直流发电机自动稳压系统设计[教材]

直流发电机自动稳压系统设计[教材] 题 目 :直流发电机自动稳压系统设计 院系名称: 地 方 大 学 生 系 专 业:_ 电子信息工程 学生姓名: 刘东阳(2005046038) 指导教师: 陈 建 国 2009 年 5月 2 1 日 直流发电机自动稳压系统 摘要 直流发电机是把机械能转化为直流电能的机器。在日常生活中应用极为广泛，主要作为直流电动机、电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电源。但直流发电机输出的电压往往是不稳定的。为了方便使用我们需要使其输出电压稳定。本系统主要利用了励磁电机和单片机实现对发电机的稳压控制。本文主要侧重于对电路部分的设计进行描述。 首先，本文将概述直流发电机的特点，以及本设计的重要性和必要性。 其次，本文将讲述本系统中是如何利用励磁电机控制流过发电机转子电流的大小来控制直流发电机的两端电压的。 再次，本文将详细阐述本系统中单片机的原理，设计过程和调试。并给出图表说明。 最后，本文将简要叙述数模转换和模数转换的工作原理，讲述系统电路部分所用的电子原件的基本工作原理，并会对实验的结果进行说明。 在附录中，本文还将给出一些必要的程序的系统设计资料，供参考之用。 关键词:直流发电机，自动，稳压 Abstract Author: Zhao Dan Tutor: Zhang Chun liang Direct current generator is make the machine converting into the direct current electric power can of machine. The application is extremely extensive in the daily life, mainly Be direct current motive, electrolysis, alternator of Li Ci etc. the direct current power supply need. But the output's electric voltage of the direct current generator be usually unsteady. Use us to need to make it output an electric voltage stability for the sake of the convenience. This system mainly made use of triode transistor and single slice a machine realization to the generator of steady press a control. This text is mainly lay particular emphasis on in the design to the electric circuit part to carry on a description. First, this text will all say the characteristics of direct current generator, basic principle and characteristic of triode transistor, and elaborate that the triode transistor is in the importance in this system. Secondly, this text will relate the basic work principle of the core parts-triode transistor in this system, design request and experiment curve of Jian3 Shu4's triode transistor. Again, this text will elaborate this system in detail the principle of the machine is in the single slice, design process with adjust to try a method. Combine to explain for chart. End, this text describes a synopsis the work principle of the few molds conversion and mold few conversions, relates system electric circuit the basic work principle of the electronics original piece use by part, and would to experiment of carry on elucidation as a result. Keyword: Direct current generator, auto, steady press 目 录 1 绪论 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 课题背景及目的????