【正文】 響應(yīng)脈沖信號，開始執(zhí)行采樣到模數(shù)轉(zhuǎn)換等一系列工作，直到每路采樣信號都轉(zhuǎn)換完畢才開始繼續(xù)執(zhí)行剛剛停止的主程序。下圖為采樣及A/D轉(zhuǎn)換流程框圖。圖49 采樣及AD轉(zhuǎn)換流程圖(6)RS485通信模塊SN75LBC184在接收方式時，A、B為輸入，R為輸出；在發(fā)送方式時，D為輸入，A、B為輸出。當傳送方向改變一次后，如果輸入未變化，則此時輸出為隨機狀態(tài)，直至輸入狀態(tài)變化一次，輸出狀態(tài)才確定。顯然，在由發(fā)送方式轉(zhuǎn)入接收方式后，如果A、B狀態(tài)變化前，R為低電平，在第一個數(shù)據(jù)起始位時，R仍為低電平，CPU認為此時無起始位，直到出現(xiàn)第一個下降沿，CPU才開始接收第一個數(shù)據(jù)，這將導(dǎo)致接收錯誤。由接收方式轉(zhuǎn)入發(fā)送方式后，D變化前，若A與B之間為低電壓，發(fā)送第一個數(shù)據(jù)起始位時，A與B之間仍為低電壓，A、B引腳無起始位，同樣會導(dǎo)致發(fā)送錯誤?？朔@種后果的方案是：主機連續(xù)發(fā)送兩個同步字，同步字要包含多次邊沿變化(如55H ，0AAH)，并發(fā)送兩次(第一次可能接收錯誤而忽略) ，接收端收到同步字后，就可以傳送數(shù)據(jù)了，從而保證正確通信。為了更可靠地工作，在RS485總線狀態(tài)切換時需要適當延時，再進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”，延時 ，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后， ms，將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時，有一個穩(wěn)定的工作過程。數(shù)據(jù)通信程序基本流程圖如圖410所示?！　　　　　　　　　D410 數(shù)據(jù)通信程序基本流程圖單片機通信節(jié)點的程序基本上可以分為6個主要部分，分別為預(yù)定義部分、初始化部分、主程序部分、設(shè)備狀態(tài)檢測部分、幀接收部分和幀發(fā)送部分。預(yù)定義部分主要定義了通信中使用的握手信號，用于保存設(shè)備信息的緩沖區(qū)和保存本節(jié)點設(shè)備號的變量。設(shè)備狀態(tài)檢測部分應(yīng)能在程序初始化后，當硬件發(fā)生故障時，作出相應(yīng)的反應(yīng)。主程序部分應(yīng)能接收命令幀，并根據(jù)命令的內(nèi)容作出相應(yīng)的回應(yīng)。為縮短篇幅，這里僅給出主程序部分的代碼。如下所示：　　/* 主程序流程 */　　while(1) {　　　　　　　　　//主循環(huán)　　 if(recv_cmd(amp。type)==0) //發(fā)生幀錯誤或幀地址與本機　　　　　　　　　　　　　　　 //地址不符，丟棄當前幀后返回　　continue；　　switch(type) {　　　　case __ACTIVE_：　　　　//主機詢問從機是否存在　　　　　　send_data(__OK_， 0，dbuf)；//發(fā)送應(yīng)答信息　　　　　　break；　　　　case __GETDATA_：　　　　　　len = strlen(dbuf)；　　　　　　send_data(__STATUS_， len，dbuf)；//發(fā)送狀態(tài)信息　　　　　　　　break；　　　　default：　　　　　　　　break；　　　//命令類型錯誤，丟棄當前幀后返回　　　　}　　} (7)顯示模塊 單片機與液晶顯示模塊接口程序主要分為3個部分：初始化，輸入信號，字符、漢字和圖 形顯示。系統(tǒng)通電復(fù)位后，液晶顯示模塊進行初始化和清屏工作，接著顯示正常工作的文字 和圖形。當模塊內(nèi)部顯示RAM某位為1時，屏幕上對應(yīng)點亮，為0時，對應(yīng)點滅。 OCMJ液晶顯示模塊采用ASK/ANSWER 握手方式。