電機起動過程動態(tài)檢測系統(tǒng)

1、電機起動過程動態(tài)檢測系統(tǒng)摘要電機作為生活生產(chǎn)中的一個重要設(shè)備是不可或缺的，電機的起動問題也關(guān)系到設(shè)備能否正常的工作，如果電機的起動電流過大則會使電機燒壞，也可能會影響同一變壓器供電下的其他設(shè)備，所以為了延長電機壽命，保護其他設(shè)備安全，我們需要對電機的起動過程進行檢測。本次設(shè)計是通過單片機對電機起動過程進行檢測，將起動電流轉(zhuǎn)化成數(shù)字量送入單片機進行顯示，單片機通過霍爾元件產(chǎn)生的脈沖進行測速。電流采集是通過電流互感器和I/V變換電路進行采集，最后經(jīng)整流電路送入單片機的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。上位機的程序和界面通過LabVIEW進行設(shè)計，通過串口程序使上位機與單片機的波特率等參數(shù)一致，并把起動電流波形在上位機

2、上顯示出來。本次設(shè)計中用理論仿真進行試驗，并沒有通過實物連接。關(guān)鍵詞：電機起動單片機 LabVIEW 波形Motor starting process dynamic detection systemAbstractMotor as an important equipment in the production of life is indispensable, motor starting problem is related to the equipment canwork normally, if the motor starting current is too large will

3、 make the motor burn out, may also affect other devices under the samepower transformer, so in order to prolong the life of the motor, other equipment safety, we need to test the motor starting process.Thisdesign is by single-chip microcomputer to test the motor starting process, the starting curren

4、t is converted into digital quantity into MCUfor display, measuring speed hall element to generate pulse into single chip microcomputer. Current collection is through the acquisitionof current transformer and the I/V transform circuit, the last of the rectifier circuit into single chip microcomputer

5、 modulus conversionchip.PC applications and interface design through LabVIEW, via a serial port application of PC and single chip microcomputerparameters such as baud rate is consistent, and the starting current waveform displayed on the upper machine.his design is just thetheoretical simulation, an

6、d failed to pass the physical connection.Key words：motor starting MCU LabVIEW waveform1 概述1.1 研究背景及意義“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 8 -電機是是基于電磁原理并應(yīng)用于信號傳遞和能量轉(zhuǎn)換的電氣設(shè)備，可以實現(xiàn)能量的生產(chǎn)、變換、傳輸、分配、使用和控制的電磁機械裝置。電機在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運輸、日常生活、文教、醫(yī)療以及國防和人造衛(wèi)星等領(lǐng)域。電機主要包括發(fā)電機、變壓器和電動機類型，不同的電機雖然性能不相同，但它們都在經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)和人們的生活，隨著電機在生活和生產(chǎn)中的廣

7、泛應(yīng)用出現(xiàn)了很多驅(qū)動控制電機的技術(shù)，不同的伺服系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、變頻器等在各行各業(yè)飛速發(fā)展。在技術(shù)發(fā)展中，起動電流和轉(zhuǎn)速的檢測是十分重要的環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確的對電流和轉(zhuǎn)速采樣是電機能夠良好運行的前提。電流和轉(zhuǎn)速檢測有兩個目的既是為了電機快速起動性能，二是為了保障電機在實際運行中出現(xiàn)的短路、過流故障能夠及時的反饋給控制器。不同型號和種類的電機往往它們的起動電流也是不同的，比如鼠籠式異步電機的起動是額定的47倍，然而并不是不是絕對的，一般要求異步電機的起動電流不能超過他的額定電流的25倍。當(dāng)電機的功率超過30KW時不能夠進行頻繁的起動是由于30KW的電機的起動電流是它的額定電流的67倍，起動過于頻繁會使電機

8、的內(nèi)部溫度過熱，最終導(dǎo)致燒毀電機。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀對電機的電流檢測有通過電阻采樣，將電阻串接到電機繞組中，當(dāng)繞組中的電流流過電阻時，在電阻兩端產(chǎn)生電壓，通過電阻把電流信號變?yōu)殡妷盒盘?，再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片讀出數(shù)據(jù)送入微處理器。雖然這種檢測方法簡單，但是電阻值是不穩(wěn)定的，同阻值的兩個電阻它們的實際電阻值有可能就是有差別的，并且沒有與電流的隔離，會對人生安全造成威脅。測電機電流也可以通過霍爾元件，在電流通過霍爾元件瞬間，在霍爾元件中就會產(chǎn)生電壓差。還可以通過電流互感器，將電流互感器二次側(cè)電流通過I/V變換電路變成電壓值，將電壓值通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片送入微處理器進行處理，電流互感器可以有效的隔絕大電

9、流，保護人生安全和設(shè)備安全。在實驗室還可以通過示波器來測電機電流，在起動回路中接入電流互感器，將電流互感器二次側(cè)接入示波器，可以測得電流波形。可以通過故障錄波裝置來測電流，將電流互感器二次側(cè)接入故障錄波裝置。現(xiàn)在對電機電流或者其他交流電還可以通過鉗形電流表來測，將定子端繞線直接通入鉗形電流表的電流互感器測。對電機轉(zhuǎn)速的測量主要有兩種，一種是測頻法。通過一個周期內(nèi)測到的脈沖個數(shù)來確定轉(zhuǎn)速，由于檢測的起止時間不確定，所以通過測頻率來確定轉(zhuǎn)速存在一定的誤差，但由于電機的轉(zhuǎn)速較快，誤差影響不大。還可以通過測脈沖之間的時間來進行測量。美國仙童公司在1974年研發(fā)出了首臺單片機。這臺單片機通過兩個集成電路

10、組成，受到電器和儀表領(lǐng)域的關(guān)注。在19741976年期間，單片機的生產(chǎn)工藝差，集成度差，只有8位CPU，64字節(jié)的存儲器和兩個I/O口，需要通過一個程序存儲器芯片來進行拓展，通過這兩個部分組合才能形成一個完整的單片機。在19771978年期間，這個時期的單片機可以集成CPU、定時器/計數(shù)器、RAM和ROM等存儲器還有I/O口，但由于性能低，針對不同的行業(yè)種類太少，所以沒有被廣泛應(yīng)用，這時候的單片機主要由Intel公司生產(chǎn)。在19791982年期間，這時候的單片機已經(jīng)具有高性能，存儲容量和尋址范圍被增大， 1983年至今的單片機鞏固發(fā)展到16位、32位，90年代由德州儀器、三菱、日立、飛利浦燈公

