【正文】 ，4個軟件定時器。二、控制器存儲空間擴展8OC196KB內部只有256字節(jié)的RAM，因此必須在外部擴展存儲器，配有外部存儲器EPROM 27C256 (32K)，用于存放控制程序，RAM 6264 (8K)用于存放數(shù)據(jù)。MS196系列單片機和51系列單片機不同，外部存儲器統(tǒng)一編址，其存儲空間不分程序存儲空間和數(shù)據(jù)存儲空間。MS196系列單片機使用方式非常靈活，即可以以16位數(shù)據(jù)總線模式工作，也可以以8位數(shù)據(jù)總線模式工作，兩種總線可以動態(tài)切換。在本系統(tǒng)中，采用16位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線方式，系統(tǒng)工作在8位數(shù)據(jù)總線方式時P3口共用為數(shù)據(jù)線和低位地址線A0A7，使用74LS373來鎖存地址。本系統(tǒng)的外部存儲器采用片選法譯碼方式，故系統(tǒng)的基本地址范圍為0000H7FFFH，共32K，用來存放系統(tǒng)程序，由P3口通過地址鎖存器74LS373提供，程序存儲器的取指信號為。，基本地址范圍為800OH9FFFH, ，由P3口通過地址鎖存器74LS373提供，6264存儲器數(shù)據(jù)的存取由單片機的、選通。 系列存儲空間擴展第二節(jié) 系統(tǒng)硬件的各部分組成及功能一、鍵盤電路鍵盤是用來設定控制參數(shù)的最基本的手段。本裝置的鍵盤可用來設定控制參數(shù)，如電壓極限，功率因數(shù)等；還可用來選擇手動運行方式還是自動運行方式。由于標準微機鍵盤技術及工藝成熟，可利用的鍵碼多，所以本系統(tǒng)采用標準鍵盤芯片來設計鍵盤。該鍵盤通過一個四針接口插座與主電路板相連，其引腳為VCC、GND、時鐘線SCK和數(shù)據(jù)線SIO。當有鍵按下時，鍵盤芯片采用行列掃描法識別按下的鍵，由單片機接收并處理。鍵盤與單片機的接口電路如下圖。80C196KB的P2. 6接鍵盤的SCK, . 鍵盤接口電路二、顯示電路 本文裝置采用漢字和字符及框圖來顯示運行參數(shù)、狀態(tài)、整定參數(shù)、手動自動運行等。裝置采用的是OCMJ4X8液晶顯示器，它具有128X64點陣坐標，可以顯示各種圖形和坐標。硬件接口采用ASK/ANSWER握手協(xié)議，采用8位并行數(shù)據(jù)格式。獨立于CPU硬件的ASK/ANSWER握手協(xié)議簡單可靠。 液晶顯示器接口電路三、通信接口電路控制器帶有標準的RS232串行通信口，用于和上位機通訊。EIA RS232標準接口定義了按位串行傳輸數(shù)據(jù)終端設備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設備(DCE)之間的接口信息。RS232與TTL、MOS邏輯電平不同，邏輯零電平規(guī)定為+5V +15V之間，因此RS232驅動器與TTL電平連結必須通過電平轉換。常用的電平轉換芯片為MC1488,MC1489。MC1488將TTL電平轉換為RS232電平，MC 1489將RS232電平轉換為TTL電平，我們采用9芯RS232插座，利用三線工作方式，使用DB9型RS232C接口的第2腳TXD，第3腳RXD，第5腳GND：即TXD接RXD,RXD接TXD，信號地GND互接。，用于和上位機通信。上位機按一定的格式發(fā)送命令給單片機，單片機響應串行口中斷，按通信協(xié)議依次將數(shù)據(jù)傳送到上位機。 與上位機通信接口四、數(shù)據(jù)采集通道電路數(shù)據(jù)采集通道是完成電平轉換隔離，量值檢測的輸入通道。來自PT,CT的交流電壓、電流信號經(jīng)數(shù)字相位儀進行相位比較，獲得相位差。裝置采用0 數(shù)字相位儀分別判斷三相功率因數(shù)是超前還是滯后，并把相位差以數(shù)字的形式存放在地址A000HA002H中，地址A003H存放相位超前滯后判斷的依據(jù)。