基于80C196KC微控制器的晶閘管整流裝置數字控制器的設計
發(fā)布時間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數:513
徐愛華 黎亞龍等
0 引 言
冶金、化工、電力行業(yè)中廣泛采用了晶閘管可控整流裝置。在這些裝置中通過控制晶閘管的導通角來改變電壓或電流，并實現穩(wěn)流控制。這類裝置大多采用模擬裝置來實現觸發(fā)和穩(wěn)流，其硬件電路復雜，調試困難，不適應現代迅速發(fā)展并大量采用的集散型控制系統（簡稱dcs）的需要。我國現有的數字觸發(fā)裝置大多采用51 系列單片機構成，由于受51系列單片機的運行速度和性能的限制，無法將三相同步信號都檢測出來，運算速度也不夠快，因此，控制精度和實時性均不理想，同內還沒有性能很可靠的產品。本文介紹的數字觸發(fā)裝置采用先進的微控制器80c196kc構成。80c196kc運行速度快（比51系列產品快近十倍），而且它的一些功能對于構成數字觸發(fā)裝置非常實用。第一，它擁有的六個高速輸出口剛好用來發(fā)生整流裝置所需要的六相觸發(fā)脈沖,電流反饋、pid控制及觸發(fā)脈沖的移相由軟件來實現，不需要其他移相電路，從而大大簡化了硬件電路；第二，它的兩個高速口，可以將三相同步信號都檢測出來。而已有的基于51系列單片機的數字觸發(fā)裝置只采用了單相或兩相同步，其它相是依靠推算來確定同步信號到來的時間，所以控制精度和控制的實時性都不夠理想�；�80c196kc微控制器的系統克服了已有系統的不足，大大改善了系統的整體性能。
1 系統結構
80c196kc單片微控制器控制的晶閘管可控整流系統框圖如圖1所示。圖中虛線框內為單片機所完成的工作。
(1) cpu主電路
由80c196kc為主組成的cpu電路包括程序存儲器（eprom）電路數據存儲器（ram）電路、總線及讀寫控制電路以及cpu的時鐘電路、復位電路等，在此不再詳述。
(2) 同步信號電路
80c196kc的四個高速輸入／高速輸出復用口中的兩個用作輸出口后，就只剩下兩個高速輸入口可用來作同步信號檢測。也就是說，用高速輸入口只能檢測到兩相同步信號。利用80c196kc的新功能，可以檢測剩下的一相同步信號。80c196kc的計時器t2可采用內部時鐘即與t1為同一時鐘，同時t2信號捕獲口可將信號的上升沿發(fā)生時間記錄下來。利用這項功能可將另一相同步信號檢測出來。
同步信號的獲取是將uab、ubc、uca三路線電壓經過光電隔離、濾波整形，獲得三路同步脈沖。將其中兩路脈沖送到80c196kc的高速輸入口，高速輸入口將這兩路信號的正、負跳變的發(fā)生及發(fā)生時間記錄在his的fifo隊列寄存器中。由于t2捕獲口只能捕獲信號的上升沿發(fā)生時間，所以另一路同步信號需同時兩個單穩(wěn)觸發(fā)器處理，分別將信號的上升沿和下降沿都轉化為一個上跳變信號后送到t2信號捕獲口，該口將信號發(fā)生的時間記錄在t2capture寄存器中，經cpu識別相序后，根據控制要求將相應的觸發(fā)脈沖的發(fā)生及發(fā)生時間寫入高速輸出口的保持寄存器中，在觸發(fā)時間到來后，高速輸出口會自動產生6路觸發(fā)脈沖，而無需cpu的干涉。
(3) a／d采樣電路
80c196kc有內嵌的10位a／d轉換器，但10位的a／d轉換器的精度只有千分之一,不能滿足該系統的要求。雖然可以通過外接一些高精度的電阻來完成12位的a／d轉換,但其可靠程度仍然不高。所以，本系統采用外接的12位a／d轉換器ad1674。在ad1674與80c196連接時，其時序匹配問題需要注意。當采用16mhz的時鐘源時，80c196kc的時鐘周期只有125ns，而ad1674的運行速度相對而言比較慢，其使能信號、片選信號及讀／轉換信號的有效寬度都在300ns以上，為了使它們的時序匹配，要將ad1674的片選信號與80c196的就緒控制端ready相連，并在 80c196kc的芯片控制字ccr中寫入等待周期,得cpu在對ad1674進行操作時加上等待周期，從而兩者時序相匹配。在此系統中需要轉換的信號有給定和反饋電流，單片機通過控制一模擬開關選擇需要轉換的多路信號中的一個。?
