【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的 [12]。 因此基于HD44780 寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面 上大部分的字符型液晶。 字符型 LCD1602 通常有 14 條引腳線或 16 條引腳線的 LCD，多出來(lái)的 2條線是背光電源線 VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣，引腳定義如 表 所示： 表 LCD1602引腳定義 其地址和屏 幕的對(duì)應(yīng)關(guān)系如 表 ： 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –10– 表 74HC595 74HC595 是一款漏極開(kāi)路輸出的 CMOS 移位寄存器，輸出端口為可控的三態(tài)輸出 端，亦能串行輸出控制下一級(jí)級(jí)聯(lián)芯片 [13]。 管腳功能如表 所示 表 74HC595引腳 功能表 管腳編號(hào) 管腳名 管腳定義功能 15 QA— QH 三態(tài)輸出管腳 8 GND 電源地 9 SQH 串行數(shù)據(jù)輸出管腳 10 SCLR 移位寄存器清零端 11 SCK 數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘線 12 RCK 輸出存儲(chǔ)器鎖存時(shí)鐘線 13 OE 輸出使能 14 SI 數(shù)據(jù)線 15 VCC 電源端 真值表如表 表 74HC595真值表 輸入管腳 輸出管腳 SI SCK SCLR RCK OE X X X X H QA— QH 輸出高阻 X X X X L QA— QH 輸出有效值 X X L X X 移位寄存器清零 L 上沿 H X X 移位寄存器存儲(chǔ) L H 上沿 H X X 移位寄存器存儲(chǔ) H X 下沿 H X X 移位寄存器狀態(tài)保持 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –11– X X X 上沿 X 輸出存儲(chǔ)器鎖存移位寄存器中的狀態(tài)值 X X X 下沿 X 輸出存儲(chǔ)器狀態(tài)保持 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –12– 3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 在一系列的理論分析之后，本次設(shè)計(jì)將采用根據(jù)功率因數(shù)來(lái)確定補(bǔ)償容量的方法，再根據(jù)當(dāng)前無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，我們采用并聯(lián)電容器型的無(wú)功補(bǔ)償裝置。它具有連線和控制方式簡(jiǎn)單，電容使用效率高及不產(chǎn)生諧波污染等優(yōu)點(diǎn)。 電壓互感器和電流互感器將信號(hào)轉(zhuǎn)成小電流， 經(jīng)過(guò)電路處理后發(fā)給 ADC0809。ACD0809 再將 模擬信號(hào) 轉(zhuǎn)成 數(shù)字信號(hào)。再將此信號(hào)傳給單片機(jī)。單片機(jī)控制電容投入或切除。并將結(jié)果送入顯示器顯示。圖 為無(wú)功功率補(bǔ)償控制 器系統(tǒng)的框圖 。 電 壓 互 感 器電 流 互 感 器A / D轉(zhuǎn) 換A T 8 9 C 5 1單 片 機(jī)控 制部 分L C D顯 示信 號(hào)處 理電 容 器組 圖 系統(tǒng)框圖 電源電路 系統(tǒng) 需要 +5V 直流電源。從外部引進(jìn)的一路 220V 交流電壓經(jīng)過(guò)變壓器 TF3 變換成AC9V 電壓，橋整 BRIDGE1 整流成 +12V 的直流電壓，穩(wěn)壓塊 7805 將 +12V 穩(wěn)壓到 +5V輸出，供需要的器件使用 [14]。系統(tǒng)的供電電源原理 如 圖 。 +5V 在原理圖中標(biāo)注為 VCC。 圖 AT89C51 接腳說(shuō)明 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –13– A/D 轉(zhuǎn)換電路 ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說(shuō)明各引 腳功能。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 21～ 28： 8 位數(shù)字量輸出端。 ADDA、 ADDB、 ADDC： 3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 START： A／ D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換）。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng) A／ D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié) 束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 REF（ +）、 REF（ ）：基準(zhǔn)電壓。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 GND：地。 3路模擬開(kāi)關(guān)與輸入通道如表 所示 表 3路模擬開(kāi)關(guān)與輸入通道的關(guān)系表 同入通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 A 0 1 0 1 0 1 O 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 0 0 0 1 1 1 1 ADC0809 芯片可以分時(shí)處理 8路 模擬量輸入信號(hào)，使用模擬開(kāi)關(guān)切換。