【正文】 + +5vQ D D QefUca310V++ahcd12+5v10kv3LM33910k74LS0274LS00G1G2G3G474LS74A B C8 0 3 1P 3 . 0T 0T 1A L E 圖 接口電路 程序框圖 程序流程圖見圖 。因 ALE脈沖頻率在 8031執(zhí)行非 MOVX類指令時(shí)是最穩(wěn)定的，且為 1/6晶振頻率。 圖 功率因數(shù)角的測量 因?yàn)樵?π /2 ～π /2 之間 sinφ 是單調(diào)增函數(shù)以 φ 代替 sinφ 不影響判據(jù)的正確性。然后在每個(gè)觸發(fā)器在其時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。圖 314給出了定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 Tl詳細(xì)的內(nèi)部電路示意圖，以 TO為例進(jìn)行電路分析。我們做豎式除法時(shí)，從被除數(shù)的最 高位開始比較大小，然后從高位到低位，依次右移比較。運(yùn)算完成后將 B寄存器中的內(nèi)容送到累加 器，并且將 TMP2的內(nèi)容送到 B寄存器中。我們做豎式乘法時(shí)，從第二個(gè)乘數(shù)的最低位開始相乘，以其為參照是左移相加。乘法運(yùn)算前要先進(jìn)行取數(shù)操作，取數(shù)后將乘數(shù) b5放在累加器 ACC中，另一個(gè)乘數(shù) 89放在 B寄存器中。 (2)每組時(shí)鐘信號產(chǎn)生電路中，同組信號 C1， C2或 C3， C4互相影響，并分別與原來的時(shí)鐘信號 ， CLK相或 ，然后槍出 C2， C1或 C4， C3。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 23 (2)MOS管 P2， N2的柵極分別接到低電平和高電平上，使 P2， N2處于恒導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于 P1， N1的柵極分別通過一個(gè)電阻后接到高電平和低電平上，而不是直接將 P1， N1的 柵極接到芯片電源的高、低電平上。 MCS51單片機(jī)的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器原理 1．時(shí)鐘電路 MCS51單片機(jī)具有片上振蕩器如圖 ，可以用作 CPU的時(shí)鐘源。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 21 圖 單字節(jié)單周期指令的取指 /執(zhí)行時(shí)序 對于單字節(jié)單周期指令如圖 ， S1P1狀態(tài)時(shí)讀入需要的操作碼。如果EA總是保持低電平，則只訪間外部程序存貯器，也就是說，無論是否有 內(nèi)部程序存貯器，所有的程序取指都是直接指向外部 ROM的。 2． MCS51單片機(jī)的工作原理 MCS51系列單片機(jī)工作時(shí)首先要進(jìn)行復(fù)位。 (6)全雙工 URAT(通用異步接收發(fā)送器 )。 RXD為串行輸入口， TXD為串行輸出口， INTO，INT1分別為外部中斷 0， 1的輸入， T0、 T1分別為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0、 1的外部輸入， WR對應(yīng)于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫選通，控制線 PSEN葉外取址控制、 ALE(地址鎖存控制 )、 T4 (葉外存儲(chǔ)器選擇控制 )、 RESET(復(fù)位控制 )。他們的指令系統(tǒng)與芯片引角完全兼容。 (2)單片機(jī)在工業(yè)測控中的應(yīng)用。只有當(dāng)程序遇到轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令，或遇到中斷時(shí)（后面將介紹）， PC才轉(zhuǎn) 到所需要的地方去。由于 PSW 存放程序執(zhí)行中的狀態(tài)，故又叫程序狀態(tài)字 ?運(yùn)算器中還有一個(gè)按位（ bit）進(jìn)行邏輯運(yùn)算的邏輯處理機(jī)（又稱布爾處理機(jī)）。如果操作結(jié)果在最高位有進(jìn)位（加法）或者借位（減法），則該位為 1，否則為 0。累加器 ACC是一個(gè)八位寄存器，它是 CPU 中工作最頻繁的寄存器。