊內(nèi)自帶的RC振蕩頻率</p><p>　?。?）bit 5～ bit 3 CHS2～CHS0：模擬輸入通道選擇位。</p><p>　　000：選擇通道0 （RA0/AN0）</p><p>　　001：選擇通道1 （RA1/AN1）</p><p>　　010：選擇通道2 （RA2/AN2）</p>

109、;<p>　　011：選擇通道3 （RA3/AN3）</p><p>　　100：選擇通道4 （RA4/AN4）</p><p>　　101：選擇通道5 （RA5/AN5）</p><p>　　110：選擇通道6 （RA6/AN6）</p><p>　　111：選擇通道7 （RA7/AN7）</p>&l

110、t;p>　　注意：通道AN5～AN7只有40腳封裝的型號才具備。</p><p>　?。?）bit 2 GO/DONE：A/D轉(zhuǎn)換啟動控制位和轉(zhuǎn)換狀態(tài)標(biāo)志位。</p><p>　　這一位既是A/D轉(zhuǎn)換控制位，通過軟件將其置1后開始一個A/D轉(zhuǎn)換過程；同時又是一個標(biāo)志位。</p><p>　　1：A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行（將該位置1，可以啟動A/D轉(zhuǎn)換）。&l