電流i和電壓u經(jīng)互感器后，其輸出信號經(jīng)過零檢測器，使過零檢測器的輸出信號通過異或門的輸出信號是一個脈沖寬度與i、u兩信號之間的相位差成正比的脈沖序列信號。檢測裝置只需檢測電網(wǎng)基波電壓電流間的相位差角，就可知道需補償?shù)碾娋W(wǎng)的功率因數(shù)的大小?？紤]到電壓電流由于非線性負荷而出現(xiàn)的畸變，由電壓電流互感器而來的電壓電流信號需進行濾波，以使其采樣信號接近正弦波。再通過波形變換為矩形波，這兩個方波(對應于電壓、電流)彼此間相差一定角度。若將兩方波進行異或處理，則輸出脈寬對應于電網(wǎng)功率因數(shù)角。用D觸發(fā)器可檢測兩個同頻率信號的超前、滯后關系，由此決定相位差符號。利用單片機測出輸出方波的寬度，則可求出相應的功率因數(shù)角。選用ALTERA公司的可編程邏輯器件EPM7160S，設計了數(shù)字相位計。用單片機讀出其定時值，再由運算程序運算后得出功率因數(shù)cos的值。 測量電壓、電流的值時，考慮到無功補償?shù)目焖傩砸?，避免程序過多的運算，采用了硬件轉換的方法。選用ANALOG DEVICES公司的RMSDC轉換器AD736，將含有諧波的信號轉換為直流電壓有效值。AD736是經(jīng)過激光修正的單片精密度有效值AC/DC轉換器。其主要特點是準確度高、靈敏性好、測量速率快、頻率特性好、輸入阻抗高、輸出阻抗低、電源范圍寬且功耗低，3%。經(jīng)AD736轉換后的信號再送入80C196KB的A/D輸入口，經(jīng)A/D轉換成為數(shù)字信號由程序讀取。 電壓有效值轉換電路圖在設計時，AD736采用雙電源士5V供電，對Cc端采用AC模式。經(jīng)過轉換后的有效值，再送到80C196KB的A/D口。80C196KB片內集成了8路模擬開關、采樣保持電路和10位模數(shù)轉換器，可對輸入信號進行采樣和保持，并將其轉化為數(shù)字信號。Va、Vb、Vc接ACH0、ACHACH2, UIa、UIb、UIc接ACHAVHACH5，由程序讀出相應的值。 有效值采集電路圖五、電容器組投切電路本裝置電容器組采用四組8421編碼設計，共有16種不同組合來隨無功功率不同變化進行投切，以提高靜態(tài)補償精度。由單片機輸出口發(fā)出的觸發(fā)脈沖，經(jīng)光電隔離，功率放大后形成相應組別、相應相別的強觸發(fā)脈沖信號，送到相應需觸發(fā)的晶閘管模塊上，控制晶問管的導通。電容器組采用三相控制方式三角形連接方案。晶閘管投切電容器技術是采用晶閘管開關，實時地投切相應數(shù)量的電容器組，從而實現(xiàn)對無功補償量的自動控制。其特點是投切速度快，能對多級電容器組進行投切，投入時無涌流，切除時無過電壓，避免了電容器投切時的過渡過程，從而避免了涌流和過電壓對電容器的損害，延長了電容器和其它電氣元件的壽命。晶閘管只作為交流開關用，不作移相控制，不破壞正弦波形。 一組電容器接線方式由于電容器兩端電壓不能突變，當電容器投入時刻選擇不對時，將產(chǎn)生很大的暫態(tài)沖擊電流。 晶閘管投切電容器組等效圖而實際上，每相之間相差為，不可能保證三相電容器在投入時每相都無浪涌電流。為了解決這個問題，采用晶閘管與二極管反向并聯(lián)，在每次切除時電容器總保持一定的電壓。每一相的強電執(zhí)行部分都設計成觸發(fā)電路，實現(xiàn)電容器組投切時對電網(wǎng)不產(chǎn)生沖擊。當電網(wǎng)需要投入電容組時，不是立即投入，而是等檢測到電網(wǎng)電壓為峰值，與電容器組電壓相等、極性一致時，才產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，使交流開關導通，平滑投入電容器組。這樣，電容器組投入的最大延遲時間為一個工頻周期(20ms)。否則，由電容器組上電壓跳變所產(chǎn)生的沖擊電流可能損壞交流開關和電容器組，并且對電網(wǎng)電壓質量產(chǎn)生不良影響。檢測點有兩種選擇方案:①控制器輸入電壓和電流信號的檢測點設在補償設備的前端與變壓器之間，如圖中的A點處；②檢測點設在補償設備后端，如圖中的B點處。 