【文章內(nèi)容簡介】 口 AT89S51 單片機內(nèi)部有一個可編程的、全雙工的串行 口。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。單片機內(nèi)部實際 上同時存在 發(fā)送緩沖 器和接收緩沖器， 但兩個緩沖器的名字都是 SBUF。 讀取 數(shù)據(jù) 表示讀取接收緩沖器 SBUF 中的數(shù)據(jù)，寫數(shù)據(jù) ，表示寫數(shù)據(jù)到接收緩沖器 SBUF 中。收／發(fā)數(shù)據(jù) 都是對同一地址 99H 進行的。 串行收／發(fā)數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要產(chǎn)生相應(yīng)的中斷請求，由串行口控制寄存器SCON 設(shè) 定 。 （七）、 CPU 的工作原理 CPU 主 要 由控制 器 和運算器兩部分組成 。控制器根據(jù)指令 產(chǎn)生控制信號，使運算器、存儲器、輸 入輸出端口之間 能 按 指令的規(guī)定自動 工作；運算器用于 算術(shù) 運算 、邏輯運算以及位操作處理等。 1. 控制器 控制器是用來指揮和控制 CPU 的部件。 功能是從存儲器中逐 條取指令，譯碼 后 ， 通過定時和控制電路 ，在規(guī)定的 時間 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。 它由 時序部件、指令部件 和操作控制器三部分組成。 （ 1） 指 令部件 指 令部件是對指令進行分析 處理并產(chǎn)生控制信號的 部件，也是控制器的核心。通常 ，它由指令寄存器 、 指令譯碼器 、 程序計數(shù)器 和等組成。 下 面介紹與 CPU 工作有關(guān)的幾個部件。 程序 計數(shù)器 PC 用于 存放和指示 下一條要 執(zhí)行的 指令的地址。 它是一個16 位專用寄存器， 由 2 個 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。它具有自動加 1 的功能， PC 在 加至該指令字節(jié)個數(shù) 后，才指向下一條將要執(zhí)行的指令地址。 故 PC 是維持單片杌有序執(zhí)行程序的關(guān)鍵寄存囂。 CPU 執(zhí)行程序的過程為： 順序地 從存儲器內(nèi)取指令 ， 然 后去執(zhí)行規(guī)定的操作 。要取的指令地址碼由 PC 提供 ， 然后程序 順序執(zhí)行。 如果 要求不按順序執(zhí)行指令， 可 執(zhí)行一條 調(diào)用指令或 跳轉(zhuǎn) 指 令 ，將要 執(zhí)行的指令地址送入PC，取代原有的指令地址。 指令寄存器 指令 寄 存器是 8 位 寄存器 ，用于暫時存放指令 ， 等待 譯碼。 指令譯碼器 指令譯 碼器用于對送入 其 中的指令進行譯碼 ， 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 。 （ 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 單片機構(gòu)造及其控制原理簡介 9 完成規(guī)定的操作。 （ 3） 時序部件 時序部件由時鐘電路和脈沖分配器組成，用于產(chǎn)生操作控制所需的時序信號。 產(chǎn)生時序信號的部件稱為“時序發(fā)生器”，它由一個振蕩器和一組計數(shù)分頻器組成。振蕩器是一個 脈沖源，輸出頻率穩(wěn)定的脈沖，也稱為 “時鐘脈沖 ”，為 CPU 提供時鐘基 準。時鐘脈沖經(jīng)過進一步的計數(shù)分頻，產(chǎn)生所需的節(jié)拍信號。 2. 運算器 運算器是用來對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯操作的執(zhí)行部件，包括算術(shù)／邏輯部 件 ALU、 累 加器 ACC、暫存寄存器、程序狀態(tài)字寄存器 PSW（ Program Status Word）、 BCD 碼運算調(diào)整電路 和 通用 寄存器 等。為了提高數(shù)據(jù)處理和位操作能力，片內(nèi) 增加了一個通用寄存器 區(qū)和一些專用寄存器，而且還增加了位處理邏輯電路的功能。在進行位 操作時，進 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 運算 機。 （ 1） 暫存器 暫存器用于暫存進入運算器之 前 的數(shù)據(jù)，它不能通過 編程訪問。設(shè)置暫存器的目的是暫 時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。 （ 2） 算術(shù)／邏輯部件 ALU 算術(shù)邏輯部件 ALU(Arithmetic Logic Unit)是用于對數(shù)據(jù)進行算術(shù)運算和邏輯操作的執(zhí) 行部件，由加法器和其他邏輯電路組成。