11、司生產(chǎn)了大批的工藝優(yōu)良,性能優(yōu)越的單片機。單片機主要向著CPU、高性能、外圍電路的內(nèi)裝化、存儲大、制造工藝不斷提高、接口性能不斷提高、低功耗、編程及仿真技術(shù)的簡單化和實時操作系統(tǒng)的使用發(fā)展，如今單片機的應(yīng)用也十分廣泛，在工業(yè)檢測和控制、儀器儀表、消費類電子產(chǎn)品、計算機外圍設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)與通信的智能接口、軍事航空、辦公自動化、醫(yī)療器械、汽車電子設(shè)備發(fā)展，并且在分布式多機處理系統(tǒng)中，單片機在解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的快速性問題，如數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和實時圖像處理系統(tǒng)中也起著關(guān)鍵作用。據(jù)研究表明，消費者每天接觸到的物品中，就包含100個嵌入式單片機，從家電到安全系統(tǒng)到交通設(shè)備都包含了單片機。單片機每年在

12、市場上銷售達到50億臺。1.3 本論文主要工作使用單片機測出異步電機的起動電流和轉(zhuǎn)速，并把起動電流波形通過上位機顯示出來。第一步：選擇合適的電流互感器將異步電機定子側(cè)的交流電變?yōu)橥l率，幅比較小的電流。第二步：將小電流值經(jīng)過I/V變換電路變成電壓值，以便于單片機對電流值的測量。第三步：將交流電壓使用整流電路進行全波整流。第四步：用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將電壓值變成數(shù)字量送入單片機測量，并將測到的電流值顯示在LCD屏上。第五步：通過在電機轉(zhuǎn)軸上綁上磁鐵經(jīng)過霍爾元件時產(chǎn)生脈沖，并用單片機對脈沖頻率進行處理測到電機的轉(zhuǎn)速。第六步：改變單片機的串口電平來與RS232電平匹配。第七布：設(shè)計LabVIEW程序?qū)⒉ㄐ?/p>

13、通過上位機顯示出來。2 異步電機的起動過程分析2.1 異步電機的結(jié)構(gòu)異步電機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，除定子和轉(zhuǎn)子外還有一些如端蓋、軸承、機座、風(fēng)扇等零部件。定子由定子鐵心、定子繞組和機座構(gòu)成，由于旋轉(zhuǎn)磁場相對于定子旋轉(zhuǎn)，定子鐵心中的磁通方向、大小都是變化的，定子鐵心通過硅鋼片疊壓制成來減少磁滯和渦流損耗，定子鐵心內(nèi)圓分布均勻的齒和槽，如圖2-1所示。圖2-1 定子槽結(jié)構(gòu)繞組安放在定子槽內(nèi)，以一定規(guī)律連接，繞組由漆包銅線和鋁線制成對于大容量異步電機繞組由玻璃絲包扁銅線繞成，線圈放入槽內(nèi)用絕緣材料與鐵心隔開，來避免短路并擊穿鐵心。電機的定子和轉(zhuǎn)子之間是氣隙,而異步電機的氣隙要比同容量的直流電機小，氣

14、隙較大會影響到電動機的功率因數(shù)，氣隙太小了則會使定子與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰撞，會增加損耗和產(chǎn)生高次諧波。轉(zhuǎn)子由鐵心、繞組和轉(zhuǎn)軸組成。2.2 異步電機工作原理異步電機的定子接三相電后，便會在電動機內(nèi)部產(chǎn)生一個圓形的旋轉(zhuǎn)的磁動勢，對于鼠籠式異步電動機，在異步電機剛起動的時，轉(zhuǎn)子沒有旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的磁場就會和導(dǎo)條產(chǎn)生相對運動，在導(dǎo)條中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，于是就會在導(dǎo)條中產(chǎn)生電流，導(dǎo)條在磁場中收到力，轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場進行轉(zhuǎn)動如圖2-2所示。圖2-2 異步電動機的工作原理圖在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來之后，只要導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場仍有相對運動，轉(zhuǎn)子就會跟著旋轉(zhuǎn)磁場繼續(xù)運動。異步電機的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場不能達到同步，如果轉(zhuǎn)子與磁場達到同步，就會

15、使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間沒有相對運動，轉(zhuǎn)子中就無法感應(yīng)電動勢和電流，電機就沒有電磁轉(zhuǎn)矩，異步電機就無法正常工作。所以相電流通入定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流通過與旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用產(chǎn)生力，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動，這就是異步電機的工作原理。2.3 異步電機的起動性能在異步電機起動時，轉(zhuǎn)速為0，轉(zhuǎn)差率為1，在異步電機剛起動時電流為：I2S''=U1/(R1+R2')2+(X1+X2')2=U1/ZK （2.1）式中： I2S''轉(zhuǎn)子電流；U1相電壓；“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 10 -R1定子每相繞

16、組電阻；R2'折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相繞組電阻；X1定子每相繞組漏感；X2'折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相繞組漏感；如果不去考慮勵磁電流，則起動電流接近I2S''，起動電流很大 ，對于普通的異步電機起動電流是額定電流的47倍。起動電流過大會會對供電變壓器和其他負(fù)載造成影響，異步電機起動的時候，變壓器提供較大的起動電流，會使供電變壓器輸出電壓下降，如果變壓器額定容量比電機額定容量大的多時，電機起動電流不會使變壓器輸出電壓下降多少，但是如果沒有大的多時，電機起動電流過大就會使變壓器輸出電壓在短時間內(nèi)下降很多，就會影響到同一個變壓器供電的其他負(fù)載，所以要檢測異步電機的起動電流，

