【導讀】電子技術的應用已深入到工農業經濟建設，交通運輸，空間技術，國防現代化，廣泛，因此對電力電子技術的研究更為重要。近幾年越來越多電力電子應用在國民。路的主電路和觸發電路的原理及控制電路，軟件部分由C51高級語言編程。制相應的SCR可控硅整流為直流電給負載供電。此種控制方式其主要優點是輸出波。形穩定和可靠性高抗干擾強的特點。觸發電路結構簡單，控制靈活，溫度影響小，并將在很多的工業控制中得到很好的運用。
【正文】
畢業論文（設計）
三相橋式全控整流電路設計
ThedesignofFully-controlledthree-phasebridgerectifiercircuit
申請學位：
院系：
專業：測控技術與儀器
.
三相橋式全控整流電路設計
摘要
電子技術的應用已深入到工農業經濟建設，交通運輸，空間技術，國防現代化，
醫療，環保，和人們日常生活的各個領域，進入新世紀后電力電子技術的應用更加
廣泛，因此對電力電子技術的研究更為重要。近幾年越來越多電力電子應用在國民
工業中，一些技術先進的國家，經過電力電子技術處理的電能己達到總電能的一半
以上。
本文主要介紹基于MCS—51系列單片機TC787芯片控制的三相橋式全控整流電
路的主電路和觸發電路的原理及控制電路，軟件部分由C51高級語言編程。具體運
行由工頻三相電壓經變壓器后在芯片控制下在不同的時刻發出不同的脈沖信號去控
制相應的SCR可控硅整流為直流電給負載供電。此種控制方式其主要優點是輸出波
形穩定和可靠性高抗干擾強的特點。觸發電路結構簡單，控制靈活，溫度影響小，
控制精度可通過軟件補償，移相范圍可任意調節等特點，目前已獲得業界的廣泛認
可。并將在很多的工業控制中得到很好的運用。
關鍵詞：晶閘管MCS—51單片機觸發角三相全控橋
ABSTRACT
Theapplicationofelectronictechnologyhasdeepintotheagriculturaleconomic
construction,transportation,spacetechnology,nationaldefensemodernization,medical,
environmentalprotection,andPeople39。sDailylifeinallareas,enterthenewcentury
powerelectronictechnology,somorewidelyinpowerelectronictechnologyresearchis
moreimportant.Inrecentyears,moreandmoreapplicationinthenationalpower
electronicsindustry,someadvancedtechnologiesofthecountry,afterprocessingof
electricpowerelectronictechnologyhasreachedmorethanhalfthetotalenergy.
ThispapermainlyintroducestheMCUbasedonMCS-51seriesthree-phase
TC787chipcontrolledrectifierbridgetypeallcontrolcircuitandthecircuitprincipleof
triggercircuitandcontrolcircuitandsoftwareconsistsofseniorprogramminglanguage
C51.Specificoperationbyfrequencyvoltagetransformerinthethree-phaseafterunder
controlchipatdifferentmomentsofthepulsesignaltocontroltheSCRsiliconrectifieris
correspondingtoloadpowerDC.Thecontrolmodeisthemainadvantagesofhigh
stabilityandreliabilityofoutputwaveformcharacteristicsofstronganti-jamming.
Triggercircuitstructureissimple,flexiblecontrol,temperature,controlaccuracycanbe
pensatedbysoftware,canadjustarbitrarilylimitshavewonthewiderecognition.
Andinmanyindustrialcontrolwillgettogooduse.
Keywords:thyristerMCS-51single-chipMicrocontrollertriggeringAngle
three-phasefully-controlledbridge
1
目錄
第一章緒論...............................................................................................................1
研究背景和意義..............................................................................................1
晶閘管發展的現狀..........................................................................................1
電力電子技術的前景......................................................................................1
晶閘管的應用..................................................................................................2
第二章主電路設計及原理.......................................................................................4
主電路設計......................................................................................................4
三相橋式全控整流電路電感性負載..............................................................8
小結................................................................................................................11
第三章基于芯片TC787的三相六脈沖晶閘管觸發電路設計............................13
TC787芯片介紹............................................................................................13
基本參數和特點............................................................................................13
引腳排列、功能和用法................................................................................14
內部結構及工作原理簡介............................................................................15
基于TC787的三相六脈沖晶閘管觸發電路的設計與調試.......................16
第四章控制及顯示系統原理.................................................................................20
89C51芯片介紹.............................................................................................20