在某一時(shí)刻，模擬開(kāi)關(guān)只能與一路模擬量通道接通，對(duì)該通道進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。表 C、 B、 A 是三條通道的地址線 [15]。當(dāng)?shù)刂匪嫘盘?hào) ALE 為高電平時(shí)， C、 B、 A 三條線上的數(shù)據(jù)送入ADC0809 內(nèi)部的地址鎖存器中，經(jīng)過(guò)譯碼器譯碼后選中某一通道 [16]。當(dāng) ALE=0 時(shí)，地址鎖存器處于鎖存狀態(tài)，模擬開(kāi)關(guān)始終與剛才選中的輸入通道接通。 選中通道的模擬量到達(dá) A/D 轉(zhuǎn)換器時(shí)， A/D轉(zhuǎn)換器并未對(duì)其進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端 START 出現(xiàn)下降沿并延遲后，才啟動(dòng)芯片進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 ， START 的上升沿復(fù)位 ADC0809[17]。 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –14– ADC0809 的 A/D 轉(zhuǎn)換過(guò)程是在時(shí)鐘信號(hào)的協(xié)調(diào)下進(jìn)行的， ADC0809 的時(shí)鐘信號(hào)由CLOCK 端送入，其最高頻率為 640MHz，在這個(gè)最高頻率下 ADC0809 的 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100uS 左右 [18]。當(dāng) ADC0809 用于 AT89C51 單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，若 AT89C51 用 12MHz 的晶振，ALE 輸出為 1/6，即 2MHz。則 ADC0809 的時(shí)鐘信號(hào)可以由 AT89C51 的 ALE 經(jīng)過(guò)一個(gè)四分頻電路獲取。這時(shí) ADC0809 的時(shí)鐘頻率為 500KHz， A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 130uS。 ADC0809 常用的時(shí)鐘電路如圖 ， A/D轉(zhuǎn)換電路 如圖 。 圖 ADC0809 常用的時(shí)鐘電路圖（ 4 分頻） A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后， A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果 (8 位數(shù)字量 )送到三態(tài)鎖存輸出緩沖器，此 時(shí) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果還沒(méi)有現(xiàn)在 DB0DB7八條數(shù)字量輸出線上，單片機(jī)不能獲取之 [19]。單片機(jī)要想讀到 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須使 ADC0809 的允許輸出控制端 OE 為高電平，打開(kāi)三態(tài)輸了鎖存器， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果出現(xiàn)在 DB0DB7 上。 單片機(jī)讀取 A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種 (1)延遲法單片機(jī)啟動(dòng) ADC0809 后，延時(shí) 130uS 以上，可以讀到正確的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (2)查詢(xún)法 EOC 必須接到 AT89C51 的一條 I/O 線上。單片機(jī)啟動(dòng) ADC0809 后，延遲10uS，檢測(cè) EOC，若 EOC=0 則 A/D 轉(zhuǎn)換沒(méi)有結(jié)束，繼續(xù)檢測(cè) EOC 直到 EOC=1。當(dāng) EOC=1時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (3)中斷法 EOC 必須經(jīng)過(guò)非門(mén)接到 AT89C51 的中斷請(qǐng)求輸入線 INT0 或 INT1 上，AT89C51 的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機(jī)啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換后可以做其它工作，當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)， EOC 由 0— 1經(jīng)過(guò)非門(mén)傳到 INT 端， AT89C51 收到中斷請(qǐng)求信號(hào)，若 AT89C51開(kāi)著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果。本 設(shè)計(jì)中即采用這種方法。 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –15– 圖 A/D轉(zhuǎn)換電路 看門(mén)狗 電路 本系統(tǒng) 采用 MAXIM 公司的低成本微處理器監(jiān)控芯片 MAX813L 構(gòu)成硬件狗與 AT89C51的接口電路如圖 所示。 MR 與 WDO 經(jīng)過(guò)一個(gè)二極管連接起來(lái)， WDI 接單片機(jī)的 口， RESET 接單片機(jī)的復(fù)位輸入腳 RESET， MR 經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)位按鈕接地 。