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 国内外研究情况????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 构成及研究内容?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 2 系统原理?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 系统框图及原理?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 整体电路介绍????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????4 3 硬件介绍 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.1 单片机介绍????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 3.1.1关于单片机??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 3.1.2 MCS——51单片机系列??????????????????????????????????????????????????????????????7 3.1.3 AT89C51单片机???????????????????????????????????????????????????????????????????????7 3.1.4 管脚说明????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????8 3.1.5 振荡器特性????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 3.1.6芯片擦除????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 3.2 LM358???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11 3.3 三极管?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????12 3.4 A/D转换器????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.4.1 基本概念????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.4.2 转换精度????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.4.3 转换时间????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????13 3.5 D/A转换器????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 4软件设计??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 4.1软件流程图???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????16 4.2软件程序??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 5 相关产品介绍及未来发展方向???????????????????????????????????????????????????????????????????????20 6 产品推广意义及方法????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21 致谢???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 参考文献????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????23 1 绪 论 1.1课题背景及目的 直流电机是实现直流电能和机械能相互转换的一种旋转电机。由原电动机拖动旋转将机械能转变成为直流电能的电机成为直流发电机。直流发电机是一种把机械能转换成电能的设备，在生产和生活中占有重要地位，用途非常广泛。它主要作为直流电动机、同步发电机励磁系统电源以及电化学工业中电解、电镀、电冶炼、充电及交流发电机的励磁等所需的直流电源，其输出电压便于精确的调节和控制。直流发电机在电能的生产、输送和使用等各方面起着重要的作用。生产机械大多用他驱动。在机械制造业、冶金工业、石油工业、化学工业等广泛应用直流发电机。在交通运输中，铁道机车和城市电车中也有应用。在农业生产方面，电力排灌设备、打稻机、榨油机等都是由直流发电机驱动的 。在国防、文教、科研、医疗及日常生活中也有广泛应用。虽然在需要直流电的地方，也用电力整流元件，把交流电变成直流电，但从使用方便、运行的可靠性及某些工作性能方面来看，交流电整流还不能和直流发电机相比。 