【正文】 間 發(fā)出各種操作全部內(nèi)部控制信息及 CPU 外部所需的控制信號， 使各部分按照節(jié)拍協(xié)調(diào)工作。由 TXD 端口發(fā)送數(shù)據(jù) ， 由 RXD 端口 接收數(shù)據(jù) ， 串行數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF 占用內(nèi)部 RAM 地址99H。 T0 和 T1 也接收來自外部的計(jì)數(shù)中斷請求。在平時， ALE 端以不變的頻率 輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 當(dāng) 端保持高電平時， 內(nèi)部程序存儲器 有效 。 P3 口除了作為普通 I/O 口，還有第 2 章 AT89S51 單片機(jī)構(gòu)造及其控制原理簡介 7 其它 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（ T0 定時器的外部計(jì)數(shù)輸入） T1（ T1 定時器的外部計(jì)數(shù)輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器的寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。 寫入 0 時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。有些 I/O 口還具有其他功能。 AT89S51 的 CPU 的字長為 8 位，一次可以處理一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 第 2 章 AT89S51 單片機(jī)構(gòu)造及其控制原理簡介 4 二、 AT89S51 單片機(jī) 構(gòu)造 及 其 控制原理 簡介 本章將就本設(shè)計(jì)所采用的 CPU 芯片 —— AT89S51 單片機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)及引腳功能作一詳細(xì)介紹，深入分析 AT89S51 單片機(jī)的控制方法，編程方法。 由于交變電壓和電流信號有相位差，兩種交變信號順次通過過零比較器后得到的方波信號的下降沿可以被單片機(jī)識別，若利用 單片機(jī)的兩個外部中斷源輸入引腳配合片內(nèi)定時器，便可較為準(zhǔn)確地計(jì)算電壓和電流信號的相位差，進(jìn)而求得功率因數(shù)。 而 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89 系列單片機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的 8 位單片機(jī)之一，它因具有高性能、低價格、低功耗、大存儲容量、指令簡潔、方便易學(xué)等諸多優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在工業(yè)測控系統(tǒng)中。這里我們擬采用 Analog Devices 公司生產(chǎn)的 AD574A 芯片； (4). 結(jié)合精度的考慮 ， 交變信號周期為 20ms， 擬采用 ATMEL 公司生產(chǎn)的AT89S51 單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的 CPU 芯片進(jìn)行全面控制； (5). 如把低壓交變電壓和交變電流信號分別引入過零比較器，輸入信號就是具有一定時間間隔的方波。從圖 中我們可以看出，單片機(jī)內(nèi)部不僅有 CPU、 RAM、 ROM、定時 /計(jì)數(shù)器、串行口等主 要部件，還有驅(qū)動電路、鎖存器、指令寄存器、地址寄存器等輔助電路。 定時 /計(jì)數(shù)器（ Timer/Counter） ： AT89S51 單片機(jī)提供了 2 個 16 位的加計(jì)數(shù)器，分別稱為“ T0”、“ T1”。能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，被定義為數(shù)據(jù) 或 地址的低八位。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶 上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收 或 輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ： 地址鎖存允許 /編程脈沖信號端。 （四）、 中斷系統(tǒng) 中斷系統(tǒng)的主要作用是 對外部或內(nèi)部的中斷請求進(jìn)行管理， AT89S51 共有5 個中斷源，其中 2 個外部中斷源 和 ， 3 個內(nèi)部中斷源（ 2 個定時／計(jì) 數(shù)中斷和 1 個串行口中斷） 。 定時器在計(jì)到規(guī)定的 定時值時可以向 CPU 發(fā)出中斷申請，在計(jì)數(shù)狀態(tài)下計(jì)到規(guī)定的數(shù)值時 也 可以申請中斷。 （七）、 CPU 的工作原理 CPU 主 要 由控制 器 和運(yùn)算器兩部分組成 。 程序 計(jì)數(shù)器 PC 用于 存放和指示 下一條要 執(zhí)行的 指令的地址。 指令譯碼器 指令譯 碼器用于對送入 其 中的指令進(jìn)行譯碼 ， 把指令轉(zhuǎn)變成相應(yīng) 的電信號 ，根據(jù)譯碼器輸出的信號， CPU 控制電路定時產(chǎn)生各種控制信號 。在進(jìn)行位 操作時，進(jìn) 位位 CY作為位操作累加器，整個位操作系統(tǒng)構(gòu)成一臺布爾 運(yùn)算 機(jī)。電機(jī)的功率因數(shù)和功率的測量方法將在下一章介紹。 )； 1. 各引腳功能 第 3 章 三相永磁電機(jī)輸入電壓和輸入電流有效值的測量方法 11 Pin1. VLOGIC， 5V 邏輯電平輸入端； Pin2. ， 數(shù)據(jù)選擇模式輸入引腳，由于轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)據(jù)為 12 位，此引腳決定了輸出的數(shù)據(jù)是以 12 位為一個字一次性輸出（當(dāng)接VLOGIC 為高電平時），還是 以 8 位為一個字分兩次輸出（當(dāng)接DIGITAL COMMON 時 ） 。 圖 31 明確地標(biāo)示了啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束各 個控制端口的控制時序 ，其中tDSC、 tHEC、 tSSC、 tHSC、 tSRC tHRC、 tSAC、 tHAC 分別表示 兩信號依次 建立需要的最短時間 ， tC 為 A/D 轉(zhuǎn)換耗時。 綜合考慮系統(tǒng)性能、測量精度和成本要求，本設(shè)計(jì)擬采用 ACS712ELCTR20AT 芯片 作為霍爾電流傳感器。C to 85176。 VEE 為負(fù)電源電壓輸入端且 3V≤VDD－ VEE≤ 20V，這樣模擬電壓的輸入范圍就限定在 區(qū)間 [VEE， VDD]內(nèi) 。 5V 電壓，故將變壓、供電兩種功能集中于一個電路中，力圖最大程度上減小電路規(guī)模， 降低成本?？紤]到 A/D 轉(zhuǎn)換器可承受的模擬信號量程，從模擬開關(guān)輸出的信號輸入 AD574A 的 20VIN 端（該端口可接受 [－ 10V， 10V]范圍內(nèi)的電壓輸入） ， A/D 轉(zhuǎn)換器的 的引腳已接入高電平，啟動芯片后將自動進(jìn)行 12 位轉(zhuǎn)換，且轉(zhuǎn)換結(jié)果將從芯片的 DB0~DB11 引腳并行輸出至單片機(jī)的 ~ 和 ~ 引腳。 與傳統(tǒng)的模擬電壓表 測量電壓有效值 相比，被測電壓的瞬時值數(shù)據(jù)量化更實(shí)時準(zhǔn)確， 而且很容易實(shí)現(xiàn)存儲、傳輸、處理等。 本章將給出通過測量單相電壓及電流之間的相位差來得到三相系統(tǒng)的功率因數(shù)的測量方法。 該過程可表示如下： 第 4 章 三相永磁電機(jī)功率因數(shù)及輸入功率的測量方法 22 如果單片機(jī)使用 12M 的晶振作為時鐘，執(zhí)行一條指令需要的時間為 1us，50Hz 交變電壓的周期為 20ms，故處理中斷子程序而對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的誤差是在允許范圍內(nèi)的。各大章主要內(nèi)容可分別概括如下： 第 1章 . 緒論，簡要介紹了本文論述的主要內(nèi)容、系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的一系列問題及相應(yīng)解決方法，后文均以此為大綱展開； 第 2章 . AT89S51 單片機(jī)構(gòu)造及控制原理簡介， AT89S51 單片機(jī)作為系統(tǒng)的 CPU，是整個硬件電路的核心，它直接控制著各種芯片執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。