管腳說明...............................................................................................20
振蕩器特性...........................................................................................22
芯片擦除...............................................................................................22
A/D轉換........................................................................................................23
LCD1602顯示...............................................................................................25
控制及顯示系統設計....................................................................................27
系統結構框圖.......................................................................................28
單片機I/O口分配表............................................................................28
系統工作說明.......................................................................................28
第五章單片機軟硬件抗干擾技術.........................................................................30
產生軟硬件干擾分析....................................................................................30
單片機系統軟件的抗干擾............................................................................31
單片機系統中硬件抗干擾設計....................................................................35
2
第六章系統軟件設計.............................................................................................38
主程序設計....................................................................................................38
A/D轉換程序................................................................................................39
第七章結論.............................................................................................................40
致謝.............................................................................................................................41
參考文獻.....................................................................................................................42
附錄.............................................................................................................................43
1
第一章緒論
研究背景和意義
基于TC787芯片設計三相橋式全控整流觸發電路和基于89C51單片機設計控制
及顯示電路，將觸發角和整流輸出電壓在LCD上顯示。
晶閘管發展的現狀
在晶閘管出現前，用于電力變換的電子技術已被應用：1904年出現的電子管
(Valve)，能在真空中控制電子流，并且應用于通信和無線電領域，從而開始了電子技
術的先河。
以后出現的水銀整流器（Mercury-vapourthyratrons），其性能和晶閘管挺相似的。
在30年代至50年代，是Mercury-vapourthyratrons發展并迅速大量應用的時期。它
廣泛應用于電化學行業、電氣鐵道直流變電行業及軋鋼用直流電動機傳動領域，甚至
用于直流輸電。各種整流電路、逆變電路、周波變流電路的理論己經發展完善并且廣
范應用。在晶閘管出現之后的很長一段時期內，所有使用電路的形式仍然是以這些形
式為主。除水銀整流器能將交流電變成直流電外，還有發現更早的像電動機-直流發
電機組，即是變流機組。對應的是旋轉變流機組，靜止變流器的稱呼從Mercury-vapour
thyratrons開始并沿用至今。
1947年在美國貝爾實驗室發明了晶體管（Transistor），引發了整個電子技術領
域的一場革命；晶閘管（1957年）SCR（SiliconControlledRectifier）能夠通過門極
控制其觸發開通，但三再通過門極不能控制其關斷，屬于半控型器件?，F在承受的電
壓、電流容量最高的器件仍然是晶閘管，并且工作很可靠，所以大量使用許多大容量
場合。
電力電子技術的前景
高頻率、大容量、低損耗、小體積（芯片利用率高）、易驅動、模塊化是現在電
力電子器件發展的目標。
減小電力電子器件的開關損耗是基于新的控制技術的使用，例如軟開關技術；通
過諧振電路后能使器件在零電壓（ZVS）或零電流（ZCS）的狀態下進行開或者關。
高效、節能、小型化和智能化是目前電力電子應用系統的方向發展。
2
晶閘管的應用
交通運輸：整流裝置被采用在電氣機車中的直流機車中，變頻裝置被采用在交流
機車上。鐵道車輛也廣泛應用直流斬波器?，F在高速發展的磁懸浮列車，電力電子技
術的應用更是一項關鍵技術。車輛中的蓄電池的充電也離不開電力電子裝置，其各種
輔助的電源也都離不了電力電子技術。電力電子裝置控制電動汽車的電機進行電力變
換和驅動控制?？刂齐姍C被多次應用在一臺高級汽車中，它們也需靠著斬波器和變頻
器驅動并且控制。不同型號的電源也被應用在飛機、船舶上，所以航海和航空全部離
不開電力電子技術。如果交通運輸工具包括電梯，電力電子技術也要被應用。以前直
流調速系統被大量應用于電梯，最近幾年交流變頻調速被廣泛應用。
一般工業：直流電動機的調速性能很好，給其供電的電力電子裝置都是可控整流
電源或者是直流斬波電源。近年來迅速發展的電力電子變頻技術，使得交流電機的調
速性能可以與直流電機相當，使得交流調速技術被大量應用并且占據著主導的地位。
像電解鋁、電解食鹽水等電化學工業在大量使用著直流電源。大容量整流電源被急需
用在冶金工業中的高頻或中頻感應加熱電源、直流電弧爐電源及淬火電源等場合。電
鍍等一些裝置也需要整流電源。
電力系統：電子電力系統中廣泛的應用了大量電力電子的技術。末了客戶在使用
電能的時候，經常性的進行預處理。如無功補償、濾波、降壓等等。據統計，在一些
發達國家中用戶末了小號的電能里有70%經過了一次電力電子變流裝置的一般處理。
現代化的電力電子系統中，關鍵技術之一就是電力電子技術?？梢赃@樣地說，離開電
力電子技術，現代化的電力系統是不可想象的。大容量、長距離輸電時直流輸電有很
大的優勢，其逆變閥的受電端和整流閥的送電端全都采用晶閘管的變流裝置?，F在發
展起來柔性的交流輸電能夠大幅度的提高電網輸穩定性和電能力。手段：連續、精確、
快速地控制大容量無功和有功等性能的實現對系統的功率流向、潮流變化、阻尼振蕩、
輸送能力的性能加以提高和改進。像有源的濾波器（APFActivePowerFilter）一
