毕业设计（东方）论文河南城建学院

前 言

煤炭资源是当今工业社会运行发展的基础能源和重要原料，煤炭

产业在我国国民经济发展中占有举足轻重的地位。建国以来，煤炭作为一次能源在我国一直占有很大比重，并将在可预见的时期内保持其不可替代的主导地位。随着社会的发展，煤炭资源的开采与供给显得愈加重要，直接影响我国经济发展的速度，更是我国整个工业系统稳定运行的前提保证。近一段时期，煤炭安全生产屡出问题，已成为社会关注的焦点，也被国家重视。提升绞车是矿井生产的关键设备，它的安全运行是保证煤矿安全生产的重要环节。国家煤炭安全生产总局及各省市煤炭生产主管部门，都强制要求各煤炭开采企业安装提升绞车综合后备保护。

基于重大的现实意义，我们选用单片机设计提升绞车综合后备保护器，是期望在现有综合后备保护器的基础上实现更强大的安全强制功能，完成自动减速功能和能够实施更精确的在线监视功能，为煤炭行业的安全生产提供更可靠的后备保护装置。

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中文摘要

本套设计的煤矿提升绞车综合后备保护是为满足（煤矿安全规程）（2005版）。对平煤天安十矿的主井提升机的各项保护而专门设计的专用保护器，实现对矿井提升机的松绳，过卷，卡箕斗，深度指示器失效，以及自动减速保护，确保矿井提升绞车的安全运行，次设计采用霍尔传感器，集成电路，单片机等先进技术，软硬件结合，具有体积小，功能强，可靠性高等特点。

关键词：提升绞车，综合后备保护，松绳，过卷，过速，卡箕斗，深度指示器失效，霍尔传感器，单片机。

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Chinese summary

A coal mine for design promote comprehensive spare protection of winch is for satisfy( safe rules distance of coal mine)(2005 versions).To an Anne of even coal ten the main well of the minerals promote various protections of the machines but the appropriation protection machine of the specialized designs, the loose rope that realization promotes the machine to the mineral well, lead book, the card Dustpan , the depth indicator expiration, and decelerate the protection automatically, insure the mineral well to promote the winch safe to circulate, a design adoption the huoer spreads the feeling machine, integrated circuit, a machine waits the advanced technique, the soft hardware combine, having the physical volume small, the function is strong, the credibility high etc. characteristics.

Keyword:Promote the winch, synthesize the spare protection, loosen the rope, lead book, lead soon, the card Dustpan, the depth indicator expiration, the huoer spreads the feeling machine, a machine.

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目 录

第一章 ： 国内外提升绞车综合后备保护器的现状与发展前景???? 5. 第二章 ： 概述???????????????????????? 6. 第一节 ： 平煤天安十矿简介?????????????????? 6. 第二节 ： 提升绞车运行速度图????????????????? 7. 第三章 ： 总体设计方安确定?????????????????? 8. 第一节 ： 设计要求 : 提升绞车综合后备保护装置技术方案????? 8. 第二节 ： 系统总体设计方案确定 : 提升绞车综合后备保护器设计方案 第四章 ： 硬件电路图设计??????????????????? 第一节 ： 控制方案选择确定?????????????????? 11.第二节 ： 系统功能框图???????????????????? 15.第三节 ： 8255接口电路设计及工作原理描述??????????? 15.第四节 ： 显示模块设计及工作原理描述??????????????第五节 ： 输出报警电路?????????????????????第六节 ： 方向鉴别电路设计???????????????????第七节 ： 继电器输出电路设计??????????????????第八节 ： 光电隔离抗干扰技术介绍????????????????第九节 ： 霍尔传感器介绍??????????????????? 25.第五章 ： 电源模块设计???????????????????? 第一节 ： 线形直流稳压芯片简介。??????????????? 第二节 ： 直流电源的组成及各部分的作用??????????? 35. 第六章 ： 串行通信设计???????????????????? 第一节 ： 基本概念????????????????????? 第二节 ： 串行通信数据格式????????????????? 44.第三节 ： 串行通信标准—RS232???????????????? 44.第四节 ： 串行通信标准—RS-485??????????????? 47.第五节 ： 用PC机实现与89C51单片机的多点通讯?????? 48.第六章 ： 软件程序设计?????????????????? 51.第一节 ： 软件设计任务?????????????????? 51.第二节 ：. 初始化的初值设置???????????????? 51.第三节 ： 程序流程图?????????????????? 52.

程序 ： ??????????????????????? 58.总结 ： ???????????????????????? 72. 附录 : ????????????????????????

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8. 11. 30. 30. 40. 40. 18. 19. 22. 23. 24.

第一章 国内外提升绞车综合后备保护器的现状与发展前景

国内外现行的提升机综合后备保护装置，一般均采用微机系统，常用的有单片机，单板机等。它是将监测的某一深度的对应速度与事先编程固化的设计速度包络线相比较，当提升机速度超过设计速度10%时，微机发出指令，声光报警当超过15%时，微机发出指令，通过电控回路进行安全制动；当以超过允许速度（一般为2m/s）超过最低停车点或最高停车点以上距离时，发出控制指令实现制动停车，避免过卷与墩罐事件发生。

我国现行的提升机综合后备保护器，其检测提升容器在井筒中的准确位置是采用间接测量方法，即通过测量提升机滚筒或摩擦轮的回转量换算成提升容器的位置，优点是简单易行，缺点是未考虑到弹性伸长，打滑，蠕动以及滚筒或摩擦轮衬垫磨损的影响造成的行程测量误差，使得容器的实际减速，停车位置与标定的减速点，停车点相比较超前或滞后，从而可能引起后备保护装置的误动作。监测常用的传感器有霍耳式，光电式，轴编码器。国外监测提升容器在井筒中的准确位置是利用直接测量法。直接测量法包括高频雷达，激光与红外测距，惯性导航以及钢丝绳磁性标记法。在国外他们用的比较普遍的是钢丝绳磁性标记法。磁性标记法就是在钢丝绳上安装磁性探头，随着钢丝绳的移动，微机通过记录磁性印记的数目和钢丝绳的运动方向就能准确监测到容器的实际位置，不受钢丝绳滑移或蠕动等影响。

未来的综合后备保护器将采用红外激光位置传感器来适时监测提升机的位置和速度，实现高精度的后备保护。红外激光位置传感器原理是采用相位式红外激光测距原理。红外光谱作为载波，用以较低的调制频率对光波进行调制。直接监测调制光波在发送端和接受端的相位差，利用相位差确定两点间的距离。基于红外激光位置传感器的矿井提升机综合后备保护系统具有全自动化的操作功能，不需要人工干预，安全性好，运行稳定等优点。

