【正文】 N， 此引腳和 AC 組合 用于量程為 0— 20V 或 10V— 10V 的電壓輸入； Pin15. DC， 數(shù)字地； Pin16— Pin27. DB0— DB11， 分為三個(gè)半字節(jié)，三態(tài)并行緩沖輸出口，用于轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出； Pin28. STS， 狀態(tài)輸出線，轉(zhuǎn)換周期開始變高，結(jié)束后變低。 （一）、 瞬時(shí)值 測量方法的引出 由于三相永磁同步電動機(jī)的用途和功能不同，其額定輸入電壓也不同，以電子電路測量相對較大的電壓 和電流 信號時(shí)，存在以下幾個(gè)問題： (1). 驅(qū)動電動機(jī)的來自電網(wǎng)的電壓 和電流 通常較大，不可能直接輸入電子電路； (2). 交流電壓信號正負(fù) 交變，通常 AD 轉(zhuǎn)換器不能處理為負(fù)值的信號； (3). 電壓信號和電流信號被采樣 需要依次進(jìn)行 ； (4). 電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號元件的選擇； (5). 最終的測量精度直接受 AD轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度和單片機(jī)的處理速度的影響和限制； 針對以上問題， 應(yīng)先把 較大的電壓信號 作 降壓處理 ，使得輸入低壓 電路的信號位于合理范圍內(nèi)；電流信號不能直接被測量，可使用霍爾電流傳感器把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號； 為使 AD 轉(zhuǎn)換器輪流采樣電壓信號和電流信號，可使用模擬開關(guān)選擇輸入信號 ；另外 在合理的成本考慮內(nèi)應(yīng)盡可能地選擇速度較高的 AD 轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)。設(shè)置暫存器的目的是暫 時(shí)存放某些中間過程所產(chǎn)生的信息，以避免破壞通用寄存器的內(nèi)容。 （ 3） 時(shí)序部件 時(shí)序部件由時(shí)鐘電路和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生操作控制所需的時(shí)序信號。它具有自動加 1 的功能， PC 在 加至該指令字節(jié)個(gè)數(shù) 后，才指向下一條將要執(zhí)行的指令地址。 1. 控制器 控制器是用來指揮和控制 CPU 的部件。 （六）、 串行口 AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程的、全雙工的串行 口。兩個(gè)定時(shí)器中斷請求是當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí)，由硬件分別 向 CPU 發(fā)出的，CPU 響應(yīng)中斷后，由硬件自動清除 標(biāo)志位 TF0 或 TF1。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng) 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器 有效 ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL） 。 P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)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。 并行 I/O 口（ PORT 0PORT 3） ： AT89S51 單片機(jī)共有 4 個(gè) 8 位的并行 I/O第 2 章 AT89S51 單片機(jī)構(gòu)造及其控制原理簡介 6 口，每個(gè)口都由 1 個(gè)驅(qū)動器和 1 個(gè)鎖存器組成，并行 I/O 口主要用于實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備中數(shù)據(jù)的 并行輸入 /輸出。 第 2 章 AT89S51 單片機(jī)構(gòu)造及其控制原理簡介 5 圖 二 1 中央處理器（ CPU） ： 中央處理器是單片機(jī)的核心部分， 是 MCU 的大腦和心臟， 主要任務(wù)是 完成操作和控制功能。 在后續(xù)的章節(jié)中，我們將詳細(xì)介紹單片機(jī)的工作原理、電壓電流有效值的測量方法及理論依據(jù)、功率因數(shù)的測量方法以及電機(jī)輸入功率的計(jì)算方法。本設(shè)計(jì)即是基于此方面的考慮， 擬以 ATMEL 公司生產(chǎn)的單片機(jī) AT89S51 為 CPU，以 變壓器 和 霍爾 電流傳感器為 強(qiáng)電到弱電變換的橋梁 ， 通過快速 A/D 轉(zhuǎn)換器 AD574A 配合模擬開關(guān) CD4051 對瞬時(shí)的較低的電壓信號進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，以采樣定理為理論基礎(chǔ)，一連串的轉(zhuǎn)換數(shù)字量輸入單片機(jī)統(tǒng)計(jì)處理后得出的結(jié)果即可準(zhǔn)確地跟蹤電壓和電流的有效值。在電機(jī)管理中，經(jīng)常需要測量其電能參數(shù)，如電壓、電流、功率、功率因數(shù)等，以便對其工作狀態(tài)進(jìn)行正確地判斷和調(diào)整，以達(dá)到及時(shí)排除隱患，節(jié)約電能，提高效率的目的。若用單片機(jī)的外部中斷輸入引腳接收來自兩個(gè)方波的下降沿，配合片內(nèi)定時(shí)器便可對它們的相位差進(jìn)行較為準(zhǔn)確的測量； (6). 結(jié)合電壓和電流有效值、功率因數(shù)的測量結(jié)果，利用相關(guān)公式，電機(jī)的輸入功率便不難求得。下面將就幾個(gè)主要部分做一詳細(xì)介紹。