由于直流发电机的电枢绕组并不是单线圈，而是由许多线圈组成，绕组中的这些线圈均匀地分布在电枢铁芯的槽内，线圈的端点接到换向器的相应的滑片上。换向器实际上由许多弧形导电滑片组成，彼此用云母片相互绝缘。这些线圈和换向器使直流发电机的输出电压会产生不同的脉动电流。脉动电流对直流发电机又不良的影响，使电流稳定。随着生产的发展和直流发电机越来越广泛的应用，对直流发电机提出了更高的要求。要求我们提供一种技术能够对发电机起到自动稳压的作用，使其输出稳定电压。 1.2 国内外发展情况 在直流发电机自动控制系统方面，西方发达国家的产品比国内的品种更多.其性能 也较国内良好.所谓每样东西都有其发展的原因,稳压系统的出现也有其出现的原因.首先,西方资本主义国家的经济基础好,起步早,发展就比较快,电力电子产业发展较快;其次,西方的资本主义国家自动化发展的也较快。人们有了购买需求,自然会推动相关产品的涌现;再次,在资金和技术上,我们国家也与西方国家有一点的差别.因此国内的相关产品品种没有国外丰富.不过国内的其功能也非常先进.其中包括使用三极管控制电流的稳压系统,也即是本文将研究的产品.还有交流稳压器，直流稳压电源,交流稳压电源，以及可控硅控制的稳压电路，等等。 随着四个现代化的发展，自动控制是现代科学技术中不可缺少的部分，工业自动化程度不断提高，机械、化工、电力、空间技术等工业部门都要依靠自动控制来满足生产过程中高性能的要求，各种自动控制系统中日益广泛地应用各种自动控制系统。应用自动控制，不仅能使现代化科学技术得以飞速发展，生产效率得以大幅度提高，还能使人们从繁重的体力劳动、手工操作和高温、高压、有害、有毒等恶劣的工作条件下解脱出来。因此，自动控制正在起着越来越大的作用。 1.3论文构成及研究内容 今天科学技术水平日新月异，计算机、微机应用技术和电子技术的发展更始突飞猛进。正是这些技术的进步是直流大电机的控制技术在近二十多年内发生了天翻地覆的变化。其中电机的控制部分已由模拟控制逐渐让位给以单片机位主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统的应用，并正向全数字控制方向快速发展。 使用微处理器取代模拟电路使电路更为简单，减少了许多元件，并且控制逻辑可通过软件实现。单片机有更强的逻辑功能，运算速度快、精度高、有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如优化控制等。单片机介于工业控制计算机和可编程控制器之间，它有较强的控制功能、低廉的成本。人们在选择电动机的控制器时，时常是在满足功能的需要的同时，优先选择成本低的控制器。因此单片机往往成为优先选择的目标。数字信号处理是近年来涌现的一个后起之秀。20世纪80年代，开始逐渐进入电动机的控制领域。这些芯片不但具有高速信号处理能力和数字控制功能，而且还有为发电机控制应用所必需的外围功能。 本文主要介绍了用AT89C51单片机和数模转换器，模数转换器，以及晶体三极管的 放大作用实现对直流发电机的稳压控制。三极管的集电极的电阻把变化的电流转化为变化的电压的特性来控制直流发电机的。由三极管控制流过发电机转子电流的大小来控制直流发电机的两端的电压，通过单片机软件编程进行控制三极管的电流情况。以及其中所使用的基本理论知识和主要元器件的作用、特性等。以及其中所使用的基本理论知识和主要元器件的作用、特性等。 2 系统原理 2.1 系统框图及原理 2.1.1 原理介绍 直流发电机自动稳压系统是由放大器、数模转换器、模数转换器以及单片机和三极管等相关控制管理软件组成.主机电路接受直流发电机书出来的电压信号.通过模数转换器转换后得到输出电压的地址和数据类型.经过单片机处理后的数据在由数模转换器，转换成模拟信号。此信号经过三极管的电流放大作用，控制电流，使直流发电机输 系统框图如图2.1所示.出稳定的电压. 2.1.2 原理方框图 信号 比较放大 模数转换 单片机控 直流励磁电 制系统 机 数模转换 图2.1系统框图 2.2总体电路介绍 直流发电机的输出电流经过运算放大器的放大送将电流送给主机，借助于程序可启动A/D转换器进行转换工作。ADC0801是8位A/D转换芯片。它能将模拟电压V转换为相应的数字信号。模数转换器对采样的数据进行修正(或者不修正)，将结果送A/D转换器输出。转换时间仅100us，转换精度为正负1/4LSB，较一般A/D芯片高。/WR为复位启动端，当/CS与/WR同时为0脉冲时，ADC0801复位，把数据送给主机AT89C51，并开始一次新的转换。单片机开始检测接收的数据，如果此数据大于规定数据说明此时输出电流过大，于是单片机就会输出一个较小的电流给数模转换器。D/AC0832由8位数据输入寄存器，8位DAC寄存器和8位D/A转换器三部分组成。它是电流输出型的，即将输入的数字量转换 成模拟电流量输出。I1和I2的和使常数，他们的值随DAC寄存器的内容成线性变化。但是，在单片机的应用系统中，往往需要电压信号输出，为此将电流再经过运算放大器LM2904，即可得到转换电压输出。此时较小的电压就送给三极管，由于三极管的基极电流随基极电压成正比变化，所以此时三极管输出的电流就是稳定的电流了。反之，同理。 3硬件设计 3.1单片机89C51简介 3.1.1关于单片机 电子计算机的发展经历了从电子管、晶体管、集成电路到大(超大)规模集成电路共四个阶段，即通常所说的第一代、第二代、第三代和第四代计算机。