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第二章: 概 述

第一节:平煤天安十矿简介

平顶山煤业（集团）有限责任公司十矿，位于平顶山市区东部，煤田面积22.5平方公里。东与十二矿相邻，西与一矿接壤，南临程平路，北靠平顶山，地势平坦，位置优越，靠近市区，交通便利。现有职工6399人， 固定资产1.08亿元，年产原煤超过200万吨。

十矿是一座大型现代化矿井。1958年8月兴建，1964年2月投产，原设计年生产能力120万吨，采用一对立井开拓。1986年12月完成改扩建后，形成一二水平、南北两翼同时开采的生产格局，矿井年生产能力达到180万吨。1988年以来，该矿实际年生产能力已达到220万吨。 目前，十矿同时开采丁、戊、己组煤，煤种齐全，煤质优良，所产焦精煤具有“低灰、低硫、低磷、高热值”的特点，深受用户欢迎。

十矿主井提升机主轴装置采用剖分式弹性结构卷筒，卷筒受力均匀，强度大，便于运输安装；盘式制动器为先进的油缸后置式，动作灵活，不油污制动盘，安全可靠；具有液压延时二级制动性能并在井口时可自动解除；双筒提升机设有径向齿块式液压调绳离合器；器系统采用隔爆型电性能并在井口时可自动解除；双筒提升机设有径向齿块式液压调绳离合器；器系统采用隔爆型电性能并在井口时可自动解除；双筒提升机设有径向齿块式液压调绳离合器；器系统采用隔爆型电机和BSJ1成套防爆电控装置，设有各种联锁保护装置，防爆性能安全可靠可根据要求提供动力制动。电机功率为200KW，选用26-6X7光面钢丝绳,采用固定天轮,10T箕斗,自重5.3T,导轨采用38KG钢轨,井筒有效深度264.5m。

技术参数： 型 号 最大静张力（KN） 最大静张力差（KN） 减 速 比 卷 筒 个 数 直 径（m） 宽 度（m） 45 45 20 1 2.0 1.5 1044 24.5 3.88 6

JKB-2.0 50 60 50 60 30 1 2.0 1.5 1044 24.5 3.46 2.59 容 绳 量（m） 钢 直 径（mm） 速度（m/s）

绳 电 型 号 JBR0450S－8 机 功率（KW） 185 7.15×外形尺寸（m） 6.58×2.82 主机重量（Kg）

第二节：提升绞车运行速度图

23629 JBR0400L－6 JBR0450S－8 185 7.15×6.58×2.82 23629

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第三章：总体设计方安确定

第一节：设计要求

提升绞车综合后备保护装置技术方案

一 适用范围：本标准适用于煤矿竖井提升机综合后备保护装置（以下简称后备保护装置）。 二 技术要求

综合后备保护装置应具备的基本功能：

（1）提升容器的位置显示值应与提升容器的实际位置一致，位置测量精度不大于0.1m，位置显示分辨率不大于0.1m.

（2）提升容器速度显示值与提升容器实际速度一致，显示分辨率为0.1m/s；当采用频率法原理测速时，速度显示值滞后实际速度的时间应不大于0.33s。 （3）按设定的提升高度自动发送减速信号，控制提升机减速运行，应有灯光信号显示。

（4）提升容器在等速段的运行速度超过最大提升速度15%时，实现安全制动，并有声光报警信号。

（5）当原速度限制器不能有效的限制速度时实现安全制动，并有声光报警信号，保证容器在接近终端停车位置时速度小于2m/s。

（6）提升容器超过正常停车位置过卷0.5m应能安全制动，并有声光报警信号。 （7）当深度指示器不能正常指示容器实际位置时，发出声光报警，报警点死区不大于3m，容器运行到接近终端停车位置时，速度不大于2m/s时实现安全制动。 （8）主井箕斗被卡阻不能顺利退出卸载曲轨位置时，应能实现安全制动，发出声光报警信号。

第二节：系统总体设计方案确定

提升绞车综合后备保护器设计方案

一 各项功能的实现方法 1.提升容器的位置显示：

在电机轴上安装适量的磁钢，在距磁钢2~3mm处安装霍尔探头，当电机轴转动时带动磁钢旋转，霍尔探头受到感应产生一系列电平脉冲信号。微机设置为查询方式，适时查询电平脉冲个数。根据查询到的电平脉冲信号，记算出提升容器的实际位置，在每次开车时都利用软件方式把计数器设置为加数器或减数器。根据现场数据按设计精度要求，计算确定的 磁钢数目如下：

滚筒半径：r=2米 直径：D=4米 可求周长: C1=2∏r=12.56

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当把磁钢贴在滚筒时，按显示分辨率0.1m考虑，需贴磁钢数为：12.56/0.1=125.6≈126个

由于电机与滚筒传动比为11.5﹕1，所以电机轴上应贴磁钢数目：126/11.5≈10.96=11个

电机轴周长为C2=940mm,故两个磁钢的间距为：940/11≈85.5mm用计数器记下脉冲个数n，可求出提升容器的实际深度H：H=ndC1/KC2

n:脉冲个数 d:磁钢间距 C1：滚筒周长 K：电机与滚筒传动比。 2.深度指示器失效检测：

在深度指示器丝杠上安装适当的磁钢，在距磁钢2~3mm处安装霍尔探头，

当丝杠转动时带动磁钢旋转，霍尔探头感应产生一系列电平脉冲信号。微机通过查询方式一直检测丝杠处霍尔探头送来的电平脉冲信号。根据电机转动与丝杠转动的传动关系，依据现场实际数据计算得出：电机轴上磁钢与丝杠上磁钢的传动比例关系为19：1，利用此传动比例关系可用来检测深度指示器是否失效。当电机轴霍尔探头检测到19个电平脉冲时，丝杠霍尔探头应检测到一个电平脉冲信号，若此信号未到，则微机就判断为深度指示器失效。微机发出声光报警，并发出安全回路继电器动作指令，后备保护器完成深度指示器失效保护功能。

依据实际现场数据确定磁钢数目如下： 井深h=264.5m 丝杠周长C1=130mm

提升绞车从提升到停车（或下放到停车）丝杠转动28.5圈，故丝杠每转动一周提升容器位移为264.5/28.5=9.28m

利用套筒把丝杠周长扩大为175mm。按贴5个磁钢计算，得两磁钢间距为：175/5=35mm（满足两磁钢间距≥30mm要求），每个磁钢的动作行程距离为9.28/5=1.856m(满足最大行程死区≤3m)。 3.速度显示：

利用单片机和其内部计数器完成速度显示功能，单片机控制其内部计数器在单位时间内（单位时间为1秒）对电机轴的电平脉冲个数进行计数，并在计数完毕后读取计数值，根据记下的脉冲个数值，按照一定的控制算法，换算出提升容器的速度值。

