【正文】 振蕩器的 C8051F020 是真正能獨立工作的片上系統(tǒng)。所有模擬和數(shù)字外設均可由用戶固件使能/禁止和配置。FLASH 存儲器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲，并允許現(xiàn)場更新 8051 固件。片內 JTAG 調試電路允許使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產品 MCU 進行非侵入式（不占用片內資源） 、全速、在系統(tǒng)調試。該調試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、 單步及運行和停機命令。 在使用 JTAG 調試時， 所有的模擬和數(shù)字外設都可全功能運行。每個 MCU 都可在工業(yè)溫度范圍（45℃到+85℃）內用 的電壓工作。端口 I/O、/RST 和 JTAG 引腳都容許 5V 的輸入信號電壓。C8051F020 為 100 腳 。 圖 31 C8051F020引腳圖與 8051 完全兼容 C8051F020 系列器件使用 Silicon Labs 的專利 CIP51 微控制器內核。CIP51與 MCS51TM 指令集完全兼容，可以使用標準 803x/805x 的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。CIP51 內核具有標準 8052 的所有外設部件，包括 5 個 16 位的計數(shù)器/定時器、兩個全雙工 UART、256 字節(jié)內部 RAM、128 字節(jié)特殊功能寄存器（SFR）地址空間及 8/4 個字節(jié)寬的 I/O 端口。 CIP51 采用流水線結構，與標準的 8051 結構相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。在一個標準的 8051 中，除 MUL 和 DIV 以外所有指令都需要 12 或 24 個系統(tǒng)時鐘周期，最大系統(tǒng)時鐘頻率為 1224MHz。而對于 CIP51 內核，70%的指令的執(zhí)行時間為 1 或 2 個系統(tǒng)時鐘周期，只有 4 條指令的執(zhí)行時間大于 4 個系統(tǒng)時鐘周期。 CIP51 共有 111 條指令。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行時所需的系統(tǒng)時鐘周期數(shù)的關系。表33CIP51 工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率 25MHz 時，它的峰值性能達到 25MIPS。C8051F020 系列 MCU 對 CIP51 內核和外設有幾項關鍵性的改進，提高了整體性能，更易于在最終應用中使用。擴展的中斷系統(tǒng)向 CIP51 提供 22 個中斷源（標準 8051 只有 7 個中斷源） ，允許大量的模擬和數(shù)字外設中斷微控制器。一個中斷驅動的系統(tǒng)需要較少的 MCU干預，因而有更高的執(zhí)行效率。在設計一個多任務實時系統(tǒng)時，這些增加的中斷源是非常有用的。 MCU 可有多達 7 個復位源：一個片內 VDD 監(jiān)視器、一個看門狗定時器、一個時鐘丟失檢測器、一個由比較器 0 提供的電壓檢測器、一個軟件強制復位、CNVSTR 引腳及/RST 引腳/RST 引腳是雙向的，可接受外部復位或將內部產生的上電復位信號輸出到/RST 引腳。 除了 VDD 監(jiān)視器和復位輸入引腳以外，每個復位源都可以由用戶用軟件禁止；使用 MONEN 引腳使能/禁止 VDD 監(jiān)視器。在一次上電復位之后的 MCU 初始化期間，WDT 可以被永久性使能。MCU 內部有一個獨立運行的時鐘發(fā)生器，在復位后被默認為系統(tǒng)時鐘。如果需要，時鐘源可以在運行時切換到外部振蕩器，外部振蕩器可以使用晶體、陶瓷諧振器、電容、RC 或外部時鐘源產生系統(tǒng)時鐘。時鐘切換功能在低功耗系統(tǒng)中是非常有用的，它允許 MCU 從一個低頻率（節(jié)電）外部晶體源運行，當需要時再周期性地切換到高速（可達 16MHz）的內部振蕩器。