现代广泛使用的微型计算机是大规模集成电路技术发展的产物，因此他属于第四代计算机，而单片机则是微型计算机的一个分支。从1971年微型计算机面世一来，由于实际应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展:一个是向高速度、大容量、高性能的高档微机方向 发展;而另一个则是向稳定可靠，体积小，价格廉的方向发展，但两者在原理和技术上是紧密联系的。 单片机因将其主要组成部分集成在一个芯片上而得名，具体说就是把中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、中断系统等主要微型机部件集成在一个芯片上。虽然单片机只有一个芯片，但是从组成和功能是看，他已经具有了一个计算机的属性。但是单片机通常是指芯片本身,它是由芯片制造商生产的,它上面集成了一些作为基本组成部分的运算器电路、控制器电路、存储器、中断系统、定时器/计数器以及输入/输出口电路等。一个单片机芯片并不能把计算机的全部电路都集成到其中，例如组成谐振电路，和复位电路的石英晶体、电阻、电容等，这些元件在单片机系统中只能以散件的形式出现。此外，在实际应用中常常需要扩展外围电路和外围芯片。所以单片机和单片机系统是有差别的。即:单片机只是一个芯片，但单片机系统是在单片机芯片的基础上扩展其他电路或芯片构成具有一定应用功能的计算机系统。 通常所说的单片机系统都是为了实现某一控制应用需要由用户设计的，是一个围绕单片机芯片而组成的计算机系统。在单片机系统中，单片机处于核心地位，是构成单片机系统的硬件和软件系统。 3.1.2 MCS-51单片机系列 本设计所用到的89C51单片机是MCS-51的一种。MCS-51是一个单片机的系列产品，具有多种型号。具体说，按其内部资源的不同，MCS-51可以分为两个子系列和四个类型。 如表3.1 表3.1 MCS系列单片机的分类 资源配置 片内ROM形式 片内片内RAM定时器/中 ROM容容量 记数器 断 子系列 量 源 无 ROM EPROM EEPROM 8031 8051 8751 8951 4KB 128B 2×16 5 51子系列 8032 8052 8752 8952 8KB 256B 3×16 6 52子系列 按资源配置的数量,MCS-51分为51和52两个子系列,其中51系列是基本型,52系列是增强型,以芯片的型号的最末数字“1”和“2”作为标志。 89C51单片机是在8951芯片的基础上发展起来的，因此兼容，改进和增强将是我们 对89C51和8951进行比较的内容。 首先，与8951的兼容是对89C51的基本要求，以确保8位单片机MCS-51系列的继承和发展。兼容包括指令、引脚信号、总线等多个方面，指令兼容能保证两者之间不存在指令障碍以维持软件的可移植性，而引脚信号和风状以及总线的兼容则确保两者在系统扩展的接口方向的一致性。有利于系统的开发利用。 单片机是要在一个极小的芯片是集成这么多的电路，而且要求结构简单灵活。工作稳定可靠。因此单片机必须采用精巧的设计。单片机系统逻辑如图3.2所示: 频率基准源 计数 振荡器及4KB程序128B数据两个16位定 定时电路 存储器 存储器 时器/计数器 CPU 64KB总线可编程可编程 扩展控制 串行口 I/O 中断 控制 并行I/O口 串行口 图3.2MCS-51系列单片机结构框图 其中中央处理器(CPU)是单片机的核心，完成运算和控制操作。内部数据存储器用语存放可读写数据，通常所说的内部数据存储器是指前128个单元。内部程序存储器用语存放程序和原始数据。另外，由于控制和应用需要，89C51共有两 16位的定时器/记数器，以实现定时或记数功能，并以定时或记数功能对单片机进行控制。89C51单片机还有4个8位的I/O口，用以实现数据的并行输入输出。除此之外，单片机还有一个全双工的串行口，以实现单片机和其他数据设备之间的串行数据传送。还有一些其他是硬件电路，如:中断控制系统、时钟电路、位处理器，总线等，这里不一一介绍，请参阅有关单片机的书籍。 3.1.3 AT89C51单片机 本设计采用内部有4KB的AT89C51单片机，因此不必进行外部存储器扩展。 AT89C51单片机的信号引脚: AT89C51是的40引脚的双列直插式集成电路芯片，引脚排列见图3.3 图3.3 89C51单片机芯片引脚图 AT89C51是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C51提供了高性价比的解决方案。 AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结 合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 89C51单片机与8031、8051和8751等等单片机没什么太大的区别，89C51内部有存储器,而8031.8051,8751系列单片机无内部存储器。89C51主要功能下: 1、8位CPU 2、4kbytes 程序存储器(ROM) 3、128bytes的数据存储器(RAM) 4、32条I/O口线 5、111条指令，大部分为单字节指令 6、21个专用寄存器 7、2个可编程定时/计数器 8、5个中断源，2个优先级 9、一个全双工串行通信口 10、外部数据存储器寻址空间为64kB 11、外部程序存储器寻址空间为64kB 12、逻辑操作位寻址功能 13、双列直插40PinDIP封装 14、单一+5V电源供电 3.1.4管脚说明: VCC:供电电压。 