井深h=264.5m 滚筒周长C1=12.56m 电机与滚筒的传动比K=11.5:1 电机轴上的磁钢数为11个

按以下公式可算出提升容器整个行程的脉冲个数： n=11hk/C1=11×264.5×11.5/12.56=2657个

每米需脉冲个数：2654/264.5≈10个，故每个脉冲的分辨率为0.1m,（满足0.1m/s的设计要求）。

按如下公式可算出提升容器瞬时速度:v=C1×N/11K

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C1:滚筒周长

N: 单位时间内测得的脉冲个数 K:传动比

常数11：电机上的磁钢个数 4 减速点的控制

在井深230米（或35米）两点，提升绞车进入减速运行阶段，为完成综

合后备保护减速功能，在深度指示器相应位置安装霍耳传感器，当提升容器运行到减速点时，霍耳传感器就发出电平脉冲给微机，微机接收到信号后发出指令，控制提升机减速运行，后备保护器完成自动减速保护功能。 5过速保护

按照提升容器在等速段运行时的速度的115%，减速段运行速度的110%，整定出提升容器运行包络线，并把此包络线装入微机，当提升容器在此包络线以内运行时，是安全运行速度，当运行速度值超出此运行速度包络线时，视为超速危险运行，此时微机发出指令，使安全回路动作，并声光报警，后备保护器完成过速保护功能。 6 防过卷保护

在提升容器正常停车位置过0.5米处安装限位开关，当提升容器过0.5米时，限位开关动作，发出一个电平脉冲给微机，微机接收到此电平脉冲时发出指令使安全回路动作，并声光报警，后备保护器完成过卷保护功能。 7卡箕斗保护

在提升容器正常停车位置过4.5米处安装限位开关，箕斗上提或下放时第一次经过同步开关到停车时的工作状况以被微机记忆存储，当箕斗再次下放或上提，若位置量过4.5米仍没有接受到同步开关发出的电平信号，说明箕斗被卡，微机发出指令使安全回路动作，并发出声光报警，后备保护器完成卡箕斗保护功能。

8 防松绳保护

在钢丝缆绳下安装两位置开关，两位置开关的传动杆用细钢丝绳拉紧，当钢丝缆绳松弛时，钢丝缆绳会下坠到细钢丝绳上，此时两位置开关由常闭到常开，发出电平脉冲信号给微机，微机接收到此信号时发出指令，使安全回路动作，并声光报警，后备保护器完成松绳保护功能。

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第四章：硬件电路图设计

第一节：控制方案选择确定：

早期的控制系统是由模拟式自动化仪表组成的自动控制系统，称为仪表式自动控制系统。系统实现自控，是通过具体的模拟硬件，依据控制原理，对各种输入量进行模拟转换，最终实现调节输出量，实现自动控制。

随着大规模集成电路的发展，组成微型计算机的各种功能部件：中央处理器，存储器，串/并输入输出接口，定时器/记数器，中断控制器，以及许多特殊功能单元，如：A/D，D/A转换器，告诉输入输出部件，DMA，浮点运算等已集成在一块半导体晶体芯片上，构成一完整的微型计算机---单片机。计算机的发展正迅速渗透各行各业，其迅猛和普及之势是始料不及的，微机技术的发展又以网络化，模块化和微机化为特征，为其应用开辟了广阔的前景。

由于单片机具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于工业控制或与控制有关的数据处理系统，愈来愈广泛地应用于自动控制，智能仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域。

单片机的发展是源自于1971年11月Intel公司首先设计出集成度为200只晶体管/片的4位微处理机Intel4004，并配有RAM，ROM和移位寄存器，而后又推出8位微处理器，Intel8008，以后各大公司相继推出自己的8位微处理器，从此拉开了研制单片机的序幕。1976年~1983年，是低性能单片机阶段，以Intel公司推出的MCS-48系列为代表，采用8位CPU，8位并行I/O接口，8位定时/记数器，RAM/ROM等集成于一块半导体芯片上的单片机结构，寻址范围4KB，无串行I/O，RAM和ROM容量小，中断系统也较简单，功能可满足一般工业控制和智能化仪器，仪表等的需要。1980年~1983年，是高性能单片机阶段，高性能8位单片机普遍带有串行口，有多种中断处理系统，多个16位定时记数器，片内ROM，ROM的容量加大，寻址范围可达64KB，个别片内还带有A/D转换接口。其典型为1980年Intel公司推出的MCS-51系列单片机，这类单片机拓宽了其应用范围，使之能用于智能终端，局部网络的接口等。1983年~80年代末是16位单片机阶段。1983年Intel公司推出的高性能16位单片机MCS-96系列，采用了最新的制造工艺，使芯片集成度高达12万只晶体管/片。CPU16位，支持16位算术逻辑运算，并具有32位除16位的除法运算功能，片内RAM，ROM容量更进一步增大，除两个16位定时/记数器外，还可设定4个软件定时器，具有8个中断源，片内带有多通道高精度A/D转换器和高速输入，输出部件（HSIO），运算速度和控制功能也大幅度提高，具有很强的实时处理能力。90年代至今，单片机在集成，功能，速度，可靠性，应用领域等全方位向更高水平发展。如：CPU位数有8位，16位，32位，而结构上更进一步采用双CPU结构或内部流

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水线结构，以提高处理能力和运算速度，时钟频率高达20MHZ，使指令执行速度相对加快，提供新型的串行总线结构，为系统的扩展与配置打下了良好的基础，增加了新的特殊功能部件（如：PWM输出，监视定时器WDT，可编程记数器阵列PCA，DMA传输，调制解调器，通信控制器，浮点运算单元等），半导体制造工艺的不断改进，使芯片向高集成化，低功耗方向发展等等。以上这些方面的发展，使单片机在大量数据的实时处理，高级通信系统，数字信号处理，复杂工业控制，高级机器人以及局域网络等方面得到大量应用。

结合上面的综述，针对我们的控制系统比较简单，实现功能，采集工作不太复杂，我们选用AT89C51单片机以及8255A接口芯片，作为控制芯片。 A T 89C51 是由北京集成电路设计中心在MCS- 51 单片机的基础上精心设计, 由美国生产的至今为止世界上最新型的高性能八位单片机。 1 特点:

·A T 89C51 与MCS251 系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容; ·片内有4k 字节在线可重复编程快擦写程序存储器; ·全静态工作, 工作范围: 0Hz～ 24MHz; ·三级程序存储器加密; ·128×8 位内部RAM ; ·32 位双向输入输出线; ·两个十六位定时器?计数器; ·五个中断源, 两级中断优先级; ·一个全双工的异步串行口; ·间歇和掉电工作方式。 2 功能描述:

