【正文】 業(yè)論文 10 在比較 8098 與 MCS— 51 系列時發(fā)現： 8098 硬件結構具有很多明顯的優(yōu)勢，它具有以下功能： 1） 17 位計算邏輯單元對與其配合的 256 個字節(jié)的片內寄存器組合可直接進行操作。這些寄存器全都具有累加器的功能。從而提供了高速的數速處理和頻繁的輸入輸出功能，取消了累加器的瓶頸效應。 2） 高效的指令系 統(tǒng)： 8098 可進行高速算術運算， 16 位加法只需 1? s 即可以完成。 16 位乘法和 32 位對 16 位的除法也不過用 ? s 這是 MCS— 51 無法與之相比的。 3）四通道 10 位 A/D 轉換器。當晶振為 12MHZ 時， A/D 轉換時間為 22? s。 4）可編程高速輸入 /輸出 HSIO。高速輸入器可用內容定時器 1 作時鐘來記錄外部事件發(fā)生的時間，一共記錄 8 個事件；高速輸出可以按預定時間去觸發(fā)某事件，并可 根據需要掛號 18 個事件。所謂高速，是指一旦對高速輸入 /輸出機構編程后，它便可自動完成上述功能而無需 CPU的干預。當晶振為 12MHZ 時，其測量或產生脈沖的分辨率為2? s。 5）八個中斷類型包括有 20 個中斷源。每個中斷類型分別對應各自的中斷向量。 6）全雙工同步 /異步串行口。與 MCS51 系列單片機一樣有四種操作方式，可方便把實現 I/O 擴展，多機通信與 CRT終端等設備進行通信等。 重慶工學院畢業(yè)論文 11 7）可用以作為 D/A 轉換的脈沖調制輸出 PWM。它可以直接驅動某些電機，也可以經過外部積 分電路作直流輸出。D/A 轉換的分辨率是 8 位。當采用 12MHZ 晶振時，其脈沖周期為 64? s. 8）十六位監(jiān)視定時器 WDT。當用戶系統(tǒng)的軟，硬件發(fā)生故障時， WDT 可以使用用戶復位重新啟動用戶程序。 9）兩個 16 位定時器，定時器 1 在系統(tǒng)中作為標準時鐘。不停的對內部時鐘脈沖進行循環(huán)計數。定時器 2 主要用于對外事件計數。 10）四個軟件定時器。它們均受高速輸出機構 HSO 的控制。通過程序可使 HSO 在預定時間產生中斷。每當預定的時刻已到。 HSO 單元便把軟件定時器標志置 1，并出發(fā)軟 件定時器的中斷。 11）芯片配置寄存器 CCR8098 可以通過 CCR 的設置對總線控制信號的定義進行選擇。并對就緒控制安排有若干運行方式。從而提高了總線的靈活性，減輕訪問慢速器件時對片外硬件的要求。 上述性能使 8098成為 8位微控制器工業(yè)中無與倫比的高級產品。也由于它的這些性能，自帶 A/D 轉換器，可編程高速輸入 /輸出口 HSIO。故，按照本次設計的需要，我們決定用 8098 單片機芯片來完成。 重慶工學院畢業(yè)論文 12 A/D 轉換技術 A/D 轉換概念 A/D 轉換電路的轉換精度主要包括兩個方面，一是分辨率，二是轉換誤差。分辨 率主要反映 A/D 轉換電率對輸入微小模擬量的敏感程度，也就是最大與最小模擬量之間可以用多少個編碼來表示。一般用輸出數字量編碼的位數 n 來表示。例如，對于 0—1V之間的輸入模擬電壓，如果用 3 位的二進制編碼表示， 72?? V ；用 4 位的二進制編碼編碼表示， 152?? V。可見，編碼位數 n 越大，對輸入模擬量的表示越細微，分辨率越高。但是，編碼位數越多，編碼的存儲和處理工作任務越重。在工程實際中，應具體問 題分析，合理地選擇編碼位數。 由于模擬電壓值與量化值之間存在量化誤差，因此 A/D 轉換電路的精度還與量化誤差，量化誤差越大，轉換精度越低。因此，應盡量采用量化誤差小的量化編碼方案。按照前面對線性編碼方案的討論，較好的編碼方案其來年規(guī)劃誤差一般為12 121 11 ???? ?? nn ，即 21?? LSB（ LSB 為低編碼位表示的值，即最小量化單位 ? ）。 A/D 轉換電路的精度還受電路中各元器件參數的影響，因此要求參考電源 REFV 要穩(wěn)定并選用增益穩(wěn)定且漂移小的運算放大器。 