單片機在晶閘管觸發(fā)電路中設(shè)計及應用

在電力拖動系統(tǒng)、電爐控制系統(tǒng)中現(xiàn)已大量采用可控硅（晶閘管）元件作為可調(diào)電源向電動機或電爐供電，這種由晶閘管組成的控制系統(tǒng)，主要是利用改變可控硅的控制角θ來調(diào)節(jié)供電電壓。

1 硬件組成及原理
　　
    系統(tǒng)硬件組成如圖1，只須在8031最小系統(tǒng)上加一塊16位的定時／計數(shù)器8253和晶振電路，另加一塊帶一個14位定時／計數(shù)器的可編程RAM／IO擴展器8155，即可組成單片機的系統(tǒng)線路。

    1．1 θ角定時
　　
    控制角θ是滯后自然換相點的電角度，在工頻條件下，它和時間tθ有如下線性關(guān)系：

    其中T是工頻電源周期，θ是控制角。
　　
    由上式可知，由電角度θ就知道對應的定時時間tθ，則可利用定時／計數(shù)器就能實現(xiàn)對θ角的定時，這種用硬件定時的方法可大大節(jié)省CPU的在線工作時間。

    8031本身有兩個16位的定時／計數(shù)器T0和T1，若用它們定時，選用方式1工作，就為16 位的定時／計數(shù)器方式。因為8031單片機一個機器周期由12個振蕩周期組成，工作于定時狀態(tài)，計數(shù)頻率為振蕩頻率的1／12，而工作于計數(shù)狀態(tài)，計數(shù)頻率為振蕩頻率的1／24，所以當取晶振頻率為6MHz，選用方式1定時工作狀態(tài)時，可得：

    式中，T為工頻周期，T＝20ms。
　　
    由于16位定時／計數(shù)器最大定時時間為65536，故最大定時角為：

    由此可見，用8031單片機T0、T1定時，移相范圍大，而分辨率則受本機機器周期限制，再就是用于三相定時，2個定時／計數(shù)器也不夠，故最后確定選用NEC8253C－2定時／計數(shù)器來實現(xiàn)θ角定時，8253是一個三通道的16位定時／計數(shù)器，以減1計數(shù)方式工作，三個通道剛好滿足三相定時，而計數(shù)頻率由外部晶振提供，不受系統(tǒng)頻率限制，選用計數(shù)頻率為4MHz，則分辨率和最大定時角分別為：

    由上可知，分辨率和移相范圍都能達到令人滿意的結(jié)果。

    1．2 同步信號輸入和觸發(fā)脈沖輸出
　　
    本系統(tǒng)采用三相同步電路。三相交流同步電源取自同步變壓器的副繞組，經(jīng)RC移相后使其過零點正好都對準六個自然換相點，再經(jīng)三個電壓比較器輸出周期為 20ms的三相方波同步信號，送至單片機P1的P1．3～P1．5，由于同步信號跳變即為自然換相點，單片機檢測這三位狀態(tài)字，即可進行軟件認相，并作出 ±A、±B、±C的標志，以供θ角定時和輸出（觸發(fā)）、控制之用。

    為簡化電路，減少脈沖變壓器體積，增強電路的抗干擾能力，本系統(tǒng)采用脈沖列觸發(fā)方式。其中六個觸發(fā)信號經(jīng)8155 A口送出，由外部電路調(diào)制成頻率為2kHz的觸發(fā)脈沖列，經(jīng)功放電路分別加到6個可控硅的門極。

    1．3 中斷安排
　　
    8031單片機共5個中斷源，其中1個用于串行口，兩個為T0、T1定時／計數(shù)器中斷，可直接用于外部中斷的只有和，為了給控制系統(tǒng)留下更多的硬件資源，觸發(fā)器只占用個中斷源，采用硬件和查詢結(jié)合的方式，如圖1，A、B、C三相中斷通過非門接至同時又各自接到P1．0～P1．2位，這樣只要有申請，8031單片機通過檢測該三位狀態(tài)，即可確定中斷源。

3 結(jié)束語
　　
    本文采用8031單片機實現(xiàn)對晶閘管的數(shù)字觸發(fā)，組成高分辨率的數(shù)字觸發(fā)器，在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)平滑調(diào)節(jié)，其性能是電子觸發(fā)裝置無法比擬的。該系統(tǒng)已在實際生產(chǎn)中得到應用，獲得了令人滿意的效果。