交流异步电动机软起动器的硬件设计(5)

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图4-2 元器件连接图

(3)软件里也有很多实际中没有的器件，经过查阅资料，根据所学知识可以自行绘制器件，再添加到库里，然后提取使用。图4-3就是在封装库里搜寻单片机196KC，但是没有。这个时候，解决的方案有两种，一种是找功能类似的单片机，再有一种是利用软件做一个196KC的封装库，然后添加进去，再使用。

图4-3 查找元件图

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4.1.2 AT89C51介绍

本设计中，在硬件电路设计的时候，用的单片机AT89C51来做控制的核心，来控制整个电路运行[10]。以前学过其它的单片机，如80C51。某些方面是相同的，但是有一些功能是不同的。AT89C51是一种在行业内广受应用的一种单片机，因为低功耗，高性能。内部的各个器件都采用世界上高水平公司的产品，确保器件的质量。单片机内部相对比较复杂，所能完成的各个功能也特别多，此次设计的电路中，只用到单片机的几个输入输出口，如图4-4就单片机的引脚做了一些简单的介绍。

图4-4 AT89C51引脚图

4.1.3 AT89C51管脚功能介绍

因为单片机的功能很多，管脚也特别多，这里就简单的介绍一些常用的引脚。 VCC:供电电压。 GND:接地。

P0口:P0口也是通用IO口。但是不同的是P0口没有上拉电阻，可以驱动8个TTL门。P0口默认是高阻状态，是要加上拉电阻才能加强输出能力的，如果你接一个上拉电阻至+5v它自然会变成红色，即高电平状态了。

P1口:是一个标准的输入输出口。如果想出高电平，也就是1的信号，需要写入1的时候，上拉电阻变为高。如果想让P1口输出为电流，需要下拉为低电平。它作

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为地址接收口。

P2口：和P1口功能相同，作输入输出I/O P3口：输入输出口。还可以备用 RST：它是单片机的复位输入

ALE/PROG：单片机的地址锁存允许信号端

PSEN：选通信号。用于外部程序储存器的选通信号

XTAL1：输入口的作用

XTAL2：一种输出口，振荡器的相反接口 P3.0口：引脚功能表 P3口引脚 第二功能

P3.0 RXD:串行口输入? P3.1 TXD:串行口输出

P3.2 INT0：外部中断0输入? P3.3 INT1：外部中断1输入? P3.4 T0：定时器0外部脉冲输入? P3.5 T1：定时器1外部脉冲输入? 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

在所有的的单片机电路中，无论设计多么的简单和复杂，都有必须的基本电路，这是单片机工作的基本条件，也是能工作的基本前提。下面就本次设计，简单的介绍了一下这些必须电路。

(1)晶振电路

如图4-5所示，这就是晶振电路，可以看到，晶振电路非常简单，就是一个晶振，两个电容。晶振的作用是提供晶振周期，就像人类的心脏的作用，没有晶振，单片机就不能工作。

图4-5 晶振电路图

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每一个单片机自身所配置的晶振管的参数都是固定的，本设计中的单片机AT89C51的晶振所用的是12M，这个晶振只要不超过12M就可以，为了计算简单，这里取值12。电容的取值范围也是固定的，本设计中用到的C27，C28的范围是20pF-40pF，这里按照一般的设计选取，取值为30pF。电容的作用可以储存电荷，也可以隔断直流，滤波等。

(2)复位开关

复位电路的作用就是用来把电路恢复到起始状态，功能类似于计算器的清零按钮，方便系统回到初始状态，以便重新进行统计和计算。本设计中的复位电路由VCC、按键S1、1uF的电容C29以及10k的电阻R53组成。VCC为单片机提供电源，工作电压为4.75～5.25V；按键S1为单片机复位按钮；电容C29与电阻R53的值共同决定着电容的充电时间，即电容的充电时间与RC的值成正比，而10k的电阻R53的作用就是控制复位时间。本设计的单片机复位电路如图4-6所示。

图4-6 复位开关图

4.2 晶闸管保护电路设计

平时所说的晶闸管，全名是半导体闸流管。它一般用硅材料做。这种器件本身易损坏，过电压和过电流能力特别弱。本设计中尤其要注意对晶闸管器件的保护，如果晶闸管损坏，整个仿真，整个电路都不会出正确的结果。所以，要设计保护器件的电路，确保仿真的安全运行。

(1)过电流保护

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晶闸管发生过流的原因有很多，比如晶闸管被击穿、器件选择的参数错误或者是线路有故障。解决过流的方法最直接，最容易的就是用快速熔断器，当然还有别的方法，但是大多数情况下，都用熔断器。

本设计中，就是采用的市场上常用的快速熔断器。在硬件电路中加入快速熔断器，这是最常用的一种措施，目的就是为了来保护晶闸管的过电流。

在晶闸管选择方面要全面的考虑，因为普通熔断器的反应动作太慢，一般情况下普通的晶闸管还未动作，晶闸管就已经被被烧坏，所以本设计为了安全考虑，不予考虑。本设计电路中用银制熔丝埋于石英沙内制成的的快速熔断器，它的反应动作快，熔断时间极短，能够很好的保护设备。

(2)过电压保护

电压斜率上升的比器件本身的快，就会烧毁器件，这是最简单的一个事故，也可以称为过压。电压保护同样和电流保护一样重要。如果电压处理的不妥当，器件也会被烧毁，整个的电路和仿真都有可能损坏。所以要特别严格的控制电压。

本设计中为了节约成本，并考虑到简单易解，用最常用的并联RC电路。这个电路的构造是平时最常用的，图4-7中可以很清晰的看到，具体的原理就是：电容吸收并转化多余的电压，电阻负责消耗。

参数的计算：

电路图4-7中的晶闸管是一种设计保护电路常见的。

图4-7 晶闸管保护电路

选用IN4007型，这是一种锗二极管。它的参数范围比较广泛，额定正向工作电压为1A，反向耐压是1000V，具有单向导电性。D1，D2的阻值是1K，根据IN4007

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