ASK=1 表示 OCMJ 忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令；ASK=0 表示OCMJ空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送命令到OCMJ可在 ASK=0后的任意時刻開始，先把用戶命令的當前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平ANSWER 脈沖把當前用戶命令字節(jié)鎖存到OCMJ 中。然后判斷OCMJ模塊是否在忙于內(nèi)部處理數(shù)據(jù)，如果ASK=1， 那么把ANSWER拉低，等待下一次（ASK=0）再送下一個數(shù)據(jù)。下面給出顯示漢字“啊”的部分程序。RSEG AT 34HAX： DSW 1AL EQU AX： BYTEBX： DSW 1BL EQU BX： BYTEINIT： LDB IOC1，00H ；ORB IOC0，20H LDB BL，00HSTB BL，IOPORT2SCALL，H1RETH1： LDB AL，0F0H ；顯示漢字 SCALL SEND LDB AL，02H ；XX，16*16點陣為單位的屏幕坐標 SCALL SEND LDB AL，00H ；YY， SCALL SEND LDB AL，10H ；，GB2312漢字“啊”的區(qū)位碼高位 SCALL SEND RETSEND： LDB BL，IOPORT2 JBS BL，4，SEND STB AL，IOPORT1 NOP LDB BL，IOPORT2 ORB BL，20H STB BL，IOPORT2 NOPSEND1： LDB BL，IOPORT2 JBC BL，4，SEND1 LDB BL，IOPORT2 ANDB BL，0DFH STB BL，IOPORT2 RET一般說來，液晶顯示模塊與單片機的通信方式有2種：串行通信方式和并行方式。采用哪種方式是由液晶模塊的特點決定的。OCMJ液晶顯示模塊采用8位并行數(shù)據(jù)格式和ASK/ANSWER握手協(xié)議，不占用單片機串行通信單元的資源，編程較簡單。 在程序的編寫過程中，注意以下幾點可以提高程序的運行速度。 (1)用整型數(shù)、長整型數(shù)參與運算 通常情況下，在運算過程中，如果采用浮點型數(shù)據(jù)和采用雙精度型數(shù)據(jù)參與運算，在計算過程中不會存在參數(shù)溢出問題，而且計算精度也很高，但是這會使得計算很慢，占用大量的CPU開銷。 采用長整型數(shù)據(jù)參與運算可以使運算速度大大提高，減小CPU開銷，但是會帶來一定誤差。本裝置中模數(shù)轉(zhuǎn)換器為12位A/D，在正常情況下其采樣碼值比較大，在保護算法和測量算法中參與運算都不會帶來太大的誤差。表41是浮點型、長整型和整型數(shù)據(jù)參與各種運算時占用的CPU指令周期個數(shù)比較。從表中可以看出，做除運算時采用浮點數(shù)比采用長整型數(shù)快，其他幾種運算用長整型數(shù)和整型數(shù)運算都會快幾倍到十幾倍不等，因此采用長整型數(shù)和整型數(shù)參與運算會大大提高計算速度。表41 浮點型、長整型、整型數(shù)據(jù)運算速度比較加運算減運算乘運算除運算開方運算右移運算浮點型數(shù)據(jù)1691911402003308長整型數(shù)據(jù)13133774414714整型數(shù)據(jù)88810214(2)用右移運算代替除法運算我們已經(jīng)知道，用長整型數(shù)和用整型數(shù)比用浮點型數(shù)運算快得多，但是長整型數(shù)和整型數(shù)的除法運算也很慢。為此，在除以一個常數(shù)時，我們采用右移的方法來代替除法。這樣也可以大大提高運算速度。 (3)減少子程序的調(diào)用 在寫程序過程中，通常習(xí)慣于按照功能模塊的原則將程序?qū)懗梢粋€個小的子程序，這種方法有利于對功能模塊的測試。但是由于在調(diào)用每個子程序時，都有入口地址的保護和出口地址的恢復(fù)，比如子程序sub()中不執(zhí)行任何操作，調(diào)用sub()也不傳遞任何參數(shù)，但是調(diào)用一次該子程序就會占用28個CPU指令周期。如果加上參數(shù)傳遞，則會占用更多的CPU指令周期。因此，如果功能模塊劃分得過細，使得每個子程序非常短，調(diào)用的子程序過多，也會造成CPU的開銷過大。所以，在程序空間足夠大時，應(yīng)該盡量避免頻繁地調(diào)用小的子程序。 (4)離線計算常用參數(shù) 在存儲空間夠用的情況下，可以在存儲空間定義一些常用變量，并在初始化時給這些變量賦值，避免在程序運行過程中計算這些參數(shù)。比如：由于事先已經(jīng)確定對一個周波進行12點全周傅氏算法，就可以在程序初始化時就將12點和值計算出來，并乘以一定倍數(shù)用整型數(shù)表示存放在常數(shù)數(shù)組sint[]和cost[]中。 本章主要介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計，包括設(shè)計方法、開發(fā)環(huán)境以及測控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，并對各功能模塊分別予以說明。主程序采用順序作業(yè)調(diào)度的設(shè)計原則進行編程，通過調(diào)用模塊化子程序，來完成各種故障信號的采樣、處理和液晶顯示，從而實現(xiàn)保護與控制功能。采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法不但便于程序的編寫、測試和修改，而且能提高編程效率和運行的可靠性。5 智能測控單元抗干擾設(shè)計 可靠性是低壓饋電開關(guān)的基本要求之一，也是所有繼電保護系統(tǒng)最基本的要求。它包含兩方面含義：故障時不拒動和正常時不誤動。除了保護原理應(yīng)滿足可靠性要求之外，還有兩個因素影響著保護系統(tǒng)的可靠性，即干擾和元件損壞，所有這些因素都不應(yīng)該引起保護的誤動和拒動。保護系統(tǒng)智能化后，其元件數(shù)量大大減少，而且由于大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，使元件的損壞率很低，特別是微機可以實現(xiàn)高級在線自動檢測，絕大多數(shù)元件損壞都能被檢測出來并自動報警，不會引起保護的誤動。因此，為了保障保護系統(tǒng)可靠工作，除了采用合適的保護原理外，本章主要考慮抗干擾設(shè)計。饋電開關(guān)工作在環(huán)境惡劣的煤礦井下，空氣非常潮濕，到處充滿著煤塵，電磁干擾尤為嚴重。測控系統(tǒng)在工作時不僅要受到從電網(wǎng)上傳來的“噪聲”干擾，其本身也是一個很強的干擾源，像負載線上的電流頻繁變化和真空斷路器本身的操作過程都會產(chǎn)生高頻噪聲，更嚴重的是該高頻信號會通過導(dǎo)線和空間進入單片機系統(tǒng)內(nèi)部，造成既定程序脫離原有軌道，跳飛到其它程序段上，使系統(tǒng)工作不正常，甚至損壞系統(tǒng)。所以對測控系統(tǒng)各單元的抗干擾性能提出了較高的要求，尤其是單片機系統(tǒng)的抗干擾問題。因此，在整個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)過程中，始終將抗干擾性能作為系統(tǒng)設(shè)計時首先考慮的問題之一。煤礦井下環(huán)境惡劣，危害系統(tǒng)正常工作的干擾源主要有以下幾種：(1)電源干擾電源干擾是單片機應(yīng)用系統(tǒng)的主要干擾源，據(jù)統(tǒng)計，實時控制系統(tǒng)的干擾約70%來自電源。電源干擾具有頻帶難以定量化、干擾原因復(fù)雜、干擾方式多變等特點。根據(jù)干擾的構(gòu)成可將電源干擾分為串模干擾和共模干擾兩大類。串模干擾是疊加在電源電壓正弦波上的干擾信號，主要產(chǎn)生于供電網(wǎng)絡(luò)和處于同一網(wǎng)絡(luò)的其它設(shè)備上，由負載變動引起的電網(wǎng)波動、開關(guān)觸點的開合引起的脈沖干擾及可控硅整流器等外設(shè)運行時產(chǎn)生的高頻信號等諸多原因引起；共模干擾是加在線路和地線之間的干擾，另外由于地線的結(jié)構(gòu)及材料選擇不當，導(dǎo)致地線電阻過大，當有電流流過地線時，線路上各處便會產(chǎn)生壓降，使I/O接口電路的地線和微機的地線存在電位差，即存在共模電壓。(2) 由I/O通道信號引起的干由I/O通道信號引起的干擾主要有外設(shè)操作干擾、信號線之間及信號線與動力線之間的干擾和現(xiàn)場信號干擾三種。