光伏發電是一種直接將太陽能輻射轉換成為電能的新型發電技術。其系統包括光伏電池、變換器、蓄電池、控制器四大部分。本文從實驗的角度，對光伏并網發電系統進行模擬。基本思路是在單片機C8051F020控制作用下采用正弦波脈寬調制技術(SPWM)對系統進行控制，主電路采用MOSFET為主要元器件的單相橋式逆變電路，經濾波電路濾波后變壓進行輸出。基于此，本設計采用單片機本身的PGA模塊，定時器模塊，完成相應的控制功能，使光伏發電頻率緊跟模擬電網頻率，絕對誤差小于1%，同時實現光伏最大功率跟蹤，在負載變化范圍內DC-AC變換效率可達70%以上，該系統性能相對穩定，能夠滿足本次設計的需要。關鍵詞：C8051F020SPWM最大功率點跟蹤光伏并網發電AbstractPhotovoltaicpowergenerationisadirectsolarradiationistransformedintoelectricitywillbethenewpowergenerationtechnology.Thesystemincludespvbatteries,converter,batteries,controllerfourmost.Thispaper,fromthepointofviewofexperimentofphotovoltaic(pv)gridpowersystemsimulation.ThebasicideaisC8051F020SCMcontrolactioninthesinepulse-widthmodulationtechnology(SPWM)thesystemiscontrolled,maincircuitadoptsMOSFETasthemaincomponentsofsingle-phasebridgetypeinvertercircuits,thefiltercircuitforoutputvariablepressurefiltered.Basedonthis,thisdesignUSESthemicrocontrolleritself,timermodulesofPCAmodule,completingthecorrespondingcontrolfunction,makephotovoltaicpowerfrequencyfollowssimulationgridfrequency,theabsoluteerrorlessthan1%,butalsoachievethemostpowertracing,inphotovoltaicloadchangesrangeDC-ACconversionefficiencymayreach70%above,thissystemperformancerelativestability,cansatisfytheneedofthisdesignKeywords:C8051F020SPWMThemaximumpowerpointtrackingPhotovoltaic(pv)gridgenerationTOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章光伏并網系統國內外發展現狀1-\o"CurrentDocument"§1-1國外光伏并網系統的發展和趨勢-1-\o"CurrentDocument"§1-2我國光伏并網發電的發展-1-\o"CurrentDocument"第二章與電網并網的光伏發電系統2-\o"CurrentDocument"第三章光伏并網發電模擬裝置系統總體設計方案4-\o"CurrentDocument"§3-1系統基本工作原理-4-\o"CurrentDocument"§3-2系統總體設計框圖-4-\o"CurrentDocument"第四章系統的硬件設計4-\o"CurrentDocument"§4-1單片機的方案選擇-4-§4-2DC-AC變換電路設計-5-\o"CurrentDocument"§4-3驅動電路方案設計-5-\o"CurrentDocument"§4-4顯示模塊的方案選擇-6-\o"CurrentDocument"§4-4濾波模塊的設計-6-§4-5欠電壓保護和過電流保護電路-7-\o"CurrentDocument"第五章理論分析與計算7-§5-1MPPT的控制方法與參數計算-7-\o"CurrentDocument"§5-2同頻、同相的控制方法與參數計算-8-\o"CurrentDocument"§5-3濾波參數計算-8-\o"CurrentDocument"第六章軟件設計9-\o"CurrentDocument"§6-1主控程序流程圖-9-\o"CurrentDocument"§6-2SPWM波的實現-9-\o"CurrentDocument"§6-3頻率測量程序流程圖-10-\o"CurrentDocument"§6-4欠電壓過電流程序流程圖-11-\o"CurrentDocument"第七章特殊器件介紹12-\o"CurrentDocument"§7-1C8051F020-12-\o"CurrentDocument"§7-2集成電路IR2113-14-\o"CurrentDocument"§7-3運算放大器LF356-15-\o"CurrentDocument"第八章調試及性能分析16-§8-1測試儀器說明-16-§8-2測試方案-16-\o"CurrentDocument"§8-3測試數據分析-17-\o"CurrentDocument"總結-17-參考文獻18-致謝錯誤!未定義書簽。\o"CurrentDocument"附錄A主程序清單19-第一章光伏并網系統國內外發展現狀§1-1國外光伏并網系統的發展和趨勢太陽能光伏發電技術的開發始于20世紀50年代。光伏發電系統可以分為并網系統、離網系統和混合系統，其中光伏并網發電系統是家庭和商業最受歡迎的光伏系統。逆變器將光伏陣列發出的直流電轉換為交流電并與地方電網連接，使得發出的富余電量都可出售給電網，夜晚則可從電網買電。隨著全球能源形勢趨緊，太陽能光伏發電作為一種可持續的能源替代方式于近年得到迅速發展，并首先在太陽能資源豐富的國家，如德國和日本得到了大面積的推廣和應用。當前，世界上大多數國家都把太陽能的利用作為重點研究、開發的目前國際上對太陽能資源已經十分重視。20世紀70年代以來，鑒于常規能源供給的有限性和環保壓力，世界上許多國家掀起了開發利用太陽能和可再生能源的熱潮。利用太陽能發電的光伏發電技術被用于許多需要電源的場合，上至航天器，下至兒童玩具，光伏電源無處不在。過去，由于太陽電池的生產成本居高不下，光伏發電大多作為專用的獨立運行系統應用在如航天，邊防海島，或是邊遠地區的示范工程等。但是近年來，新型光伏材料的出現，產品價格的不斷下降，轉換效率的提高，電力電子器件的高頻化，高性價比微處理器的推出，先進控制策略的應用，使得光伏并網技術的研究和推廣日益受到重視。光伏產業發生了巨大變化，己經開始向并網發電轉變。并網發電己經成為光伏發電的發展趨勢。并網發電開始于80年代初，但由于當時成本過高，且環境效益還不是很明顯，使得電力公司難以接受。為緩解能源危機，大力利用太陽能，推動光伏發電的迅速發展，西方一些發達國家紛紛出臺有關政策、法規來扶持光伏并網產業。1999年以來在世界各國，尤其是美國、日本、德國等發達國家先后發起的大規模國家光伏發展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激和推動下，世界光伏產業以每年30%以上的增長率保持著高速發展。作為一種可再生的清潔能源，光伏發電將在21世紀前半期超過核電成為最重要的基礎能源之一。如德國“可再生能源電力供應法”中規定2000年開始執行光伏發電上網電價0.99馬克/KWh的優惠政策。日本早在1994年就開始實施“新陽光計劃”，目前己安裝近7萬個太陽能屋頂，預計到2010年要安裝100萬個太陽能屋頂，美國于1997年提出“百萬太陽能屋頂計劃”，規劃到2010年為100萬個家庭安裝太陽能屋頂，每個光伏屋頂將有3到5千瓦光伏并網發電系統。英國“可再生能源法”于2002年初生效，該法強制所有電力供應商要在三年內用可再生能源提供3%以上的電力，2010年可再生能源電力要達到10.4%。近30年來，太陽能利用在研究開發、商業化生產、市場開拓方面都獲得了長足發展，成為世界范圍內快速、穩定發展的新興產業之一。包括太陽能在內的可再生能源在21世紀將會以前所未有的速度發展，并將逐步成為人類的基礎能源之一。§1-2我國光伏并網發電的發展我國于1958年開始研究太陽電池，并于1971年成功地首次應用于我國發射的東方紅二號衛星上。80年代以后，國家開始對光伏工業和光伏市場的發展給以支持，使得我國十分弱小的太陽電池工業得到鞏固和發展并在許多有用領域建立了示范。