(4) 鍵盤控制與顯示電路
為了進行人機對話，實現系統的在線控制，并將電流反饋值實時顯示出來，采用專用的8279接口芯片，配6位led顯示器。需要改變一些設定值時，可以通過按鍵來實現。當cpu接受到有鍵按下的信息后，就轉出相應的處理程序。電流反饋值也在led上實時顯示出來。
(5) 隔離驅動電路
從80c196kc的高速輸出口輸出的六相脈沖需要經過隔離、放大后輸出才能驅動晶閘管。在此不再詳述。
2 軟件技術
系統軟件由一個主程序和兩個中斷子程序組成。主程序框圖見圖2。
(1) 數字觸發(fā)大多應用在大功率條件下，其工作電流達十萬安培，因此，系統初始化后，為了減小啟動電流對設備及電網的影響，應將工作電流從零逐步增加至給定電流（開環(huán)狀態(tài)下）。系統啟動的軟件模塊就是完成該工作。
(2) 開hsi和t2捕獲中斷中斷后，系統允許
冶金、化工、電力行業(yè)中廣泛采用了晶閘管可控整流裝置。在這些裝置中通過控制晶閘管的導通角來改變電壓或電流，并實現穩(wěn)流控制。這類裝置大多采用模擬裝置來實現觸發(fā)和穩(wěn)流，其硬件電路復雜，調試困難，不適應現代迅速發(fā)展并大量采用的集散型控制系統（簡稱dcs）的需要。我國現有的數字觸發(fā)裝置大多采用51 系列單片機構成，由于受51系列單片機的運行速度和性能的限制，無法將三相同步信號都檢測出來，運算速度也不夠快，因此，控制精度和實時性均不理想，同內還沒有性能很可靠的產品。本文介紹的數字觸發(fā)裝置采用先進的微控制器80c196kc構成。80c196kc運行速度快（比51系列產品快近十倍），而且它的一些功能對于構成數字觸發(fā)裝置非常實用。第一，它擁有的六個高速輸出口剛好用來發(fā)生整流裝置所需要的六相觸發(fā)脈沖,電流反饋、pid控制及觸發(fā)脈沖的移相由軟件來實現，不需要其他移相電路，從而大大簡化了硬件電路；第二，它的兩個高速口，可以將三相同步信號都檢測出來。而已有的基于51系列單片機的數字觸發(fā)裝置只采用了單相或兩相同步，其它相是依靠推算來確定同步信號到來的時間，所以控制精度和控制的實時性都不夠理想�；�80c196kc微控制器的系統克服了已有系統的不足，大大改善了系統的整體性能。
1 系統結構
80c196kc單片微控制器控制的晶閘管可控整流系統框圖如圖1所示。圖中虛線框內為單片機所完成的工作。
(1) cpu主電路
由80c196kc為主組成的cpu電路包括程序存儲器（eprom）電路數據存儲器（ram）電路、總線及讀寫控制電路以及cpu的時鐘電路、復位電路等，在此不再詳述。
(2) 同步信號電路
80c196kc的四個高速輸入／高速輸出復用口中的兩個用作輸出口后，就只剩下兩個高速輸入口可用來作同步信號檢測。也就是說，用高速輸入口只能檢測到兩相同步信號。利用80c196kc的新功能，可以檢測剩下的一相同步信號。80c196kc的計時器t2可采用內部時鐘即與t1為同一時鐘，同時t2信號捕獲口可將信號的上升沿發(fā)生時間記錄下來。利用這項功能可將另一相同步信號檢測出來。
同步信號的獲取是將uab、ubc、uca三路線電壓經過光電隔離、濾波整形，獲得三路同步脈沖。將其中兩路脈沖送到80c196kc的高速輸入口，高速輸入口將這兩路信號的正、負跳變的發(fā)生及發(fā)生時間記錄在his的fifo隊列寄存器中。由于t2捕獲口只能捕獲信號的上升沿發(fā)生時間，所以另一路同步信號需同時兩個單穩(wěn)觸發(fā)器處理，分別將信號的上升沿和下降沿都轉化為一個上跳變信號后送到t2信號捕獲口，該口將信號發(fā)生的時間記錄在t2capture寄存器中，經cpu識別相序后，根據控制要求將相應的觸發(fā)脈沖的發(fā)生及發(fā)生時間寫入高速輸出口的保持寄存器中，在觸發(fā)時間到來后，高速輸出口會自動產生6路觸發(fā)脈沖，而無需cpu的干涉。
(3) a／d采樣電路
80c196kc有內嵌的10位a／d轉換器，但10位的a／d轉換器的精度只有千分之一,不能滿足該系統的要求。雖然可以通過外接一些高精度的電阻來完成12位的a／d轉換,但其可靠程度仍然不高。所以，本系統采用外接的12位a／d轉換器ad1674。在ad1674與80c196連接時，其時序匹配問題需要注意。當采用16mhz的時鐘源時，80c196kc的時鐘周期只有125ns，而ad1674的運行速度相對而言比較慢，其使能信號、片選信號及讀／轉換信號的有效寬度都在300ns以上，為了使它們的時序匹配，要將ad1674的片選信號與80c196的就緒控制端ready相連，并在 80c196kc的芯片控制字ccr中寫入等待周期,得cpu在對ad1674進行操作時加上等待周期，從而兩者時序相匹配。在此系統中需要轉換的信號有給定和反饋電流，單片機通過控制一模擬開關選擇需要轉換的多路信號中的一個。?
