【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 出。如果PCA82C250 處于通信總線的網(wǎng)絡(luò)終端，在總線上需要加一個(gè) 120Ω 左右的匹配電阻 [6]。 模塊的使用說明　 模塊上的 RESET、INT、TX0、RX0 插孔分別對(duì)應(yīng)于 SJA1000 芯片上的相應(yīng)引腳。模塊上帶有上電復(fù)位電路，也可通過 RESET 插孔進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只需在 RESET 上加上負(fù)脈沖。注意：SJA1000 為低電平復(fù)位。JUMP4 跳線為 SJA1000 提供片選信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于接口總線的 LCS0∽LCS3。 模塊上提供兩個(gè) RJ45 接口和一組“CANH、CANL”插孔接口，這三組接口是完全一致的。對(duì)于近距離 CAN 模塊之間的通訊，可將各模塊的“CANH、CANL”插孔用導(dǎo)線連接；對(duì)于遠(yuǎn)距離 CAN 模塊之間的通訊，則可用雙絞線連接各 RJ45 接口?！　∶總€(gè) CAN 模塊上都有一組終端電阻接口，即“A、B”插孔。當(dāng)總線上只有兩個(gè) CAN節(jié)點(diǎn)時(shí)，終端電阻可不接。3 變壓器監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)概述 變壓器監(jiān)測(cè)終端的技術(shù)指標(biāo)隨著電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，供電質(zhì)量和供電可靠性越來越受到重視，電壓、電流、諧波、負(fù)荷電流水平和功率因數(shù)等參數(shù)是衡量電能質(zhì)量的重要參數(shù)。變壓器監(jiān)測(cè)終端通過采集這些參數(shù)，計(jì)算并且判斷電能質(zhì)量的優(yōu)劣，同時(shí)與監(jiān)測(cè)主站進(jìn)行通訊，接收主站下達(dá)的各種命令，傳送主站所需的各種參數(shù)，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。 變壓器監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)概述變壓器監(jiān)測(cè)終端由兩大核心部分組成，一是高速數(shù)字信號(hào)處理器 TMS320F206，一是 INTEL 的工業(yè)級(jí) CPU 芯片 80C196KC。DSP 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集及處理，而 80C196KC 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存貯處理及通訊。兩部分通過雙口 RAM 進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換和通訊。參見圖 1。 圖 1 TTU 系統(tǒng)框圖變壓器監(jiān)測(cè)終端前端首先把經(jīng)過 CT、PT 三相電壓、電流，轉(zhuǎn)換為標(biāo)稱值為 100V和 5A 的電壓、電流，再把該信號(hào)經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換為跟隨式的標(biāo)稱值為 5V 的電壓信號(hào)（此處采用西南自動(dòng)化研究所的 WB 系列傳感器） 。信號(hào)經(jīng)過過零比較器生成頻率相同的方波，以利于測(cè)頻和實(shí)現(xiàn)缺相檢測(cè)。同時(shí)六路信號(hào)通過四階巴特渥斯低通濾波器和采樣保持器濾波采樣，由 DSP 控制多路切換開關(guān)來選擇六路信號(hào)分別進(jìn)入 A/D 轉(zhuǎn)換器SRAMEPROMDS1287遙 控 輸入 CAN雙 口RAMDSPA/D采樣遙 信 輸入 串 行 口 遙 測(cè) 輸入POWERLCD、鍵 盤MAX120。DSP 同時(shí)控制 A/D 的采集，且把采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行公式計(jì)算和 FFT 運(yùn)算，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種參數(shù)的檢測(cè)，并把頻率、電壓、電流、有功功率、無功功率和諧波存入雙口 RAM 并置位標(biāo)志位。變壓器監(jiān)測(cè)終端后端發(fā)現(xiàn)標(biāo)志位后，從雙口 RAM 中讀出數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種判斷，并將需要的數(shù)據(jù)存貯于掉電保護(hù)的 SRAM 中，而程序存貯于 32K 的 EPROM 中。