我國光伏發電的研究開發工作，經過幾十年的努力，取得了不小的成就，在光伏水泵系統、通信光伏電源系統、微波中繼站，陰極保護光伏電源系統，家用光伏電源系統，風光互補發電系統等的系統技術方面，也取得了不少的研究成果和工程經驗。在國家實施西部大開發發展戰略和國內綠色環保工業開始升溫的背景下，2002年國家計委啟動了西部地區送電到鄉的項目，耗資近20億人民幣，有力地推進了我國光伏產業的發展通過國家“七五”、“八五”、“九五”以及“十五”計劃，我國己經在戶用系統、通信電源、光伏水泵、光伏并網方面取得了一些技術成果。在大型光伏電站方面，中科院電工研究所于2004年在深圳世博園成功地實施了IMwp容量的大型光伏并網電站，該電站成為國內首座大型的兆瓦級并網光伏電站。國家科技部己做出相應規劃，有步驟地推進相關的科技創新研究、示范及其產業化進程。上海市政府聯合眾多太陽能知名企業啟動了“十萬屋頂光伏發電計劃”，拉開了國內太陽能發電大規模應用的序幕。隨即，由尚德太陽能電力有限公司承建的無錫市政府40KW屋頂光伏并網發電系統也吹響了江蘇“一千個屋頂光伏發電工程”的號角。這些工程的啟動實施，將在一定程度上代表國際上最先進的用能方式，并將直接影響到我國未來能源利用的發展方向。上海、江蘇等地區推行“太陽能屋頂工程”。2005年8月31日，中國第一座直接與高壓并網的100Kwp光伏發站在西藏羊八井建成并一次并網成功，順利投入運行;2008年北京綠色奧運部分用電也將由太陽能發電提供，中國普及光伏并網發電系統已拉開序幕。我國的光伏產業雖然在近年取得了一定的發展，但相比于蓬勃發展的世界光伏工業，中國光伏工業還處于起步階段，光伏產量和安裝容量僅為世界1%左右。由于政策、資金等因素的制約，總體上我國的太陽能光伏技術仍于初級階段，規模小、技術落后、應用面窄、產品單一，一些關鍵的技術和材料仍不能實現國產化。面對如此巨大的國內市場需求和廣闊的發展前景，要實現光伏產業的快速發展和光伏并網系統的產業化，必須發展具有自主知識產權的光伏并網技術，增加技術積累和鼓勵技術創新。第二章與電網并網的光伏發電系統光伏發電系統直接與電網連接，其中逆變器起很重要的作用，要求具有與電網連接的功能。目前常用的并網光伏發電系統具有兩種結構形式，其不同之處在于是否帶有蓄電池作為儲能環節帶有蓄電池環節的并網光伏發電系統稱為可調度式并網光伏發電系統（圖2-1），由于此系統中逆變器配有主開關和重要負載開關，使得系統具有不間斷電源的作用，這對于一些重要負荷甚至某些家庭用戶來說具有重要意義；此外，該系統還可以充當功率調節器的作用，穩定電網電壓、抵消有害的高次諧波分量從而提高電能質量。不帶有蓄電池環節的并網光伏發電系統稱為不可調度式并網光伏發電系統（圖2-2），在此系統中，并網逆變器將太陽能電池板產生的直流電能轉化為和電網電壓同頻、同相的交流電能，當主電網斷電時，系統自動停止向電網供電。當有日照照射，光伏系統所產生的交流電能超過負載所需時，多余的部分將送往電網；夜間當負載所需電能超過光伏系統產生的交流電能時，電網自動向負載補充電能。圖2-1可調度式光伏發電系統圖2-2不可調度式光伏發電系統第三章光伏并網發電模擬裝置系統總體設計方案§3-1系統基本工作原理該系統主要由最小單片機系統C8051F020,由SPWM信號控制，DC-AC變換電路，濾波電路，檢測保護電路構成。其中以C8051F020為處理器來控制逆變器完成最大功率跟蹤下的光伏發電輸出。模擬電網電壓輸入，頻率45-55HZ并由LCD實時顯示電壓，電流，頻率從而實現光伏并網發電。§3-2系統總體設計框圖光伏并網發電模擬裝置系統總體設計框圖如圖3-1所示：圖3-1總體設計框圖第四章系統的硬件設計§4-1單片機的方案選擇方案一：采用AT89C51單片機進行控制。51單片機外接A/D和D/A比較簡單，操作方便，但是由于本題的功耗要求特別嚴格，對效率的提高不利。方案二：采用低功耗單片機C8051F020，這是一個完全集成的混合信號系統級MCU芯片。內部集成12的A/D和D/A芯片，且這個單片機管腳豐富，操作完全與51單片機兼容。采用JTAG方式，可通過USB口在線下載調試，使用十分方便，并且低功耗便于整體效率的提高。考慮到效率的要求采用方案二。§4-2DC-AC變換電路設計方案一：采用單相半橋逆變電路，它有單個橋臂，每個橋臂由一個可控器件和一個反并聯二極管組成，在直流側接有兩個相互串聯的足夠大的電容，兩個電容的連接點便成為直流電源的中點，該電路簡單，使用器件少。