GND:接地。 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。 P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，口管脚备选功能,如下表所示: P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) P3.2 /INT0(外部中断0) P3.3 /INT1(外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) P3.6 /WR(外部数据存储器写选通) P3.7 /RD(外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止 。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才ALE的输出可在SFR8EH地址上置0 起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 /EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。 3.1.5振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 3.1.6芯片擦除: 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 3.2 LM358 LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可 用单电源供电的使用运算放大器的场合。 LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。 , 内部频率补偿 , 直流电压增益高(约100dB) , 单位增益频带宽(约1MHz) , 电源电压范围宽:单电源(3—30V); 双电源(?1.5一?15V) , 低功耗电流，适合于电池供电 , 低输入偏流 , 低输入失调电压和失调电流 , 共模输入电压范围宽，包括接地 , 差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 , 输出电压摆幅大(0至Vcc-1.5V) 3.4LM358内部结构 3.3三极管 晶体三极管(以下简称三极管)按材料分有两种:锗管和硅管。 而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性 不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。 3.5 :晶体三极管(NPN)的结构 图3.5是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的 PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。 在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正确，发射区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(控穴)很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流Ie。由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流Ic，只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补纪念给，从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得: Ie=Ib+Ic 这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即: β1=Ic/Ib 式中:β--称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量?Ic与基极电流的变化量?Ib之比为: β= ?Ic/?Ib 式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。 3.4 AD 转换器 3.4.1 基本概念 AD 转换器的功能是将输入的模拟电压转换为输出的数字信号，即将模拟量转换成与其成比例的数字量。一个完整的 AD 转换过程，必须包括采样、保持、量化、编码四部分电路。在具体实施时，常把这四个步骤合并进行。例如，采样和保持是利用同一电路连续完成的。量化和编码是在转换过程中同步实现的，而且所用的时间又是保持的一部分。 3.4.2 转换精度 在单片 AD 转换器中，也用分辨率和转换误差来描述转换精度。分辨率是指引起输出二进制数字量最低有效位变动一个数码时，输入模拟量的最小变化量。小于此最小变化量的输入模拟电压，将不会引起输出数字量的变化。也就是说， AD 转换器的分辨率，实际上反映了它对输入模拟量微小变化的分辨能力。显然，它与输出的二进制数的位数有关，输出二进制数的位数越多，分辨率越小，分辨能力越高。但超出了 AD 转换器分辨率的极限值，再增加位数，也不会提高分辨率。 