一旦上電，80C196KC 單片機(jī)將自動(dòng)的從 EPROM 中讀取程序，進(jìn)行操作。系統(tǒng)時(shí)鐘由可編程萬年歷時(shí)鐘芯片 DS12887 提供，同時(shí)由控制中心精確對(duì)時(shí)。它的各項(xiàng)控制由可編程邏輯器件 CPLD(XC95108)完成。如果判斷讀出的數(shù)據(jù)值越限，單片機(jī)就控制相應(yīng)的輸出繼電器動(dòng)作，進(jìn)行外部電容器的投切及報(bào)警信息的發(fā)送。如果值沒有越限，繼續(xù)定時(shí)發(fā)出信號(hào)，控制 DSP 部分開始采集及進(jìn)行校驗(yàn)。終端與主站通過 RS23RS485 和CAN 總線傳送信息，RS232 主要做為當(dāng)?shù)卣{(diào)試接口，RS485 和 CAN 用于遠(yuǎn)程通訊，它們都采用 IEC6087C5101 通訊規(guī)約。終端響應(yīng)主站以 101 通訊規(guī)約發(fā)送的控制命令及各項(xiàng)設(shè)置命令，并按照一定的格式把主站需要的數(shù)據(jù)發(fā)送給主站。系統(tǒng)配有鍵盤輸入和 LCD 顯示，調(diào)試人員可以在現(xiàn)場(chǎng)通過鍵盤輸入命令，直接進(jìn)行控制并從 LCD 讀出所需數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的電源部分采用開關(guān)電源模塊，使裝置能在較寬的電壓范圍內(nèi)正常工作 [7]。 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、顯示及通訊的實(shí)現(xiàn) 80C196KC 的體系結(jié)構(gòu)和硬件描述 由于變壓器監(jiān)測(cè)終端的數(shù)據(jù)存貯、處理及通訊都是由 80C196KC 來完成的，這里，首先來了解 80C196KC 的原理。80C196KC 嵌入了時(shí)鐘發(fā)生器，I/O 口，A/D 轉(zhuǎn)換器，PWM，串行口，定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器，監(jiān)視定時(shí)器，高速輸入/輸出器、還有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器 PTS 等外設(shè)。80C196KC具有一個(gè)邏輯上完全統(tǒng)一的寄存器空間，可尋址范圍為64KB，其中0000H～01FFH單元和1FFFH～2080H單元是有專門用途的，所有其他單元可用于放置程序、數(shù)據(jù)或由按存貯器映射的外部設(shè)備占用。復(fù)位時(shí)，程序?qū)?080H單元開始執(zhí)行。見圖2。 圖2 80C196KC存貯器布局00H～1FFH單元包含寄存器陣列、專用寄存器和256字節(jié)的附加RAM。其中，00H～017H是專用寄存器區(qū)，除了P3和P4外，其他所有的片外設(shè)裝置都由這些專用寄存器控制。018H～0FFH是附加的寄存器陣列，可由RALU直接訪問。100H～1FFH是附加的256字節(jié)的RAM，由于采用了“垂直寄存器窗”結(jié)構(gòu)，可以把512字節(jié)中的任何一個(gè)部分映射到00H～0FFH空間中的頂部，因而CPU就可以對(duì)他們直接尋址，即把被映射的部分當(dāng)作寄存器來使用，使得通用寄存器數(shù)增加了256個(gè)字節(jié)，大大方便了程序的設(shè)計(jì)。進(jìn)行切換時(shí)，只要寫窗口選擇寄存器就可以。由于芯片是有內(nèi)部ROM/EPROM的，當(dāng)芯片引腳/EA接至高電平時(shí)，則指令和數(shù)據(jù)都從內(nèi)部ROM/EPROM中讀取，否則，CPU將從內(nèi)部RAM或外部存貯器讀取數(shù)據(jù)，從外部存貯器讀取指令 [8]。 定時(shí)監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)由于整個(gè)系統(tǒng)需要定時(shí)采集數(shù)據(jù)，記錄越限值的出現(xiàn)時(shí)間，統(tǒng)計(jì)總的掉電時(shí)間等，因此，全局的時(shí)鐘信號(hào)是必須的。DS12887 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片能夠滿足系統(tǒng)的上述需要。它是一款帶有 128 字節(jié)的不掉電 RAM 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。即使在沒有電源的情況下，它內(nèi)置的電池可以保證它正常工作 10 年。128RAM 中，有 14 個(gè)字節(jié)是時(shí)鐘和控制寄存器，另 114 個(gè)字節(jié)作為通用寄存器使用。