可進行應用端的諧波抑制和無功補償。
各種開關的電源和不間斷著的電源（UPS），應用這一類的最為普遍。像各類電
力電子裝置大致都用不同的電壓等級直流的電源提供電?，F在高頻開關電源己被采用
了全控型器件，以前晶閘管整流電源被用在通信設備中的程控交換機?，F在小型計算
機的內部電源、大型的計算機應用的工作電源也全部采用了高頻開關電源。在一些電
子裝置中，以前線性穩壓電源被大量采用供電，因為高頻的開關電源重量輕、體積小、
效率高，現在線性電源己被慢慢取代了。
家用電器：家用的電器中起著重要地位的有照明。因為電子照明的電源發光效率
3
高、體積小、可以節約大量能源，經常被叫做“節能燈”，傳統的日光燈和白熾燈正
被逐漸取締。家用電器里被大量應用電子技術，像變頻空調器。家用計算機、音響設
備、電視機、等電子設備電源模塊也大量需要電力電子技術。此外，有些微波爐、電
冰箱、洗衣機等電器也都大量應用了電力電子技術。
利用和開發新能源：傳統發電的方式有水力發電、火力發電以及后來興起的核能
發電。能源危機以后，各種可再生能源、新能源以及新型的發電方式逐漸受到重視。
其中風力發電、太陽能發電的發展比較快，備受關注的還有燃料電池。風力發電和太
陽能發電因環境有限制，產生的電力質量比較差，改善電能的質量必須經常用儲能的
裝置緩沖，這樣就需要用到電力電子技術。要是和電力系統聯網的時候，也離不了電
力電子技術。為了水力發電資源能被合理地利用，最近抽水儲能發電站備受重視。像
里面的大型的電動機調速和起動都需要電力電子技術。未來里一種儲能方式超導儲
能，它將用強大的直流電源提供電，電力電子技術也離不了。核聚變反應堆在產生注
入能量和強大磁場時，需要一些大容量脈沖的電源，電力電子裝置就是這種電源。某
些特殊場合和科學實驗，特種電源被大量應用。
4
第二章主電路設計及原理
主電路設計
其原理圖如圖2-1所示。
圖2-1三相橋式全控整流電路原理圖
將其中的3個晶閘管（VT1、VT3、VT5）的陰極連接在一起稱為共陰極組；的
3個晶閘管（VT4、VT6、VT2）的陽極連接在一起稱為共陽極組。此外，晶閘管習
慣上要按照從1至6的順序導通，因此按圖2-1所示的順序將晶閘管編號，就是與a、
b、c三相電源相接的共陰極組的3個晶閘管分別為VT1、VT3、VT5，與a、b、c三
相電源相接的共陽極組的3個晶閘管分別為VT4、VT6、VT2。在以后的分析就能了
解，按圖2-1編號，晶閘管的導通順序為VT1－VT2－VT3－VT4－VT5－VT6。每
個工作周期中對于每相二次電源來說，即有負電流，也有正電流，所以沒有直流磁化
的問題，提高了繞組的利用率。
178。1三相橋式全控整流電路帶電阻負載ａ=0176。時的情況
5
圖2-2三相橋式全控整流電路（帶電阻負載ａ=0176。時的波形）
1）帶電阻負載時的工作情況
表2-1三相橋式全控整流電路電阻負載ａ=0176。時晶閘管工作情況
（1）ａ=0176。時的情況
178。對于共陽極組的3個晶閘管，陰極所接交流電壓值最低的一個導通。
178。對于共陰極阻的3個晶閘管，陽極所接交流電壓值最大的一個導通。
178。從線電壓波形看，線電壓中最大的一個為Ud，因此Ud的波形為線電壓的包
絡線。
時段ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ
共陰極組中導通的晶閘管VT1VT1VT3VT3VT5VT5
共陽極組中導通的晶閘管VT6VT2VT2VT4VT4VT6
整流輸出電壓UdUa–Ub
=
Uab
Ua–Uc
=
Uac
Ub–Uc
=
Ubc
Ub–Ua
=
Uba
Uc–Ub
=
Uca
Uc–Ub
=
Ucb
6
178。任意時刻共陽極組和共陰極組中各有1個晶閘管處于導通狀態。其余的均處于
斷開狀態。
178。觸發角ａ的起點，還是要從自然換相點來開始計算，注意正負方向都有自然換
相點。
（2）三相橋式全控整流電路的特點：
.兩個同時導通形成供電回路，其中共陰極組和共陽極組各有一個導通，且不能
為同相的兩個否則沒有輸出。
.對觸發脈沖的要求：
.按VT1—VT2—VT3—VT4—VT5—VT6的順序，相位依次差60176。。
.共陰極組VT1、VT3、VT5的脈沖依次差120176。，共陽極組VT4、VT6、VT2
也依次差120176。。
.同一相的上下兩個橋臂，即VT1與VT4，VT3與VT6，VT5與VT2，脈沖相
差180176。。
.Ud一周期脈動6次，每次脈動的波形都一樣，所以三相全橋電路稱為6脈波整
流電路。
.需保證同時導通的2個晶閘管均有脈沖（采用兩種方法：一種是寬脈沖觸發（大
于60176。）。
.另一種是雙脈沖觸發（常用）：在Ud的6個時間段，均給應該導通的SCR提
供觸發脈沖，而不管其原來是否導通。所以每隔60176。就需要提供兩個觸發脈沖。
.實際提供脈沖的順序為：VT1，VT2—VT2，VT3—VT3，VT4—VT4，VT5—
VT5，VT6—VT6，VT1—VT1，VT2，不斷重復。
.晶閘管承受的電壓波形與三相半波時相同，晶閘管承受最大正、反向電壓的關
系也相同為：
UFM=URM=U2
178。2三相橋式全控整流電路帶電阻負載ａ=30176。時的情況
7
圖2-3三相橋式全控整流電路（帶電阻負載ａ=30176。時的波形）
晶閘管起始導通時刻推遲了30176。，組成的每一段線電壓因此推遲30176。。
●從Ut1開始把一周期等分為6段，Ud波形仍由6段線電壓構成，每一段導通
晶閘管的編號等仍符合表2-1的規律。
●變壓器二次側電流iu波形的特點：在VT1處于通態的120176。期間，iu為正，
iu波形的形狀與同時段的Ud波形相同，在VT4處于通態的120176。期間，iu波形的形
狀也與同時段的Ud波形相同，但為負值。
178。3三相橋式全控整流電路帶電阻負載ａ=60176。時工作情況
Ud波形中每段線電壓的波形繼續后移，平均值繼續降低。ａ=60176。時Ud出現為
零的點。（因為在該點處，線電壓為零）
178。4三相橋式全控整流電路帶電阻負載ａ﹥60176。時工作情況
當ａ﹥60176。時，如ａ=90176。時電阻負載情況下的工作波形如圖2-4所示：
8
圖2-4三相橋式全控整流電路帶電阻負載ａ=90176。時的波形
小結：
●當ａ≦60176。時，Ud波形均連續，對于電阻負載，id波形與Ud波形一樣，也
連續；
●當ａ﹥60176。時，Ud波形每60176。中有一段為零，Ud波形不能出現負值；
●帶電阻負載時三相橋式全控整流電路ａ角的移相范圍是120176。。
三相橋式全控整流電路電感性負載
178。1三相橋式全控整流電路電感性負載時的工作情況：
當ａ≦60176。時：Ud波形連續，工作情況與帶電阻負載時十分相似，各晶閘管的
通斷情況、輸出整流電壓Ud波形、晶閘管承受的電壓波形等都一樣；區別在于：由
于負載不同，同樣的整流輸出電壓加到負載上，得到的負載電流波形不同。電感性負
載時，由于電感的作用，使得負載電流波形變得平直，當電感足夠大的時候，負載電
流的波形可近似為一條水平線。
9
圖2-5三相橋式全控整流電路帶電感性負載ａ=0176。時的波形
圖2-6三相橋式全控整流電路帶電感性負載ａ=30176。時的波形
10
圖2-7三相橋式全控整流電路帶電感性負載ａ=60176。時的波形
圖2-8三相橋式全控整流電路帶電感性負載ａ=90176。時的波形
（1）當ａ﹥60176。時：電感性負載時的工作情況與電阻負載時不同，Ud時波形不
會出現負的部分，而電感性負載時，由于電感L的作用，Ud波形會出現負的部分；
11
帶電感性負載時，三相橋式全控整流電路的角ａ移相范圍為90176。。因為在ａ=90176。時，
Ud波形上下對稱，平均值為零。
（2）基本參數關系
●當整流輸出電壓連續時（即帶電感性負載或帶電阻負載ａ≦60176。時）的平均值
為：
Ud=
3
1π?α＋32
α＋3
π
π6
U2Sinωtd(ωt)=α
●帶電阻負載且ａ﹥60176。時，整流電壓平均值為：
Ud=π3?π
πα＋36
U2Sinωtd(ωt)=[1＋cos(?π＋α)]
●輸出電流平均值為：Id=RUd
178。2三相橋式全控整流的電流有效值
當三相整流變壓器供電，變壓器次級接為星形，初級接三角形以減少三次諧波的
影響，帶電感性負載時，變壓器二次側電流波形，為正負半周各寬120176。前沿相差
180176。的矩形波，其有效值為：
I2=π））π＋（（π3232I2122d???dI=32πId=Id
晶閘管電壓、電流等的定量分析與三相半波時一致。
三相橋式全控整流電路接反電勢電感性負載時，在負載電感足夠大足以使負載電
流連續的情況下，電路工作情況與電感性負載時相似，電路中各處電壓、電流波形均
相同，僅在計算Id時有所不同，接反電動勢電感性負載時的Id為：
Id=REUd?