當外設(shè)操作時，如電動機的起動及開關(guān)觸點通斷產(chǎn)生的干擾都可能通過A/D或D/A電路影響系統(tǒng)CPU的指針及隨機存儲器，使系統(tǒng)工作混亂；各導(dǎo)線之間存在著雜散電容、分布電容，交變信號可以通過這些電容的耦合，傳到相鄰的線路而形成干擾；本系統(tǒng)有許多開關(guān)量需要輸入，在強電場的作用下，干擾可能與輸入信號同時進入系統(tǒng)。(3)空間電磁干擾煤礦井下有許多高壓電網(wǎng)和變壓器，這些高壓設(shè)備在空間形成很強的電磁場，對該智能測控系統(tǒng)形成干擾，使之不能正常工作。干擾源對智能測控系統(tǒng)的危害主要表現(xiàn)在以下三個方面：(1)輸入通道 輸入通道是系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的主要通道，它包括模擬信號和數(shù)字信號等。干擾能使模擬信號失真，或輸入的開關(guān)量和數(shù)字量出錯。(2)輸出通道 輸出通道是系統(tǒng)作用于外部動作單元的主要通道，它的正確與否直接關(guān)系到系統(tǒng)動作的可靠性。而干擾會使輸出的各個控制信號混亂，不能實現(xiàn)微機系統(tǒng)準確的輸出，從而導(dǎo)致保護誤動或拒動。(3)中央處理單元 中央處理單元是整個系統(tǒng)的核心，它對輸入通道輸送來的數(shù)據(jù)進行運算和處理，得到相應(yīng)的結(jié)果。而干擾會使地址或數(shù)據(jù)總線上的數(shù)字信號錯亂，引發(fā)一系列意想不到的錯誤，CPU得到錯誤的數(shù)據(jù)信息后，導(dǎo)致運算結(jié)果出錯，并形成隨后程序執(zhí)行的一系列錯誤。 在一個好的保護系統(tǒng)中，硬件抗干擾是必不可少的，如果硬件抗干擾措施實施的好，可以抑制大約80%的干擾，而且硬件抗干擾有效率高、實時性強等優(yōu)點。電源系統(tǒng)抗干擾主要是通過隔離變壓器、低通濾波器和整流電路等依次串聯(lián)組成。其中隔離變壓器的初級繞組和次級繞組之間加了一層屏蔽層，將屏蔽層和鐵芯一起接地，可以減少繞組間的分布電容，提高抗高頻干擾的能力；低通濾波環(huán)節(jié)用于抑制由交流電源線引入的高頻干擾；整流電路用來將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?，整流元件是非線性元件，電壓和電流波形均有很多沖擊過程，是高頻干擾的來源。系統(tǒng)設(shè)計時，在整流元件的兩端并接濾波電容，這樣可以大大削弱高頻干擾。這里所說的通道是指前向通道、后向通道與CPU之間信息傳輸?shù)穆窂?，在通道中長線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。微機應(yīng)用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時會出現(xiàn)延時、畸變、衰減與通道干擾。為了保證長線傳輸?shù)目煽啃裕饕扇」怆婑詈细綦x、雙絞線傳輸、阻抗匹配等抗干擾措施。本系統(tǒng)主要采用光電耦合隔離措施。 空間干擾主要通過電磁波輻射進入單片機系統(tǒng)，針對這種干擾所采取的措施有地線系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)屏蔽設(shè)計和布局設(shè)計。 (1)接地系統(tǒng)：良好的接地是抑制各種干擾的重要方法之一。在設(shè)計地線時要注意以下幾點： 1)使數(shù)字電路和模擬電路分開，兩者的地不要相混； 2)單片機系統(tǒng)采用獨立+5V電源供電，應(yīng)將單片機系統(tǒng)的地和供電系統(tǒng)的地分離開來； 3)印刷電路板中地線應(yīng)形成環(huán)路，但對外應(yīng)一點接地。 (2)系統(tǒng)屏蔽：將整個單片機控制系統(tǒng)主電路板用金屬盒包圍起來，再將金屬盒接地，起到屏蔽作用，這樣能消除、減弱靜電場與信號線之間的分布電容，阻斷電力線的傳播，抑制通過靜電感應(yīng)產(chǎn)生干擾電壓。(3)布局設(shè)計：主要指電路控制板上的元件布局和防爆外殼里的設(shè)備布局。設(shè)備布局應(yīng)注意滿足電氣間隙等要求。煤礦井下壞境惡劣，電壓高，電流大，干擾比較強，當干擾信號通過三總線作用到CPU本