17、下表2-1為一些電機起動電流和額定電流值。表2-1 電機起動電流和額定電流電壓額定功率額定電流起動電流380V 1.5KW 3.9A 21A380V 2.2KW 4.8A 38A380V 3KW 7.16A 43A380V 4KW 8.2A 50A380V 5.5KW 14.4A 95A380V 7.5KW 15.7A 102A2.4 本章小結(jié)本章主要工作是介紹了電機的工作原理、結(jié)構(gòu)、起動電流，起動電流過大對設(shè)備的影響，根據(jù)電機起動電流的特性，為本次設(shè)計的硬件設(shè)計提供思路。異步電機的基本工作原理是通過磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，轉(zhuǎn)子電流與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向轉(zhuǎn)動。3

18、硬件設(shè)計3.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如圖3-1所示，該系統(tǒng)將單片機作為處理器，通過電流互感器、I/V轉(zhuǎn)換電路和整流電路把電流值變?yōu)殡妷褐?，又由于轉(zhuǎn)換后的電壓值是模擬量，但是單片機內(nèi)部全部是通過數(shù)字量運算，所以我們無法直接去操作模擬量，因此我們要把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量在單片機中進行操作，可以使用模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換器，簡稱模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D芯片）來將采集的模擬量變?yōu)閿?shù)字量送入單片機進行處理，轉(zhuǎn)速通過霍爾元件進行轉(zhuǎn)換送入單片機進行處理，在下位機中通過LCD進行顯示。圖3-1 硬件設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖3.2 單片機結(jié)構(gòu)與原理3.2.1 單片機簡介單片機是集中了I/O接口、微處理器和存儲器的芯片，由于芯片性能和計算

19、機相似，所以還被稱為微型計算機，這次畢業(yè)設(shè)計使用的是STC89C52RC，其中STC代表STC公司的產(chǎn)品，8代表內(nèi)核芯片，9代表內(nèi)部有Flash E2PROM存儲器，C代表這個產(chǎn)品為CMOS產(chǎn)品，1為4KB存儲空間的大小，RC是單片機內(nèi)部有512B，C表示單片機使用的溫度，其中C代表的溫度為0+70，圖3-2為單片機的外部引腳介紹。圖3-2 單片機的引腳分布圖下表3-1是對單片機引腳的介紹。表3-1 單片機引腳介紹引腳名主要內(nèi)容Vcc(40腳) GND(20腳) 單片機電源引腳，常壓為+5VXTAL1(19腳)XTAL2（18腳） 外接時鐘引腳RST(9腳) 單片機的復(fù)位引腳PSEN（29腳）

20、 程序存儲器允許輸出控制端ALE/PROG（30腳） 外部RAM的擴展引腳EA/Vpp(31腳) EA接高電平時，單片機讀取內(nèi)部存儲器P0(39腳32腳) 雙向8位I/O口P1(1腳8腳) 雙向8位I/O口，不是真正的雙向口P2(21腳28腳) 準(zhǔn)雙向I/O口P3(10腳17腳) 準(zhǔn)雙向I/O口單片機具有很強的運算功能，在控制器控制下，單片機不僅可以進行算數(shù)運算還能進行邏輯運算，單片機的存儲器又分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。3.2.2 單片機的時鐘電路單片機有兩種形式的時鐘電路分別是內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式，其中內(nèi)部振蕩方式是通過XTAL1和XTAL2引腳作為單片機內(nèi)的反向放大器的輸入端和輸出

21、端，把放大器與晶體振蕩器進行連接就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，而外部振蕩方式則是把已有的時鐘信號接入單片機下圖3-3為單片機時鐘電路的兩種工作方式。(a)內(nèi)部時鐘方式 (b)外部時鐘方式圖3-3 內(nèi)外部時鐘連接方式3.2.3 單片機的復(fù)位電路單片機的復(fù)位電路由片內(nèi)和片外兩部分組成，外部復(fù)位電路是根據(jù)給單片機提供個機器周期以上的高電平，單片機就會復(fù)位，單片機通常采用手動復(fù)位和自動復(fù)位兩種方式，如圖3-4為單品機的復(fù)位電路。(a)上電復(fù)位 (b)手動復(fù)位圖3-4 單片機復(fù)位電路3.3 異步電機起動電流檢測的硬件設(shè)計3.3.1 電流測量電路設(shè)計在測量大的交流電時，需要通過電流互感器把一次側(cè)的大電流變成可測量

22、的電流信號，同時電流互感器還可以起到保護人生安全的作用，電流互感器按比例進行電流轉(zhuǎn)換，二次側(cè)接測量儀表和繼電保護。在電流互感器正常工作時，二次側(cè)應(yīng)處于短路的狀態(tài)，這樣的話二次側(cè)電壓很低，如果二次側(cè)開路或者一次測有異常電流流過，就會在二次側(cè)產(chǎn)生巨大的電壓，會危機到設(shè)備和人生的安全。單片機的A/D模塊只能采集05V的電壓，所以要把電流互感器二次側(cè)電流通過I/V變換電路變成電壓值如圖3-5所示假設(shè)電流互感器二次側(cè)電流最大為20mA,通過反饋電阻R1，得到所需的電壓值，電阻R2和電容C1是用來補償位移的，運算放大器采用OP07，運算放大器的電源取+6V和-6V。圖3-5 I/V變換電路反饋電阻由R=V

23、0/I確定，如果需要更精確，可以在反饋線路上串一個電位器，C一般取0.01µF0.033µF，如果C=0.01µF，則R11=95×(22R10/C-1)/2，如果C=0.003µF, 則R11=143×(15R10/C-1)/2，C是電流互感器上的標(biāo)出的相位值。轉(zhuǎn)換后的是交流電壓值，所以需要將電壓值進行整流，這次設(shè)計通過精密整流如圖3-6所示，其中R4=R5,R3=R7=2R6。圖3-6 精密全波整流電路當(dāng)輸入電壓大于0時根據(jù)虛短虛斷D1導(dǎo)通，R4和R5形成的反向比例運算器，系數(shù)為-1，同理R6和R7構(gòu)成反向比例運算器，系數(shù)為-2，