方案二：采用單相全橋逆變電路，它有四個橋臂，可以看成兩個半橋電路組合而成成對的兩個橋臂同時道通，兩對交替各導通180度，與半橋電路相比，輸出波形相同，但其幅值高出一倍，且直流側無需兩個串聯電容器來進行電壓均衡，適用于移相調壓方式，全橋逆變電路是單相逆變電路中應用最多的。其性能好，輸出穩定，符合本次設計需要。綜上分析考慮，采用方案二作為本次設計的系統方案。DC-AC變換電路設計如圖4-1所示：本設計中采用單相全橋式逆變電路，4個MOSFET管組成逆變電路的橋臂，橋中各臂在控制信號作用下輪流導通，它的基本工作方式為180度導電方式，為了使IGBT可靠觸發導通，，觸發脈沖電壓應高于管子的開啟電壓，并且驅動電路要滿足快速轉換和高峰值電流的要求，并能提供適當的保護功能，在設計中采用2個IR2113做為驅動電路。§4-3驅動電路方案設計方案一：利用脈沖變壓器直接驅動MOSFET，來自控制脈沖形成單元的脈沖信號經高頻晶體管進行功率放大后加到脈沖變壓器上，由脈沖變壓器隔離耦合，穩壓管限幅后來驅動MOSFET，其優點是電路簡單，應用廉價的脈沖變壓器實現了被驅動MOSFET與控制脈沖形成部分的隔離。方案二:采用柵極驅動控制專用集成電路IR2113.該芯片可驅動同橋臂的兩個MOSFET，內部自舉工作，允許在600V電壓下直接工作，柵極驅動電壓范圍寬（10V-20V），施密特邏輯輸入，輸入電平與TTL及CMOS電平兼容，死區時間內置，輸出輸入同相，最高工作頻率可達40KHZ。比較以上兩種方案，方案一的不足表現在：高平脈沖變壓器因漏感及肌膚效應的存在較難繞制且容易產生振蕩。方案二芯片性能好，體積小，滿足題目要求，故采用方案二。在驅動回路中，我們采用IR2113實現驅動，如圖4-2所示。驅動器的選擇：專用集成電路芯片IR2113，該芯片為8腳封裝，允許600V電壓下直接工作柵極驅動電壓范圍10-20V，死區時間內置，最高工作頻率可達40KHZ。圖4-2驅動電路§4-4顯示模塊的方案選擇方案一：采用LCD液晶顯示器顯示。采用128X64點陣LCD液晶顯示，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強，調用方便簡單，而且可以節省了軟件中斷資源。其缺點在于顯示內容需要存儲字模信息，需要一定存儲空間，并且點陣型液晶功耗比較大，不適合本設計。方案二：采用LED顯示器。LED顯示器是由LED發光二極管發展過來的一種顯示器件，它具有高亮度。寬視角反應速度快，可靠性高，反應速度快等特點。本設計中只顯示電壓，電流，頻率值，且顯示數據的精度不需要很高，無需顯示繁瑣的文字，字母等。考慮到效率的要求采用方案二。§4-4濾波模塊的設計濾波電路如圖4-3所示:§4-5欠電壓保護和過電流保護電路欠電壓保護電路：對DC-AC變換器的輸入電壓進行電阻分壓，鑒于單片機耐壓值較小，按一定比例取入電壓，通過單片機自帶的AD轉換模塊采集輸入電壓，控制器與低壓限值進行比較，若欠壓則停止DC-AC變換。過電流保護電路：對DC-AC變換器的輸出電壓進行降壓，通過單片機自帶的AD轉換模塊采集輸入電壓，控制器與高壓限值進行比較，若過流則停止DC-AC變換。第五章理論分析與計算§5-1MPPT的控制方法與參數計算光伏系統中，在一定的光照強度和環境溫度下，電池陣列可以工作在不同的輸出電壓下，但是只有在某一輸出電壓時陣列的輸出功率才能達到最大值，即在該工作點能得到當前溫度和日照條件下的最大輸出功率。此點被稱為最大功率點(MaximumPowerPoint，MPP)。因此，如何實時調整光伏陣列的工作點以使其能始終工作在最大功率點，這一直是光伏發電系統研究的重要方向。這個過程的實現就叫做最大功率點跟蹤(MaximumPowerPointTracking，MPPT)。功率的計算公式可以作如下的變換：P=UXI(1)dP/dU=I+UdI/dU(2)若能使(2)式等于零，即dI/dU=-I/U(3)當輸出電導的變化量等于輸出電導的負值時，系統處于最大功率點。這樣就可以根據(3)式中dI/dU與I/U的關系來調整工作點電壓來實現MPPT。圖3是電導增量法的流程圖。采用電導增量法，對工作電壓的調整不再是盲目的，而是通過每次的測量和比較，-7-預估出最大功率點的大致位置，再根據結果進行調整，因此可以動態地實現最大功率點的追蹤，能夠適應于日照強度和環境溫度快速變化的地方。