转换误差通常以相对误差的形式给出，它表示 AD 转换器实际输出的数字量与理想输出的数字量之间的差别，并用最低有效位 LSB 的倍数来表示。 3.4.3 转换时间 表示完成一次从模拟量到数字量之间的转换所需要的时间，它反映了 AD 转换器的转换速度。例如，逐次比较型的 AD0801 , 0803 、 0808 , 0809 的转换时间为 100 ; AD571 为 25 ; AD574 为 35 ; AD578 为 。双积分 AD 转换器的转换时间一般在几十至一、二百毫秒。 3.5 D/A转换器 图3.6芯片0832内部结构 DAC0832是8位分辨率D/A转换集成芯片，与处理器完全兼容，其价格低廉，接口 ，简单，转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到了广泛的应用。DAC0832的引脚及功能 : DI0~DI7:数据输入线，TLL电平。 ILE:数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。 CS:片选信号输入线，低电平有效。 WR1:为输入寄存器的写选通信号。 XFER:数据传送控制信号输入线，低电平有效。 WR2:为DAC寄存器写选通输入线。 Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。 Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。 Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻. Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地. DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好. 接线方法 :用一个1PIN数据线一端插入CPU部分JP53(P3口)的P3.6，另外一端插入DAC0832部分的输入端JP24的WR端。 用一个1PIN数据线一端插入CPU部分JP52(P2口)的P2.7，另外一端插入DAC0832部分的输入端JP24的CS端。用一根8PIN的 数据排线， 一端插入DAC0832部分的数据输入端JP27, 另一端插入CPU部分JP51(P0 口) 。 用一台示波器，在J2口观察DA转换后的输出信号。 4软件程序 4.1程序流程图 4.1软件流程图 4.2 主程序 初始化: ORG 0000H LJMP MAIN MAIN:MOV A,P1;读入引脚上的输入状态 MOV 30H，A; MOV A，#3FH;赋值给A CJNZ A，#3FH，NEQ;不等于3FH转移 EQ: START ;(A)=3FH处理程序 NEQ:JC LOW;(A)小于3FH转移 DEC A;(A)大于3FH减小A LOW:INC A; (A)小于3FH增大A 启动DA: START: MOVE DPTR，#0DFFH; MOVE A, #01H; MOVEX @DPTR,A;输出命令 MOV A, #01H; MOVX @DPTR,#7FFFH; MOV @DPTR，A; PROC NEAR; MOV CX,8;CX作数据计数器 CLD;清方向标志 MOV BL，00H;模拟通道号存在BL中 LEA DI，DATA-BUF;缓冲区偏移地址 322H; NEXT:MOV DX， MOV AL，BL; OUT DX，AL;输出通信号 MOV DX，323H;指向控制口 MOV AL，00000111B;PC3置1 OUT DX，AL;送出开始启动信号 启动AD:D1: JNB TI,D1 CLR TI MOV A,30H ANL A,#0F0H SWAP A MOV DPTR,#SETTAB MOVC A,@A+DPTR MOV SBUF,A D2: JNB TI,D2 CLR TI AJMP MAIN1 ;返回主程序 MOV DPTR,#7F00H ;指向转换地址 MOV A,#03H ;指向转换口 MOVX @DPTR,A ;转换 MOV R1,#64H D3: DJNZ R1,D3 ;等100微秒转换完 MOVX A,@DPTR ;转换后的值给A MOV 30H,A ;转换的值给30H END 5 相关产品介绍及未来发展方向 随着电子技术的发展，直流发电机的同类产品也大量的在市场上涌现出来。例如直流稳压电源、直流发电机的PLL驱动控制、直流稳压器、线性稳压、开关稳压等。人们对如何提高电源的转换效率，增强对电网的适应性，缩小体积，减轻重量进入了深入的研究。 直流稳压电源由四个基本模块组成，采用硬件电路和单片机的编程控制，实现了在传设计一个电压在-18-+18V，电流0-2 A可调的双路直流稳压电源。实现传统基本直流稳压电源的突破和创新-电压电流的连续可调的和过压过流流保护。 直流发电机的PLL驱动控制:锁相环PLL控制是把发电机基准转速相对应的基准频率与转速传感器的频率进行比较，使其保持一致的控制转速恒定的方法。发电机的基准转速相对应频率可以采用晶体振荡器，转速频率可以从发电机的FG中取出，两者进行比较，从而控制发电机的转速。 直流电源稳压器:采用降压变压器将电网交流电压220V变换成复合需要的交流电源。此交流电压经过整流后可获得电子设备所需要的直流电压。线性稳压电源，是指在稳压电源电路中的调整管是工作在线性放大区。