在控制信號的作用下，它能完成算術(shù)加、減、乘、除，邏輯“與”、“或”、“異或”等運算以及循環(huán)移位操作等功能。此外，通過對運算結(jié)果的判斷，影響程序狀態(tài)標志寄存器的有關(guān)標志位。 CPU 正是通過對這幾部分的控制與管理，使得單片機完成指定的任務(wù)。 第 3 章 三相永磁電機輸入電壓和輸入電流有效值的測量方法 10 三、 三相永磁電 動 機 輸入 電壓 和輸入電流 有效值的測量 方法 本章以三相永磁同步電動機為例，系統(tǒng)介紹輸入電機的 輸入電壓和輸入電流有效值 的測量方法。電機的功率因數(shù)和功率的測量方法將在下一章介紹。 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值的測量方法，最后介紹由瞬時值跟蹤有效值的理論依據(jù)。 （一）、 瞬時值 測量方法的引出 由于三相永磁同步電動機的用途和功能不同，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，存在以下幾個問題： (1). 驅(qū)動電動機的來自電網(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 交變，通常 AD 轉(zhuǎn)換器不能處理為負值的信號； (3). 電壓信號和電流信號被采樣 需要依次進行 ； (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。 （二）、 主要元件的選擇 1. A/D 轉(zhuǎn)換 器的選型 綜合轉(zhuǎn)換速度 、模擬信號雙極性 和成本的考慮，本設(shè)計擬采用 Analog Devices 公司出品的 AD574A 作為 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 AD574A 是美國模擬 儀器 公司推出的單片 完全 高速 12 位逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置雙極性 轉(zhuǎn)換電路 ，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只需外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的 A/D 轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下： ? 兼容 8 位和 16 位微處理器總線接口； ? 最大 A/D 轉(zhuǎn)換時間為 35us； ? 片內(nèi)擁有高精度的電壓基準和時鐘； ? 為滿足不同精度的 需要，激光校 正的幅度和雙極性偏置電阻提供了四個模擬電壓輸入的 量程供選擇： 0V— 10V、 0V— 20V、 5V— +5V、 10V— +10V ? 供電電壓 VCC 和 VEE 可選擇 177。 (12V177。 )或177。 (15V177。 )； 1. 各引腳功能 第 3 章 三相永磁電機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（當接VLOGIC 為高電平時），還是 以 8 位為一個字分兩次輸出（當接DIGITAL COMMON 時 ） 。對于后者， 將 DB3DB0(LSB)分別并接到 DB11DB8 引腳上，當 A0 為高電平時， DB11(MSB)DB4 引腳首先 輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的高八位作為第一個字節(jié)給微處理器總線接收， A0 為低電平時， DB3DB0 輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果的低四位作為第二個字節(jié)的高四位，此字節(jié)的低四位補零； Pin3. ， 片選信號，低電平有效； Pin4. A0， 字節(jié)選擇，轉(zhuǎn)換周期選擇。當 、 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 、 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， 補償調(diào)整端，調(diào)整 ADC 輸出的零點； 第 3 章 三相永磁電機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. 20VIN， 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。 2. 控制邏輯 CE、 和 三個端口控制 A/D 轉(zhuǎn)換的進行， A0 和 控制轉(zhuǎn)換的位數(shù)和轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出格式，它們的具體功能如下表所示： 3. 控制時序