【文章內(nèi)容簡介】 ，則使繼電器 1C 動作，接通泄載電路，不再為蓄電池供電；若檢測結(jié)果是蓄電池過放，則使繼電器 2C 動作，斷開負(fù)載電路，不再為負(fù)載供電，而給蓄電池充電。為保護(hù)人為地誤操作給系統(tǒng)帶來不利，我們又增 加了二極管 D D2和 D3，它們的作用如下： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 8 D1 的作用是三相整流的二極管組。因為蓄電池供電要求直流電壓。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)所發(fā)的是三相交流電。為了把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，增設(shè)的三相整流二極管組。 D2的作用是防止泄載時蓄電池也在泄電流。 D3的作用是防止在光電板內(nèi)產(chǎn)生倒向電流，使得光電板遭到破壞。 綜上所述，系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)是非常合理的，因此也就決定了它有很多特點，比方說： ★ 獨立供電 ★ 安裝方便 ★ 無人值守 ★ 維護(hù)量少 ★ 搬遷方便 ★ 一次性投資，免交電費 ★ 無污染，屬于環(huán)保能源 這些都使得它比同 樣的發(fā)電系統(tǒng)有了很大優(yōu)勢，同時智能化風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制的使用范圍也很廣，例如： ★ 適應(yīng)于偏遠(yuǎn)地區(qū)無法供電的場所。 ★ 適用于無人職守用電設(shè)備的供電。 ★ 適用于中小型供電場所（ 100W— 200W）。 ★ 在有電池房的條件下，可以工作在零上 40度、零下 40 度，濕度可達(dá) 0— 95%，瞬間承受風(fēng)力達(dá) 12 級。 ★ 在中小型供電時與普通拉線方式相比有著明顯的優(yōu)勢。 ★ 本系統(tǒng)為純綠色能源系統(tǒng)。 太陽能電池組件與風(fēng)力發(fā)電機(jī)有機(jī)地組配成一個系統(tǒng)，可充分發(fā)揮各自的特性和優(yōu)勢，最大限度的利用好大自然賜予的風(fēng)能和太陽能。對于用電 量大、用電要求高，而風(fēng)能資源和太陽能資源又較豐富的地區(qū)，風(fēng)光互補(bǔ)供電無疑是一種最佳選擇。這些優(yōu)點正是傳統(tǒng)電力所無法滿足的要求，所以說智能化風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電控制系統(tǒng)是一種補(bǔ)充傳統(tǒng)電力不足的理想發(fā)電系統(tǒng)。接下來的文章中，我們對系統(tǒng)的工作原理、硬件組成及各自工作情況、軟件設(shè)計等方面作詳細(xì)的介紹。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 9 第二章 8031 單片機(jī)系統(tǒng)簡介 單片機(jī)是一種高度集成的芯片，它的內(nèi)容是一臺完整的微型計算機(jī)。由于體積小，使得它在計算機(jī)外部設(shè)備，過程及工業(yè)控制設(shè)備等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 單片機(jī)是按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，所以它有很好的環(huán)境適應(yīng)能 力和抗干擾能力。有很好的可靠性。 目前世界上常用的單片機(jī)有 805 MC680和 MPD7811 系列。本設(shè)計主要采用 8031 單片機(jī)作為微機(jī)控制的核心。 8031 單片機(jī)的組成 8031 型號的單片機(jī)屬于單片機(jī) MCS51 系列，為 CMOS 芯片。它的內(nèi)部只有 128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），而無程序存儲器（ ROM）。 8031 單片機(jī)是在一塊芯片上集中了 CPU、 RAM，定時器 /計數(shù)器和多功能的 I/O線等計算機(jī)所需要的基本功能部件。他們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成。其基本結(jié)構(gòu)依然是通用 CPU 加上外圍芯片的結(jié) 構(gòu)模式，但在功能單元的控制上卻有了很大的變化。采用了特殊功能寄存器（ SFR）的集中控制方法。 8031 單片機(jī)包含下列部件： (1)一個微處理器（ CPU） (2)一個片內(nèi)震蕩器 (3)128 字節(jié) RAM 數(shù)據(jù)存儲器 (4)兩個 16 位定時器 /計數(shù)器 (5)特殊寄存器 (6)32 條可編程的 I/O 端口 (7)一個可編程的全雙工的串行口 (8)具有五個中斷兩個優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu) 8031 是標(biāo)準(zhǔn)的 40 腳雙列直插式集成電路芯片，有些引腳具有兩種功能。 下面介紹 8031 的引腳功能和 P3 口的第二功能。 