§5-2同頻、同相的控制方法與參數計算頻率檢測既檢測模擬電網頻率，又檢測光伏發電頻率，這是完成并網運行的關鍵，設模擬電網電壓頻率在赫茲范圍內變化，經過零比較器送單片機確定其大小為f0，檢測輸出側電壓頻率fl，通過單片機的定時器模塊進行計時，若系統時鐘為f,計得時鐘個數為n,則相應頻率為n倍的時鐘頻率，單片機對兩個頻率進行比較，完成對DC-AC變換電路的調整。提高效率的方法，效率的分析：輸入功率計算公式：p^=ud-1d輸出功率計算公式：P=Uo1-101由于DC-AC變換器（控制器）完成光伏發電，要求在不同光照情況下以最大效率輸出，且在實際應用中需要在戶外利用，這就要求單片機及一些外圍電路消耗功耗要盡量的低，這也是此次設計的核心問題。為此，在設計本系統時單片機采用低功耗單片機C8051F020,該系統集成了8路12位A/D。減少了外加A/D的損耗。提高效率主要是要降低變換器的損耗，變換器的損耗主要有MOSFET導通損耗，開關損耗，驅動損耗，回路電阻的損耗，和控制部分的損耗，這些損耗可以通過降低開關頻率，選擇低功耗的電阻，合理匹配輸出電阻等方法來降低。影響效率的因素主要包括單片機及外圍電路功耗，單片機及外圍電路供電電路的效率和DC—AC變換器的效率。而提高DC-AC變換器效率可以實質性的提高效率。DC-AC變換器效率門=P。Pd§5-3濾波參數計算已知模擬電網的輸入頻率相對較低，則可選取二階低通濾波器。根據題目通過頻率在45HZ-55HZ之間，確定電容大小560pF，有頻率與電阻之間的關系，可以導出R的取值為470K。第六章軟件設計§6-1主控程序流程圖主控程序首先對系統進行初始化的處理，然后檢測基準輸入電壓頻率，根據檢測到的不同輸入頻率，對逆變電路進行控制，使其輸出相應頻率電壓，并完成相應顯示。流程圖如圖6-1所示：圖6-1主控程序流程圖§6-2SPWM波的實現目前逆變電路大部分均采用PWM控制技術。PWM技術是指對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效的獲得所需要的各種波形。在控制理論中，存在一個重要結論，即面積等效原理：沖量相等而形狀不同的脈沖，加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。這里所說的效果相同，是指環節的輸出響應波形基本相同。為得到脈沖寬度按正弦規律變化并且和正弦波等效的PWM波形所采用的控制技術稱為SPWM調制技術。SPWM即在進行脈寬調制時，使脈沖系列的占空比按正弦規律來變化。當正弦值為最大值時，脈沖的寬度也最大，而脈沖間的間隔最小，反之，當正弦值較小時，脈沖的寬度也小，而脈沖間的間隔較大，這樣的電壓脈沖系列可以使負載電流中的高次諧波成分大為減小，稱為正弦波脈寬調制，SPWM的產生主要有兩種方法，既自然采樣法和規則采樣法。根據采樣控制理論中的沖量等效原理，大小波形不相同的窄脈沖作用于慣性系統時，只要他們的沖量相等，則作用效果基本相同。將一個正弦波K等分，其中每一等分所包含的面積均用一個與之面積相等的，等幅而不等寬的的矩形脈沖代替，使每個矩形脈沖的中心線和等分點的中心線重合，這就是SPWM控制理論依據，由此得到的矩形脈沖序列稱為SPWM波形。該功能主要由C8051F020自身所帶的PCA模塊產生。§6-3頻率測量程序流程圖C8051F020自身所帶的定時器模塊具有捕捉和自動重裝功能，頻率檢測是基于單片機定時器模塊的捕捉功能而實現的，定時器捕捉兩次跳變之間的時間，從而得到待檢測的頻率值，流程圖如圖6-2所示：本次捕捉值減去前次捕捉值根據系統時鐘算的頻率值圖6-2頻率測量流程圖

§6-4欠電壓過電流程序流程圖從而采取相應的C8051F020自身所帶的AD轉換器定時采集電壓值，并判斷是否超限，保護。從而采取相應的圖6-4欠電壓過電流程序流程圖