（式中和分別為負載中的電阻值和反電動勢的值）
小結
變壓器二次側每相有兩個匝數相同、極性相反（同名端相反）的繞組。分別構成
a、b、c和-a、-b、-c兩組。電路中設置了平衡電抗器來保證兩組三相半波電路能同
時導電，每相的觸發脈沖，從第一個正自然換相點開始計算起，分別為1、3、5和2、
12
4、6。這樣，在不同的時刻導通的SCR分別為6，1、1，2、2，3、3，4、4，5、5，
6、6，1???。實際上，通過每個時刻的等效電路，發現和分析變壓器漏感作用時
的電路十分類似，輸出電壓Ud的瞬時電壓為導通兩相電壓瞬時值的平均值。
13
第三章基于芯片TC787的三相六脈沖晶閘管觸發電路設計
TC787芯片介紹
TC787是采用獨有的先進IC工藝技術，并參照國外最新集成移相觸發集成電路
而設計的單片集成電路。它可單電源工作，亦可雙電源工作，主要適用于三相晶閘管
移相觸發和三相功率晶體管脈寬調制電路，以構成多種交流調速和變流裝置。它們是
目前國內市場上廣泛流行的TCA785及KJ(或KC)系列移相觸發集成電路的換代產
品，與TCA785及KJ(或KC)系列集成電路相比，具有功耗小、功能強、輸入阻抗高、
抗干擾性能好、移相范圍寬、外接元件少等優點，而且裝調簡便、使用可靠，只需一
個這樣的集成電路，就可完成3只TCA785與1只KJ041、1只KJ042或5只KJ(3
只KJ004、1只KJ041、1只KJ042)(或KC)系列器件組合才能具有的三相移相功能。
因此，TC787可廣泛應用于三相半控、三相全控、三相過零等電力電子、機電一體化
產品的移相觸發系統，從而取代TCA785、KJ004、KJ009、KJ041、KJ042等同類電
路，為提高整機壽命、縮小體積、降低成本提供了一種新的、更加有效的途徑。
基本參數和特點
電路單雙源均可工作，單電源8V-18V，雙電源177。4V～177。9V。三相觸發脈沖調
相角可在0-180176。之間連續同步改變。識別零點可靠，可方便地用作過零開關。器件
內部設計有交相鎖定電路，抗干擾能力強?？捎糜谌嗳赜|發（6腳接VDD），也
可用于三相半控觸發（6腳接地）。電路具有輸出保護禁止端，可在過流過壓時保護
系統安全。TC787輸出為調制脈沖列，適用于觸發晶閘管及感性負載。A型器件典
型應用于同步信號為50Hz，B型器件典型應用于同步信號為400Hz。調制脈沖或方
波的寬度可根據需要通過改變電容Cx而選擇。
（1）TC787適用于主功率器件是晶閘管的三相全控橋或其他拓撲電路結構的
系統中作為功率晶閘管的移相觸發電路。它可同時產生六路相序互差60176。的輸出脈
沖。
（2）TC787在單雙電源下均可工作，使其適用電源的范圍較廣泛。輸出三相
觸發脈沖的觸發控制角可在0～180176。范圍內之間連續同步改變。對零點的識別可靠，
使它也可作為過零開關使用。器件內部設計有移相控制電壓與同步鋸齒波電壓交點
（交相）的鎖定電路，抗干擾能力強。電路自身具有輸出禁止端，使用戶可在過電流、
過電壓時進行保護，保證系統安全。
14
（3）TC787具有A型及B型器件，使用戶可方便地根據自己應用系統所需要
的工作頻率來選擇（工頻時選A型器件，中頻100～400Hz時選B型器件）。TC787
輸出為脈沖列，適用于觸發晶閘管及感性負載.
（4）TC787可方便地通過改變引腳6的電平高低來設置其輸出為雙脈沖還是
單脈沖。
引腳排列、功能和用法
TC787是一標準雙列直插式18引腳的集成電路。它的引腳排列見圖3-1，引腳的
名稱、功能及用法如下。
圖3-1TC787的引腳排列
（1）同步電壓輸入端：引腳1（Vc）、引腳2（Vb）及引腳18（Va）分別為三
相同步輸入電壓連接端，應用中分別經輸入濾波后的同步電壓，同步電壓的峰峰值應
不超過TC787或TC788的工作電源電壓VDD。
（2）脈沖輸出端：在半控單脈沖工作模式下，引腳8（C）、引腳10（B）、引腳
12（A）分別為與三相同步電壓正半周對應的同相觸發脈沖輸出端，而引腳7（－B），
引腳9（－A），引腳11（－C）分別為與三相同步電壓負半周對應的反相觸發脈沖輸
出端。當TC787被設置為全控雙窄脈沖工作方式時（雙窄脈沖相隔60176。），引腳8
為與三相同步電壓中C相正半周及B相負半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳11為與
三相同步電壓中C相負半周及B相正半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳9為與三相
同步電壓中A相同步電壓負半周及C相電壓正半周對應的兩個脈沖輸出端；引腳7
為與三相同步電壓中B相電壓負半周及A相正半周應的兩個脈沖輸出端；引腳10為
15
與三相同步電壓中B相電壓正半周及A相負半周對應的兩個脈沖輸出端。
（3）控制端
1）引腳5（Pi）為輸出脈沖禁止端。該端用來進行故障狀態下封鎖TC787
的輸出，高電平有效，應用中接保護電路的輸出。
2）引腳14（Cb）、引腳15（Cc）、引腳16（Ca）分別為對應三相同步電壓
的鋸齒波電容值的大小決定了移相鋸齒波的斜率及幅值，應用中分別通過一個相同容
量的電容接地。
3）引腳6（Pc）為TC787工作方式設置端。當該端接到高電平時，TC787
輸出雙脈沖；而當該端接低電平時，輸出單脈沖。
4）引腳4（Vr）為移相控制電壓輸入端。該端輸入電壓的高低，決定了TC787
輸出脈沖的移相角，應用中接給定環節的輸出，其電壓幅值最大為TC787的工作電
源電壓Vdd。
5）引腳13（Cx）。該端連接的電容Cx的容量決定著TC787輸出脈沖的寬度，
電容的容量越大，則脈沖寬度越寬。
（4）電源端
該芯片可單電源工作，亦可雙電源工作。單電源工作時引腳3（Vss）接地，而
引腳17（VDD）允許施加的電壓為8～18V。雙電源工作時，引腳3（Vss）接負電
源，其允許施加的電壓幅值為－4～－9V，引腳17（VDD）接正電源，允許施加的
電壓為＋4～＋9V。
內部結構及工作原理簡介
TC787的原理框圖見圖3-2。
由圖可見，在它們內部集成了三個過零和極性檢測單元、三個鋸齒波形成單元、
三個比較器、一個脈沖發生器、一個抗干擾鎖定電路、一個脈沖形成電路、一個脈沖
分配及驅動電路。它們的工作原理可簡述如下：經濾波后的三相同步電壓通過過零和
極性檢測單元檢測出零點和極性后，作為內部三個恒流源的控制信號。三個恒流源輸
出的恒值電流給三個等值電容Ca、Cb、Cc恒流充電，形成良好的等斜率鋸齒波。鋸
齒波形成單元輸出的鋸齒波與移相控制電壓Vr比較后取得交相點經集成塊內部的抗
干擾鎖定電路鎖定，保證交相唯一而穩定，使交相點以后的鋸齒波后移相電壓的波動
不影響輸出。該交相信號與脈沖發生器輸出的脈沖（TC787為調制脈沖）信號經脈沖
形成電路處理變為三相輸入同步信號相位對應且與移相電壓大小適應的脈沖信號送
到脈沖分配及驅動電路。假設系統未發生過電流、過電壓后其他非正常情況，則引腳
16
5禁止端的信號無效，此時脈沖分配電路根據擁護在引腳6設定的狀態完成雙脈沖（引
腳6為高電平）或單脈沖（引腳6為低電平）的分配功能，并經輸出驅動電路功率放
大后輸出，一旦系統發生過電流、過電壓或其他非正常情況，則引腳5禁止信號有效，
脈沖分配及驅動電路內部的邏輯電路動作，封鎖脈沖輸出，確保集成塊12、11、10、
9、8、7六個引腳輸出全為低電平。
圖3-2TC787原理框圖
基于TC787的三相六脈沖晶閘管觸發電路的設計與調試
由TC787構成的三相六脈沖觸發電路如圖3-3所示。380V三相交流電經過同步
變壓器變壓為30V的同步信號a1，b1，c1后，經過電位器RP1，RP2，RP3及RCT
型網絡濾波接人到TC787的同步電壓輸入端，通過調節RP1，RP2，RP3可微調各相
電壓的相位，以保證同步信號與主電路的匹配。Ca，Cb，Cc為積分電容，它們決定
了TC787芯片的鋸齒波的線性、幅度，因此，為了保證鋸齒波有良好的線性及三相
鋸齒波斜率的一致性，Ca，Cb，Cc3個電容值的選擇的相對誤差要非常小。為了達
到產生的鋸齒波線性好、幅度大且不平頂，Ca，Cb，Cc電容值最好選為。連
接在13腳的電容Cx決定輸出脈沖的寬度，Cx越大，脈沖越寬，但脈沖寬度太寬會
增大驅動級的損耗，所以Cx的值應在范圍，在這里選用。調