因而，人們就用一些助記符（ Mue monic） ——通常是指令功能的英文縮寫來代替操作碼，如 MCS－ 51 中數(shù)的傳送常用 MOV（ Move 的縮寫）、加法用 Add(Addition 的縮寫）來作為助記符。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是一種可編程器件，只 “ 認(rèn)得 ” 二進(jìn)碼（ 0、 1）。 所有這些取數(shù)、送數(shù)、相加、存數(shù)等等都是一種操作（ Operation），我們把要求計(jì)算機(jī)執(zhí)行的各種操作用命令的形式寫下來，這就是指令。所謂硬件（ Hardware），就是看得到，摸得到的實(shí)體。 ，完成了整個(gè)硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試。電容器對電網(wǎng)諧波電流的放大是一個(gè)不可忽視的問題。有的控制器為了降低成本和提高運(yùn)算速度，只采樣一相電壓電流信號，使得當(dāng)三相負(fù)載不平衡時(shí)，很難準(zhǔn)確測量無功功率，造成有的相過補(bǔ)，有的相欠補(bǔ)。在 70年代末產(chǎn)生 的 無 功 補(bǔ) 償 方 法 晶 閘 管 投 切 電 容 器 (Thyristor Switching CapacitorTSC)技術(shù)，則可以完全克服這些缺點(diǎn)，做到無過電流、無過電壓、無電弧。本課題所研究的，便是增加了電網(wǎng)監(jiān)測與通信功能的晶閘管投切電容器 (TSC)控制系統(tǒng)。 面對電力系統(tǒng)發(fā)展中的矛盾和問題，來自直流輸電競爭的壓力以及已有后來屬于靈活交流輸電技術(shù) (FACTS)部件的初始研制和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)積累，隨著電力電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，在 80年代后期由美國電力科學(xué)研究院正 PRI)的 (FACTS)和用戶電力技術(shù) (Custom Power)的概念。1991年以來，多次舉辦了專門討論功率定義和測量問題的國際 會(huì)議，但迄今為止，尚未找到徹底解決問題的理論和方法。據(jù)估計(jì)，在未來五年里，農(nóng)村電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償裝置的容量需要 ，城市電網(wǎng)則大約需要 。僅此一項(xiàng)節(jié)約電能潛力約為每年 480600億度。針對本系統(tǒng)的應(yīng)用對象，確定了本系統(tǒng)中所應(yīng)用的無功電流實(shí)時(shí)檢測理論和方式、補(bǔ)償電容器接線 和分組方式、補(bǔ)償電容器投入時(shí)刻的選擇等關(guān)鍵技術(shù) ； 在分析電網(wǎng)的頻率特性和功率因素動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的性能特點(diǎn)基礎(chǔ)上，對功率因數(shù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。由于傳輸線路長、用電設(shè)備功率需求量大，且用戶多以感性負(fù)載為主，所以電網(wǎng)功率因數(shù)普遍較低，無功功率得不到補(bǔ)償，致使能源浪費(fèi)較大，設(shè)備損耗嚴(yán)重，給電力部門和用戶造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。采用有級調(diào)節(jié)補(bǔ)償方式，將導(dǎo)致補(bǔ)償精度較差、節(jié)能效果不理想，而其延時(shí)性使得電網(wǎng)無功功率補(bǔ)償在時(shí)間上得不到完全滿足，跟隨性不好 (最快只能為 10秒 )，從而影響其補(bǔ)償效果，大大限制了節(jié)能效率的發(fā)揮。它能實(shí)現(xiàn)遙測各回 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 7 路各控制單元 (子站 )的電量參數(shù) ； 遙調(diào)各個(gè)子站遠(yuǎn)距離上傳、下載各種保護(hù)設(shè)定值和特性曲線 ： 遙控各個(gè)子站進(jìn)行遠(yuǎn)程儲(chǔ)能 (框架斷路器 )、合閘、分閘、啟動(dòng)、停車 (馬達(dá)控制回路 )等操作 ； 遙訊 各種信息資源查詢、故障記錄，日記報(bào)表等，以及電網(wǎng)管理、成本分析、電網(wǎng)質(zhì)量和負(fù)荷分析等。