第七章特殊器件介紹§7-1C8051F020一、C8051F020單片機簡介C8051F020的結構圖如圖7-1所示:□qH□dHHHQANALOGPERIPHERALS圖6-4欠電壓過電流程序流程圖第七章特殊器件介紹§7-1C8051F020一、C8051F020單片機簡介C8051F020的結構圖如圖7-1所示:□qH□dHHHQANALOGPERIPHERALSDIGITALI/O□ACTEMFSENSORUART0UART13MBUISSPIBusPCATimer0Timer1Timer2Timer3Timer410/12-bft100kspsADC/8-bit(5D0ksps\ADCPort0Port1Port2Port3Port4Port5Port612-Bh3051CPU任5MIP§]64KBl-SPFLASH4352BSRAMJTAG22DEBUGCLOCKSANITYINTERRUPTSCIRCUITRYCIRCUITCONTROLHIGH-SPEEDCONTROLLERCORE10064pinmTiTTffMJ_UU_UUUUUU_UUJJUU_UUU_UU圖7-1C8051F020的結構圖二、C8051F020的主要特性C8051F020/1/2/3器件是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，具有64個數字I/O引腳(C8051F020/2)或32個數字I/O引腳(C8051F021/3)。其主要特性如下：高速、流水線結構的8051兼容的CIP-51內核(可達25MIPS)全速、非侵入式的在系統調試接口(片內)真正12位(C8051F020/1)或10位(C8051F022/3)100ksps的8通道ADC，帶PGA和模擬多路開關真正8位500ksps的ADC，帶PGA和8通道模擬多路開關兩個12位DAC，具有可編程數據更新方式6.64K字節可在系統編程的FLASH存儲器7.4352(4096+256)字節的片內RAM可尋址64K字節地址空間的外部數據存儲器接口硬件實現的SPI、SMBus/I2C和兩個UART串行接口10.5個通用的16位定時器具有5個捕捉/比較模塊的可編程計數器/定時器陣列片內看門狗定時器、VDD監視器和溫度傳感器具有片內VDD監視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器的C8051F020/1/2/3是真正能獨立工作的片上系統。三、C8051F020內部資源片內存儲器CIP-51有標準的8051程序和數據地址配置°C8051F單片機內部有256B數據RAM，256BSFR，它們的地址都相互重疊在一塊。內部256BRAM的低128字節可用直接或間接尋址方式訪問，高128字節用于間接尋址。前32個字節為4組通用寄存器區，接下來的16字節既可以按字節尋址也可以按位尋址。C8051F02x中的CIP-51還另有位于外部數據存儲器地址空間的4kB的RAM塊和一個可用于訪問外部數據存儲器的外部存儲器接口（EMIF）。這個片內的4kBRAM塊可以在整個64kB外部數據存儲器地址空間中被尋址（以4kB為邊界重疊）。外部數據存儲器地址空間可以只映射到片內存儲器、只映射到片外存儲器、或兩者的組合（4kB以下的地址指向片內，4kB以上的地址指向EMIF）。EMIF可以被配置為地址/數據線復用方式或非復用方式。MCU的程序存儲器包含64kB的FLASH。該存儲器以512字節為一個扇區，可以在系統編程，且不需特別的外部編程電壓。串行端口C8051F系列MCU內部有兩個增強型全雙工UART、一個增強型SPI總線和SMBus/I2C。每種串行總線都完全用硬件實現，都能向CIP-51產生中斷，因此需要很少的CPU干預。這些串行總線不“共享”定時器、中斷或端口I/O等資源，所以可以使用任何一個或同時使用多個。3.12位數/模轉換器、比較器C8051F020MCU內部有兩個12位數/模轉換器（DAC）。MCU與每個比較器和DAC之間的數據和控制接口通過特殊功能寄存器實現。MCU可以將任何一個DAC或比較器置于低功耗關斷方式。DAC為電壓輸出方式，有靈活的輸出更新機制。這一機制允許用軟件寫和定時器2,定時器3及定時器4的溢出信號更新DAC輸出。對于C8051F020，DAC的電壓基準由專用的VREFD輸入引腳提供。DAC在作為比較器的參考電壓或為ADC差分輸入提供偏移電壓時非常有用。C8051F020MCU有3個片內模擬比較器。比較器的回差電壓和響應時間可以用軟件編程。每個比較器都能在上升沿、下降沿或在兩個邊沿都產生中斷。這些中斷能將MCU從休眠方式喚醒。比較器0可以用作復位源。比較器的輸出狀態可以用軟件查詢或通過設置交叉開關連接到端口I/O引腳。比較器可以在不使用時編程為低功耗關斷模式。