A T 89C51 是一种低损耗、高性能、CMO S八位微处理器, 片内有4K字节的在线可重复编程快擦快写程度存储器, 能重复写入?擦除解1000 次, 数据保存时间为十年。它与MCA 251系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容, 不仅可完全代替MCS251 系列单片机, 而且能系统具有许多MCS251 系列产品没有的功能。A T 89C51 可构成真正单片机最小应用系统,缩小系统体积, 增加系统的可靠性, 降低了系统成本。只要程序长度小于4k, 四个I/O 口全部提供给用户。可用5V 电压编程, 而且擦写时间仅需10 毫秒, 仅为8751 的擦除时间的百分之一, 与8751 的12V 电压擦写相比, 不易损坏器件, 没有两种电源的要求,改写时不拔下芯片,适合许多嵌入式控制域。工作电压范围宽2.7V～6V ,全静态工作,工作频率宽,在0Hz～24MHz 内, 比8751等51系列的6MHz～12MHz更具有灵活性,系统,能快能慢。A T 89C51芯片提供三级程序存储器加密,提供了方便灵活而可靠的硬加密手段,能完全保证程序或系统不被仿制,另外,AT89C51还具MCS251系列单片

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机的所有优点.128×8位内部RAM,32位双向输入输出线,两个十六位定时?计时器,5个中断源,两级中断优先级,一个全双工异步串行口及时钟发生器等。 3 管脚功能:

AT89C51单片机为40引脚芯片如下图所示：

1)

I/O 口线: P0、P1、P2、P3 共四个八位口：P0 口是三态双向口, 通称数据总线口, 因为只有该口能直接用于对外部存储器的读写操作。P0 口也用以输出外部存储器的低8 位地由于是分时输出, 故应在外部加锁存器将此地址数据锁存, 地址锁存信号用AL E。P1 口是专门供用户使用的I/O 口, 是准双向口。P2 口是从系统扩展时作高8 位地址线用。不扩展外部存储器时, P 2口也可以作为用户I/O 口线使用, P2 口也是准双向口。P3 口是双功能口, 该口的每一位均可独立地定义为第一I/O 功能或第二I/O 功能。作为第一功能使用时操作同P1 口。P3 口的第二功能如表1.

表1:

P3. 0 P3. 1 P3. 2 P3. 3 第二功能 RXD: 串行输入口 TXD: 串行输出口 INT0: 外部中断0 输入 INT1: 外部中断1 输入 13

P3. 4 P3. 5 P3. 6 P3. 7

T0: 定时?计数器0 外部输入 T1: 定时?计数器1 外部输入 WD: 外部数据存储器写选通 RD: 外部数据存储器读选通 2) 控制口线: PSEN(片外取控制)、AL E(地址锁存控制)、EA (片外储

器选择)、RE2SET(复位控制)；

3) 电源及时钟: CCC、VSS; XTA.1, XTA.2

4 操作方法

1) 程序存储器加密:AT89C51芯片程序存储器有三级硬件加密,能够有

效地保证系统不被仿制和软件不被复制, 加密等级设置如表2。U:(unprogrammed) P :(programmed).

表 2

程序存储器加密位LB1 LB2 LB3 加 密 类 型 1 U U U 程序存储器不加密 2 U U U MOVC指令可以执行外部程序存储器代码,但禁止从内部存储器读出代码,禁止再次刷新 3 U U U MOVC 指令可以执行外部程序存储器代码,但禁止从内部存储器读出代码,禁止再次刷新, 而且禁止校验 4 U U U MOVC 指令可以执行外部程存储器代码,但禁止从内部存储器读出代码,禁止再次刷新,而且禁止校验,禁止执行外部指令 2) 工作模式

AT89C51有间歇和掉电两种工作模式。间歇模式是由软件来设置的, 当外围器件仍然处于工作状态时, CPU 可根据工作情况适时地进

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入睡眠状态, 内部RAM 和所有特殊的寄存器值将保持不变。这种状态可被任何一个中断所终止或通过硬件复位。掉电模式是VCC电压于电源下限,振荡器停振，CPU停止执行指令。该芯片内RAM和特殊功能寄存器值保持不变，直到掉电模式被终止。只有V CC电压恢复到正常工作范围而且在振荡器稳定振荡后, 通过硬件复位掉电模式可被止。

第二节：系统功能框图如图一：

图一：

第三节：8255接口电路设计及工作原理描述

我们所做的提升机绞车综合后备保护仪要求能够适时显示提升绞车的运行

速度和位置值，显示设计选用的是BS202 (共阴极) LED 数码显示器。由于LED数码显示器数字存在段码和位控信号，如果直接用单片机直接作输出显示端接口，单片机口I/O端口显得有些不足，故我们选用8255进行了I/O口扩展。

8255A可编程并行输入/输出接口芯片是Inter公司生产的标准外围接口电

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路。它采用NMOS工艺制造，用单一+5V电源供电，具有40条引脚，采用双列直搜式封装，有

A，B，C 3个端口共24条

I/O 线，可通过编程的方法

来设定端口的各种I/O功能。 8255A的内部结构图及芯片引脚如图二：

图二：

8255A有3种工作方式，即方式0，方式1和方式2，这些工作方式可用软件编程来指定。

8255A 端口功能表如下图。 工作方式 0 A口 基本输入输出 输出锁存 输入三态 B口 基本输入输出 输出锁存 输入三态 C口 基本输入输出 输出锁存 输入三态 1 2

应答式输入/输出 输入输出均锁存 输入输出均锁存 应答式输入/输出 作为A口和B口的 输入输出均锁存 控制位及状态位 作为A口的控制及 状态位 应答式双向输入输出 8255A端口选择表如下图

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A1 0 0 A0 0 1 RD WR 1 1 CS 0 0 操 作 0 0 A口?数据总线 B口?数据总线 C口?数据总线 数据总线?A口 数据总线?B口 数据总线?C口 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 本设计采用线选法，虽然要浪费大量的地址线，但译码电路较简单。利用高8位地址线的p2.7作为片选信号，而A1，A0则与地址的最末2位相连，可得到8255A各个端口的地址，

P2P2P2P2P2P2P2P2P0P0P0P0P0P0P0P0地 端.7 .6 0 0 0 0 0 0 0 0 .5 0 0 0 0 .4 0 0 0 0 .3 0 0 0 0 .2 0 0 0 0 .1 0 0 0 0 .0 0 0 0 0 .7 0 0 0 0 .6 0 0 0 0 .5 0 0 0 0 .4 0 0 0 0 .3 0 0 0 0 .2 0 0 0 0 .1 0 0 1 1 .0 0 1 0 1 址 口 0000 0001 0002 00控寄存器

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A B C 03 制8255A工作方式设置为0，初始化程序设在软件设计部分。

第四节：显示模块设计及工作原理描述

LED数码显示器是由发光二极管组合而成的1种新型显示器，发光二极管LED是一种通电后能发光的半导体器件，其导电性质与二极管类似，LED数码显示器使用了8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点，故通常称之为7段（有时称为8段）发光二极管数码显示器，8段LED发光二极管内部结构有两种连接方法；即共阳极接法和共阴极接法，其符号和内部结构如下土所示：