24、R3和R7形成的反向比例為-1，所以最后放大倍數(shù)為1。當(dāng)輸入電壓小于0時，D1截止，D2導(dǎo)通，根據(jù)虛短虛斷，R4處的電壓為0，R6處的電壓也為0，所以R3和R7構(gòu)成反向比例放大器，系數(shù)為-1。所以交流信號經(jīng)過精密整流后的波形就是全波整流波形。3.3.2 ADC0804簡介ADC0804是逐次比較型轉(zhuǎn)換器，有20引腳 ，轉(zhuǎn)換時間為100us，輸入電壓是0+5V，分辨率是8位，圖3-7為ADC0804引腳分布圖。圖3-7 ADC0804引腳分布圖下表3-2為ADC0804的引腳列表和引腳作用。表3-2 ADC0804引腳列表引腳名稱引腳作用VIN+,VIN- 兩模擬信號輸入端DB0DB7 數(shù)字信號

25、輸出口AGND 模擬信號地DGND 數(shù)字信號地CLK 時鐘信號輸入端“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 13 -CLKR 內(nèi)部時鐘發(fā)生器的外接電阻端CS 片選信號輸入端，低電平有效WR 寫信號輸入，低電平啟動A/D轉(zhuǎn)換RD 讀信號輸入INTR A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號低電平表示轉(zhuǎn)換完成VREF/2 參考電平VCC 電源5V輸入3.3.3 單片機與ADC0804的接線設(shè)計圖3-8 ADC0804接法（1）VIN-接地，VIN+接滑動端，通過輸入差分電壓，測量VIN+與VIN-之間的電壓，即輸入的模擬電壓,VIN+在接入測量電路之前串一個10K電阻，避免電流過大燒壞ADC0804(VIN+與VIN-之間的

26、電壓從05V的電壓之間變化，ADC0804的輸出數(shù)字量從0x000xFF變化)。（2）CLR,CLKR,GND之間通過電阻和電容組成RC振蕩電路，給芯片提供工作所需的脈沖，根據(jù)芯片手冊R取10K，C取150pF。（3）DGND與AGND同時接到GND上，DB0DB7接到單片機的P1口，CS、RD、WR端接到單片機的P2.6、P2.5、P2.4端。（4）INTR不連接，因為本次設(shè)計沒有通過中斷來設(shè)計。3.4 異步電機起動轉(zhuǎn)速檢測的硬件設(shè)計3.4.1 霍爾元件簡介霍爾元件是依據(jù)霍爾效應(yīng)來工作的，它是磁傳感器的一種，霍爾器件具有工作溫度范圍寬、精度高、壽命長等優(yōu)點，最重要的是霍爾器件可以在惡劣的環(huán)境

27、下工作，根據(jù)功能有線性和開關(guān)兩類，線性器件輸出的是模擬量而開個器件輸出的是數(shù)字量。BIV圖3-9 霍爾效應(yīng)圖如圖3-9所示是霍爾效應(yīng)原理，把一個磁場垂直加在通電的半導(dǎo)體上，如圖B和I，載流子在洛倫茲力的作用下向半導(dǎo)體兩邊積聚形成一個電場，形成的電場力與洛倫茲力方向相反，大小相等，最后產(chǎn)生一個穩(wěn)定的電壓。3.4.2 霍爾元件外部接線圖3-10 276：931F霍爾元件引腳圖圖3-10所示的霍爾元件型號為276:931F,在本次設(shè)計中2腳不接，只通過3腳輸出?；魻栐囊_說明如下表3-3所示。表3-3 引腳列表引腳標(biāo)號引腳作用1 接正電源2 輸出3 輸出續(xù)表3-3引腳標(biāo)號引腳作用4 接地當(dāng)有垂直

28、的磁場經(jīng)過霍爾器件時便會改變輸出狀態(tài)。圖3-11 霍爾元件接線圖如圖3-11，當(dāng)有垂直磁場經(jīng)過霍爾元件時，3端輸出高電平，三極管導(dǎo)通，V0端輸出低電平，當(dāng)磁場離開霍爾元件時，3端輸出低電平，三極管不導(dǎo)通，V0端由上拉電阻拉置高電平，該霍爾元件工作電壓為512V，考慮到單片機的電壓，所以VCC取5V。下表3-4為引腳輸出電平。表3-4 引腳輸出電平3端 V0端1 00 13.4.3 單片機與霍爾元件接線設(shè)計圖3-12 霍爾元件與單片機連線圖如圖3-12，霍爾元件產(chǎn)生的脈沖輸入到單片機的INTO口，用INT0來控制定時器啟停，首先控制GATE位，當(dāng)GATE=1時由控制寄存器的定時器運行控制位和IN

29、T0上的電平狀態(tài)來控制定時器的啟停，再通過設(shè)置定時器運行控制位（TR0），在GATE=1的情況下并且INT0處于高電平時只要把TR0置為1就可以啟動。3.5 單片機顯示電路設(shè)計3.5.1 液晶顯示器LM016L簡介液晶是廣泛應(yīng)用在顯示器上的一種高分子材料，LCD就是通過電流刺激液晶分子產(chǎn)生畫面，本次設(shè)計采用1602液晶，1602液晶只能顯示ASCII碼字符，液晶操作方便，能耗低，體積小，但只能在很窄的溫度范圍內(nèi)使用。1602液晶簡介1602通過5V電壓驅(qū)動，可顯示兩行每行有16個字符，圖3-13為引腳分布。圖3-13 1602液晶引腳1602液晶的接口說明如表3-5所示。表3-5 1602液晶

30、接口編號符號引腳說明編號符號引腳說明1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù)口2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù)口3 VO 液晶顯示對比度調(diào)節(jié)端 11 D4 數(shù)據(jù)口4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端 12 D5 數(shù)據(jù)口5 R/W 讀寫選擇端 13 D6 數(shù)據(jù)口6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù)口7 D0 數(shù)據(jù)口 15 BLA 背光電源正極8 D1 數(shù)據(jù)口 16 BLK 背光電源負(fù)極1602液晶的參數(shù)為:(1)顯示容量為16×2個字符；(2)工作電壓為4.55.5V；(3)工作電流為20mA；當(dāng)R/W為高電平時，1602液晶處于讀狀態(tài)，此時如果RS為低電平，測輸出D0D7為狀態(tài)字，RS為高電平時