4.12位模/數轉換器C8051F020內部有一個12位8通道逐次比較型的A/D轉換模塊，其最高轉換速度可以達到100KSPS。并且具有內部可編程PGA程控電路，可以對輸入信號進行增益放大。A/D參考電壓可以由內部參考基準源提供，內部基準典型值為2.43V。內部并且提供溫度傳感器，可進行溫度測量，此功能可以用于環境溫度檢測。通過內部的模擬通道選擇開關，可以最多8通道分時A/D轉換，可以靈活的通過軟件設置ADBUSY、定時器3溢出CNVSTR上升沿進行A/D轉換啟動信號。§7-2集成電路IR2113一、IR2113器件簡介1.IR2113引腳排列圖如圖7-2所示：8HO工9TOD海JIL.0H1NVS七1hi,SD4,12UNv<.Vw13VSSCOM「14'T.Q圖7-2IR2113引腳排列圖IR2113的主要功能IR2113由低端功率晶體管驅動級、高端功率晶體管驅動級、電平轉換器、輸入邏輯電路組成它。把驅動一高壓側和一低壓側MOSFET或IGBT所需要的絕大部分功能集成在芯片內。因MOS器件的柵極具有容性輸入特性，即它們是通過提供一些電荷給柵極而導通，而不需要提供電流，這樣可以利用IR2113的VB、VS間的外接電容和VB腳的二極管構成隔離電源。IR2113有比較完善的保護功能，對于低壓側通道，當VCC低于規定值（如8.2V）,欠壓鎖定將會阻斷任何一個通道工作；對于高壓側通道，當VS和VB之間電壓低于限定值（如8.3V），欠壓自鎖會關斷柵極驅動。IR2113的性能、參數IR2113采用HVIC和閂鎖抗干擾CMOS制造工藝，雙列直插14腳封裝。具有獨立的低端和高端輸入通道；懸浮電源采用自舉電路，其高端工作電壓可達500V，dv/dt=±50V/ns，15V下靜態功耗僅116Mw；輸出的電源端（腳3,即功率器件的柵極驅動電壓）電壓范圍10?20V；邏輯電源電壓范圍（腳9）5?15V，可方便地與TTL，CMOS電平相匹配，而且邏輯電源地和功率地之間允許有土5V的偏移量；工作頻率高，可達500kHz；開通、關斷延遲小，分別為120ns和94ns；圖騰柱輸出峰值電流為2A。IR2113由三個部分組成：邏輯輸入，電平平移及輸出保護。如上所述IR2113的特點，可以為裝置的設計帶來許多方便。尤其是高端懸浮自舉電源的成功設計，可以大大減少驅動電流。典型應用方向

美國IR公司推出的IR2113驅動器，兼有光藕隔離（體積小）和電磁隔離（速度快）的優點，是中小功率變換裝置中驅動器件的首選。利用IR2113同時直接驅動高壓側和低壓側場效應管的特點可設計出相應的半橋驅動電源電路.電源電路設計基于IR2113的結構和特點，設計的半橋驅動電源方框圖如圖7-3所示。AC220"輸入整流濾

波+310V參數設定AC220"輸入整流濾

波+310V參數設定PWM發生器―?IR2113半橋驅動器―?DC\AC變換級?直流疊加高壓輸出保護電路圖7-3基于IR2113設計的半橋驅動電源方框圖§7-3運算放大器LF356一、LF356器件簡介1.LF356的引腳排列圖如圖7-3所示1-OffsetNull5-OffsetNull2-Invertinginput6-OutputNon-invertinginput7-Vcc+Vcc-1-OffsetNull5-OffsetNull2-Invertinginput6-Output圖7-3LF356的引腳排列圖二、LF356其引腳功能1.BAL12.負輸入端3.正輸入端4.負電源5.BAL26.輸出7.正電源8.空三、LF356主要性能集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高，輸入偏置電流非常小，IIB為幾皮安到幾十皮安。實現這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入阻抗的特點，用場效應管組成運算放大器的差分輸入級。用FET作輸入級，不僅輸入阻抗高，輸入偏置電流低，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優點，但輸入失調電壓較大。常見的集成器件有LF356、LF355、LF347及更高輸入阻抗的CA3130、CA3140等。