为了显示字符，要为LED显示器提供显示段码（或称字形代码），组成一个“8”字型符的7段，再加上1个小数点位，共计8段，各段码位的对应关系如下： 段码位 D7 显示段 Dp 字符 0 1 2 3 4 5 6 7 8 D6 g D5 f D4 e D3 d D2 c 90H 88H 83H C6H A1H 86H 84H FFH 8CH D1 b

D0 A 6FH 77H 7CH 39H 5EH 79H 71H 00H 73H 十六制数码及空白字符与P的显示段码

共阳极段码 共阴极段码 字符 C0H F9H A4H B0H 99H 92H 82H F8H 80H 3FH 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 9 A b C d E F 空白 P 共阳极段码 共阴极段码 一般地，发红光的LED每段流过5mA的平均电流，就可以有较满意的亮度，7mA的电流会更亮些，10mA以上也不会再亮多少，但长期运行10mA以上会缩

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短其寿命。

显示器有静态显示和动态显示两种方式。所谓静态显示就是需要显示的字符

的各字段连续通过电流而发光。所谓动态显示就是所需显示字段断续通以电流，因而其发光是断续的。当需要多个字符同时显示时，可以轮流给每一个字符通以电流，逐次把需要显示的字符显示出来，为了不产生闪烁，要求巡回显示速度较快(每个扫描至少20次左右)。虽然在同一时刻，只有一个显示器通电，但是由于人眼的视觉暂留现象和发光二极管的残留效应，因此在人们看来却认为每一个显示器都在稳定地显示。

本次设计的LED 显示硬件电路，利用8255A的PA口输出控制显示的段码显示，中间利用译码驱动器CC4511作为译码驱动，PB口输出作为LED的位控信号，7406作为反向器，中间限流电阻，保证流过的电流为LED数码管工作所需电流。显示器采用动态显示方式，巡回扫描显示器的操作要程序控制。软件程序设计详见后面的软件程序设计部分。

第五节：输出报警电路

根据设计要求，当提升机绞车运行中出现超速（超过安全运行速度的15%），松绳，过卷，卡箕斗，深度指示器失效等故障时，综合后备保护仪将输出报警信号。具体报警电路图设计如下：

此电路是由超低频振荡和音频振荡两部分电路构成。CB555时基电路与R1, R2及C1等元件组成。频率为不到1HZ左右的脉冲波振荡器，由CB555的第3脚输出矩形波电压U0。经电阻R4对电容放电，从而在电容上形成矩形波电压。经Rf加至Q1管的基极上。以提供Q1管的基极偏执电流。由Q1 Q2 Q6 Q3等组成音频振荡器，其振荡的中心频率可由R6R3数据确定，并随Q1管的基极偏执电流大小而变化，使音调由低逐渐升高，然后逐渐降低，周而复始，从而形成低-高-低,高音调变化的报警声。只要合理选择 R1 R2 C1及R4 C2等元件参数。即可产生警车的报警声效果。

555定时器是一种多用途的数字-模拟混合集成电路，利用它能极方便的构成施密特触发器，单稳态触发器和多谐振荡器。由于使用灵活，方便,所以555定时器在波形的产生和变换，测量与控制,家用电器，电子玩具等许多领域中都得到了发挥和应用。555定时器的内部电路结构图如下图所示：

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它由比较器C1和C2，基本RS触发器和集电极开路的放电三极管等三部分组成。

Ｖ12是比较器Ｃ１的输入端（也称阈值端，用ＴＨ标注)。V12是比较器C2的输入端,(也称触发器,用TR标注）。Ｃ１和Ｃ２的参考电压（电压比较的基准）ＶＲ１和ＶＲ２，由Ｖcc经三个５千欧电阻分压给出。在控制输入端Ｖso悬空时，Ｖr1=2/3Vcc,Vr2=1/3Vcc.如果Ｖcc外接固定电压，则Ｖr1=Vcc, Vr2=1/2Vcc。

RD是置零输入端。只要在RD端加上低电平，输出端Ｖ０便立即被置成低电平，

不受其他输入端状态的干扰。正常工作时必须使RD处于高电平。

ＣB555的功能表如下表所示：

输 入 RD 输 出 V12 × ＞1/3VCC ＞1/3VCC ＜1/3VCC ＜1/3VCC V0 低 低 不变 高 高 TD状态 导通 导通 不变 截止 截止 V11 × ＞2/3VCC ＜2/3VCC ＜2/3VCC ＞2/3VCC 0 1 1 1 1

本设计是利用CB555定时器，构成一个多谐振荡器，要想利用CB555定时器构成多谐振荡器，首先必须由CB555构成施密特触发器，再在施密特触发器

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的基础上接成多谐振荡器。只要把CB555定时器的两个输入端V11和V12连在一起作为信号输入端，即可得到施密特触发器，再把施密特触发器的反向输出端经RC积分电路接回到它的输出端，就构成了多谐振荡器。

为了减轻门Ｇ４的负载，在电容Ｃ的容量较大时不宜直接由G4提供电容的充放电电流。因此，利用CB555内部电路T1和R1接成一个反向器，它的输出V0`和V0在高，低位电平状态上完全相同。然后经Ｒ２和Ｃ组成的积分电路接到施密特触发器的输入端，就构成本设计中需要利用的多谐振荡器。

报警详细电路设计如下：

当接通电源以后，因为电容上的初始电压为零，所以输出为高电平，并开始经电阻R，电容C充电。当充电至Ｖ１＝ＶＴ＋时，输出跳变为低电平，电容C 又经过电阻R开始放电。当放电至Ｖ１＝ＶＴ－时，输出电位又跳变为高电平，电容重新开始充电，如此周而复始，电路便不停的振荡，电容上电压Vc和Vo的波形如下图：

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由Ｖｃ的波形求得电容的充电时间和放电时间各为：

ＴＩ＝（Ｒ１＋Ｒ２）?Ｃ㏑（Ｖｃｃ—Ｖｔ－）／（Ｖｃｃ－Ｖｔ＋）

＝（６６０００＋３２００００）?４７?10?6 ?㏑2 ≈３．３秒

Ｔ２＝Ｒ２?Ｃ㏑（０—Ｖｔ+）／（０—Ｖｔ－）

＝３２０００?４７?10?6 ?㏑2 ≈１秒

CLn2＝３．故振荡器周期为：Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＝（Ｒ１＋２Ｒ２）３＋１＝４．３

秒

振荡频率为：f =1/T =1/（Ｒ１＋２Ｒ２）C㏑2

=1/4.3 ≈0.23 HZ

由此可看出通过改变电阻和电容的参数即可改变振荡频率。 输出脉冲的占空比为：q=T1/T=(R1+R2)/(R1+2R2) ≈0.74 股输出脉冲的占空比始终大于10％。