CIP51 有標準的 8051 程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括 256 字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，其中高 128 字節(jié)為雙映射。用間接尋址訪問通用 RAM 的高 128 字節(jié)，用直接尋址訪問 128 字節(jié)的 SFR 地址空間。數(shù)據(jù) RAM 的低 128 字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。前 32 個字節(jié)為 4 個通用寄存器區(qū)，接下來的 16 字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。 C8051F020 中的 CIP51 還另有位于外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間的 4K 字節(jié)的 RAM 塊和一個可用于訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的外部存儲器接口（EMIF） 。這個片內的 4K字節(jié) RAM 塊可以在整個 64K 外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間中被尋址（以 4K 為邊界重疊） 。外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間可以只映射到片內存儲器、只映射到片外存儲器、或兩者的組合（4K 以下的地址指向片內，4K 以上的地址指向 EMIF） 。EMIF 可以被配置為地址/數(shù)據(jù)線復用方式或非復用方式。 MCU 的程序存儲器包含 64K 字節(jié)的 FLASH。該存儲器以 512 字節(jié)為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的外部編程電壓。從 0xFE00 到 0xFFFF 的 512 字節(jié)被保留，由工廠使用。還有一個位于地址 0x10000 0x1007F 的 128 字節(jié)的扇區(qū)，該扇區(qū)可作為一個小的軟件常數(shù)表使用。C8051F020 系列具有片內 JTAG 邊界掃描和調試電路， 通過 4 腳 JTAG 接口并使用安裝在最終應用系統(tǒng)中的產品器件就可以進行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調試。該 JTAG 接口完全符合 IEEE 規(guī)范，為生產和測試提供完全的邊界掃描功能。 控制器電路圖的設計系統(tǒng)由兩個DCDC變換芯片、兩個電壓采集電路、單片機、放電電路和輸出保護電路組成，原理圖如圖32所示，其工作原理如下：充電時單片機通過內部的A/D轉換器實時采集充電時風力發(fā)電機輸出的電壓和蓄電池兩端的電壓，從而調節(jié)DCDC芯片的輸出電壓給蓄電池分階段的充電；放電時單片機通過內部的A/D轉換器實時采集放電時蓄電池兩端的電壓從而實時的發(fā)出適合的指令進行放電。 系統(tǒng)電路圖組成充電主電路其實是一個升降壓斬波電路圖33 充電主電路①、風速是不可控的，所以輸出的電壓也是隨著變化的，給蓄電池充電電壓在一定范圍的，所以需要對發(fā)電機發(fā)出的電壓進行檢測傳給單片機來控制，因為發(fā)電機發(fā)出的電壓超出了單片機所能承受的電壓，這里采用了分壓電路如圖34所示，1R和 2是分壓電阻， 1D和 2為二極管這里起到保護作用，為了使進入單片機的電壓更加穩(wěn)定這里加入了電容 C，起到濾波作用。圖34 電壓檢測1ESGNTULVAPort*力Bin+u34cl5這里風力發(fā)電機發(fā)出的額定電壓為24 v， v,所以，1R選擇了19 ?K， 2R選擇了1 K。②、為了監(jiān)控蓄電池兩端的電壓，因蓄電池兩端的電壓在12 左右不可能直接送往單片機的電壓比較器，所以在這里又使用了分壓電路，分壓后的電壓在適當?shù)姆秶鷥瓤梢灾苯铀偷絾纹瑱C進行比較，這樣來控制蓄電池的充放電。圖35 電壓檢測2同樣，圖中 3R和 4為分壓電阻， 3D和 4起到保護單片機的作用， 2C為濾波電容，其中 選擇為49 ?K， R為1 。放電控制電路對蓄電池充電是一個復雜的過程，首先檢測風力發(fā)電機發(fā)出的電壓是否超出了額定電壓，如果超出了，則需要一個放電電路來消耗多余的電能，否則，會對蓄電池造成很大的損害。