該監(jiān)控電路的主要功能如下： （ 1）系統(tǒng)正常上電復(fù)位：電源上電時(shí)，當(dāng)電源電壓超過(guò)復(fù)位門(mén)限電壓 ， RESET端輸出 200ms 的復(fù)位信號(hào)，使系統(tǒng)復(fù)位。 （ 2）對(duì) +5V電源進(jìn)行監(jiān)視：當(dāng) +5V 電源正常時(shí)， RESET 為低電平，單片機(jī)正常工作；當(dāng) +5V 電源電壓降至 + 以下時(shí)， RESET 輸出高電平，對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。 （ 3）看門(mén)狗定時(shí)器被清零， WDO 維持高電平；當(dāng)程序跑飛或死機(jī)時(shí)， CPU 不能在 內(nèi)給出“喂狗”信號(hào)， WDO 跳變?yōu)榈碗娖?，由?MR 端有一個(gè)內(nèi)部 250mA的上拉電流， D導(dǎo)通 MR 獲得有效低電平 ， RESET 端輸出復(fù)位脈沖，單片機(jī)復(fù)位，看門(mén)狗定時(shí)器清零， WDO又恢復(fù)成高電平。 （ 4）手動(dòng)復(fù)位：如果需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，只要按下手動(dòng)復(fù)位按鈕，就能對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的復(fù)位。 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –16– 1234567813121514EA/VPP31XTAL119XTAL218RESET91716GND20VCC403938373635343332212223242526272810PSEN2910ALEP30*BAT89C51*WDORESETGNDMRVCCWDIMAX813LVCC/+5VDSVCC 圖 MAX813L 與 89c51 接口圖 LCD 顯示 本次設(shè)計(jì)采用 1602 型 LCD 顯示，現(xiàn)在的字符型液晶模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的信息顯示器件了。 1602 型 LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內(nèi)容豐富等特點(diǎn) [20]。 1602 型 LCD 可以顯示 2行 16個(gè)字符，有 8位數(shù)據(jù)總線 D0～ D7和 RS， R/W， EN 三個(gè)控制 端口，工作電壓為 5V，并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能。 1．外型尺寸： 80X36X13（ LXWXH） 2．接口信號(hào)說(shuō)明 接口信號(hào)說(shuō)明如表 所示。 表 1602型 LCD接口信號(hào)說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –17– 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令 選擇端（ H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫(xiě)選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號(hào) 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 3．主要技術(shù)參數(shù) 表 1602型 LCD的主要技術(shù)參數(shù) 顯示容量 16X2 個(gè)字符 芯片工作電壓 ~ 工作電流 （ ） 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 (WXH)mm 4．與 8051 接口電路 M162 液晶顯示模塊可以和單片機(jī) AT89C51 直接接口，電路 如圖 所示。 無(wú)功功率補(bǔ)償控制器設(shè)計(jì) –18– 圖 AT89C51與 DM162接口電路 模擬信號(hào) 處理 電路 電流和電壓 相位檢測(cè) 電路 當(dāng)電流和電壓波形一致，即電流和電壓的相位差為零時(shí)，此時(shí) 的功率因數(shù)最高，無(wú)功功率為零。當(dāng)電流和電壓的波形不一致時(shí)，存在兩種情況：一種是電流的波形在電壓的波形之前到達(dá)，這 種情況稱(chēng)為電流超前于電壓；另一種是電流的波形在電壓波形之后到達(dá)，這種情況稱(chēng)為電流滯后于電壓。電壓與電流的相位差的余弦稱(chēng)為功率因數(shù)。 相位檢測(cè)電路就是要檢測(cè)到電流和電壓的相位差，并且要檢測(cè)電流是超前還是滯后。只要檢測(cè)到這兩個(gè)數(shù)據(jù)即可控制電力電容的投入或者切除。根據(jù)檢測(cè)的相位差余弦查表來(lái)求得當(dāng)前的功率因數(shù)，再根據(jù)當(dāng)前功率因數(shù)與設(shè)定的功率因數(shù)比較，如果當(dāng)?shù)墓β室驍?shù)大于設(shè)定的功率因數(shù)，并且為滯后或者功率因數(shù)等于 ，則不進(jìn)行投入，如果為超前，則切除電力電容；如果當(dāng)前的功率因數(shù)小于設(shè)定的功率因數(shù)，則進(jìn)行 電容補(bǔ)償容量的判斷是否投入電容來(lái)提高功率因數(shù)，減少無(wú)功功率。 功率因數(shù)是否等于 由單片機(jī)計(jì)算而得。如果為 則不進(jìn)行任何操作。如果不為 且大于設(shè)定功率因數(shù)，則將電壓電流得出的信號(hào)輸入 D 觸發(fā)器，再將觸發(fā)得出的結(jié)果送入單片機(jī) [21]。由單片機(jī)處理是否投入或者切除電容。