在實(shí)物系統(tǒng)中一定會存在比理論值更大的誤差和外界環(huán)境不穩(wěn)定導(dǎo)致的種種錯誤，這些都是需要在實(shí)踐中予以校正的，是單純 的 理論推導(dǎo) 無法解決的。他經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，對于我的每次造訪他都熱情迎接 ，對于我不懂的知識他也悉心講解，令我很是感動，從他身上我學(xué)到了很多，我懂得了如何對待學(xué)習(xí)，如何謙以待人！借此機(jī)會我發(fā)自內(nèi)心的說：“謝謝你，你真是我的好朋友！”感謝同一實(shí)驗(yàn)室的 瞿二龍、及非凡、彭 華元等同學(xué)和沒來得及詢問姓名的研究生師兄師姐們 ，正是與 你們 共同學(xué)習(xí)和探討才能讓我取得今天的成績， 你們 給了我許多啟發(fā)和幫助。 在一年的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間 ，無論在學(xué)習(xí)上還是在生活中，王老師都給予了我很大的幫助。 本章系統(tǒng)描述了該 CPU芯片的結(jié)構(gòu)及工作原理，后文介紹的硬件電路設(shè)計(jì)均須圍繞它展開。 （六）、 電機(jī)輸入功率的求解方法 對 于單相負(fù)載，設(shè)： 則 令 ，則 從上式可以看出，瞬時功率有兩個分量，第一個為恒定量，第二個為正弦量，而且其頻率為電壓或電流頻率的兩倍。過零比較器可采用圖 四 1 所示的設(shè)計(jì)方法。電壓測量的分辨率取決于 A/D 采樣器件的位數(shù)。 STS 作為 A/D 轉(zhuǎn)換的狀態(tài)標(biāo)識，接入單片機(jī)的 引腳，以中斷的方式管理 A/D 轉(zhuǎn)換在更加方便的同時極大地節(jié)約了 CPU 的資源。 5V、177。以下以額定電壓為 220V，額定電流為 10A 的 永磁同步 電動機(jī)為例做一介紹。 由數(shù)據(jù)手冊得知，輸出電壓 U（單位“ V”）與輸入電流 I（單位“ A”）之間存在如下線性關(guān)系： 輸入電流為 20A 時，輸出電壓 ；輸入電流－ 20A 時，輸出電壓 ；無電流輸入時，輸出電壓為 。典型的應(yīng)用場合包括汽車控制、負(fù)載檢測管理、供電管理和過電流保護(hù)等。進(jìn)行 8 位轉(zhuǎn)換時，轉(zhuǎn)換時間 tC 最短 10us，最長 24us；進(jìn)行 12 位轉(zhuǎn)換時， tC 最短為 15us，最長為 35us。當(dāng) 、 CE 引腳均有效且 為低電平（轉(zhuǎn)換）時，若 A0=0，初始化 12 位的轉(zhuǎn)換，若 A0=1，初始化 8 位的轉(zhuǎn)換；當(dāng) 、 CE 引腳均有效且 為高電平（讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果）時，若 =1，啟動 12 位轉(zhuǎn)換結(jié)果的并行輸出；若 =0，A0=0，輸出一個字節(jié)作為 12位轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位或 8位轉(zhuǎn)換結(jié)果；若 =0， A0=1，輸出第二個字節(jié)， 12 位轉(zhuǎn)換結(jié)果的低四位補(bǔ)零 ； Pin5. ， 高電平為讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，低電平為轉(zhuǎn)換指令； Pin6. CE， 芯片使能信號，高電平有效； Pin7. VCC， 電源正電壓輸入，可選擇輸入 +12V 或 +15V，前者可識別的范圍為 — ，后者可識別的范圍為 — ； Pin8. REF OUT， 10V 參考電壓輸出引腳，接 10V 參考電壓的低電勢； Pin9. AC， 模擬地； Pin10. REF IN， 10V 參考電壓輸入引腳，接 10V 參考電壓的高電勢； Pin11. VEE， 電源負(fù)電壓輸入，可選擇輸入 12V 或 15V，前者可識別的范圍為 — ，后者可識別的范圍為 — ； Pin12. BIP OFF， 補(bǔ)償調(diào)整端，調(diào)整 ADC 輸出的零點(diǎn)； 第 3 章 三相永磁電機(jī)輸入電壓和輸入電流有效值的測量方法 12 Pin13. 10VIN， 此引腳和 AC 組合用于量程為 0— 10V 或 5V— 5V 的電壓輸入； Pin14. 20VI