第六节：方向鉴别电路设计：

当提升机容器运行至井口，井底或出现故障时在井筒中间停车，再次启动时需要判断提升容器的提升方向。提升绞车运行的方向鉴别电路，采用双极霍尔探头。当磁钢经过此双极探头磁钢感应产生两列具有相位差的电平脉冲，如下图所示：

方向鉴别电路设计详图如下：

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两极霍尔探头受磁钢感应产生的两列具有相位差的电平脉冲经光电耦合后送入由门电路和ＪＫ触发器组成的一个方向鉴别电路。７４ＬＳ１２JK触发器的ＪＫ两端连接在一起，给以高电平。构成Ｔ触发器，RD清零后Ｑ１Ｑ２输出为“００”，或非门输出为１，两与门输出为0，触发器时上升沿触发，规定Ｑ１输出“１”为提升容器上行方向。Ｑ２输出为“１”为提升容器下行方向。当提升容器运行上行方向，即电机轴顺时针转动时，Ａ组霍尔探头先受到磁钢感应，产生一个相对超前电平脉冲，则Ａ组ＪＫ触发器先动作，向Ｐ1.1口送去一个置“１”信号，同时封锁两个门，不再受到以后电平脉冲信号的影响。当单片机查询到P1.1口接收到此信号时，判别为上行方向。当提升机运行下行方向时，Ｂ组ＪＫ触发器先动作，同时封锁两个与门，并向Ｐ1.1口送去一个“０”电平脉冲；单片机查询到此地电平信号时，就判别为提升容器为下行方向。若在运行过程中，单片机检测到停车信号时单片机的P1.0口输出一个低电平信号，用于两ＪＫ触发器的异步清零信号，使得两ＪＫ触发器重新工作。

第七节：继电器输出电路设计：

根据设计要求当提升绞车出现过速，过卷，松绳，卡箕斗，深度指示器失效等故障时，提升绞车综合后备保护仪能够声光报警，并实现提升容器的安全制动。利用安全回路继电器触点动作切入提升绞车２２０Ｖ交流市电安全回路，实现安全制动。当提升容器运行至减速点时，提升绞车综合后备保护仪能够实现自动减速控制，否则声光报警并实现安全制动。减速控制是利用换向回路继电器触点动作切入提升绞车220V交流控制的换向回路，来实现自动减速控制功能，减速失败时，利用安全回路继电器触点动作切入提升绞车２２０Ｖ交流市电安全回路，实现安全制动功能控制。本设计是利用ＪＺＣ－２１Ｆ／Ｏ12型继电器作为测

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控系统输出到输入驱动级之间的第一执行机构，通过第一级继电器输出，从而完成从低压直流到高压直流的过渡。具体详细电路图设计如下：

考虑到继电器动作所需驱动电流比较大，采用集电极开路的0Ｃ门7406增加驱动能力。采用达林顿管型光电耦合进行光电耦合，一方面是考虑到其驱动能力比一般型光电隔离器驱动能力大，另一方面是考虑到继电器采用电磁吸合方式，在开关瞬间，触点容易产生火花，从而引起干扰，采用光电隔离可有效防止此干扰噪音串入单片机。由于继电器的驱动线圈有一定的电感，在关断瞬间可能会产生较大的反相电压，因此在继电器的驱动电路上反接一个保护二极管，用于方向放电，不同的继电器允许通过的驱动电流也不一样，加上一个限流电阻，是保证流过各器件的电流为其工作电流。

第八节：光电隔离抗干扰技术介绍

随着强电，弱电设备在通信，计算机，自动化等领域的广泛应用，处于同一工作环境的各种电子，电气线路因距离过近而相互影响（耦合），形成电磁干扰。所谓电磁噪声，是指一种无用的电磁信号，它具有如下特点：

。具有随机性和时变性。

。由电磁干扰源产生，如电磁辐射源。 。通过导体或介质传播。 。含有一定的电磁能量。

在许多电子传输线路中，大都采用光电耦合器来完成电→光→电的耦合传输，从此来抑制电磁噪音的干扰。光电耦合器是２０世纪７０年代发展起来的新型电子原件，是以光为媒介传输信号的器件。其输入端配置发光源，输出端配置受光源，，因而输入和输出在电气上是完全隔离的。正由于光电耦合器不是将输

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入侧和输出侧电信号进行直接耦合，而是以光为媒介进行间接耦合，所以具有较高的电气隔离和抗干扰能力。具体原因如下：

１）

光电耦合器的输入阻抗很低（一般为０．１～１千欧），干扰源内阻一般都很大（105～106欧）。按分压原理，传送到光电耦合器输入端的干扰电压就变得很小了。

２）

由于一般干扰噪音源的内阻很大，虽然也能供给较大的电压，但可供给的能量却很小，只能形成很微弱的电流。此电流不能使二极管发光，干扰就被抑制掉了。

３）

光电耦合器的输入／输出间的电容很小（一般为０．５～２ＰＦ），绝缘电阻又非常大，（一般为1011～1013欧姆），因而被控设备的各种干扰很难反馈到输入到系统中去。

４）

光电耦合器的光电耦合部分是在一个密封的管壳内进行的，因而不会受到外界的干扰。

由于提升绞车的综合后备保护仪是工作在提升绞车房，电磁干扰非常严重，故各部分的输入，输出采用光电隔离技术，从而保证单片机的正常进行。

第九节：霍尔传感器介绍

本次设计的提升绞车综合后备保护仪的测速，减速点控制，方向鉴别，深度指示器器失效检测都是利用的磁敏传感器---霍尔传感器。磁敏传感器是伴随着测磁仪器的进步而发展起来的，在20世纪70—80年代形成高潮，90年代后期是磁敏传感器的成熟和完善时期，其特点表现在以下几个方面：

（1）：集成电路技术的应用；

（2）：Insb薄膜技术的开发成功，使霍尔传感器的产量大增成本大幅度下

降；

（3）：强磁性合金薄膜技术的应用； （4）：巨磁电阻多层膜的研究与开发；

（5）：各种不同成分和比例的非合金材料的采用； （6）：III--V族半导体异质结构材料的开发应用；

至今已逐渐被广泛大量地使用，其中霍尔传感器是半导体磁敏传感器中最成熟和产量最大的产品。

霍尔传感器是利用霍尔效应原理而制成的传感器。如下图的长方形半导体材料中，在长度X方向通以直流电流Ic，在厚度Z方向施加磁场B，在宽度Y方向上便产生电位差UH，这种现象称为霍尔效应。

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电位差UH称为霍尔电压，可用下式表示：

UH=RHIcB/d

式中：RH—霍尔系数，d—材料厚度，Ic—输入电流，B—磁感应强度。 霍尔电势的表达式为： UH=KHIB 霍尔电势的大小正比于控制电流I和磁感应强度B，霍尔器件的灵敏度KH是表征在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍尔电压大小的重要参数，一般要求它越大越好，KH与材料的性质以及尺寸有关。