重慶工學院畢業(yè)論文 13 8098 內帶 A/D 轉換器 單片機 8098 中有自帶 A/D 轉換器。 8098 片內集成模擬采集模塊，如圖所示。該模塊包括一個四通道的模擬多路轉換開關，采樣保持電路以及 10 位的模 /數轉換器。 8098 由 A/D 命令寄存器ADCOMMAND 選定某一模擬通道，通過模擬采集模塊對輸入的模擬信號進行采樣和保持，并將其轉換成數字信號存入 A/D 結果寄存器 AD— RESULT 中。 四路 模擬 輸入 8089 單片機一次 A/D 轉換只能是對于其所選定的一路通道，8089 可以選擇四路通道（ 、 、 、 ）中的任意一路。另外， A/D 轉換時間固定為 88 個狀態(tài)周期，其中包括 4 個狀態(tài)周期的采樣時間，當采用 12MHZ 晶振時， A/D 轉換器完成一次轉換所需時間為 22? s。 8089 的 A/D 轉換器采用的是逐次比較方式來完成模擬 /數字信號的轉換，其內部共 有 1024 個內部基準電壓與模擬輸入信號進 4 選 1 模擬門 取樣保持器 逐次比較A/D 轉換器 控制邏 輯 0 A/D結果高位 7 A/D結果低位 A/D命令 》 重慶工學院畢業(yè)論文 14 行比較，結果產生 10 位二進制碼（ 個不同代碼10242 10 ? ）的數字信號。 8089 的 A/D 轉換結果是單調式的，且為不丟失碼。所謂單調性，是指若模擬輸入電壓有所變化。甚至是微小的變化，那么，轉換后的數字輸出不是原值不變，就是沿著與模擬量變化的同一方向變化。所謂不丟失碼，是指對每個 10 位輸出碼，都有一個僅僅產生這個輸出碼的惟一輸入電壓范圍，也就是說， 1024 個輸出碼中，沒有一個是不存在的。 A/D轉換器的模擬輸入電壓必須在 0~ REFV (通常 VVREF 5? )之間。當輸入電壓為 INV （ 0~5V）時， A/D 轉換器輸出的數字量 D為 A NG NDV A NG NDVD REFIN ???? 1023 次比較型 A/D 轉換器 逐次比較型 A/D 轉換器電路的基本工作原理是，當“開始轉換”信號有效后，計數電路在脈沖信號的控制下，送給數據寄存器初始的比較數據，該數據經由數據寄存器輸出到 D/A轉換電路，轉換為對應的模擬電壓，輸入模擬信號與 D/A 輸出的模擬信號相比較，如果不相同，則 控制計數電路進行遞增計數。計數電路的輸出數據再次經由數據寄存器送入 D/A 轉換電路，再次與輸入模擬信號比較，直到比較器輸出為 0（輸入信號幅度相同），這時停止計數，發(fā)出轉換結束信號。同時，當前數據寄存器輸出端的數重慶工學院畢業(yè)論文 15 據送到輸出寄存器。由于其對模擬信號的量化過程靠依次對每個量化值進行比較判斷，因此逐次比較型 A/D 轉換電路需要一定的轉換時間，其特點是轉換速度較慢。 x(t) y(t) 轉換開始 轉換結束 逐次比較型 A/D 轉換電路的基本結構 集成穩(wěn)壓 整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。 橋式整流電路 工作原理：圖中 rT 為電源變壓器，它的作用是將交流電網電壓 1u 變成整流電路要求的交流電 tVu ?sin2 22 ? , LR 是要求直流供電負載電阻，四只整流二極管 41 ~DD 接成電橋形。 222 VVL ??= D/A 轉換電路 數據寄存器 計數電路 輸出寄存器 重慶工學院畢業(yè)論文 16 rT 電 壓 電 LV 網 單相橋式整流電路 濾波電路 工作原理：用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯電容器 C，或與負載串聯電感器 L，以及由電容電感組合而成的各種復式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲能功能，當電源電壓低時，并聯的電容 C 就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，即電容C 具有平波的作用。電容器濾波主要用小功率電源中。