(4) 鍵盤控制與顯示電路
為了進行人機對話，實現系統的在線控制，并將電流反饋值實時顯示出來，采用專用的8279接口芯片，配6位led顯示器。需要改變一些設定值時，可以通過按鍵來實現。當cpu接受到有鍵按下的信息后，就轉出相應的處理程序。電流反饋值也在led上實時顯示出來。
(5) 隔離驅動電路
從80c196kc的高速輸出口輸出的六相脈沖需要經過隔離、放大后輸出才能驅動晶閘管。在此不再詳述。
2 軟件技術
系統軟件由一個主程序和兩個中斷子程序組成。主程序框圖見圖2。
(1) 數字觸發(fā)大多應用在大功率條件下，其工作電流達十萬安培，因此，系統初始化后，為了減小啟動電流對設備及電網的影響，應將工作電流從零逐步增加至給定電流（開環(huán)狀態(tài)下）。系統啟動的軟件模塊就是完成該工作。
(2) 開hsi和t2捕獲中斷中斷后，系統允許
徐愛華 黎亞龍等
0 引 言
冶金、化工、電力行業(yè)中廣泛采用了晶閘管可控整流裝置。在這些裝置中通過控制晶閘管的導通角來改變電壓或電流，并實現穩(wěn)流控制。這類裝置大多采用模擬裝置來實現觸發(fā)和穩(wěn)流，其硬件電路復雜，調試困難，不適應現代迅速發(fā)展并大量采用的集散型控制系統（簡稱dcs）的需要。我國現有的數字觸發(fā)裝置大多采用51 系列單片機構成，由于受51系列單片機的運行速度和性能的限制，無法將三相同步信號都檢測出來，運算速度也不夠快，因此，控制精度和實時性均不理想，同內還沒有性能很可靠的產品。本文介紹的數字觸發(fā)裝置采用先進的微控制器80c196kc構成。80c196kc運行速度快（比51系列產品快近十倍），而且它的一些功能對于構成數字觸發(fā)裝置非常實用。第一，它擁有的六個高速輸出口剛好用來發(fā)生整流裝置所需要的六相觸發(fā)脈沖,電流反饋、pid控制及觸發(fā)脈沖的移相由軟件來實現，不需要其他移相電路，從而大大簡化了硬件電路；第二，它的兩個高速口，可以將三相同步信號都檢測出來。而已有的基于51系列單片機的數字觸發(fā)裝置只采用了單相或兩相同步，其它相是依靠推算來確定同步信號到來的時間，所以控制精度和控制的實時性都不夠理想。基于80c196kc微控制器的系統克服了已有系統的不足，大大改善了系統的整體性能。
1 系統結構
80c196kc單片微控制器控制的晶閘管可控整流系統框圖如圖1所示。圖中虛線框內為單片機所完成的工作。
(1) cpu主電路
由80c196kc為主組成的cpu電路包括程序存儲器（eprom）電路數據存儲器（ram）電路、總線及讀寫控制電路以及cpu的時鐘電路、復位電路等，在此不再詳述。
(2) 同步信號電路
80c196kc的四個高速輸入／高速輸出復用口中的兩個用作輸出口后，就只剩下兩個高速輸入口可用來作同步信號檢測。也就是說，用高速輸入口只能檢測到兩相同步信號。利用80c196kc的新功能，可以檢測剩下的一相同步信號。80c196kc的計時器t2可采用內部時鐘即與t1為同一時鐘，同時t2信號捕獲口可將信號的上升沿發(fā)生時間記錄下來。利用這項功能可將另一相同步信號檢測出來。
同步信號的獲取是將uab、ubc、uca三路線電壓經過光電隔離、濾波整形，獲得三路同步脈沖。將其中兩路脈沖送到80c196kc的高速輸入口，高速輸入口將這兩路信號的正、負跳變的發(fā)生及發(fā)生時間記錄在his的fifo隊列寄存器中。由于t2捕獲口只能捕獲信號的上升沿發(fā)生時間，所以另一路同步信號需同時兩個單穩(wěn)觸發(fā)器處理，分別將信號的上升沿和下降沿都轉化為一個上跳變信號后送到t2信號捕獲口，該口將信號發(fā)生的時間記錄在t2capture寄存器中，經cpu識別相序后，根據控制要求將相應的觸發(fā)脈沖的發(fā)生及發(fā)生時間寫入高速輸出口的保持寄存器中，在觸發(fā)時間到來后，高速輸出口會自動產生6路觸發(fā)脈沖，而無需cpu的干涉。