霍尔器件的结构：霍尔器件可以用单晶片或薄膜两种材料制成，其结构很简单。

单晶型器件由霍尔单晶片，引线和壳体组成，霍尔单晶片一般采用N型锗，锑化铟或砷化镓等单晶半导体材料，是一块长方形薄片，如图所示：

控制电流沿长边方向流动，两个端面上焊有两根控制电流端引线（图中1和1`），在与电流方向垂直的边中间焊有两根霍尔电压输出端引线。焊接处要求接触电阻小，呈纯电阻性质，即欧姆接触。霍尔片一般用非磁性金属，陶瓷或环

26

氧树脂封装。

霍尔器件的基本电路，如下图：

控制电流由电源E供给，R为调节电阻，调节控制电流的大小。霍尔输出端接负载电阻Rf。Rf可以是一般电阻，也可以是放大器的输入电阻或指示器内阻。在磁场和控制电流的作用下，负载就有电压输出。在实际使用时电流I或磁场B，或者两者同时作为信号输入，而输出信号则正比于I或B，或者正比于他们的乘积。

由于霍耳效应的时间很短，因此控制电流用交流时，频率可以很高。在实际应用中，霍耳器件可以在恒压恒流条件下工作，其特性不一样。如下图所示：

27

件输出与磁场之间的关系特性。

1）Uh—I特性；

电磁特性：霍耳元件的电磁特性，包括控制电流与输出之间的关系；霍耳元

固定磁场B，在一定温度下，霍耳输出电势Uh与控制电流I之间呈线形关

系，直线的斜率称为控制电流的灵敏度，用Ki表示。按照定义，控制电流灵敏度ki为：

Ki=(Uh/I)B恒定，由Uh=KhIB，可得到Ki=KhB

由上式可知，霍耳器件的灵敏度Kh越大，控制电流灵敏度也就越大。

2

2）Uh-B特性：

固定控制电流，元件的开路霍耳输出随磁场的增加并不完全呈线性关

系，而有所偏离，通常霍耳器件工作在0.5Wb/m以下时，线性较好。

28

29

2

第五章：电源模块设计

电源是电子设备中必不可少的组成部分，但不同系统可能会有不同的要求，既能适应电源的共性，又能根据使用要求灵活选用发展迅速的各类集成电源器件，且获得广泛应用。

稳压电源是单片机测控系统的重要组成部分，它不仅为测控系统提供多路电源电压，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。近年来，传统的线性稳压电源正逐步被高效率的开关稳压电源所取代。特别是单片开关稳压电源的迅速推广应用，为设计新型、高效、节能电源创造了良好的条件。本章首先介绍线性集成稳压器，再具体介绍稳压电路的各部分功能。

传统线形三端稳压器件具有使用灵活，调整率高，纹波抑制大等诸多优点，最为大家所熟悉。

第一节：线形直流稳压芯片简介。 1．通用固定正稳压器件

CW7800/CW78M00/CW78L00系列三端正稳压器 CW7800/CW78M00/CW78L00

都是系列三端固定正稳压器，有

5V,6V,9V,12V,15V,18V和24V七种不同的固定输出电压，广泛用于各种电子设备中。最大输出电流分别是1.5A(CW7800系列),0.5A(CW18M00系列),0.1A(CW78L00系列)。 1）

主要性能：

。输出电压：5V 6V 9V 12V 15V 18V 24V

。最大输出电流：1.5A(CW7800系列) 0.5A(CW78M00系列) 0.1A(CW78L00

系列)。 。失稳电压：2 V 。内部过热载保护 。内部过流，短路保护 。输出晶体管安全区保护 2）

引脚图：

30

3）

极限参数：

。输入电压： V0=5V~9V(CW7800) 30V

V0=12V~18V(CW78M00) 35V V0=5V~18V(CW7800 CW78M00) 35V V0=24V 40V

。功 耗： 内部设定 。工作结温范围：

Ⅰ类 -55℃≦Tj≦+150℃ Ⅱ类 -25℃≦Tj≦+150℃ Ⅲ类 0℃≦Tj≦+125℃

。贮温范围： -65℃ ~ +150℃ 4）

应用信息：

31

2．通用固定负电压稳压器件

CW7900/CW79M00/CW79L00系列三端负稳压器 CW7900/CW79M00/CW79L00

都是系列三端固定负稳压器。有

-5V,-6V,-9V,-12V,-15V,-18V和-24V七种不同的固定输出电压，广泛用于各种电子设备中。最大输出电流分别是1.5A(CW7900系列),0.5A(CW79M00系列),0.1A(CW79L00系列)。 1）主要性能：

。输出电压：-5V -6V -9V -12V -15V -18V -24V

。最大输出电流：1.5A(CW7900系列) 0.5A(CW79M00系列) 0.1A(CW79L00

系列)。 。失稳电压：-2 V 。内部过流，短路保护 。输出晶体管安全区保护 2）

引脚图：

3）

极限参数：

。输入电压： V0=-5V~-9V(CW79M00) -30V

V0=-12V~-18V(CW79L00) -35V V0=-5V~-18V(CW7900 CW79M00) -35V

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V0=-24V -40V

。功 耗： 内部设定 。工作结温范围：

Ⅰ类 55℃≦Tj≦+150℃ Ⅱ类 -25℃≦Tj≦+150℃ Ⅲ类 0℃≦Tj≦+125℃ 。贮温范围： -65℃ ~ +150℃ 3．通用可调正电压稳压器件

LM117/ LM117A/ LM317/ LM317A三端可调正稳压器

LM117/ LM117A/ LM317/ LM317A系列都是三端可调正稳压器，可以在1.2V至37V输出范围内提供超过1.5A的电流。该系列稳压器只需两只电阻，即可设定输出电压。此外，电压调整率和负载调整率都优于标准固定稳压器。它通常不需外接电容器，但器件远离电源滤波电容时，则需接入滤波电容。调节端可接电容获得更高的纹波抑制比。 1）

主要性能：

。可调输出电压低至1.2V

。输出电压容差1%（LM117A LM317A） 。最大输出电流：1.5 A

。电压调整率为：0.01%（LM117A LM317A） 。负载调整率为：0.3%（LM117A LM117） 。80dB纹波抑制 。限流对温度恒定 。输出短路保护 。100%电老化 2）

引脚图

33

3）

极限参数

。输入输出电压差： +40 V ，-0.3 V 。功 耗： 内部设定 。工作结温范围：

LM117A/LM117 -55℃≦Tj≦+150℃ LM317A -40℃≦Tj≦+125℃ LM317 0℃≦Tj≦+125℃

。贮温范围： -65℃ ~ +150℃ 。引线温度 金属封装（焊接，10S） +300℃ 塑料封装（焊接，4S） +260℃ 4）

应用信息

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其中：VOUT=1.25V（1+R2/R1）+IADJ*R2