DS12887 支持 Intel 和 Motorola 兩種總線方式，MOT 管腳是總線選擇端，接地時(shí)選擇 Intel 總線方式。它能夠正確地進(jìn)行時(shí)分秒年月日以及閏年、閏月的計(jì)算。不掉電 RAM 保證了當(dāng)系統(tǒng)掉電時(shí)，芯片能夠記錄下掉電的時(shí)間，這樣可以對(duì)系統(tǒng)掉電時(shí)間進(jìn)行分析和研究。AD7～AD0 是時(shí)分復(fù)用的信號(hào)，直接與單片機(jī)的引腳相連。ALE 信號(hào)提供給 DS12887 作為鎖存信號(hào)，讀寫線分別連接 DS 和 AS 管腳。/IRQ 是中斷輸出信號(hào)，每秒產(chǎn)生一個(gè)中斷，上拉后接至單片機(jī)的中斷輸入管腳 [9]。芯片的硬件連接如圖 3。圖 3 DS12887 的硬件連接 使用芯片時(shí)，首先要對(duì)芯片進(jìn)行初始化，打開振蕩器并進(jìn)行各項(xiàng)設(shè)置，讀取時(shí)鐘時(shí)，首先讀取 A 寄存器的值，判斷最高位，當(dāng) UIP＝1 時(shí)，讀取時(shí)間，否則表示現(xiàn)在正在進(jìn)行刷新。80C196KC 在系統(tǒng)配置方面提供了一些可選性，它可以有選擇的定義總線控制信號(hào)，并在運(yùn)行中選取外部總線的寬度，還提供了幾種就緒控制的方式，所有這些可供選擇的信息都貯存在一個(gè)所謂芯片配置寄存器 CCR (CHIP CONFIGURATION REGISTER)內(nèi)。CCR 是一個(gè)特殊的專用寄存器，它并不屬于內(nèi)部 RAM 中的專用寄存器，在存貯器空間中，有一個(gè)特殊的單元配置字節(jié)（CCB） ，它的地址是 2022h，事先應(yīng)加以編程，當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位且只有復(fù)位時(shí)，CCB 的內(nèi)容被自動(dòng)的裝載到 CCR 中，裝載后，CCR 的值不能再改變。若存貯器選擇信號(hào)/EA=0，由外部寄存器訪問 CCB。若/EA=1，由內(nèi)部 ROM/EPROM 訪問 CCB。若/EA 接至+，即在編程時(shí)，CCR 由另外一個(gè)稱為編程芯片配置字節(jié) PCCB的單元來裝載，這個(gè)字節(jié)不是存貯器映射單元，而是一個(gè)獨(dú)立的 EPROM 單元 [10] [11]。當(dāng)選通 138 譯碼器時(shí)，MA14MA12 這 3 根地址線進(jìn)行譯碼，產(chǎn)生時(shí)鐘、CAN 控制器、825LCD 顯示器的選通信號(hào)。程序如下： process(sel138en) begin if (sel138en=39。039。) then case masel is when 000=decodeoutput=11111110。 when 001=decodeoutput=11111101。 when 010=decodeoutput=11111011。 when 011=decodeoutput=11110111。 when 100=decodeoutput=11101111。 when 101=decodeoutput=11011111。 when 110=decodeoutput=10111111。 when 111=decodeoutput=01111111。 when others=decodeoutput=11111111。 end case。 else decodeoutput=11111111。 end if。 canen=decodeoutput(3)。 ；0b000h—0bfffh dsen=decodeoutput(4)。 ；0c000h—0cfffh port8255en=decodeoutput(5)。 ；0d000h—0dfffh lcden=decodeoutput(6)。 ；0e000h—0efffh end process。 LCD 實(shí)時(shí)顯示的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)選用的是內(nèi)藏 T6963C 控制器點(diǎn)陣圖形式的液晶顯示模塊 DG1286412。T6963C 液晶顯示控制器多用于中小規(guī)模的液晶顯示器件，常被裝配在圖形液晶顯示模塊上，以貯藏控制器式圖形液晶顯示模塊的形式出現(xiàn)。常用的液晶顯示模塊一般是單屏結(jié)構(gòu)，因此只討論單屏結(jié)構(gòu)的液晶顯示模塊 [12]。內(nèi)藏 T6963C 的單屏點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊的方框圖如下圖 4 所示： 圖 4 液晶顯示模塊方框圖 復(fù)位及電源監(jiān)控每次上電時(shí)，80C196KC 都應(yīng)復(fù)位，為了復(fù)位，在 VCC、振蕩器和反偏置發(fā)生器已達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之后，至少要使/RESET 腳保持 2 個(gè)狀態(tài)的低電平。