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(xiàn)穩(wěn)流控制。這類裝置大多采用模擬裝置來實現(xiàn)觸發(fā)和穩(wěn)流，其硬件電路復雜，調試困難，不適應現(xiàn)代迅速發(fā)展并大量采用的集散型控制系統(tǒng)（簡稱DCS）的需要。我國現(xiàn)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(xiàn)，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(tǒng)克服了已有系統(tǒng)的不足，大大改善了系統(tǒng)的整體性能。

1 系統(tǒng)結構

　　80C196KC單片微控制器控制的晶閘管可控整流系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(xiàn)系統(tǒng)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(xiàn)。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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)允許處理HSI和T2捕獲中斷，得到所需要的同步信號的信息。要讓HSO的引腳上輸出要求的觸發(fā)脈沖，應在HSO－CAM中寫入脈沖的上升沿時間和下降沿時間，該系統(tǒng)采用雙窄脈沖觸發(fā)，脈沖寬度為18度。HSO－CAM中可同時保存八個事件，每次同步信號到來時，只需向其中寫入兩個事件，而每個同步信號相距約60度，觸發(fā)角度在0～120度，因此,在第四個同步信號到來之前,HSO－C AM中的事件最少已經發(fā)生了兩個，因此，事件可以及時寫入。在HIS中斷程序中，先將同步信號到來的狀態(tài)（正跳變還是負跳變）和時間讀出來，再向HSO－CAM中寫入相應的事件；而在T2捕獲中斷程序中，還需先判斷相序。　

　　(3) 待機狀態(tài)是80C196系列產品的一種特殊的節(jié)電工作方式。在這種方式下，CPU停止工作，CPU時鐘被凍結在邏輯零狀態(tài)，但外設時鐘繼續(xù)工作。當中斷信號到來時 ,CPU退出待機工作方式，進入中斷服務程序。中斷服務程序的返回地址為鍵盤查詢,之后進入采樣程序模塊，這樣一來，就保證了在兩次同步信號之間進行一次采樣和PID計算。

3 結 論

　　采用80C196KC構成的該系統(tǒng)由于其運算速度很快，采樣、PID運算及顯示全部程序可在兩次同步信號之間完成（本文所涉及的該段程序全部運行只需2．5ms左右），而且每個同步信號均被采集到了。因此，每次同步信號到來之后，在中斷程序中都可按最新的電流反饋數據改寫觸發(fā)脈沖發(fā)生的時間，所以，該系統(tǒng)的控制精度和實時性幾乎可以與模擬系統(tǒng)相比。