工作中LM117的输出和调节端之间形成1.25 V 的基准电压Vref。该基准电压加在设定电阻R1上，产生恒定电流

I，再流过输出设定电阻R2，得出输

出电压：Vout=Vref×[1+（R2/R1）]+Iadj×R2

由于调节端100μF电流代表了误差项，所以LM117设计使Iadj尽量小，而且稳定。

外接电容器：建议采用0.15μF的高频滤波电容或1μF固体钽电容。 4．正负压固定输出示稳压电源

许多电子仪器设备、运算放大器需要正、负对称的双电源供电。将7800与7900搭配使用，即可构成同时输出正压和负压得稳压电源，该电路的特点是可公用一套整流滤波电路；变压器次级带中心抽头。假如所用7800与7900的输入电阻不对称，则可不加中心抽头，简化变压器的设计，此时地与中心抽头的连线断开。若二者输入电阻不对称，就必须加中心抽头，否则会造成7800和7900的U1值不均衡，承受较高电压的那个芯片容易损坏。

第二节 ：直流电源的组成及各部分的作用

在电子电路及设备中，一般都需将频率为50HZ，有约值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定，输出电流为几百毫安以下的直流电压。单相交流电经过电源稳压器，整流电路，滤波电路和稳压电路转换成稳定的直流电压。 其方框图及电路的输出电压波形如下：

1．单相桥式整流电路

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1 ）工作原理

设变压器副边电压u2=2U2sinωt U2为有效值 负载电阻RL上的电压等于变压器副边电压

u= u=|

0

2

2U2sinωt|

单相桥式整流电路的波形图：

πππππππππ 2 ) 输出电压平均值u0（AV）和输出电流平均值I0（AV）

u0（AV）=1/?

36

=22 I0（AV）=

u/R≈0.9 u

2

L

2

u（AV）/R ≈0.9U/ R

0

L

2

L

根据谐波分析，桥式整流电路的谐波UOIM的角频率是U2的2倍，即100HZ， UOIM=2×22 u/3?

2

故脉冲系数：S= UOIM /

2 滤波电路

u（AV）=2/3≈0.67

0

整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是脉动较大，含有较大的谐波成分，不能适应大多数的电子线路及设备的需求。因此，一般在整流后，还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。 1）

滤波原理

当变压器副边电压

u处于正半周且大于电容电压uc时，电路对电容充电，

22

L

直至

uc=u=u

0

2

。当

u上升到峰值后开始下降，电容对R放电，uc下降趋至

u。

2

如图：

37

分析可知：电容充电时，回路电阻为整流电路的内阻，即变压器内阻和二极管的导通电阻，其系数很小，因而时间常数也很小。电容放电时，回路电阻为RL ，放电时间常数为RL C，通常远大于充电的时间常数。因此，滤波效果取决于放电时间。电容愈大，负载愈大，滤波后输出电压愈平滑，并且其平均值愈大。 2）

输出电压平均值

U o(AV)= 2U2(1-T/4RLC)≈1.2 U2

为获得较好的滤波效果，在实际回路中，应选择滤波电容的容量应满足： RL C=（3-5）T/2 （T为电网电压的周期）

考虑到电网电压的波动范围为±10%，电容的耐压值应大于1.12 U2。 3）

脉动系数

S=T*UOMAX/4 RL C/ UOMAX(1-T/4 RL C) 3 二极管的选择：

在单相式整流电路中，因为每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻电流平均值的一半，即：

I（AV）= I（AV）/2=0.45 u/R

0

0

2

L

二极管承受的最大向电压：

u

Rmax

=2u

2

考虑到电网电压的波动范围为±10%，实际选用二极管时，应至少有10%的余量，选择最大整流If和最高反向工作电压 IF >1.1 I0（AV）/2=1.12u分别为

RL

u2 /?R

UR>1.12 u

2

=1/(4 RL C/T-1)

4 变压器的选型：

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低频变压器：

采用低功耗的优质矽钢片设计制作，具有空载损耗小，效率高，温升低等特点，产品有针脚式，支架式直插式，等多种安装方式。 变压器铁芯基本型号：

铁芯型号 EI28 EI35 EI41 EI48 EI54 EI57 EI60 EI66 EI76 EI86 EI96 EI105 EI114 EI133 EI152 EI162 根据负载损耗情况，可求出变压器型号： 变压器输出功率：W=w1+w2+w3

=10.5×0.5+9.5×2.2+16×1 =42.15

故可用副边为三线绕组，铁芯型号为EI66，输出功率为90W的变压器。

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输入/输出电压 铁芯迭厚 7-15mm 10-15mm 13-28mm 16-30mm 18-36mm 19-38mm 25-30mm 22-45mm 26-56mm 36-55mm 50-67mm 38-70mm 50-80mm 55-90mm 70-100mm 55-100mm 最大输出功率

1.2W 2W 12W 20W 35W 50W 40W 90W 180W 200W 400W 600W 850W 1500W 2400W 2700W

输入电压可满 足不同区域之需求： AC 240V-230V- 220V-120V-115V- 110V-100V亦可依 客户之特殊要求设计。 输出电压依客 户要求可为AC 0- 380V（DC 0-50V） 任一电压，最多可 输出12组电压。 第六章：串行通信设计

随着数据采集系统的广泛应用，通常由单片机构成的应用系统，如仪器、仪表、智能设备等，都需要与PC机之间交换数据，实现与PC机之间的通讯功能，以充分发挥PC和单片机之间的功能互补，资源共享的优势。

单片机除了需要控制外围器件完成特定点功能外，在很多的应用中还需要完成单片机和单片机之间、单片机和外围器件之间，以及单片机和微机之间的数据交换和指令传输，称之为单片机的通信。

单片机数据通信的方式有并行通信和串行通信两种，8位的数据口总线方式的数据传输就是典型的并行数据通信。单片机的串行通信方式较为多样，传统的船型通信方式是通过单片机自带的串口进行RS-232方式法，单片机和PC的串行通信，单片机采用I/O口扩展串口的方法以及单片机模拟I2C的串行通信等。 第一节： 基本概念 1 ）串行传送的特点：

① 在一根传输线上即传送数据又传送联络信号。 ② 有固定的数据传输协议。

③ 线上的通信信号一般不是TTL电平，因此与CPU通信必需进行电平转换。 ④ 传送信息的速率要求双方约定。

2 ）数据传送方式：

接收设备 发送设备 发送设备 单工 接收设备 发 送 端 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 并 串 转 换 … D2 D1 D0 串 并 转 换 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 接 收 端 D0 D0 发送设备 接收设备 半双工 接收设备 发送设备 全双工 发送设备 接收设备 40

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