【導(dǎo)讀】計(jì)，構(gòu)建了功率因數(shù)智能動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)。針對(duì)本系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)象，確定了本系統(tǒng)中所應(yīng)。的選擇等關(guān)鍵技術(shù)；在分析電網(wǎng)的頻率特性和功率因素動(dòng)態(tài)補(bǔ)償系統(tǒng)的性能特點(diǎn)基礎(chǔ)上，系統(tǒng)以性價(jià)比很高的8031單片機(jī)作微處理器單元，該單片機(jī)具有。當(dāng)今最新型的片內(nèi)閃速可編程、可擦除的存貯器，最多可擦寫1000次。的特點(diǎn)，此外他還可加密，因此廣受用戶歡迎。

　　

【正文】 ALU的功能。 ALU可以進(jìn)行加、減、乘、除算術(shù)運(yùn)算，分別以 b5*89= 60(高位 )DD(低位 )H和 a5=04=02H(商 )29H(余數(shù) )為例說明 ALU如何進(jìn)行乘法以及除法運(yùn)算。 算術(shù)運(yùn)算單元 ALU的乘法運(yùn)算過程如表 ，其中 TMP2. B分別表示 8位暫存器 TMP2以及 B寄存器里乘法運(yùn)算過程中值的變化。 ALU做乘法運(yùn)算b5H*89H時(shí)， b5. 89分別為乘數(shù)、被乘數(shù)。乘法運(yùn)算前要先進(jìn)行取數(shù)操作，取數(shù)后將乘數(shù) b5放在累加器 ACC中，另一個(gè)乘數(shù) 89放在 B寄存器中。乘法運(yùn)算的整個(gè)過程之中，累加器保持 b5值不變化。 B寄存器中的數(shù) 先送到臨時(shí)存儲(chǔ)器 TMP2內(nèi)，同時(shí)將累加器 ACC中數(shù)也要送到 B寄存器。然后， TMP2與 B寄存器里的值共同右移，如果移動(dòng)后 B寄存器最后一位是“ 1，則 TMP2中的值加上最初放入 TMP2中的乘數(shù)值 (部分積 )，而 B寄存器中的值保持不變。例如表 “ 0010001001101101到 1010101101101101o TMP2與 B寄存器的內(nèi)容需要共同右移 8次，才得到最后的運(yùn)算結(jié)果。運(yùn)算完成后將 B寄存器中的內(nèi)容送到累加器，并且將 TMP2的內(nèi)容送到 B寄存器中。最終乘法運(yùn)算結(jié)果的低 8位就放入累加器，而高 8位放入 B寄存器。 事實(shí)上，本芯片中乘法運(yùn)算的算法原理與普通的豎式乘法運(yùn)算所采用的左移相加是完全一致的。我們做豎式乘法時(shí)，從第二個(gè)乘數(shù)的最低位開始相乘，以其為參照是左移相加。這里的乘法運(yùn)算相當(dāng)于從第二個(gè)乘數(shù)的最高位開始相乘，以其為參照就是右移相加。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 25 表 乘法運(yùn)算過程 TMP2（ Bin） B(Bin) TMP2(Hex) B(Hex) 1000 1001 1011 0101 89 B5 0100 0100 1101 1010 44 Da 0010 0010 0110 1101 22 6d 1010 1011 0110 1101 Ab 6d 0101 0101 1011 0110 55 B6 0010 1010 1101 1011 2a db 1011 0011 1101 1011 b3 db 0101 1001 1110 1101 59 Ed 1110 0010 1110 1101 e2 Ed 0111 0001 0111 0110 71 76 0011 1000 1011 1011 38 Bb 1100 0001 1011 1011 C1 Bb 0110 0000 1101 1101 60 dd ALU的除法運(yùn)算過程如表 ，其中 TMP2， B仍然分別表示 8位暫存器TMP2以及 B寄存器內(nèi)除法運(yùn)算過程中值的變化。 ALU做除法運(yùn)算 ASH=04H， a5為被除數(shù)， 04為除數(shù)。運(yùn)算前要進(jìn)行取數(shù)操作，取數(shù)后先將被除數(shù) a5放在累加器 ACC中，除數(shù) 04放在 B寄存器中。整個(gè)除法運(yùn)算過程中，累加器的值保持 a5不變化。除法運(yùn)算開始，將 TMP2置為“ 00000000，并將累加器中的值送到 B寄存器。 TMP2與 B寄存器的內(nèi)容需要共同右移 8次，才得到最后的運(yùn)算結(jié)果。運(yùn)算完成后將 B寄存器中的內(nèi)容送到累加 器，并且將 TMP2的內(nèi)容送到 B寄存器中。最終乘法運(yùn)算結(jié)果的低 8位就放入累加器，而高 8位放入 B寄存器。