運算放大器LF356雙列8腳封裝，電壓反饋型，場效應差分輸入級，輸入10的12次方歐阻抗，增益帶寬5MHz，轉換速率12V/us，輸入偏置電流30PA，工作電壓±18V，靜態電流5山入，輸入失調電壓3mV，功耗120-300mW。第八章調試及性能分析§8-1測試儀器說明一、調試所需的儀器1.HONGHUA示波器頻率范圍40MHz型號：OSCiLLOSCOPE5040B2.直流穩壓穩流電源型號：WG17323.數字萬用表型號：ViCTOR4.數字示波器型號：RIGOLDS5202CAE5.數字合成函數信號發生器/計算器型號：NPF20§8-2測試方案調試過程中采取先軟，硬件分別調試，后整體調試的方案。硬件檢測：先進行電路板的靜態調試，檢測電路的焊接是否正確然后通電檢測。實驗室制作時可以結合信號源，示波器進行綜合硬件測試分析。給逆變電路加方波信號，則輸出側響應輸出方波信號。軟件測試：軟件分為各個子模塊，并對各個模塊分別檢測，本系統的軟件程序完全由C51編寫，C語言效率高，但同時也存在一些缺點，比如嚴格定時比較困難。在調試過程中采取的是自上至下的調試方法，單獨調試好每一個模塊，然后在聯結成一個完整的系統調試。對SPWM信號產生模塊而言，分別給定45赫茲，50赫茲，55赫茲的模擬電網電壓，通過示波器觀測輸出波形，檢測是否達到所需波形，進過多次測試，可知輸出波形能夠滿足本次設計需求。軟硬件結合檢測：控制器與硬件電路整合，直流電源模擬光伏電池，通過信號發生器給定模擬電網電壓的頻率值，觀測并記錄輸出端的頻率值。初步測試時，光伏發電模擬裝置能基本工作。§8-3測試數據分析置模擬電網輸入頻率，記錄現實的輸出值，通過示波器觀察逆變輸出側的波形，讀取相應頻率值。記錄值如表8-1所示：表8-1測試數據分析表模擬電壓輸入頻率顯示頻率示波器輸出頻率454445.54746.546.5494949515050535252通過進行分析，計算比較，與理論值相符。總結光伏并網發電作為太陽能發電形式的一種，由于其自身的優點逐漸成為光伏發電的趨勢。此次設計主要設計了光伏并網系統的框圖和和各單元電路以及軟件程序的編寫。由于時間倉促和所學知識有限，有很多不很理想的地方，望老師和同學指正。通過這次設計使我對光伏并網發電有了一定的了解，加深了對單片機的用途的掌握，熟悉了工程設計的步驟，鍛煉了工程設計實踐能力同時培養了自己獨自設計能力。此次畢業設計是對我專業知識和專業基礎知識一次檢驗和鞏固，同時也是我走向工作崗位的一次熱身。同時這次畢業設計收獲也很多，比如學會了如何查找相關資料，如何分析數據，它提高了自己分析問題的能力。期間查找資料，與同學交流，反復修改，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。此外做事情要有認真嚴謹、實事求是的態度和不怕困難、堅持不懈精神也是我在這次論文設計中所體會到的。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學習和工作有很大的幫助。但是畢業設計也暴露出自己專業基礎的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業知識的能力，對材料的不了解等等。這次設計是對自己年所學知識的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄。雖然馬上要畢業了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該努力學習，完善自己。此次論文的完成既為大學生涯劃上了句號，也為將來的人生之路做了個很好的鋪墊。參考文獻馬忠梅等.單片機的C語言應用程序[M].北京:北京航空航天出版社,2007黃智偉.全國大學生電子設計競賽訓練教程[M].北京：電子工業出版社,2005王兆安等.電力電子技術[M].北京:機械工業出版社,2006馬明建，周長城.數據采集與處理技術[M].西安:西安交通大學出版社,2000何立民，單片機應用系統設計[M].北京:北京航天大學出版社,1994郁有文，傳感器原理及工程應用[M].西安:西安電子科技大學出版社,2003蘇平.單片機原理與接口技術[M].北京：電子工業出版社,2006王延才主編.電子線路Protel99使用指南[M].北京：機械工業出版社.楊頌華.馮毛官,孫萬蓉等主編，數字電子技術基礎[M].西安：西安電子科技大學出版社.2003周立功單片機中國電子網HYPERLINK"http://