(3) a／d采樣電路
80c196kc有內嵌的10位a／d轉換器，但10位的a／d轉換器的精度只有千分之一,不能滿足該系統的要求。雖然可以通過外接一些高精度的電阻來完成12位的a／d轉換,但其可靠程度仍然不高。所以，本系統采用外接的12位a／d轉換器ad1674。在ad1674與80c196連接時，其時序匹配問題需要注意。當采用16mhz的時鐘源時，80c196kc的時鐘周期只有125ns，而ad1674的運行速度相對而言比較慢，其使能信號、片選信號及讀／轉換信號的有效寬度都在300ns以上，為了使它們的時序匹配，要將ad1674的片選信號與80c196的就緒控制端ready相連，并在 80c196kc的芯片控制字ccr中寫入等待周期,得cpu在對ad1674進行操作時加上等待周期，從而兩者時序相匹配。在此系統中需要轉換的信號有給定和反饋電流，單片機通過控制一模擬開關選擇需要轉換的多路信號中的一個。?
(4) 鍵盤控制與顯示電路
為了進行人機對話，實現系統的在線控制，并將電流反饋值實時顯示出來，采用專用的8279接口芯片，配6位led顯示器。需要改變一些設定值時，可以通過按鍵來實現。當cpu接受到有鍵按下的信息后，就轉出相應的處理程序。電流反饋值也在led上實時顯示出來。
(5) 隔離驅動電路
從80c196kc的高速輸出口輸出的六相脈沖需要經過隔離、放大后輸出才能驅動晶閘管。在此不再詳述。
2 軟件技術
系統軟件由一個主程序和兩個中斷子程序組成。主程序框圖見圖2。
(1) 數字觸發(fā)大多應用在大功率條件下，其工作電流達十萬安培，因此，系統初始化后，為了減小啟動電流對設備及電網的影響，應將工作電流從零逐步增加至給定電流（開環(huán)狀態(tài)下）。系統啟動的軟件模塊就是完成該工作。
(2) 開hsi和t2捕獲中斷中斷后，系統允許
冶金、化工、電力行業(yè)中廣泛采用了晶閘管可控整流裝置。在這些裝置中通過控制晶閘管的導通角來改變電壓或電流，并實現穩(wěn)流控制。這類裝置大多采用模擬裝置來實現觸發(fā)和穩(wěn)流，其硬件電路復雜，調試困難，不適應現代迅速發(fā)展并大量采用的集散型控制系統（簡稱dcs）的需要。我國現有的數字觸發(fā)裝置大多采用51 系列單片機構成，由于受51系列單片機的運行速度和性能的限制，無法將三相同步信號都檢測出來，運算速度也不夠快，因此，控制精度和實時性均不理想，同內還沒有性能很可靠的產品。本文介紹的數字觸發(fā)裝置采用先進的微控制器80c196kc構成。80c196kc運行速度快（比51系列產品快近十倍），而且它的一些功能對于構成數字觸發(fā)裝置非常實用。第一，它擁有的六個高速輸出口剛好用來發(fā)生整流裝置所需要的六相觸發(fā)脈沖,電流反饋、pid控制及觸發(fā)脈沖的移相由軟件來實現，不需要其他移相電路，從而大大簡化了硬件電路；第二，它的兩個高速口，可以將三相同步信號都檢測出來。而已有的基于51系列單片機的數字觸發(fā)裝置只采用了單相或兩相同步，其它相是依靠推算來確定同步信號到來的時間，所以控制精度和控制的實時性都不夠理想。基于80c196kc微控制器的系統克服了已有系統的不足，大大改善了系統的整體性能。
1 系統結構