節RP可以使輸入4腳的電壓在0-5V之間連續變化，從而使輸出脈沖在0176。-180176。之
17
間變化，7-12腳的輸出端有大于20mA的輸出能力，采用6只驅動管擴展電流，經脈
沖變壓器隔離后將脈沖輸出。
圖3-3TC787構成的三相六脈沖晶閘管觸發電路
按圖3-3焊接好電路然后檢查無誤后，先把控制旋鈕調到零位（即RP1，RP2，
RP3,RP接入電路中的電阻最大），然后接通電源，用示波器觀察各輸出端的脈沖波
形是否正常。
圖3-4TC787產生的鋸齒波
圖3-4是在實驗室用.示波器測得的TC787引腳14-16的波形
18
圖3-5脈沖變壓器輸出脈沖
圖3-5是在實驗室用示波器測得的TC787引腳7-12產生的脈沖經脈沖變壓器后
輸出的脈沖波形
元件選擇注意事項：
（1）為了減小在使用中電路受到干擾，觸發電路與主電路最好采用同一形號的
△／Ｙ形連接的變壓器，以便可能減小電路的諧波。
（2）電路采用集中式恒流源向積分電容充電，經測試，電流在180uA左右，相
對誤差小于177。5uＡ，所以為了保證三相鋸齒波的一致性，選取積分電容的相對誤差應
小于5%。50Hz時，電容可取右，較高頻率時，為了保證電容積分幅值，電
容應減小。
（3）移相電壓的調整幅度應與積分電容上鋸齒波的幅值一致?？紤]到電路在積
分電容上放電的離散性，移相電壓的零電位應比電路的負電源正200mV。即移相范圍
在~3V左右。
（4）脈沖發生器的電容Cx決定了調制脈沖寬度或方波輸出寬度，電容大則寬度
寬，在頻率為50Hz情況下，接容，其輸出寬度約為，若需要輸出在0176。
~180176。范圍內滿幅可調，則Cx的值應大于。
（5）電路的半控／全控和禁止等控制端，不應在使用時懸空。
（6）輸出端有不小于20mA的輸出電流，驅動管要可靠的導通和截止，電路輸出
的限流電阻和管子的β值應與電路相適配。
在實際使用過程中我們發現鋸齒波形成環節是保證整流輸出電壓波形穩定的重
要條件。由于TC787芯片的鋸齒波的線性、幅度由Ca,Cb,Cc電容決定，因此為了
19
保證鋸齒波有良好的線性及三相鋸齒波斜率的一致性，選擇Ca,Cb,Cc時要求其3
個電容值的相對誤差要非常?。ū仨氝M行篩選），以產生的鋸齒波線性好、幅度大且
不平頂為宜,Ca、Cb、Cc電容量的參考值為uF。若要求鋸齒波幅度小,可減小
Ca、Cb、Cc電容值；若要求鋸齒波產生平頂,則增大Ca、Cb、Cc電容值。脈沖寬
度是由Cx電容來決定的。當Cx為時,所產生的脈沖寬度約為1ms。若需加
大或減小脈寬,可增大或減小Cx電容值。本觸發板中Cx電容值為。
在調試過程中，首先接上直流電源，不加三相同步電壓，此時，測量18腳，1
腳，2腳的直流電平是否近似相等，參考值為18V左右。然后加上同步電壓，調整電
位器W1，W2，W3使18腳、1腳、2腳的三相同步電壓對稱，并且使18腳、1腳、
2腳的同步信號滯后同步變壓器付邊相應同步信號30176。，最后檢查6個輸出引腳是否
互差60176。的脈沖信號輸出。
20
第四章控制及顯示系統原理
89C51芯片介紹
AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh
ProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理
器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標
準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合
在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提
供了一種靈活性高且價廉的方案。
主要特性
壽命：1000寫/擦循環
數據保留時間：10年
178。與MCS-51兼容
178。4K字節可編程閃爍存儲器
178。全靜態工作：0Hz-24Hz
178。三級程序存儲器鎖定
178。4kbytes程序存儲(ROM)
178。128bytes的數據存儲器(RAM)
178。21個專用寄存器（SFR）
178。4個八位的并行口P0、P1、P2和P3
178。一個全雙工串行通信口
178。2個16位的定時器/計數器
178。5個中斷源
178。低功耗的閑置和掉電模式
178。片內振蕩器和時鐘電路
管腳說明
VCC：供電電壓。
GND：接地。
P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口
的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可
以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH
圖4-189C51芯片引腳
21
進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。
P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出
4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下
拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，
P1口作為第八位地址接收。
P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4
個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。
并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣
故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出
地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據
存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校
驗時接收高八位地址信號和控制信號。
P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電
流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于
外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為
AT89C51的一些特殊功能口，如下表4-1所示：
表4-1P3口引腳特殊功能
管腳備選功能
RXD串行輸入口
TXD串行輸出口
/INT0外部中斷0
/INT1外部中斷1
T0記時器0外部輸入
T1記時器1外部輸入
/WR外部數據存儲器寫選通
22
/RD外部數據存儲器讀選通
P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。
RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時
間。
ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位
字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻
率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈
沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE
脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執行MOVX，
MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行
狀態ALE禁止，置位無效。
/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周
期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。