31、D0D7沒有輸出。當(dāng)R/W為低電平時，如果RS為低電平時，給D0D7送入指令碼,輸出D0D7為數(shù)據(jù)否則RS為高電平時，D0D7不輸出數(shù)據(jù)。3.5.2 LM016L與單片機接線設(shè)計圖3-14 1602液晶與單片機接線圖在設(shè)計中只要使1602液晶一直處于寫狀態(tài)就可以，所以R/W直接接地。3.6 串口硬件設(shè)計3.6.1 RS-232串口通信原理串口是用于設(shè)備之間通信的非常普遍的協(xié)議。絕大部分計算機有一個以上基于RS-232的串口，同時，串口也是儀表儀器設(shè)備的通信協(xié)議。串口的通信是串口按位接收和發(fā)送字節(jié)，串口是使用3根線（1.發(fā)送 2.接收 3.地線）完成通信。要完成串口通信最重要的是參數(shù)要匹配，下表

32、3-6為串口參數(shù)。表3-6 串口參數(shù)參數(shù)主要內(nèi)容波特率衡量通信速度（兩個設(shè)備之間進行通信波特率必須匹配）數(shù)據(jù)位通信數(shù)據(jù)的位數(shù)停止位傳輸?shù)慕Y(jié)束和計算機校正時鐘同步奇偶校驗位檢錯方式（可以沒有校驗位）以前的RS-232-C接口用25芯D型插頭座（DB25）,后來簡化為9芯D型插座（DB9）,圖3-15為DB9:圖3-15 DB9引腳圖DB9的引腳描述如下表3-7。表3-7 DB9的引腳描述9芯信號方向來自縮寫描述1 調(diào)制解調(diào)器 DCD 載波檢測2 調(diào)制解調(diào)器 RXD 接受數(shù)據(jù)3 PC TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)4 PC DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5 GND GND 信號地6 調(diào)制解調(diào)器 DSR 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好7

33、 PC RTS 請求發(fā)送8 調(diào)制解調(diào)器 CTS 允許發(fā)送9 調(diào)制解調(diào)器 RI 響鈴指示器“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 18 -單片機的輸入和輸出可以認(rèn)為是TTL電平，+5V為高電平，0V為低電平。TTL電平臨界值：(1) VOHmin=2.4V,VOLmax=0.4V；(2) VIHmin=2.0V,VILmax=0.8V；3.6.2 MAX232簡介由于TTL中的電平，高電平是5V，低電平是0V,而RS-232中的電平，高電平是-3V-15V,低電平是3V5V,所以我們在單片機與上位機通訊時要通過一個芯片把TTL電平與RS-232電平進行轉(zhuǎn)換。圖3-16 MAX232引腳圖本次設(shè)計通過M

34、AX232來將TTL電平與RS-232電平進行轉(zhuǎn)換.MAX232引腳如圖3-16。在硬件設(shè)計中T1in和T2in直接連接單片機的發(fā)送端TXD，R1out和R2out直接連接DB9的RXD端（接收端），T1out和T2out直接連接DB9的RXD端，R1in和R2in直接連接DB9的TXD端。接線圖3-17中C1,C2,C3,C4和V+,V-都是電源變換電路部分，有極性電容通過存儲大量電壓來將TTL的電平改變，MAX232是通過5V電來供電的，從5V變?yōu)?3V+15V是很容易實現(xiàn)的，只要通過VCC進行充電，C1+和C1+上的電容電壓和C2+和C2-上的電容電壓之和可以使V+變成小于2VCC的電壓

35、值，使V-變成大于-2VCC的電壓值，這樣我們就能實現(xiàn)5V變?yōu)?3V+15V的電壓，而0V變?yōu)?3V-15V的電壓我們需要通過內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)電壓源去實現(xiàn)，這樣我們就能實現(xiàn)TTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。圖3-17 MAX232接線3.6.3 單片機與MAX232接線設(shè)計圖3-18 MAX232與DB9的接線圖圖3-19 分立元件實現(xiàn)RS-232與TTL電平轉(zhuǎn)換電路如圖3-18，在設(shè)計中T1in接單片機的P3.1端，T1out接DB9的2端，因為在設(shè)計中沒有通過上位機對單片機發(fā)送命令，所以其他幾個引腳不接。在此次設(shè)計中還可以通過分立元件實現(xiàn)TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，當(dāng)TXD產(chǎn)生高

36、電平信號時，Q3截止，DB9上的RXD端被二極管和有極性電容拉低至-3V-15V,當(dāng)TXD產(chǎn)生低電平時，Q3導(dǎo)通，DB9的RXD端接收高電平，因為考慮到設(shè)計的可靠性，沒有通過分立元件實現(xiàn)TTL電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換，下圖3-19為分立元件實現(xiàn)接線。3.7 元器件清單表3-8 元器件清單元件數(shù)量op07芯片 3霍爾元件 1ADC0804芯片 1LM016L 1STC89C52 1MAX232 1排電阻 1DB9 1電流互感器 1晶振 1電解電容 6(電容值為104的有4個，10uf的有1個，0.033uF的有一個)電阻 11（10K的有6個，1K的有2個，5K的1個，100歐姆的有1個

37、，132K的有1個）可調(diào)電阻 1無極性電容 3（150pF的1個，30pF的兩個）3.8 本章小結(jié)本章主要介紹了電機起動過程中如何對電機的電流和轉(zhuǎn)速進行測量,首先通過 OP07運算組成的I/V變換電路，將電流互感器二次側(cè)的電流變換成電壓，再將電壓進行整流，再把整流后的電壓值通過A/D轉(zhuǎn)換電路送入單片機進行測量。轉(zhuǎn)速測量通過轉(zhuǎn)軸上的磁鐵經(jīng)過霍爾元件時產(chǎn)生一個脈沖測得，通過測得脈沖頻率來測出轉(zhuǎn)速。單片機通過I/O口與ADCO8O4進行連接，在檢測轉(zhuǎn)速時，將霍爾元件產(chǎn)生的脈沖信號接入單片機的INT0口，通過對INT0中斷和計數(shù)器/定時器的溢出來計算電機的轉(zhuǎn)速，最后通過液晶顯示屏進行顯示。本章中還設(shè)計