單相橋式整流，電容濾波電路整流元件只在受正向電壓作 用下才導通，否則就截止。 在電容 C 兩端的情況：設電容器兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當 2u 為正半周期時， 2u 通過 1D 和 3D 向電容器 C 充電； 2u 為負半周期經過 4D 和 2D 向電容器充電，充電時間常數是 CRint?? ，其中 intR 包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管 D 的正向電阻。由于他很小，一般電容器可以很快重慶工學院畢業(yè)論文 17 的充到交流電壓 2u 的最大值 22V 。由于電容無放電，所以輸出的是一個恒定的直流。 線性穩(wěn)壓器 78XX， 79XX 的運用 78XX/79XX 系列是常用三端固定電壓集成線性穩(wěn)定器， 78XX 系列為正電壓輸出穩(wěn)壓器， 79XX 系列為負電壓輸出穩(wěn)壓器。 7805 表示輸出正電壓 +5V， 78 表示輸出正電壓 +12V， 79 表示輸出負電壓為 12V。若穩(wěn)壓器輸出端與濾波器有一定距離時，為保證電路的穩(wěn)定性必須加接一制并聯電容 1C ，其值約 f? 。改善穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應也須在輸出加接一只并聯電容 2C ，其值約 F? 。這樣輸出的電壓就是一定的了。 78XX 系列穩(wěn)壓器的基本接法 本次設計選擇的恒流源如下圖所示，通過對單相橋式整流電路和 78XX， 79XX 穩(wěn)壓器的聯合運用進行穩(wěn)壓。 . 1C 2C 0V 1?C 2?C V 78XX 79XX 重慶工學院畢業(yè)論文 18 檢測部分 電壓檢測 由于微機輸入電壓信號的接受范圍是（ 0~5v）。 i V 輸入范圍為（ 12v~12v），計算圖中所示的電阻： 滑動變阻器在中間位置，可供左右滑動。即 13R? = ?13R = 213R且 2181818 RRR ???? 由于運算放大器虛短及虛斷的原理，1U = ?1U =0V， 53 UU ? 重慶工學院畢業(yè)論文 19 在閉環(huán)電路中， Ai 01? ， Ai 02? 運放 A1 處： 則 有關系112191 R UUR UVi ??? = ???13125RR UU = ??13145RR U 運放 A2 處，由于虛短虛斷有關系式： ??? 1817 612 RR UV=163618196 R UURR U ???? 且滿足關系 當 iV =12V 4V =5V 當 iV =12V 4V =0V 設定電阻： 11R =1K 14R =1K 10R =1K 17R =1K 16R =1K 9R =10K 19R =5K 15R =2。 5K 12R =2K 可以推出： 13R =2K 18R =25K 電流檢測 將電流轉換成電壓，其原理和電壓檢測原理相同： 在輸入中， 1U = 2U =0V 由于運算放大器虛短虛斷原理故有： ?0i =0A ?1U 1U = ?0i 11R ?1U = 110Ri 通過簡單的 運用電壓電流關系 U=RI 重慶工學院畢業(yè)論文 20 可以把電流 I 轉換為電壓 U。 執(zhí)行部分 對無功功率補償，我們用的方案是電力電容器的投切，并保證電容器的安全經濟的運行。從安全的角度講，要求控 制裝置具有防止電容器面受過電流，過電壓的襲擊；從可靠的角度出發(fā)，則要求控制的動作正確，耐用；從經濟的角度出發(fā)，則要求控制具有較高的投入率，防止過補償現象。一般現行的控制裝置大體上分為四種類型：電壓控制型，時間控制型，功率硬實控制型，兼而有之混合型。在此我們用到的是：功率因素控制型。 ? 超前 AI ，即AU與 AI 之間是感性阻抗時，且功率因素大于 ，此時，電路無需無功功率補償，結果直接輸出。 ? AU 超前 AI ，即AU和 AI 之間是感性阻抗，但功率因素在（ 0— ）之間，此時電路需要投入電力電容，進行無功補償。