/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不
管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端
保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V
編程電源（VPP）。
XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。
XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。
振蕩器特性
XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片
內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應
不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈
寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。
芯片擦除
整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持
ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任
何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。此外，AT89C51設有穩態邏
輯，可以在低到零頻率的條件下靜態邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模
式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數器，串口和中斷系統仍在工作。在掉
電模式下，保存RAM的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個
23
硬件復位為止。
A/D轉換
本數據采集系統采用計算機作為處理器。電子計算機所處理和傳輸的都是不連續
的數字信號，而實際中遇到的大都是連續變化的模擬量，模擬量經傳感器轉換成電信
號后，需要模/數轉換將其變成數字信號才可以輸入到數字系統中進行處理和控制，
因此，把模擬量轉換成數字量輸出的接口電路，即A/D轉換器就是現實信號轉換的
橋梁。
目前，世界上有多種類型的A/D轉換器，如并行比較型、逐次逼近型、積分型
等。本文采用逐次逼近型A/D轉換器，該類A/D轉換器轉換精度高，速度快，價格
適中，是目前種類最多，應用最廣的A/D轉換器。逐次逼近型A/D轉換器一般由比
較器、D/A轉換器、寄存器、時鐘發生器以及控制邏輯電路組成。
ADC0809就是一種CMOS單片逐次逼近式A/D轉換器，其內部結構如圖4所示。
該芯片由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型D/A轉換器、逐
次逼近寄存器、三態輸出鎖存器等電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，
且有三態輸出能力。該器件既可與各種微處理器相連，也可單獨工作。其輸入輸出與
TTL兼容。
圖4-2ADC0809內部結構
ADC0809是8路8位A/D轉換器(即分辨率8位)，具有轉換啟?？刂贫?，轉換時間
為100μs采用單+5V電源供電，模擬輸入電壓范圍為0～+5V，且不需零點和滿刻度校
準，工作溫度范圍為-40～+85℃功耗可抵達約15mW。
24
ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，圖4-3所示是其引腳排列圖。
圖4-3ADC0809的引腳排列圖
各引腳的功能如下
IN0～IN7：8路模擬量輸入端；
D0～D7：8位數字量輸出端；
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路；
ALE：地址鎖存允許信號，輸入高電平有效；
START：A/D轉換啟動信號，輸入高電平有效；
EOC：A/D轉換結束信號，輸出當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平(轉換
期間一直為低電平)；
OE：數據輸出允許信號，輸入高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸入一個
高電平才能打開輸出三態門，輸出為數字量；
CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高640kHz；
REF(+)、REF(-)：基準電壓；
VCC：電源，單一+5V；
GND：地。
ADC0809的工作過程：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖
存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次
逼近寄存器復位。下降沿啟動A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換
正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變為高電平，指示A/D轉換結束，結果數
據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態
門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。
轉換數據的傳送A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數
據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進
25
行傳送。為此可采用下述三種方式。
（1）定時傳送方式
對于一種A/D轉換其來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例
如ADC0809轉換時間為128μs，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期。
可據此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換
肯定已經完成了，接著就可進行數據傳送。
（2）查詢方式
A/D轉換芯片由表明轉換完成的狀態信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以
用查詢方式，測試EOC的狀態，即可確認轉換是否完成，并接著進行數據傳送。
（3）中斷方式
把表明轉換完成的狀態信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數據傳
送。
不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數據傳送。
首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單
片機接受。
ADC0809工作時，首先輸入3位地址，并使ALE為1，以將地址存入地址鎖存
器中。此地址經譯碼可選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近
寄存器復位；下降沿則啟動A/D轉換，之后，EOC輸出信號變低，以指示轉換正在
進行，直到A/D轉換完成，EOC變為高電平，指示A/D轉換結束，并將結果數據存
入鎖存器，這個信號也可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，ADC的輸出三態門
打開，轉換結果的數字量可輸出到數據總線。
A/D轉換器的位數決定著信號采集的精度和分辨率。對于8通道的輸入信號，其
分辨率為％。8位A/D轉換器的精度為：%?
