【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 A/D 變換器，分辨率為 8 位或 12 位，轉(zhuǎn)換時(shí)間 25us。 微機(jī)主系統(tǒng) (中央處理器 ) 微型計(jì)算機(jī)由三類(lèi)大規(guī)模集成的芯片組成， 關(guān)鍵的一塊芯片是微處理器，習(xí)慣上叫 CPU 芯片， CPU 是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)工作的指揮中樞，計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行依賴(lài)于 CPU 來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此， CPU 的性能好壞在很大程度上決定了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。它包括通用電子計(jì)算機(jī)的運(yùn)算器和控制器部分。存儲(chǔ)器芯片是第二類(lèi)芯片， 計(jì)算機(jī)利用存儲(chǔ)器把程序和數(shù)據(jù)保存起來(lái)，使計(jì)算機(jī)可以在脫離人的干預(yù)下自動(dòng)地工作，它的存儲(chǔ)容量和訪問(wèn)時(shí)間直接影響著整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能。它主要用來(lái)存放程序和數(shù)據(jù)。根據(jù)程序和數(shù)據(jù)的大小可以選擇多塊存儲(chǔ)器芯片。第三類(lèi)芯片是輸入 /輸出接口芯片，用以溝通計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備。 本次設(shè)計(jì)選用的是 MCS51 中的 8位單片機(jī) 8031，它片內(nèi)沒(méi)有 ROM，片內(nèi) RAM為 128B，可以尋址 64KB 的片外程序存儲(chǔ)器，可以尋址 64KB 的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32 根雙向和可單獨(dú)尋址的 I/O 線，一個(gè)全雙工的異步串行口， 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)渤海船舶職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)（論文） ） 7 數(shù)器， 5個(gè)中斷源， 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，有片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 從被保護(hù)線路上采集電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)電壓變換器后變成低壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)二階有源低通濾波器后，濾掉高頻部分，只讓 1/2 采樣頻率一下的分量通過(guò)，然后將得到的采樣值送入采樣保持電路 LF398，以保證在 ALD 轉(zhuǎn)換期 間內(nèi)，測(cè)量模擬輸入量，保持其輸出不變，上述過(guò)程為數(shù)據(jù)采樣過(guò)程，在本次設(shè)計(jì)中，這樣的數(shù)據(jù)采集一共有 8 路，分別將這 8 路采集信號(hào)送入 8 路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) CD4501， A， B，C 組成二進(jìn)制數(shù)，當(dāng)選中每一路時(shí)，每一路的信號(hào)經(jīng)過(guò) A10 變換器 AD574 輸入單片機(jī)。 8031 擴(kuò)展所用芯片有 74LS373， 74LS139， 2764， 6264 等。如圖 。 74LS373 74LS373 是一種 8D鎖存器，具有三態(tài)驅(qū)動(dòng)輸出，該鎖存器由 8 個(gè) D 門(mén)組成，有 8 個(gè)輸入端 1D～ 8D， 8 個(gè)輸出端 1Q～ 8Q， 2 個(gè)控制端 —— G 和 OE，使能 端 G有效時(shí)，將 D 端數(shù)據(jù)打入鎖存器中 D 門(mén)，當(dāng)輸出允許端 OE 有效時(shí)，將鎖存器中鎖存的數(shù)據(jù)送到輸出端 Q。 當(dāng)使能端 G 為高電平時(shí)，同時(shí)輸出允許端 OE 為低電平，則輸出 Q=輸入 D； 當(dāng)使能端 G 為低電平，而輸出允許端 OE 也為低電平時(shí)，則輸出 Q=QO（原狀態(tài)，即使能端 G 由高電平變?yōu)榈碗娖角?，輸出?Q 的狀態(tài)，這就是“鎖存”的意義）。 當(dāng)輸出允許端 OE 為高電平時(shí)，不論使能端 G 為何值，輸出端 Q 總為高阻態(tài)。74LS373 鎖存器主要用于鎖存地址信息、數(shù)據(jù)信息以及 DMA 頁(yè)面地址信息等。 