因此，在靜態(tài)補(bǔ)償裝置的基礎(chǔ)上，人們又增加了一個(gè)較小容量的電抗器，用微機(jī)控制下的晶閘管進(jìn)行電流調(diào)節(jié) (電抗器容量大約為電容器總?cè)萘康?20%)，使電網(wǎng)無功得到連續(xù)地、動(dòng)態(tài)地補(bǔ)償，這種補(bǔ)償方式簡稱為 TSC+TCR方式。 FACTS作為一項(xiàng)電力系統(tǒng)的新技術(shù)，不僅僅指單項(xiàng)的控制器，而是以分階段方式可單一或組合地用于控制有內(nèi)在聯(lián)系的參數(shù)控制器組合體，目前尚處在蓬勃發(fā)展的初級階段，但近年來發(fā)展十分迅速，所包含的器件種類不斷增加。 (2) 電容器組合閘的沖擊電流一般為額定電流的十幾倍到幾十倍，比三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的沖擊電流還大。 (2) 由于采取的補(bǔ)償目標(biāo)不合理，補(bǔ)償裝置普遍存在投切振蕩問題。疊加在電容器的基波電流上的諧波電流，使電容器的運(yùn)行電流有效值增大，溫升增高，甚至引起過熱而降低電容器的使用壽命或使電容器損壞。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 12 電容投切控制器和電量檢測儀兩套裝置在低壓配電網(wǎng)中并列運(yùn)行，無論是在成本上還是在管理上都是個(gè)問題，所以本論文采用了了一種將二者合二為一的設(shè)計(jì)方法，使得裝置在投入成本上大大降低，在管理上更加靈活方便。 16位單片機(jī)除了 CUP為 16位以外，片內(nèi) RAM和 ROM的客量進(jìn)一步增大，片內(nèi) RAM增加為 232字節(jié)， ROM為 8K字節(jié)，且片內(nèi)帶有高速輸入 /輸出部件，多通道 10位 AID轉(zhuǎn)換器，具有 8級中斷等。單片機(jī)所以能自動(dòng)地進(jìn)行運(yùn)算和控制，正是由于人把實(shí)現(xiàn)計(jì)算和控制的步驟一步步地用命令的形式，即一條條指令（ Instruction）預(yù)先存入到存貯器中，單片機(jī)在 CPU的控制下，將指令一條條地取出來，并加以翻譯和執(zhí)行。單片機(jī)用戶為解決自己的問題所編的指令程序，稱為源程序（ Source Program）。所以，在指令系統(tǒng)中有單字節(jié)指令，也有多字節(jié)指令。由機(jī)器碼構(gòu)成 的用戶程序一旦 “ 進(jìn)入 ” 了單片機(jī)，再 “ 啟動(dòng) ” 單片機(jī)，就可讓它執(zhí)行輸入程序所規(guī)定的任務(wù)。 PSW CY AC FO RS1 RS0 OV P 對用戶來講，最關(guān)心的是以下四位。 (4)奇偶標(biāo)志 P。單片機(jī)動(dòng)作時(shí)應(yīng)按順序一條條取出指令來加以執(zhí)行。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元地址和存儲(chǔ)單元的內(nèi)容是不同的兩個(gè)概念，不能 混淆。 單片機(jī)愈來愈廣泛地應(yīng)用于日常生活中的智能電氣產(chǎn)品以及家電中。例如 ：單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品相結(jié)合后簡化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)控制智能化，成為新一代的機(jī)、電一體化產(chǎn)品 ； 利用單片機(jī)來構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等 ； 在大型工業(yè)測控系統(tǒng)中，單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，與計(jì)算機(jī)主機(jī)并行工作，可以大大提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。 (3)8bit最優(yōu)化的用于控制應(yīng)用程序的 CPU。其中，微處理器由運(yùn)算器和控制邏輯組成，主要包括累加器 (ACC).B寄存器、臨時(shí)存儲(chǔ)器 (TMP TMP2)、算術(shù)運(yùn)算單元 ALU等。