下圖為 8031 的引腳分布圖 ： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 10 圖 21 8031 引腳分布圖 引腳功能如下： P0 口（ 39～ 32）：雙向 I/O 口，既可以做地址 /數(shù)據(jù)總線口，也可以作普通 I/O 口用（此時為準(zhǔn)雙向口）。 P1口（ 1～ 8）：準(zhǔn)雙向通用 I/O 口。 P2口（ 21～ 28）：既可做地址總線口輸出地址高 8位，也可以作普通 I/O 口用（此時為準(zhǔn)雙向口）。 P3 口（ 10～ 17）：雙功能口，既可以作普通 I/O 口（此時為準(zhǔn)雙向口），也可以按每位的定義實現(xiàn)第二功能操作。如表（ 21）所示： ALE/ PROG （ 30）： ALE 是地址鎖存允許信號。它的基本作用是把 CPU 從 P0 口分時送出的地址低 8 位字節(jié)鎖存在一個外加的鎖存器中。此外由于 ALE 是以晶振 1/6的固定頻率輸出的正脈沖（在不訪問外存時也這樣），可以做系統(tǒng)中其它芯片的時鐘源。 RST/VPD（ 9）： RST 為復(fù)位信號。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個機(jī)器周期以上的高電平即可完成單片機(jī)的復(fù)位初始化的操作。第二功能 VPD 為掉電保護(hù)備用電源的輸入端。當(dāng)電源發(fā)生故障，電壓降到下限時，備用電源經(jīng)此端向內(nèi)部 RAM 提供電壓，以保護(hù)內(nèi) RAM 中的信息不丟失。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 11 EA/Vpp （ 31）： EA 為內(nèi)部和外部程序存儲器選擇線。 EA =0 時，訪問外部 ROM0000H～FFFFH； EA =1 時，地址 0000H～ 0FFFH 空間訪問內(nèi)部 ROM，地址 1000H～ FFFFH 空間訪問外部 ROM。 PSEN （ 29）：外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效。 XTAL1（ 19）和 XTAL2（ 18）：使用內(nèi)部振蕩電路時，用來外接石英晶體和電容；使用外部時鐘時， XTAL2 接外部振蕩信號輸入端， XTAL1 接地。 VCC（ 40）：電源 +5V。 VSS（ 20）：接電源地。 表 21 P3 口的第二功能 口線 第二功能 信號名稱 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 0INT 外部中斷 0 輸入 1INT 外部中斷 1 輸入 T0 定時 /計數(shù)器 0 外部輸入 T1 定時 /計數(shù)器 1 外部輸入 WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通 8031 單片機(jī)的存儲器 單片機(jī)的存儲器有程序存儲器（ RAM）與數(shù)據(jù)存儲器（ ROM），在使用時是嚴(yán)格區(qū)分的，不得混用。程序存儲器存放指令及常數(shù)、表格等；數(shù)據(jù)存儲器則存放緩沖數(shù)據(jù)。 （ 1）程序存儲器 8031 的內(nèi)部沒有程序存儲器，地址從 0000H～ FFFFH 都是外部程序 存儲器空間。EA 應(yīng)始終接低電平，使程序只從外部存儲器中取指。 程序存儲器的操作完全是由程序計數(shù)器（ PC）控制。 PC 值指向程序操作碼單元，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 12 則程序執(zhí)行該指令操作； PC 值指向常數(shù)、表格單元，則實現(xiàn)取數(shù)、查表工作。因此，程序存儲器的操作為程序運行與查表操作兩類。 8031 單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位后， PC 值為 0000H，故從 0000H 單元開始取值，以執(zhí)行程序，所以系統(tǒng)起始地址為 0000H，一般在 0000H～ 0002H 單元安排一條轉(zhuǎn)移指令，指向用戶主程序。其原因是在 0003H 開 始的地址區(qū)規(guī)定為 8031 的 5 個中斷源的中斷服務(wù)程序入口。 （ 2） 數(shù)據(jù)存儲器 數(shù)據(jù)存儲器用以存放和讀取數(shù)據(jù)，它不能存放和執(zhí)行程序指令。數(shù)據(jù)存儲器在物理上和都可分為兩個地址空間：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）的地址空間為 00H～ 7FH， 128B。外部數(shù)據(jù)存儲器的地址空間為 0000H～ FFFFH，64KB。由于片內(nèi)外存儲器由不同的指令來訪問，故地址重疊不會造成操作的混亂。訪問內(nèi)部 RAM 用 MOV類指令，訪問外部 RAM用 MOVX 類指令。 8031 單片機(jī)的中央處理器 MCS51 單 片機(jī)內(nèi)的 CPU 與其它微處理器一樣，是單片機(jī)的指揮和執(zhí)行部件，完成運算和控制功能。在邏輯上它是由 8 位算術(shù)邏輯單元、定時控制部件及專用寄存器組成。 （ 1） 算術(shù)邏輯單元 ALU MCS51 的 ALU 具有對 8 位二進(jìn)制信息進(jìn)行加、減、乘、除、比較等算術(shù)運算；“與”、“或”、“異貨”等邏輯運算及取反、清零、置 1 等邏輯操作功能，并具有很強(qiáng)的調(diào)用、轉(zhuǎn)移、判斷操作和很強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳送功能。 （ 2） 內(nèi)部寄存器 MCS51片內(nèi)包括以下寄存器： （ 1） 工作寄存器組： MCS51 指定內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中四組 8 個字節(jié)存儲單元為工作寄存器，并編號 R0、 R1? R7。每組的地址分別為 00H～ 07H， 08H～ 0FH， 10H～17 和 18H～ 1FH，具體使用哪一組工作寄存器是由軟件對程序狀態(tài)字的設(shè)計來決定的。 （ 2） 寄存器 A、 B：寄存器 A 即累加器。算術(shù)運算中用于存放操作數(shù)和運算結(jié)果；在邏輯操作、數(shù)據(jù)傳送等操作中作為源操作數(shù)或目的操作數(shù)。寄存器 B主要用于和累加器配合以執(zhí)行乘除運算，存放第二個操作數(shù)。 B也可以作為一般的寄存器使用。 （ 3） 數(shù)據(jù)指針 DPTR：這是一個 16位寄存器，可以分成兩個字節(jié)：高字節(jié) DPH 和低內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 13 字節(jié) DPL。其功能是存放 16 位地址，以指示數(shù)據(jù)存儲器的任何單元。在 指令中常用作間接寄存器和基址寄存器。 8031 單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)及復(fù)位電路 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時，會經(jīng)常進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的。在時鐘電路工作后，只要在 RESET 引腳上出現(xiàn) 10ms 以上的高電平時，單片機(jī)便實現(xiàn)復(fù)位。 （ 1）寄存器的復(fù)位狀態(tài) 單片機(jī)在 RESET 引腳有效電平控制下，程序計數(shù)器 PC 和特殊功能寄存器的復(fù)位狀態(tài)如下表。單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)不影響片內(nèi) RAM 狀態(tài)，只要 RESET 引腳端保持高電平，單片機(jī)將循環(huán)復(fù)位。在復(fù)位的有效期間， ALE、 PSEN 輸出高電平。 表 22 寄存器的復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TH1 00H SP 07H TL0 00H DPTR 0000H TL1 00H P0～ P3 FFH SCPM 00H IP （ ***00000） SBUF （ ********） IE （ 0***0000） PCON （ 0***0000） 8031 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的地址 譯碼 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，所有的外圍芯片都是通過總線與單片機(jī)相連。單片機(jī)數(shù)據(jù)總線分時的與外圍芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。故要進(jìn)行片選控制。片內(nèi)有多個字節(jié)單元時，還要進(jìn)行片內(nèi)地址選擇。地址譯碼規(guī)則為： （ 1） 程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器地址重疊使用； （ 2） 外圍擴(kuò)展芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址。它不僅占用數(shù)據(jù)存儲器地址單元，而且使用數(shù)據(jù)存儲器的讀 /寫控制信號與讀 /寫指令。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 14 （ 3） 地址總線寬度為 16 位，片外程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器可直接尋址范圍各為 64K字節(jié)。 P2 口提供高 8 位地址（ A8～ A15）， P0 口經(jīng)外部鎖存后提供低 8 位地址（ A0～A7）。 由于外圍芯片與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址，因此，單片機(jī)的硬件設(shè)計中，數(shù)據(jù)存儲器與外圍芯片的地址譯碼較為復(fù)雜?？刹捎镁€選法和全地址譯碼方法。本設(shè)計中采用的是譯碼法。譯碼法是通過對幾根高位地址線進(jìn)行譯碼，由譯碼器的輸出去控制各外圍芯片的片選端。這種譯碼方式可以將地址空間劃分成連續(xù)的若干塊，分別對應(yīng)各外圍芯片，充分利用了存儲空間。線選法是把單獨的地址線接到外圍芯片的片選端上，只要該地址線為低電平，就選中該芯片。