LCD1602顯示
字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數字、符號等點陣式LCD，目
前常用16*1，16*2，20*2和40*2行等的模塊。LCD1602分為帶背光和不帶背光兩
種，基控制器大部分為HD44780，帶背光的比不帶背光的厚，是否帶背光在應用中
并無差別。LCD1602采用標準的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳
接口說明如下表4-2所示:
表4-2LCD1602引腳接口說明
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編號符號引腳說明編號符號引腳說明
1VSS電源地9D2數據
2VDD電源正極10D3數據
3VL液晶顯示偏壓11D4數據
4RS數據/命令選擇12D5數據
5R/W讀/寫選擇13D6數據
6E使能信號14D7數據
7D0數據15BLA背光源正極
8D1數據16BLK背光源負極
1602液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的。1602
液晶模塊內部的控制器共有11條控制指令，如下表4-3所示，其中1為高電平、0
為低電平。
表4-3LCD1602控制指令
序
號
指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D0
1清顯示0000000001
2光標返回000000001*
3置輸入模式00000001I/DS
4顯示開/關控
制
0000001DCB
5光標或字符000001S/CR/L**
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移位
6置功能00001DLNF**
7置字符發生
存貯器地址
0001字符發生存貯器地址
8置數據存貯
器地址
001顯示數據存貯器地址
9讀忙標志或
地址
01BF計數器地址
10寫數到CGRAM
或DDRAM）
10要寫的數據內容
指令1：清顯示，指令碼01H,光標復位到地址00H位置。
指令2：光標復位，光標返回到地址00H。
指令3：光標和顯示模式設置I/D：光標移動方向，高電平右移，低電平左移S:
屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無效。
指令4：顯示開關控制。D：控制整體顯示的開與關，高電平表示開顯示，低電
平表示關顯示C：控制光標的開與關，高電平表示有光標，低電平表示無光標B：
控制光標是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。
指令5：光標或顯示移位S/C：高電平時移動顯示的文字，低電平時移動光標。
指令6：功能設置命令DL：高電平時為4位總線，低電平時為8位總線N：低
電平時為單行顯示，高電平時雙行顯示F:低電平時顯示5x7的點陣字符，高電平時
顯示5x10的點陣字符。
指令7：字符發生器RAM地址設置。
指令8：DDRAM地址設置。
指令9：讀忙信號和光標地址BF：為忙標志位，高電平表示忙，此時模塊不能
接收命令或者數據，如果為低電平表示不忙。
指令10：寫數據。
控制及顯示系統設計
單片機控制的觸發角和電壓顯示部分主要由89C51單片機、AD轉換、LCD顯示
電路部分組成，如下圖所示，電壓經過AD轉換有模擬信號轉換成數字信號輸入89C51
單片機，再由LCD顯示。通過編程實現預定的程序流程，在相應時間段內輸出相應
的觸發角和電壓。
28
系統結構框圖
圖4-4系統原理框圖
單片機I/O口分配表
表4-4單片機I/O分配表
端口引腳名稱作用
P0顯示輸出
P2動態控制
P3信號輸入
系統工作說明
圖4-5給出單片機控制及顯示電路。單片機選用89C51。
1．硬件說明
（1）AD轉換：模擬電壓信號1輸入到ADC0809的IN0口經過AD模數轉換把
模擬信號轉成數字信號輸入單片機。模擬電壓信號2經過電阻分壓降壓之后輸入到
ADC0809的IN1口經過AD模數轉換把模擬信號轉成數字信號輸入單片機。
（2）液晶顯示電路：單片機的P3口接受AD轉換后的數字信號，經過單片機處
理由P0口輸出到LCD液晶顯示。觸發角的顯示可根據公式a=U*180/5
模擬信號1AD
轉換
芯片
89C51
LCD
顯示
模擬信號2
降壓
29
圖4-5單片機控制及顯示電路
30
第五章單片機軟硬件抗干擾技術
產生軟硬件干擾分析
在工業控制、智能儀表中都普遍采用了單片機，單片機抗干擾措施提到重要議事
日程上來。單片機抗干擾措施不解決，其它工作也是白費勁。要解決單片機干擾問題，
必須先找出干擾源，然后采用單片機軟硬件技術來解決。
干擾源：主要來自外部電源、內部電源，印制板排版走線互相干擾，周圍電磁場
干擾，外部干擾一般通過IO口輸入等
按干擾的傳播路徑可分為傳導干擾和輻射干擾兩類。
所謂傳導干擾是指通過導線傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和有用信號的頻
帶不同，可以通過在導線上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時也可
加隔離光耦來解決。電源噪聲的危害最大，要特別注意處理。所謂輻射干擾是指
通過空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距
離，用地線把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。
影響單片機系統可靠安全運行的主要因素主要來自系統內部和外部的各種電氣
干擾，并受系統結構設計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構成單片機系
統的干擾因素，常會導致單片機系統運行失常，輕則影響產品質量和產量，重則會導
致事故，造成重大經濟損失。
1形成干擾的基本要素有三個：
（1）干擾源。指產生干擾的元件、設備或信號，用數學語言描述如下：du/dt，di/dt
大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干
擾源。
（2）傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播
路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。
（3）敏感器件。指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機，數字IC，
弱信號放大器等。
2干擾的分類
干擾的分類有好多種，通?？梢园凑赵肼暜a生的原因、傳導方式、波形特性等等
進行不同的分類。
按產生的原因分：可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲。