2764 2764A 是 8K 8 位紫 外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器，單一 +5V電源供電，最大工作電流為 75mA，維持電流為 35mA,讀出時(shí)間最大為 250ns,為 28 腳雙列直插式封裝。 渤海船舶職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)（論文） ） 8 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 9 J u n 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n g s \ n b u s e r \ 桌面 \ M y D e s i g n .d d bD r a w n B y :E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U?8 0 3 1D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U?7 4 L S 3 7 3A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22CE20OE22P G M27V P P1D011D112D213D315D416D517D618D719U?2 7 6 4A010A19A28A37A46A55A64A73A825A924A 1 021A 1 123A 1 22C S 120C S 226WE27OE22D011D112D213D315D416D517D618D719U?6 2 6 4A2B3E1Y04Y15Y26Y37U ? A7 4 L S 1 3 9aaa3 0 u f3 0 u f1 2 M H Z bbccD034D133D232D331D430D529D628D727P A 04P A 13P A 22P A 31P A 440P A 539P A 638P A 737P B 018P B 119P B 220P B 321P B 422P B 523P B 624P B 725P C 014P C 115P C 216P C 317P C 413P C 512P C 611P C 710RD5WR36A09A18R E S E T35CS6U?8 2 5 5bcbdede 圖 8031擴(kuò)展電路圖 4. 隨機(jī)存儲(chǔ)器 6264 6264 是 8K 8 位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用 CMOS 工藝制造，單一 +5V 電源供電，額定功耗 200mV,典型存取時(shí)間 200ns,為 28 線雙列直插式封裝 , 74LS139 是“ 24”譯碼器，每個(gè)譯碼器僅有一個(gè)使能端，具有 2 個(gè)選擇輸入端， 4 個(gè)譯碼輸出， 0 電平有效。 是可編程接口電路 本次設(shè)計(jì)采用程序查 詢(xún)方式，由計(jì)算機(jī)啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，隨后通過(guò)程序查詢(xún)轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志是否置位，等到置位后，將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入內(nèi)存。 假定 CPU 是 8 位機(jī)，即只有 8 根數(shù)據(jù)線，因而 ADC574A 中的 12/ 8 端子固定接地， 0A 端子同 CPU的地址總線的低位 0? 直接相連，而 12 位的數(shù)據(jù)輸出線并聯(lián)后接至 CPU的 8 位數(shù)據(jù)總線。 ADC574A 的三根基本控制線（ CRCECS , ）采 用標(biāo)準(zhǔn)接法，因而 可以用 CPU對(duì)地址寫(xiě)和讀的指令來(lái)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換完成后的信息由 ADC574A 的狀態(tài)線 STS 經(jīng)并行口 PB0 送給 CPU。 渤海船舶職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)（論文） ） 9 多路開(kāi)關(guān) CD4501 的三根路數(shù)選擇線分別接至并行口的 PA0~PA2 ，因而 CPU可以通過(guò) PA0~PA2 賦值的指令控制多路開(kāi)關(guān)的切換，各采樣保持器芯片（ LF398）的邏輯 輸入端并聯(lián)后接至定時(shí)器的脈沖輸出端。定時(shí)器在再次發(fā)出采樣脈沖的同時(shí)向 CPU請(qǐng)求中斷，以通知 CPU來(lái)控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作。 （一） 并行接口初始化 規(guī)定 PA0~PA3 為輸出，并且賦值為 0000，使多路開(kāi)關(guān)接通 0 通道，同時(shí)規(guī)定 PB0為輸入，以便 CPU查詢(xún) STS 狀態(tài)。 （二） 采集數(shù)據(jù)寄存地址指針初始化 由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的各通道采樣值的轉(zhuǎn)換結(jié)果，應(yīng)存放在一個(gè)規(guī)定的 RAM區(qū)內(nèi)，通常稱(chēng)為循環(huán)寄 存區(qū)，因?yàn)閿?shù)據(jù)是源源不斷輸入的，而寄存區(qū)是有限的，故只能不斷刷新舊數(shù)據(jù)而循環(huán)使用。但為了有一定的記憶能力，循環(huán)寄存區(qū)應(yīng)有一定的存儲(chǔ)容量。 為了 CPU能知道下一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)果應(yīng)存放在什么地址，在 RAM 區(qū)應(yīng)設(shè)置一個(gè)地址指針，在初始化時(shí)把循環(huán)寄存區(qū)的首地址存入指針。 CPU在每次取得轉(zhuǎn)換結(jié)果后，總是把它存入指針指向的地址，然后指針指向下一個(gè)地址。指針內(nèi)容的更新在一般情況下是加工，因?yàn)?12 位的轉(zhuǎn)換結(jié)果要占兩個(gè)字節(jié)，但要檢查一下更新結(jié)果是否超出循環(huán)寄存器的末地址，如超出則應(yīng)重新回到首地址以保證循環(huán)使用。 （三） 定時(shí)器初始化 微機(jī)系統(tǒng)的定時(shí)器（如 Intel 的 8253 和 Motorola 的 6840）都是可編程的，使用非常靈活。定時(shí)器是定每次采樣的脈沖寬度，定它在每次發(fā)出采樣脈沖的同時(shí)請(qǐng)求中斷。 開(kāi)關(guān)量輸入輸出回路 （ 1） 開(kāi)關(guān)量輸入回路 開(kāi)關(guān)量的輸入回路是為了讀入外部接點(diǎn)的狀態(tài)，包括斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)或跳合閘位置繼電器接點(diǎn)，壓力繼電器接點(diǎn)，還包括某些裝置上壓板位置輸入等。 對(duì)微機(jī)繼電保護(hù)裝置的開(kāi)光量輸入可分為兩大類(lèi)： ① 安裝在裝置面板上的接點(diǎn)。包括在裝置調(diào)試時(shí)用的或運(yùn)行中定期檢查裝置用的鍵盤(pán)接點(diǎn)以及切換裝置工作方 式用的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)等。 ② 從裝置外部經(jīng)端子排引入裝置的接點(diǎn)。 渤海船舶職業(yè)學(xué)院 畢業(yè)（論文） ） 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i si o nS i z eA1D a t e : 2 7 M a y 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : H : \主圖 . D D B D r a w n B y :k1+ 2 4 V 2 4 V+ 5 VA1+ 5 V 圖 開(kāi)光量輸入回路 本次設(shè)計(jì)采用的是裝置外部接點(diǎn)輸入回路。 圖 中方線框內(nèi)是一個(gè)光電耦合器件，集成在一個(gè)芯片內(nèi)，當(dāng)外部接點(diǎn) K1接通時(shí)，有電流通過(guò)光電器件的發(fā)光二極管電路，使光敏三極管導(dǎo)通。 K1打開(kāi)時(shí)，則光敏三極管截止。光電耦合芯片的兩個(gè)互相隔離部分間的分布電容僅僅是幾皮法， 可大大削弱干擾。 （ 2）開(kāi)關(guān)量輸出回路 開(kāi)關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號(hào)等，一般采用并行接口的輸出口來(lái)控制有接點(diǎn)繼電器的方法，但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過(guò)一級(jí)光電隔離。 只要通過(guò)軟件使并行口的 PB0輸出“ 0”， PB1輸出“ 1”，便可使與非門(mén) H1輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器 K被吸合。 在初始化和需要繼電器 K 返回時(shí)應(yīng)使 PB0輸出“ 1”， PB1輸出“ 0”。 設(shè)置反向器 B1及與非門(mén) H1，而不將發(fā)光二極管直接同并行口相連，一方面是因?yàn)椴⑿锌趲ж?fù)載能力有限，不足以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，另一方面是因 為采用與非門(mén)以后要滿(mǎn)足兩個(gè)條件才能使 K動(dòng)作，增加了抗干擾能力。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i si o nS i z eBD a t e : 2 8 M a y 2 0 0 6 S h e e t o f F i l e : C : \ P R O G R A M F I L E S \ D E S I G N E X P L O R E R 9 9 S E \ E X A M P L E S \ M y D e s i g n . d d bD r a w n B