線選法的優(yōu)點是硬件電路結(jié)構(gòu)簡單，但由于所用的片選線都是高地址線，它們的權(quán)值較大，地址空間沒有充分利 用，芯片之間的地址不連續(xù)。 8031 單片機(jī)的定時器 /計數(shù)器 MCS51 單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有兩個 16 位可編程的定時器 /計數(shù)器，即定時器 /計數(shù)器 1和 0，分別用 T0、 T1 表示。它由兩個特殊功能寄存器 TMOD 和 TCON 及 T0、 T1 組成。其中 TMOD 為模式 控制寄存器，主要用來設(shè)置定時器 /計數(shù)器的操作模式； TCON為控制寄存器，主要用來控制定時器的啟動與停止。兩個 16 位的定時器 /計數(shù)器 T0和 T1 均可以分成 2 個獨立的 8位計數(shù)器即 TH0、 TL0、 TH TL1，它們用于存定時或計數(shù)的初值。它們是一個加 1的計數(shù)器。 TMOD：定時器 /計數(shù)器模式控制寄存器 圖 22 方式控制寄存器格式及功能說明圖 GATE：門控位，用來控制定時器啟動操作方式。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 15 當(dāng) GATE=0 時，定時器只由軟件控制位 TR0 或 TR1 來控制啟停。 Tri 位為 1，定時器啟動開始工作；為 0時，定時器停止工作。 當(dāng) GATE=1 時，定時器的啟動要由外部中斷引腳和 Tri位共同控制。只有當(dāng)外部中斷引腳 INTO 或 1INT 為高時， TR0 或 TR1 置 1 才能啟動定時器工作 。 /CT ：功能選擇位。當(dāng) /CT=0 時設(shè)置為定時器工作方式；計數(shù)脈沖由內(nèi)部提供，計數(shù)周期等于機(jī)器周期。當(dāng) /CT=1設(shè)置為計數(shù)器工作方式，計數(shù)脈沖為外部引腳 T0或 T1 引入的外部脈沖信號。 M0 M1：操作模式控制位， 2 位可形成 4種編碼，對應(yīng)于 4種操作模式。 4 種模式定義如下 表 ： 表 23 操作模式控制表 M1 M0 操 作 模 式 0 0 模式 0， TLx 中低 5 位和 THx 中 8 位構(gòu)成 13 位 計數(shù)器， TLx 相當(dāng)于一個 5 位定時器 0 1 模式 1， TLx 和 THx 構(gòu)成 16 位計數(shù)器，操作 模式同上 但是無定時器 1 0 模式 2， 8 位自動重裝載的定時器 /計數(shù)器，每當(dāng) 計數(shù)器 TLx 溢出時， THx 的內(nèi)容重新裝入 TLx 1 1 模式 3，對于定時器 0，它分成 2 個 8 位計數(shù)器； 對于 定時器 1，則停止計數(shù) TF1和 TF0：分別為定時器 1 和定時器 0溢出標(biāo)志。 當(dāng)定時器計滿產(chǎn)生溢出時，由硬件自動置“ 1”，并可申請中斷。進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，由硬件自動清 0。 這兩位也可作為程序查詢的標(biāo)志位，在查詢方式下應(yīng)由軟件來清 0。 TR1和 TR0：為定時器 1 和定時器 0的啟動控制位。當(dāng)由軟件使 Tri清 0而停止定時器的工作。定時器啟動時該位應(yīng)置“ 1”。 IE1和 IE0：為外部中斷 1 1INT 和外部中斷 0 0INT 的中斷請求標(biāo)志位。 IT1和 IT0：為外部中斷 1和外部中斷 0的觸發(fā)方式選擇位。 ITi設(shè)置為“ 0”時為電平觸發(fā)方式；設(shè)置為“ 1”時為邊沿觸發(fā)方式。 8031 單片機(jī)的中斷 8031 中斷系統(tǒng)包括中斷源、中斷允許寄存器 IE、中斷優(yōu)先級寄存器 IP、中斷矢量等。 MCS51 有 5 個中斷源，包括兩個外部中斷源和三個內(nèi)部中斷源。分別為：外部中斷請求 0（ INT0）、外部中斷請求 1（ INT1）、內(nèi)部定時器 0（ T0）、內(nèi)部定時器 1內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 16 （ T1）和內(nèi)部串行口。它們可以分為 2 個優(yōu)先級，其中每一個中斷源的優(yōu)先級都可用程序排定。 5 個中斷源能否得到響應(yīng)，受允許中斷寄存器 IE 中各位控制；它們的優(yōu)先級分別由中斷優(yōu)先級寄存器 IP 的各位確定；統(tǒng)一優(yōu)先級內(nèi)的各中斷源同時要求中斷時，還要靠內(nèi)部的查詢邏輯來確定響應(yīng)的次序。不同 的中斷源有不同的中斷矢量。 (1) IE (中斷允許寄存器 ) 控制字 IE 在特殊功能寄存器中的地址為 A8H。它的格式以及各位的功能說明如下： 圖 23 中斷控制寄存器 IE 格式及功能說明圖 （ 2） IP（中斷優(yōu)先寄存器）控制字 圖 24 中斷優(yōu)先寄存器 IP 格式及功能說明圖 (3) 同級中斷優(yōu)先級 中斷源 中斷優(yōu)先級 1) 外部中斷 0 最高 2) 定時器 /計數(shù)器 T0 中斷 3) 外部中斷 1 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 說明書 17 4) 定時器 /計數(shù)器 T1 中斷 5) 串行口中斷 6) 定時器 /計數(shù)器 T2 中斷 最