按傳導方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲。
31
按波形分：可分為持續正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。
3干擾的耦合方式
干擾源產生的干擾信號是通過一定的耦合通道才對測控系統產生作用的。因此，
我們有必要看看干擾源和被干擾對象之間的傳遞方式。干擾的耦合方式，無非是通過
導線、空間、公共線等等，細分下來，主要有以下幾種：
（1）直接耦合：
這是最直接的方式，也是系統中存在最普遍的一種方式。比如干擾信號通過電源線侵
入系統。對于這種形式，最有效的方法就是加入去耦電路。
（2）公共阻抗耦合：
這也是常見的耦合方式，這種形式常常發生在兩個電路電流有共同通路的情況。為了
防止這種耦合，通常在電路設計上就要考慮。使干擾源和被干擾對象間沒有公共阻抗。
（3）電容耦合：
又稱電場耦合或靜電耦合。是由于分布電容的存在而產生的耦合。
（4）電磁感應耦合：
又稱磁場耦合。是由于分布電磁感應而產生的耦合。
（5）漏電耦合：
這種耦合是純電阻性的，在絕緣不好時就會發生。
以MSC-51系列的89C51單片機為例，給出了在軟硬件設計的不同階段，對于不
同干擾應采取的一些措施。
單片機系統軟件的抗干擾
一般來講，竄入微機測控系統的干擾，其頻譜往往很寬，采用硬件抗干擾措施，
只能抑制某個頻率段的干擾，仍有一些干擾會進入系統。因此，除了采取硬件抗干擾
方法外，還要采取軟件抗干擾措施。
1．多用查詢代替中斷，把中斷源減到最少，中斷信號連線不大于米，防止誤
觸發、感應觸發
2．A/D轉換采用數字濾波，平均法，比較平均法等，防止突發性干擾
3．MCS-51單片機空單元寫上00H，最后放跳轉指令到ORG0000H，因干擾程序
走飛，可能抓回去
4．多次重復輸出，輸出信號保持在RAM中，防止干擾信號輸出
5．開機自檢自診斷，RAM中重要內容要分區存放，經常進行比較檢查，機器不能
帶病工作
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6．表格參數放在EPROM中，檢驗和存于最后單元，防止EPROM內容被修改
7．加看門狗，軟件走飛可從頭開始
8．開關信號延時去抖動
9．IO口正確操作，必須檢查口執行命令情況防止外部故障不執行控制命令
10．通訊應加奇偶校驗或查詢表決比較等措施，防止通訊出錯
（一）模擬輸入信號抗干擾
疊加在系統模擬輸入信號上的噪聲干擾，會導致較大的測量誤差。但由于這些噪
聲的隨機性，可以通過數字濾波技術剔除虛假信號，求去真值。常用方法如下：
（1）算術平均濾波法算術平均濾波法就是連續取N個值進行采樣，然后求其
平均值。該方法適應于對一般具有隨機性干擾的信號進行濾波。這種濾波法的特點是：
N值較大時，信號的平滑度好，但靈敏度低；當N值較小時，平滑度低，但靈敏度
高。
（2）遞推平均濾波法該方法是把N個測量數據看成一個隊列，隊列的長度為
N，每進行一次新的測量，就把測量結果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一次數據。計
算N個數據的平均值。對周期性的干擾，此方法有良好的抑制作用，平滑度高，靈
敏度低。但對偶發脈沖的干擾抑制作用差。
（3）防脈沖干擾平均值濾波法在脈沖干擾比較嚴重的場合，如果采用一般的
平均濾波法，則干擾將會“平均”到結果中去，故平均值法不易消除由于脈沖干擾而引
起的誤差。為此，在N個采樣數據中，取掉最大值和最小值，然后計算N－2個數據
的算術平均值。為了加快測量速度，N一般取值為4。
（二）“死機”現象的克服
當干擾通過總線或其他口線作用到CPU時，就會造成程序計數器PC值的改變，
引起程序混亂，使系統失控。因此，在設計單片機系統時，如何發現CPU受到干擾，
并盡可能無擾地使系統恢復到正常工作狀態是軟件設計應考慮的主要問題。
無論何種控制系統，一般講，死機現象都是不允許的?？朔罊C現象最有效的辦
法就是采用單片機工加了硬件看門狗電路后仍然有死機現象，分析原因，可能有以下
方面：
（1）因為某種原因，程序混亂后，看門狗電路雖然發出了復位脈沖，但在程序
剛剛正常還來不及發出一個脈沖信號，此時程序再次被干擾，而這時看門狗電路已處
于穩態，不能再發出復位脈沖。
（2）程序進入死循環，在該死循環中，恰好又有看門狗監視I/O口上操作的指
令。而該I/O口仍有脈沖信號輸出，看門狗檢測不到這種異常情況。
（3）在有嚴重干擾時，中斷方式控制字有時會受到破壞，導致中斷關閉。
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可見，只用硬件看門狗電路是無法確保單片機正常工作的。因此，可采用以下方
法作為補充。
1、指令兀余
程序跑飛之后，往往將一些操作數作為指令碼執行，從而引起整個程序的混亂，
所謂“指令冗余”，就是在一些關鍵的地方插入一些單字節的空操作數作為指令代碼
執行的錯誤，而是在連續執行幾個空操作后，繼續執行后面的程序，是程序恢復正常
運行。通常只在一些對程序的流向其關鍵作用的指令前面插入兩條NOP指令，指令
冗余使用過多會降低程序執行效果。
2、利用Watchdog（看門狗）使CPU復位
當程序跑飛到一個臨時構成的死循環中時，只能依靠看門狗解決?？撮T狗電路所
起的作用是一旦CPU運行出現故障，就強制對CPU進行硬件復位，使整個系統重新
處于可控狀態，CPU復位是程序跑飛后使其恢復正常運行的最簡單有效的方法。
在Stellaris系列ARM里集成有硬件的看門狗定時器模塊，看門狗定時器可配置
成在第一次溢出(timeout)時向控制器產生中斷，在第二次溢出時產生復位信號，一旦
配置了看門狗定時器，就可以通過寫鎖定寄存器來防止定時器配置被意外更改，在第
一次溢出事件之后，將看門狗定時器裝載(WDTLOAD)寄存器的值重裝入32位計數
器，定時器從該值繼續遞減計數。如果在第一次溢出中斷青春定時器再次遞減計數到
零，并且復位信號己使能，則看門狗定時器將其復位信號發送到系統。這樣，當系統
由于軟件錯誤而無法響應或外部器件不能以期望的方式響應時，使用看門狗定時器可
重新獲得控制。
（三）軟件陷阱法
單片機系統程序跑飛意味著CPU執行不正確流程程序。而當亂飛程序進入非程
序區，采用冗余技術無法使程序納入正確軌道，此時可采用軟件陷阱法，攔截亂飛程
序。軟件陷阱就是用引導指令（如LJMP）將撲獲到的亂飛程序引向復位入口地址
0000H，在此對程序進行出錯處理，使其納入正軌。
①軟件陷阱格式
NOP
NOP
LJMP0000H
②軟件陷阱安排未使用的中斷區；
未使用的大片ROM空間；
程序區；
中斷服務程序區。
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（四）系統復位特征
單片機應用系統采用看門狗電路后，在一定程度上解決了系統死機現象，但是每
次發生復位都使系統執行初始化，這在干擾較強的情況下
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