38、了單片機串口的硬件連線，通過MAX232將TTL電平與RS232電平進行轉(zhuǎn)換。本章中還簡單介紹了單片機的復(fù)位電路和時鐘電路的連線方法。4 軟件設(shè)計4.1 下位機主程序流程圖這次程序設(shè)計通過模塊化設(shè)計的方法，包括個子程序，分別是ADC0804的子程序，脈沖頻率（霍爾元件電路）的子程序，顯示子程序和MAX232的子程序，可以在主程序中調(diào)用各個子程序?qū)崿F(xiàn)總體設(shè)計。圖4-1 主程序流程圖4.2 AD轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計WR開始轉(zhuǎn)換 CStw LTw118*1/fclkTC1/2/Tclk內(nèi)部轉(zhuǎn)換狀態(tài)不忙忙輸出有效數(shù)據(jù)觸發(fā)中斷最終數(shù)據(jù)被讀走最終數(shù)據(jù)未被讀走圖4-2 ADC0804啟動轉(zhuǎn)換時序圖由圖4-

39、2可知，先把CS端置為低電平，然后將WR端置為低電平，經(jīng)過一段時間后，WR端被拉高，A/D轉(zhuǎn)換器被啟動，經(jīng)過18個A/D時鐘周期和內(nèi)部TC后，A/D轉(zhuǎn)換完成，INTR自動變?yōu)榈碗娖剑驗樵O(shè)計中不需要中斷，所以A/D轉(zhuǎn)換被啟動后直接讀取A/D的數(shù)據(jù)輸出，在讀取數(shù)據(jù)后需要將數(shù)據(jù)返回給主程序。INTRINTR復(fù)位TR1TACCT1H,T2H數(shù)據(jù)輸入CSRD圖4-3 ADC0804讀取數(shù)據(jù)時序圖由圖4-3可知，INTR變成低電平之后，CS端跟著被置低,緊接著置低RD端，經(jīng)過時間TACC后輸出數(shù)據(jù)到達穩(wěn)定狀態(tài)，讀取“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 20 -的數(shù)據(jù)就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，置RD為高電平，再將C

40、S變?yōu)楦唠娖?，我們不需要編程拉高INTR，它是自動拉高，在初始化ADC0804芯片時應(yīng)把片選信號輸入端、寫信號輸入端和讀信號輸入端置為高電平避免在ADC0804運行時出現(xiàn)測量錯位、測量值與實際值不對應(yīng)等情況，為啟動ADC0804芯片做準(zhǔn)備，在啟動ADC0804時，先將P1口全寫1來避免讀取數(shù)據(jù)時產(chǎn)生影響，然后根據(jù)時序圖把CS先置為低電平，選中ADC0804，然后將WR置為電平來啟動ADC0804，在讀取數(shù)據(jù)時，不能選中ADC0804避免數(shù)據(jù)再次寫入芯片所以要將片選信號置為低電平，并將讀信號置為低電平，最后關(guān)閉讀信號，重新選中ADC0804為下一次讀數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備，由于測到的數(shù)字量是從0x000xF

41、F變化，對應(yīng)的模擬量是從05V變化，所以我們測到的模擬量數(shù)值就是：數(shù)字量×5÷255，最后得出的數(shù)據(jù)再除以電流互感器系數(shù)。下圖4-4為ADC0804的子程序流程圖。圖4-4 A/D轉(zhuǎn)換子程序流程圖4.3 轉(zhuǎn)速測量程序設(shè)計下表4-1為高四位和低四位分別用來設(shè)置定時器1和0。表4-1 定時器/計數(shù)器工作方式寄存器TMOD位序號 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位符號 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0下表4-2為寄存器TCON的位符號與位序號。表4-2 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON位序號 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位

42、符號 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0位地址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H將IT0設(shè)置為(INT0為跳變沿觸發(fā)方式）,當(dāng)采樣到INT0從高電平跳變的一瞬間產(chǎn)生外部中斷。下表4-3為定時器/計數(shù)器的工作方式。表4-3 定時器/計數(shù)器工作方式M1 M0 工作方式0 0 方式0 13位0 1 方式1 16位1 0 方式2 8位自動重裝1 1 方式3 僅適用T0由于考慮到后面對波特率的設(shè)置需要把單片機的時鐘頻率設(shè)為11.0592MHZ,因為一個機器周期有12個時鐘周期所以一個機器周期為12×（1÷11059200）1.

43、09µs，通過采用方式1，計滿T0需要216-1個數(shù)產(chǎn)生定時器0中斷約為71433µs，通過程序?qū)H0和TLO清空，所以一個脈沖的寬度為:t=m×71433+TH0×256+TL0，產(chǎn)生的脈沖頻率：1÷2t。圖4-5 測速方法說明圖“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 21 -如圖4-5所示，轉(zhuǎn)過一圈產(chǎn)生一個脈沖，如果一秒產(chǎn)生20個脈沖（20HZ）即為20r/s。根據(jù)測速原理，下圖4-6為脈沖測轉(zhuǎn)速的子程序流程圖。圖4-6 轉(zhuǎn)速測量子程序流程圖在外部中斷觸發(fā)期間，定時器/計數(shù)器會有多次溢出，產(chǎn)生定時器0中斷約為71433µs，通過程序?qū)?/p>

44、TH0和TLO清空，所以一個脈沖的寬度為:t=m×71433+TH0×256+TL0。4.4 顯示子程序設(shè)計下圖4-7為1602液晶顯示子程序流程。圖4-7 液晶顯示子程序流程圖下表4-4為顯示模式設(shè)置。表4-4 顯示模式設(shè)置指令碼功能0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置16×2顯示，5×7點陣，8位數(shù)據(jù)下表4-5為開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置。表4-5 開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置指令碼功能0 0 0 0 1 D C B D=1開顯示，D=0關(guān)顯示C=1顯示光標(biāo)，C=0不顯示光標(biāo)B=1光標(biāo)閃爍，B=0光標(biāo)不顯示0 0 0 0 0 1 N S N=1指針加1光標(biāo)加1N=0指針減