檢測點A由于不能直接檢測負載的物理量，測量的為補償后的電流電壓值，不易實現(xiàn)多組電容器的一次快速投切，通常采用逐級漸進的投切方式，速度較慢，因此僅適用于負載運行較平穩(wěn)，無大容量沖擊負載，不需要快速動態(tài)補償?shù)膱龊稀z測點B的優(yōu)點是能根據(jù)電流電壓的測得值，得出一次需補償?shù)臒o功量，決定電容器投入組數(shù)，是一種只管投切，不能控制補償后的實際效果，其優(yōu)點是控制方式簡單，可一次快速投切多組電容器，缺點是靜態(tài)補償?shù)木容^差。本文裝置是采用結合兩者優(yōu)點的閉合控制方式，即檢測點設在A處，能檢測補償后的無功功率，也能得到完全補償時所需投入的全部電容器的無功功率，也可一次投入應投的全部電容器，獲得快速的動態(tài)補償特性。 無功補償裝置的檢測點第四章 控制系統(tǒng)的軟件設計此裝置無功補償?shù)能浖且环N實時功能處理軟件，它要求迅速得出結果，發(fā)出控制信號。第一節(jié) 系統(tǒng)總體軟件設計 系統(tǒng)主程序軟件框圖本裝置中，單片機軟件采用C196語言編寫，采用模塊化設計，分為以下幾個方面:主程序、采集程序、各種電量的計算程序、鍵盤顯示程序、通信程序等。系統(tǒng)上電運行后，進行自檢和初始化工作，顯示首頁。然后開放串行口中斷，掃描鍵盤，如果有鍵按下，進入鍵處理模塊，進行各種參數(shù)的設定。之后采集電流、電壓和相角，進行計算?？赏ㄟ^鍵盤“手動/自動”鍵來選擇按照手動或自動兩種不同的方式運行。下面對各部分軟件逐一介紹。第二節(jié) 鍵盤顯示接口軟件設計微機鍵盤與計算機采用雙向通信方式，計算機有高優(yōu)先權，通信協(xié)議是標準的串行異步通信格式，即1位起始位，中間8位數(shù)據(jù)位是低位在前，高位在后，1位奇校驗位P，最后是1位停止位。在本軟件中，單片機采用查詢方式檢測數(shù)據(jù)線狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)線變?yōu)榈碗娖剑f明鍵盤將有數(shù)據(jù)發(fā)出，則調用讀鍵盤子程序讀取一個字節(jié)數(shù)據(jù)；如要發(fā)送命令字給鍵盤，單片機調用發(fā)送鍵盤子程序來完成。根據(jù)接收到不同的碼來判斷鍵盤發(fā)送的是什么命令，程序依次做出相應的判斷。液晶顯示接口協(xié)議為ASK/ANSWER握手方式。ASK=l表示OCMJ忙于內部處理，不能接收用戶命令；ASK=O表示OCMJ空閑，等待接收用戶命令。在ASK=O后的任意時刻開始發(fā)送命令到OCMJ，先把命令的當前字節(jié)放到口寄存器上，接著發(fā)高電平ANSWER脈沖把當前命令字節(jié)鎖存到OCMJ中。然后斷OCMJ模塊是否在忙于內部處理數(shù)據(jù)，如果ASK=l，那么把ANSWER拉低，等待下一次(ASK=0)再送下一個數(shù)據(jù)。顯示器采用五頁分屏顯示，包括各相投入的電容器組數(shù)、無功功率、電流電壓、功率因數(shù)和電壓限額。當控制鍵盤的“顯示”鍵和“設定”鍵分別按下時，能在不同的頁面間進行切換。 液晶顯示器接法流程圖第三節(jié) 通信軟件設計本裝置采用RS232串行通信接口標準，通過電纜可與上位機通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。8OC196KB的接收緩沖器SUBF(RX, 07H)和發(fā)送緩沖器SBUF(TX，07H)為雙緩沖的，允許單片機連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。8OC196KB串行口的工作受串行口控制/狀態(tài)寄存器(SPCON/SPSTAT)的控制，兩寄存器共用一個地址單元11H。串行口的工作方式可通過控制寄存器來選擇，本裝置串行口采用方式1，為標準的異步通信方式，每10位數(shù)據(jù)構成一幀，一位起始位(0), 8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，1位停止位(1)。串行口的波特率由16位波特率寄存器(BAUDREG，位于000EH單元)的內容決定。以連續(xù)兩個字節(jié)寫入該寄存器，低位在前，高位在后，最高位為1(選擇XTAL1作為波特率發(fā)生器的時鐘)，波特率為波特率= ； 其中B為寫入波特率寄存器的值。當XTAL1=12MHz，波特率采用9600bps，B=804EH。本裝置與上位機的通信協(xié)議為問答式規(guī)約，按上位機的命令回答相應的數(shù)據(jù)，傳送的報文以8個字節(jié)為單位，附加起始位和停止位。波特率9600bps，所有字符數(shù)字均用ASCII碼發(fā)送，數(shù)據(jù)格式為一位起始位(0), 8位數(shù)據(jù)位(低位在前)，1位停止位(1)，設置80C196KB單片機接收和發(fā)送中斷，當最后一個數(shù)據(jù)采樣后，接收位RI置位。當停止發(fā)送時，TI被置位。上位機可用visual basic Comm控件，定義相同的波特率和通信方式來發(fā)送和接收單片機傳送的數(shù)據(jù)。當單片機串口接收到AA、AB、AC、AD、AE、AF時，分別傳送電流、電壓、無功功率、有功功率、功率因數(shù)和電容器組的投切情況。第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集軟件設計數(shù)據(jù)采集軟件包括兩部分:一是電流電壓的采集:一是功率因數(shù)角的采集。80C196KB的ACH0、 ACH ACH2分別測A、 B、C三相的電壓值，ACHACH ACH5分別測A、 B、 C三相的電流值。測量相位時，。第五節(jié) 計算部分軟件設計在得到電網(wǎng)電壓、電流、相角后，我們就可求出相應的功率因數(shù)、有功功率和無功功率。在前面分析過，采用就地補償策略，得出每相需補償?shù)臒o功功率。在無功補償裝置的無功補償量的計算過程中，我們采集每相電流、電壓及相角，為此，求得的無功補償量是每相的，需投入的電容器組也是每相的，相當于電容器星形接線。由于電容器組三角形接線比電容器星形界線能充分利用電容器，因而我們在實際電容器接線中采用三角形接線。 電容器的星形連接 電容器的三角形連接 計算子程序框圖第五章 控制系統(tǒng)的抗干擾設計硬件電路設計完后，還要考慮到抑制干擾的問題，這樣整個系統(tǒng)設計才完善起來。下面來介紹產(chǎn)生干擾的原因及解決方法。第一節(jié) 干擾的形成 影響單片機系統(tǒng)可靠安全運行的主要因素主要來自系統(tǒng)內部和外部的各種電氣干擾，并受系統(tǒng)結構設計、元器件選擇、安裝、制造工藝影響。這些都構成單片機系統(tǒng)的干擾因素，常會導致單片機系統(tǒng)運行失常，輕則影響產(chǎn)品質量和產(chǎn)量，重則會導致事故，造成重大經(jīng)濟損失。形成干擾的基本要素有三個： 一、干擾源。指產(chǎn)生干擾的元件、設備或一用數(shù)學語言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機、高頻時鐘等都可能成為干擾源。 二、傳播路徑。指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過導線的傳導和空間的輻射。 三、敏感器件。指容易被干擾的對象。如：A/D、D/A變換器，單片機，數(shù)字IC，弱信號放大器等。第二節(jié) 干擾的分類干擾的分類有好多種，通?？梢园凑赵肼暜a(chǎn)生的原因、傳導方式、波形特性等等進行不同的分類。按產(chǎn)生的原因分： 可分為放電噪聲音、高頻振蕩噪聲、浪涌噪聲；按傳導方式分：可分為共模噪聲和串模噪聲；按波形分：可分為持續(xù)正弦波、脈沖電壓、脈沖序列等等。第三節(jié) 干擾的耦合方式 干擾源產(chǎn)生的干擾信號是通過一定的耦合通道才對測控系統(tǒng)產(chǎn)生作用的。因此，我有必要看看