當(dāng)/RSEET 再次變高時(shí)，80C196KC 就開始執(zhí)行為時(shí) 10 個(gè)狀態(tài)周期的復(fù)位序列。這個(gè)復(fù)位序列使一些寄存器初始化，把 PC 寄存器的值置為 0280H，以準(zhǔn)備從 2080H 單元開始執(zhí)行指令。復(fù)位信息可能有下列 3 種情況產(chǎn)生：上電或手動(dòng)復(fù)位，監(jiān)視定時(shí)器溢出以及執(zhí)行復(fù)位指令 RST[13]。由于外設(shè)復(fù)位的速度比較慢，在復(fù)位信號(hào)后加一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以延長(zhǎng)復(fù)位信號(hào)，如圖 5 所示： 圖 5 多片復(fù)位電路4 軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 軟件實(shí)現(xiàn) MCS96 指令系統(tǒng)從MCS96單片機(jī)的硬件資源來看，這種單片機(jī)特別適用于數(shù)據(jù)采集、處理和控制系統(tǒng)中，MCS96的軟件資源也突出了這一特點(diǎn)。它有較豐富的數(shù)據(jù)類型：字節(jié)、字、短整型數(shù)、整型數(shù)、位、雙字和長(zhǎng)整型數(shù)。它有6種基本的操作數(shù)尋址方式（寄存器直接尋址，間接尋址，自動(dòng)增量的間接尋址，立即尋址，短變址尋址和長(zhǎng)變址尋址）和兩種派生的尋址方式（零寄存器尋址方式，堆棧指針寄存器尋址方式） 。 VHDL 語言和可編程邏輯電路高密度現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件，包括CPLD和FPGA，能夠?qū)⒋罅窟壿嫻δ芗捎谝粋€(gè)單片IC之中。它既適用于短研制周期、小批量產(chǎn)品開發(fā)，也可用于大批量產(chǎn)品的樣品研制。同時(shí)因其項(xiàng)目開發(fā)所需前期工程開發(fā)費(fèi)用低的特點(diǎn)，具有著誘人的應(yīng)用背景。VHDL非常適用于可編程邏輯器件的應(yīng)用設(shè)計(jì)，并正在得以普及。VHDL能夠支持高級(jí)語言結(jié)構(gòu)使工程師很方便的描述大型電腦，促進(jìn)產(chǎn)品的快速上市。采用VHDL的原因有：功能和靈活性 VHDL具有功能強(qiáng)大的語言結(jié)構(gòu)，可用簡(jiǎn)明的代碼來描述復(fù)雜控制邏輯的設(shè)計(jì)。它還具有多層次的設(shè)置描述功能，支持設(shè)計(jì)庫、可復(fù)雜使用的元件生成和階層設(shè)計(jì)，且提供模塊設(shè)計(jì)的創(chuàng)建。VHDL是一種設(shè)計(jì)、模擬、綜合的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。非依賴器件的設(shè)計(jì) 允許設(shè)計(jì)者生成一個(gè)設(shè)計(jì)而并不需要首先選擇一個(gè)用來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的器件。對(duì)于同一個(gè)設(shè)計(jì)描述，可以采用多種不同器件的組合來實(shí)現(xiàn)其功能?？梢浦残? VHDL可移植能力是允許設(shè)計(jì)者對(duì)需要綜合的設(shè)計(jì)描述進(jìn)行模擬，在綜合之前對(duì)一個(gè)數(shù)千門的設(shè)計(jì)描述進(jìn)行模擬可以節(jié)約設(shè)計(jì)者可觀的時(shí)間。性能評(píng)估能力 非依賴器件的設(shè)計(jì)和可移植能力允許設(shè)計(jì)者采用不同的器件結(jié)構(gòu)和不同的綜合工具來評(píng)估設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)者開始設(shè)計(jì)之前，無需了解將采用何種器件。設(shè)計(jì)者可以進(jìn)行一個(gè)完整的設(shè)計(jì)描述，并且對(duì)其進(jìn)行綜合，生成選定的器件結(jié)構(gòu)的邏輯功能。然后再評(píng)估結(jié)果，選用最適合你設(shè)計(jì)需求的器件。為了衡量綜合的質(zhì)量，同樣可用不同的綜合工具所進(jìn)行的綜合結(jié)果來進(jìn)行分析、評(píng)估。上市時(shí)間快、成本低 VHDL語言和可編程邏輯很好的配合，將大大提高數(shù)字單片化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)速度、VHDL語言使設(shè)計(jì)描述快捷、