45、1光標(biāo)減1S=1整屏顯示移動S=0整屏顯示不移動0 0 0 1 0 0 0 0 光標(biāo)左移0 0 0 1 0 1 0 0 光標(biāo)右移0 0 0 1 1 0 0 0 整屏左移，光標(biāo)跟隨移動0 0 0 1 1 1 0 0 整屏右移，光標(biāo)跟隨移動液晶寫操作子程序需要先把要寫的命令寫到數(shù)據(jù)總線上，然后給使能端一個高脈沖，在程序中定位第一行的第一個字處就是write_com(0x80),寫第一個字然后通過延時寫第二個字，寫第二行數(shù)據(jù)需要定位到0x80+0x48處，每個字間要有延時，否則會影響1602液晶的顯示 。4.5 單片機串口程序的設(shè)計波特率是表示串口通信時的速率，每秒傳送的二進制位數(shù)即為波特率，在串行

46、通信中，要求接收方和發(fā)送方的波特率設(shè)置為一樣的值，單片機有四種工作方式的波特率：方式0的波特率=fosc/12；“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 22 -方式1的波特率=（2SMOD/32)×(T1溢出率）；方式2的波特率=（2SMOD/64)×fosc；方式3的波特率=（2SMOD/32)×(T1溢出率)；四個方式中,其中方式0的波特率是由系統(tǒng)晶振決定的，方式1和方式3的波特率是由系統(tǒng)晶振和電源管理寄存器的第一位決定的，方式2的波特率由系統(tǒng)晶振和電源管理寄存器第一位決定的，所以方式1和3的波特率是可變的而方式0和2的波特率是固定的，下表4-6是電源管理寄存器。表

47、4-6 電源管理寄存器位序號 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位符號 SMOD SMOD0 LVDF P0F GF1 GF0 PD IDL其中SMOD=0時波特率正常，SMOD=1時波特率加倍，所以我們一般采用SMOD=0正常的波特率，其他的7位都是用來管理電源的寄存器。T1溢出頻率即為T1的溢出頻率，假設(shè)T1每20ms溢出一次，那么T1的溢出率就是50HZ，把50代入方式2和方式3的公式中就是方式2和方式3的波特率，在前面用霍爾元件設(shè)計測速的過程中將單片機的晶振設(shè)計為11.0592MHZ而不設(shè)計為12MHZ的原因是在12MHZ晶振下工作，T1的計算值會存在誤差，最終導(dǎo)致通信的誤

48、差。下圖4-8為串口初始化程序流程圖。圖4-8 串口初始化程序流程圖串口工作方式也有4種，決定了串口的傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)和通信方式，串口的工作方式由串口控制寄存器的SM0和SM1決定下表4-7所示為串行口控制寄存器。 表4-7 串行口控制寄存器SCON位序號 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0位符號 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 RISM0和SM1決定了工作方式如下表4-8所示。表4-8 串口工作方式SM0 SM1 方式功能說明0 0 0 同步移位寄存器方式（通常用于拓展I/O口）0 1 1 10位異步收發(fā)（8位數(shù)據(jù)），波特率可變1 0 2 11位異步收發(fā)（9位數(shù)

49、據(jù)），波特率固定1 1 3 11位異步收發(fā)（9位數(shù)據(jù)），波特率可變由于這次設(shè)計采用方式1，而SM2主要用于方式2和方式3所以不去設(shè)置，REN=1時允許串行口接收數(shù)據(jù)反之，禁止。TB8和RB8都是用于方式2和方式3，所以不去設(shè)置。TI和RI分別是發(fā)送和接受中斷標(biāo)志位，本次設(shè)計不需要接受所以不設(shè)置RI。在串口初始化程序中，首先應(yīng)把定時器1設(shè)置為工作方式2，因為工作方式2是8位重裝，當(dāng)晶振設(shè)為11.0592MHZ時T1定時器裝初值為0xfd,然后需啟動定時器1，把REN置為高電平，使串口允許接收高電平，再通過SM0和SM1設(shè)定串口工作方式，串口“中國知網(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 23 -以方式1工作，

50、最后需要打開總中斷。4.6 上位機程序設(shè)計4.6.1 LabVIEW的簡介這次設(shè)計的上位機通過LabVIEW來設(shè)計，它是典型的圖形化語言的一種，可以為數(shù)據(jù)采集、測量分析和數(shù)據(jù)顯示提供開發(fā)工具，LabVIEW是虛擬儀器的簡稱，是根據(jù)用戶定義來工作的，與傳統(tǒng)的儀器相比有更強的擴展性和靈活性，LabVIEW可以滿足于GPIB、RS-485和RS-232通信的全部功能。LabVIEW是通過數(shù)據(jù)流驅(qū)動的，不受順序執(zhí)行的約束，這次設(shè)計通過單片機向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，上位機接受到數(shù)據(jù)并用波形顯示出來，上位機每次接受字符，通過程序?qū)ψ址M行轉(zhuǎn)化，將字符串變成對應(yīng)的數(shù)值并實時在波形圖表上顯示出來，這次設(shè)計波形通過

51、波形圖表顯示，LabVIEW有龐大的程序庫和函數(shù)庫，LabVIEW中的波形圖表如下圖4-9。圖4-9 LabVIEW波形圖表它所對應(yīng)的程序如下圖4-10。圖4-10 波形圖表程序當(dāng)我在串口發(fā)送字符時，在上位機顯示相應(yīng)的波形，但是波形圖標(biāo)只能顯示數(shù)值所以我們要通過十進制數(shù)字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)，把串口的字符轉(zhuǎn)為十進制，假設(shè)我從單片機發(fā)送的是“123”字符那我在波形圖上應(yīng)顯示十進制123，所以用到十進制數(shù)字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)，如圖4-11所示。圖4-11 十進制數(shù)字符串至數(shù)值轉(zhuǎn)換函數(shù)程序模擬字符串發(fā)送程序如圖4-12。圖4-12 模擬串口發(fā)送數(shù)據(jù)程序假設(shè)發(fā)一個字符串“12”，如圖4-13、4-14所