工作狀態(tài)下，每當(dāng) ALE是 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 20 高電平的第一個(gè)時(shí)鐘 (SlP2， S4P2)， P2口被拉低而 PO口為高阻態(tài)。 MCS51單片機(jī)的時(shí)序功能分析 MCS51單片機(jī)的機(jī)器周期是由內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器定義的序列狀態(tài)組成，每個(gè)機(jī)器周期包括 6個(gè)狀態(tài)，從 S1到 S6。 對于單字節(jié)雙周期指令如圖 ，第一個(gè)機(jī)器周期 SiP1狀態(tài)時(shí)讀入所需的指令操作碼， S4P1以及第二個(gè)機(jī)器周期 SIP1， S4P1狀態(tài)不斷讀入下一條指令的操作碼并丟棄。而 XTAL1， XTAL2均 為 CMOS型芯片的外引腳，因此在 XTAL1， XTAL2端均加上保護(hù)電路如虛線框內(nèi)電路 電路 2所示，相當(dāng)于分別連接了 2個(gè)二極管。 圖 產(chǎn)生 2組內(nèi)部時(shí)鐘信號電路 分析圖 ： (1)CLK端為時(shí)鐘信號，與 XTAL1端時(shí)鐘信號頻率相同。 ALU可以進(jìn)行加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算，分別以 b5*89= 60(高位 )DD(低位 )H和 a5=04=02H(商 )29H(余數(shù) )為例說明 ALU如何進(jìn)行乘法以及除法運(yùn)算。運(yùn)算完成后將 B寄存器中的內(nèi)容送到累加器，并且將 TMP2的內(nèi)容送到 B寄存器中。整個(gè)除法運(yùn)算過程中，累加器的值保持 a5不變化。運(yùn)算完成之后，將 TMP2中的值送入累加器。而每個(gè)機(jī)器周期是 12個(gè) 振蕩器周期的 12倍，因此“定時(shí)器”功能也可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)機(jī)器周期，當(dāng)執(zhí)行“計(jì)數(shù)器”功能時(shí)，寄存器在相應(yīng)的外部槍入管腳 T0. T2處信號發(fā)生從 1到 0的轉(zhuǎn)換時(shí)加 1。從‘ 000000000000000039。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 28 圖 /計(jì)數(shù)器內(nèi)部電路原理圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 29 3 功率因數(shù)角的測量方法 功率因數(shù)角 功率因數(shù)角的測量原理 系統(tǒng)電壓經(jīng)傳感器和波形變換后得到周期為 2π的方波信號 ， 如圖 所示 。 由變壓器 TR取得 Uca線電壓信號和由電流互感器取得線電流 Ib信號均由檢查器轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的方波信號。若進(jìn)一步再完成查表程序，接 φ角查正玄或余玄表，即可得功率因數(shù)。 開始執(zhí)行本程序時(shí)，不論 Uca處于正半周，負(fù)半周，是否過零點(diǎn)，均可確保是從 Uca由正變到負(fù)過零點(diǎn)時(shí)開始計(jì)數(shù) ，由負(fù)變正過零點(diǎn)時(shí)停止計(jì)數(shù)。 圖 8031的 Uca電壓過零點(diǎn)。 () 由Δ t = tu ti 即可求出 φ 值。 模式控制寄存器 TMOD用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0和 1的操作模式，其長度為 8位。 cp為機(jī)器周期時(shí)鐘，低位 D觸發(fā)器的 Q輸出信號做為下一位的時(shí)鐘輸入。如果仍然以被除數(shù)的最高位做參照，整個(gè)過程還是從高位到低位，從左到右的比較相減過程。例如表 32中從“ 00000101 00101000”變化到 1100000001 00101000。 ALU做除法運(yùn)算 ASH=04H， a5為被除數(shù)， 04為除數(shù)。然后， TMP2與 B寄存器里的值共同右移，如果移動(dòng)后 B寄存器最后一位是“ 1，則 TMP2中的值加上最初放入 TMP2中的乘數(shù)值 (部