放電電路由一個MOSFET管、一個放電電阻及部分其它電阻組成，其電路圖如圖36所示，圖36 放電電路圖中 5R為放電電阻，根據(jù)計算 5R選擇3 ?的水泥進行放電。ESGNTULVAPort67Q?MOF輸出保護電路輸出保護電路是防止負載電路短路或電流過大等情況發(fā)生，在這里采用了MAX471芯片來采集負載輸出電路中的電流的大小送給單片機，通過單片機的判斷來保護輸出電路。其電路圖如圖37，圖37 輸出保護電路 統(tǒng)軟件的實現(xiàn)本節(jié)主要是介紹了控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，本文對蓄電池的充放電主要是通過對單SHCN1R+23GDI567OUT8MAXEPort片機的編程來實現(xiàn)的，充放電的流程圖如圖圖38 蓄電池充放電流程圖開始初始化電壓采集U1＜U＜u 2U＜u 1 壓放電終止 恒壓充電Uu2浮充充電結束缺電報警第四章 結論對于小型風力發(fā)電系統(tǒng)，由于風能和負載的隨機性及不確定性，使得其對蓄電池的充放電控制較為復雜。研究簡單、高效、可靠、低價和使用方便的小型風電系統(tǒng)對于進一步的推廣與應用具有重要的現(xiàn)實意義?，F(xiàn)代電力電子技術、計算機技術、控制理論為深入研究小型風力發(fā)電系統(tǒng)提供了強有力的理論幫助和技術支持。本文的小型風力發(fā)電系統(tǒng)采用風力機和永磁同步發(fā)電機直軸連接，對于充放電部分，通過對比采取了適合小型風力發(fā)電的蓄電池的充電模式，既恒壓——浮充的模式，以C8051F020單片機為核心，設計了控制系統(tǒng)硬件電路，并對系統(tǒng)各部分功能做出了詳細的介紹。由于小型風力發(fā)電大多位于遠離電網的地方，沒有比較穩(wěn)定的電源，但要想使控制系統(tǒng)按要求工作，就必須提供比較穩(wěn)定的電源。所以本文利用蓄電池作為所有控制芯片的電能來源，因為蓄電池是并聯(lián)接在傳輸線上的，所以不可能利用簡單的電阻分壓的方法獲得控制電源。針對這一特點，本文設計了電源變換模塊，實現(xiàn)電能的轉換和傳輸，為整個控制系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了基礎。但是盡管對本課題的做了不少的工作，但由于時間及個人能力有限，真正實現(xiàn)完整的小型風力供電系統(tǒng)充放電控制，還存在較多的困難，這將在以后的學習中，繼續(xù)加以深入的研究，在設計過程中，考慮到個人的能力難免有一些漏洞，希望各位老師指出錯誤，我將虛心地接受并加以改進。參 考 文 獻[1] [J].電氣時代，2022，(3)：l6－20[2] :[3] :97107[4] ：123127[5] 鐘勇. 風光互補發(fā)電系統(tǒng)中蓄電池充放電控制器的研究(合肥工業(yè)大學碩士學位論文).2022[6] 趙強. . 2022年第3期[7] 任富理. 邊遠站點利用風力發(fā)電的供電系統(tǒng)研究(重慶大學碩士學位論文).2022[8] (內蒙古工業(yè)大學碩士學位論文).2022[9] 楊慧杰. 戶用小型風力發(fā)電系統(tǒng)的研制(北京工業(yè)大學工學碩士學位論文).2022[10] 蔣云龍. 離網型智能化風力發(fā)電系統(tǒng)控制器的研制(西安工業(yè)大學碩士學位論文).2022致 謝時光飛逝，轉眼間四年的大學求學生涯即將結束。本文是在我的導師陳愛國教授的悉心指導下完成的。陳老師淵博的學識、忘我的工作熱情、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和認真的工作作風深深地影響了我，不僅讓我懂得了學習方法，也懂得了做人做事的方法，讓我受益匪淺，在此向辛勤培育我的導師致以最衷心的感謝在大學學習期間，遇到了很多志同道合又樂于助人的師兄弟和同學，我從他們那里得到很多幫助，受到很積極的影響，在此非常感謝他們。畢業(yè)在即，我謹向陳老師、班主任老師以及自動化系的所有老師表示最衷心的感謝和最美好的祝愿！感謝培養(yǎng)我了四年的母?！獌让晒殴I(yè)大學！最后，感謝養(yǎng)育我多年的父母，感謝他們這么多年對我默默的無私的關愛和支持！他們是我信心和動力的來源。最后，再次向所有給予我關心和幫助的老師、同學、朋友和家人表示感謝。最后，再次向所有給予我關心和幫助的老師、同學、朋友和家人表示感謝