80c196kc單片微控制器控制的晶閘管可控整流系統框圖如圖1所示。圖中虛線框內為單片機所完成的工作。
(1) cpu主電路
由80c196kc為主組成的cpu電路包括程序存儲器（eprom）電路數據存儲器（ram）電路、總線及讀寫控制電路以及cpu的時鐘電路、復位電路等，在此不再詳述。
(2) 同步信號電路
80c196kc的四個高速輸入／高速輸出復用口中的兩個用作輸出口后，就只剩下兩個高速輸入口可用來作同步信號檢測。也就是說，用高速輸入口只能檢測到兩相同步信號。利用80c196kc的新功能，可以檢測剩下的一相同步信號。80c196kc的計時器t2可采用內部時鐘即與t1為同一時鐘，同時t2信號捕獲口可將信號的上升沿發(fā)生時間記錄下來。利用這項功能可將另一相同步信號檢測出來。
同步信號的獲取是將uab、ubc、uca三路線電壓經過光電隔離、濾波整形，獲得三路同步脈沖。將其中兩路脈沖送到80c196kc的高速輸入口，高速輸入口將這兩路信號的正、負跳變的發(fā)生及發(fā)生時間記錄在his的fifo隊列寄存器中。由于t2捕獲口只能捕獲信號的上升沿發(fā)生時間，所以另一路同步信號需同時兩個單穩(wěn)觸發(fā)器處理，分別將信號的上升沿和下降沿都轉化為一個上跳變信號后送到t2信號捕獲口，該口將信號發(fā)生的時間記錄在t2capture寄存器中，經cpu識別相序后，根據控制要求將相應的觸發(fā)脈沖的發(fā)生及發(fā)生時間寫入高速輸出口的保持寄存器中，在觸發(fā)時間到來后，高速輸出口會自動產生6路觸發(fā)脈沖，而無需cpu的干涉。
(3) a／d采樣電路
80c196kc有內嵌的10位a／d轉換器，但10位的a／d轉換器的精度只有千分之一,不能滿足該系統的要求。雖然可以通過外接一些高精度的電阻來完成12位的a／d轉換,但其可靠程度仍然不高。所以，本系統采用外接的12位a／d轉換器ad1674。在ad1674與80c196連接時，其時序匹配問題需要注意。當采用16mhz的時鐘源時，80c196kc的時鐘周期只有125ns，而ad1674的運行速度相對而言比較慢，其使能信號、片選信號及讀／轉換信號的有效寬度都在300ns以上，為了使它們的時序匹配，要將ad1674的片選信號與80c196的就緒控制端ready相連，并在 80c196kc的芯片控制字ccr中寫入等待周期,得cpu在對ad1674進行操作時加上等待周期，從而兩者時序相匹配。在此系統中需要轉換的信號有給定和反饋電流，單片機通過控制一模擬開關選擇需要轉換的多路信號中的一個。?
(4) 鍵盤控制與顯示電路
為了進行人機對話，實現系統的在線控制，并將電流反饋值實時顯示出來，采用專用的8279接口芯片，配6位led顯示器。需要改變一些設定值時，可以通過按鍵來實現。當cpu接受到有鍵按下的信息后，就轉出相應的處理程序。電流反饋值也在led上實時顯示出來。
(5) 隔離驅動電路
從80c196kc的高速輸出口輸出的六相脈沖需要經過隔離、放大后輸出才能驅動晶閘管。在此不再詳述。
2 軟件技術
系統軟件由一個主程序和兩個中斷子程序組成。主程序框圖見圖2。
(1) 數字觸發(fā)大多應用在大功率條件下，其工作電流達十萬安培，因此，系統初始化后，為了減小啟動電流對設備及電網的影響，應將工作電流從零逐步增加至給定電流（開環(huán)狀態(tài)下）。系統啟動的軟件模塊就是完成該工作。
(2) 開hsi和t2捕獲中斷中斷后，系統允許
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