将220V、50Hz的工频电压经过线性变压器降压以后，经过整流、滤波和稳压，输出一个直流电压。 开关稳压电源的调整管工作在开关状态，主要优越性是交换效率可高达70~95%。开关稳压电源的优越性还体现在:功耗小、效率高。晶体管在激励信号的激励下，交替的工作在导通-截止的开关状态，转换速度很快，频率一般为50kHz左右。开关晶体管的功耗很小，电源的效率可以大幅度的提高，达到80%以上。体积小、重量轻。开关稳压电源里没有采用笨重的工频变压器。调整管上的耗散功率大幅度降低以后，省去了较大的散热片。稳压范围宽。开关电源的输出电压是由激励信号的占空比来调节的，输入信号电压的变化可以通过调频或调宽来控制，在工频电网电压变化较大时，它仍能保证有效的稳定输出电压。开关稳压电源实现稳压的方法也较多，可以根据实际应用的要求，灵活的选用各种类型的开关稳压电源。电路形式灵活多样。开关稳压电源的主要问题是电路比较复杂。输出纹波电压较高，瞬态响应差，并且存在较为严重的开关干扰。当今，开关稳压电源的进一步推广应用的困难是它的制作技术难度大，维修麻烦和成本较高。开关稳压电源的效率是与开关管的变换速度成正比的。 6 产品推广意义及方法 随着国民经济的发展和现代科学技术的突飞猛进，人们的知识结果和认识能力都有 了很大的提高。对一些产品的功能和技术含量都提出了较高的要求。这就要求我们在产品的设计和生产过程中严格把关，对质量精益求精。但由于本产品在技术结构上不是很复杂，不需要现代化的大型流水生产线，可利用农村大量剩余劳动力，再经过短期，一把电烙铁和少量简单工具就可以完成本产品的装配工作。微处理器的烧写及焊接PCB制作以及外壳的制作可以依托于有能力的厂商。所以本产品对生产条件的要求不是很高。 随着直流输电技术的日益成熟和交直流混合输电工程的陆续投运，研究直流系统的模型及其调节方式对交直流混合系统暂态稳定性的影响显得尤为重要。在稳定研究中，直流系统主要采用的有稳态模型、准稳态模型和改进的准稳态模型。稳态模型是利用换流器的稳态方程，将直流系统与交流系统联系起来进行求解;准稳态模型则是充分考虑调节器本身的调节过程，将直流系统和交流系统分成不同的时间步长进行混合系统的稳定计算;而改进的准稳态模型则考虑了交流系统发生不对称故障时，换相电压不对称对换流器的影响。直流系统的调节方式主要有定电流--定熄弧角调节、定延迟角---减额定电流调节、定延迟角---定超前角调节、定电流---定电压调节等。此外，对于直流系统，还有两种紧急控制措施:低电压限电流和重启动。采取不同的直流系统模型和调节方式，对交直流混合系统的稳定将产生很大的影响。 20世纪50年代后，电力需求日益增长，远距离大容量输电线路不断增加，电网扩大，交流输电受到同步运行稳定性的限制，在一定条件下的技术经济比较结果表明，采用直流输电更为合理，且比交流输电有较好的经济效益和优越的运行特性，因而直流输电重新被人们所重视。我们可以通过以下两条途径来推广本产品: 寻找代理商,在某一地域或全国范围内建立营销网络。要寻找经济实力强和营销经验丰富的代理商，让他们把你的产品迅速推向市场。让广大消费者对你的产品做出评估，因为我们的产品在最初设计时就考虑到产品的性价比，市场上已有同类产品的价格及功能。我们用比别人低的成本设计出了比别人功能强大质量可靠，信誉度高的产品，我们设计的产品的宗旨是市场上没有的产品我们去设计，去生产。市场上已经有的产品我们要比他的功能更强大，质量更可靠，价格更便宜。所以我们的产品性价比比较高，一旦投放市场，一定会受到广大消费者的欢迎。 做广告,在互连网上发布我们的产品信息，要在广告信息中体现我们与现有产品的不同之处，体现我们的设计风格。要让消费者从广告信息中对我们的产品有比较全面的 了解。 结 论 随着不断的电子技术应用到电力系统产品中去,市场上的相关产品的品种已经相当丰富.各具特点,未来自动稳压控制系统电子的发展将主要集中在,准确、精度高、智能信息,美观完善等方向.并呈现多功能多样化,技术一体化,系统集成化的特点.本设计成果具备基本稳压功能,又易于实现功能扩展,是一套理想的直流发电机自动稳压控制产品。 经过这次课题的研究，我对以前学的专业知识有了新的理解和认识，并理解了其他相关的理论知识，对我今后的学习工作有了很大的帮助，另外通过这次设计，增加了我的动手实践能力，对理论知识的理解有了新的升华。 致 谢 信 在为期三个半月的毕业设计过程中陈建国老师，在课题选择、确定，评审，到方案论证、开题以及文献资料的查询都给了我很大的帮助。同时培养了我精益求精，严谨认真的工作作风。陈建国老师以其渊博的知识、严谨的治学态度、开拓进取的精神和高度的责任心给我留下了深深的印象。陈老师不仅在论文指导上给予我莫大的帮助，关心我们的课题，关心我们的毕业设论文进度，而且还教会了我做人的道理，使我再批评中接受教训，积累经验。在此深表谢意～同时也要感张老师辅导老师的帮助，他在整个毕业设计期间给予我极大的帮助， 最后,感谢院系领导给予的大力支持,为本组提供良好的设计环境。感谢机械电子系老师的热心帮助，感谢组的各位老师在炎热的天气下为我们所作的各种工作和对我们论文所作的批评斧正。同时感谢对我组设计中帮助过我们的所有老师和同学，最后感谢本组其他两位成员对设计所做的努力。 致谢:防空兵指挥学院机械电子教研室 导师:陈建国 等各位老师 参考文献 [1] 黄继昌,徐巧鱼.传感器工作原理及应用实例[M].人民邮电出版社,1998. 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