52、示。圖4-13 發(fā)送字符串程序圖4-14 顯示波形波形上顯示的即為數(shù)值123。4.6.2 上位機的設(shè)計上位機數(shù)據(jù)顯示界面如圖4-15所示，這個界面不僅可以顯示電流的變化曲線，還可以以數(shù)組形式保存采集到的數(shù)據(jù)，如果串口送入的數(shù)據(jù)超過波形圖的賦值，波形圖會根據(jù)實際值進行縮放。圖4-15 數(shù)據(jù)顯示界面4.6.3 上位機程序框圖設(shè)計圖4-16 上位機主程序圖4.6.4 LabVIEW串口程序設(shè)計在上位機進行串口通訊前需要對波特率，串口號，數(shù)據(jù)位個數(shù)等進行設(shè)置，通過對相關(guān)參數(shù)的配置，初始化串口，這樣才能實現(xiàn)上位機與下位機的通信?！爸袊W(wǎng)”大學(xué)生論文管理系統(tǒng)- 24 -圖4-17 VISA配置串口程序圖

53、4-17所示為VISA配置串口的節(jié)點設(shè)置，通過對VISA參數(shù)(波特率、串口號、數(shù)據(jù)位和停止位等)配置，對串口進行初始化，實現(xiàn)上位機與單片機之間的通信。對串口初始化后，要將串口數(shù)據(jù)進行讀取，需要用到VISA讀取節(jié)點，這個節(jié)點用來讀取串口傳上來的數(shù)據(jù)，下圖4-18所示為讀串口程序。圖4-18 讀串口程序當(dāng)VISA讀取完數(shù)據(jù)后，需要通過VISA關(guān)閉節(jié)點來關(guān)閉串行口。這個節(jié)點的功能是用來關(guān)閉串口，程序如圖4-19所示。圖4-19 串口關(guān)閉程序整個串口的程序如圖4-20所示。圖4-20 串行通信程序在上位機采集完單片機發(fā)來的數(shù)據(jù)后需要將數(shù)據(jù)寫入電子表格，將數(shù)據(jù)存儲起來，通過下圖4-21的寫入電子表格文件

54、程序。圖4-21 寫入電子表格文件程序圖4-22 總體程序框圖上位機的完整程序如圖4-22所示。程序由串口接收程序和波形顯示兩個部分組成，上位機通過串口接收程序從串口讀取數(shù)據(jù)后，將字符串變化成相應(yīng)的十進制數(shù)，在LabVIEW的前面板上顯示出來，單片機發(fā)送上來的數(shù)據(jù)由上位機的串口程序進行處理。4.7 本章小結(jié)本章主要介紹了AD轉(zhuǎn)換的子程序、霍爾元件測轉(zhuǎn)速的子程序、顯示子程序、LabVIEW的程序設(shè)計和單片機通信口的設(shè)計，進行了把單片機電平變成RS232電平的轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計，通過MAX232轉(zhuǎn)換即可。對LabVIEW上位機程序進行設(shè)計，先設(shè)計Labview的串口讀取程序，波特率、停止位、校驗位等需

55、要與單片機一致，將單片機發(fā)送的字符串轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)，將十進制數(shù)用波形顯示出來，最后將數(shù)據(jù)保存在文本中。5 調(diào)試與仿真5.1 整流電路的仿真假設(shè)電流互感器二次側(cè)的電流最大值為20mA,則經(jīng)過I/V變換電路的電壓在-55V之間變化，在仿真中假設(shè)把一個-55V之間變化的正弦信號電壓給精密整流電路，精密整流電路圖如下圖5-1所示。圖5-1 精密整流電路圖當(dāng)輸入電壓大于0時根據(jù)虛短虛斷D16導(dǎo)通，在圖中取R1=R2,當(dāng)輸入信號大于0時，D2導(dǎo)通，由R1和R2構(gòu)成的反向比例放大器的系數(shù)為-1，同理R3和R5構(gòu)成的反向比例放大器系數(shù)為-2，R4和R5構(gòu)成的比例為-1，所以當(dāng)輸入電壓大于0時，最終的放大倍數(shù)為

56、1.而當(dāng)輸入電壓小于0時，D1截止，D2導(dǎo)通，根據(jù)虛短虛斷，R4處的電壓為0，R6處的電壓也為0，所以R3和R7構(gòu)成反向比例放大器，系數(shù)為-1。所以交流信號經(jīng)過精密整流后的波形就是全波整流波形，波形圖如下圖5-2所示。圖5-2 不放大精密整流仿真波形當(dāng)改變R1、R2、R3、R4和R5的值，使R2=2R1，取R1=R3=5K,R2=R4=R5=10。假設(shè)輸入-3+3V變化的正弦電壓，仿真圖如下圖5-3所示。圖5-3 半波被放大的精密整流仿真波形當(dāng)輸入電壓大于0時，R1和R2構(gòu)成反比例系數(shù)為-2，R3和R5構(gòu)成的反比例系數(shù)為-2，R4和R5構(gòu)成的反比例系數(shù)為-1，最終的放大倍數(shù)為3，所以當(dāng)輸入正向電壓時，整流后的電壓值峰值即為9，當(dāng)輸入電壓值小于0時，只構(gòu)成反比例系數(shù)為-1，所以整流后的電壓值峰值即為3。當(dāng)改變R4的值，輸入電壓值小于0時，整流后的比例也跟著改變。如圖5-4所示。圖5-4 半波整流仿真波形取R1=10k，R4=5k，則電壓大于0時，放大倍數(shù)為0，電壓小于0時，改變了R4的組值，比例放大系數(shù)也跟著改變，被放大了2倍。在本次設(shè)計中，為了設(shè)計要求，最后需要全波整流，而且電流互感器二次側(cè)經(jīng)過I/V變換電路的