如使用 12MHz 晶振，單個(gè)定時(shí)器的計(jì)時(shí)周期可以達(dá)到 ，每個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器都有 4 種不同的工作方式，方 便用戶根據(jù)自身的不同需要靈活選擇。編程時(shí) ， P0 口作為源碼輸入口， 校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。當(dāng) P3 口寫入 1 后，被 拉為高電平，并用作輸入。 ： 外部程序存儲器訪問允許。當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。 外部中斷申請通過 和 輸入，輸入方式可以是電平觸發(fā)，也可以是邊沿觸發(fā)。定時(shí)器控制寄存器 TCON 用來設(shè)置定時(shí)器的啟動、停止和中斷管理?？刂破鞲鶕?jù)指令 產(chǎn)生控制信號，使運(yùn)算器、存儲器、輸 入輸出端口之間 能 按 指令的規(guī)定自動 工作；運(yùn)算器用于 算術(shù) 運(yùn)算 、邏輯運(yùn)算以及位操作處理等。 它是一個(gè)16 位專用寄存器， 由 2 個(gè) 8 位寄存器 PCH(存放地址的高 8 位 )和 PCL（ 存放地址的 低 8 位）組成。 （ 2） 操作控制部件 操作控制部件可以為指令譯碼器的輸出信號配上節(jié)拍電位和 節(jié)拍脈沖，也可以和外部進(jìn)來的控制信號組合，共同形成相應(yīng)的微操作控制序列信號，以第 2 章 AT89S51 單片機(jī)構(gòu)造及其控制原理簡介 9 完成規(guī)定的操作。 （ 1） 暫存器 暫存器用于暫存進(jìn)入運(yùn)算器之 前 的數(shù)據(jù)，它不能通過 編程訪問。 電壓和電流有效值不能直接測出，因此本章先系統(tǒng)講述電壓和電流瞬時(shí)值的測量方法，最后介紹由瞬時(shí)值跟蹤有效值的理論依據(jù)。對于后者， 將 DB3DB0(LSB)分別并接到 DB11DB8 引腳上，當(dāng) A0 為高電平時(shí)， DB11(MSB)DB4 引腳首先 輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位作為第一個(gè)字節(jié)給微處理器總線接收， A0 為低電平時(shí)， DB3DB0 輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的低四位作為第二個(gè)字節(jié)的高四位，此字節(jié)的低四位補(bǔ)零； Pin3. ， 片選信號，低電平有效； Pin4. A0， 字節(jié)選擇，轉(zhuǎn)換周期選擇。需要指出的是除 tC 外 ，其余時(shí)間均很短（＜ 1us），因此當(dāng)單片機(jī)的指令周期為 1us 時(shí)，只需按照順序建立有效信號，完全不必考慮這些時(shí)間間隔的影響。 1. 霍爾電流傳感器的基本特性 ACS712 芯片依霍爾效應(yīng)原理制造，有著低廉的價(jià)格和測量 AC 或 DC 電流時(shí)較高的精確度，可應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和 通信業(yè) 。C 區(qū)間內(nèi)，總輸出信號誤差最大為 4%； ? 內(nèi)部電流傳導(dǎo)路徑的阻抗為 ； ? pins 14 和 pins 58 間最小絕緣電壓為 kVRMS； ? 單電源 5V 供電； ? 傳感器精度為 66185mV/A； ? 輸出 電壓正比于輸入的交流或直流電流； ? 輸出偏置電壓具有高穩(wěn)定性； ? 磁滯近零； 2. ACS712 芯片的引腳功能和外接電路 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 15 圖 三 4 ACS712 引腳功能圖 圖 三 4 標(biāo)示出了 ACS712 芯片的引腳功能，其詳細(xì)介紹如下表： 其常用接法如下圖所示： 圖 三 5 3. ACS712 芯片的靈敏度 25℃條件下，該芯片的靈敏度為 100mV/A，當(dāng)溫度在 － 40— 85℃區(qū)間內(nèi)時(shí)，該靈敏度的變化不超過 3%， 這樣的精度水平完全滿足設(shè)計(jì)需求。 （三）、 硬件電路構(gòu)成 對三相永磁電機(jī) 線 電壓有效值和電流的測量電路部分 主要 包括降壓 供電電路和采樣控制電路部分。 圖 三 7 為采用 LM780 LM790 LM781 LM7912 等集成芯片設(shè)計(jì)的177。 AD574A 的三個(gè)控制端 CE、 和 分別接 入單片機(jī)的 、 、 引腳，單片機(jī)可對 AD574A 的片選、啟動 、讀取等功能進(jìn)行控制。在對交流電壓的測量，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，采樣速率必須是信號最高頻率的兩倍以上，采樣頻率越高，時(shí)間軸上的信號分辨力就越高，所獲得的信號就越能反映原始信號的瞬時(shí)變化值。 令τ為交變電壓和電流波形先后到來的時(shí)間差，則波形相位差 我們先用電壓、電流互感器將較大的交變電壓和交變電流變?yōu)榉逯翟?5V以內(nèi)的低壓信號，經(jīng)過零比較器，交變信號變?yōu)榉讲ㄐ盘枴? 據(jù)此方法測出相位差 后，立即可求得功率因數(shù)為 。同時(shí)這款 CPU 也是權(quán)衡多種因素后選定的，具有價(jià)格低、功耗小、速度快、易學(xué)易用等諸多優(yōu)點(diǎn)。以后如果有機(jī)會我一定會繼續(xù) 完善我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，來祭奠我已逝的大學(xué)時(shí)光！ 在此論文完成之際，首先感謝我的導(dǎo)師王松副教授 ,在他的悉心指導(dǎo)下本論文才得以順利完成。 感謝父母的養(yǎng)育之恩，感謝家人的理解，感謝所有愛護(hù)我的人！是他們的殷切希望與無微不至的關(guān)懷支持我前行，我的每一點(diǎn)進(jìn)步都凝聚著他們的心血，我的每一點(diǎn)成功都屬于他們 ! 最后，感謝評審論文的各位專家和學(xué)者，您辛苦了！參考文獻(xiàn) 26 參考文獻(xiàn) 1. 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