然后， TMP2與 B寄存器中的數(shù)共同左移，如果移動(dòng)到 TMP2中的值大于除數(shù)，也就是大于“ 00000100，則 TMP2中的值減去除數(shù) (1100000100)，而 B寄存器中的值保持不變。例如表 32中從“ 00000101 00101000”變化到 1100000001 00101000。每次完成如上調(diào)整，下一次 TMP2與 B寄存器中的值共同左移后將 B寄存器中的最后一位置為“ 1整個(gè)運(yùn)算過程 TMP2與 B寄存器的內(nèi)容 需要共同左移 9次。運(yùn)算完成之后，將 TMP2中的值送入累加器。最終除法的運(yùn)算結(jié)果商就存放在累加器里，而余數(shù)放入 B寄存器。 表 除法運(yùn)算過程 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 26 TMP2(Bin) B(Bin) TMP2(Hex) B(Hex) 0000 0000 1010 0101 00 a5 0000 0001 0100 1010 01 4a 0000 0010 1001 0100 02 94 0000 0101 0010 1000 02 28 0000 0001 0010 1000 01 28 0000 0010 0101 0001 02 51 0000 0100 1010 0010 04 A2 0000 0000 1010 0010 00 A2 0000 0001 0100 0101 01 45 0000 0010 1000 1010 02 8a 0000 0101 0001 0100 05 14 0000 0001 0001 0100 01 14 0000 0010 0010 1001 02 29 芯片中除法運(yùn)算的算法原理和常見的豎式除法運(yùn)算所采用的右移相減也是相一致的。我們做豎式除法時(shí)，從被除數(shù)的最 高位開始比較大小，然后從高位到低位，依次右移比較。事實(shí)上，這里在進(jìn)行除法運(yùn)算時(shí)首先將被除數(shù)補(bǔ)齊為雙字節(jié)，即將 TMP2做高位字節(jié)，并置為“ 00000000” 。然后將被除數(shù)依次左移到 TMP2中與除數(shù)做比較，大于除數(shù)就相減。如果仍然以被除數(shù)的最高位做參照，整個(gè)過程還是從高位到低位，從左到右的比較相減過程。 3．定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 8OC51芯片中有兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器寄存器 ： 定時(shí)器 T0和定時(shí)器 T0當(dāng)執(zhí)行“定時(shí)器”功能時(shí)，其計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)單位是機(jī)器周期，即每個(gè)機(jī)器周期之后定時(shí)器、計(jì)數(shù)器寄存器便加 1。而每個(gè)機(jī)器周期是 12個(gè) 振蕩器周期的 12倍，因此“定時(shí)器”功能也可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)機(jī)器周期，當(dāng)執(zhí)行“計(jì)數(shù)器”功能時(shí)，寄存器在相應(yīng)的外部槍入管腳 T0. T2處信號(hào)發(fā)生從 1到 0的轉(zhuǎn)換時(shí)加 1。具體的說在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2期間內(nèi)對(duì)外部輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，如果本周期采樣值為高電平而下一個(gè)周期的采樣值為低電平，則計(jì)數(shù)遞增。由于采樣識(shí)別至少裔要兩個(gè)機(jī)器周期完成，此時(shí)最大計(jì)數(shù)速率為振蕩器頻率的 1/24。圖 314給出了定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 Tl詳細(xì)的內(nèi)部電路示意圖，以 TO為例進(jìn)行電路分析。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 27 圖 /計(jì)數(shù)器內(nèi)部電路示意圖 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 TO、 Tl均由兩組 8位寄存器構(gòu)成，圖 I組對(duì)應(yīng) TH1， H組對(duì)應(yīng) TL1； I’對(duì)應(yīng) THO， II’對(duì)應(yīng) TLO。實(shí)際上定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器內(nèi)部電路相當(dāng)于 4組 T觸發(fā)器，原理圖如圖 。 cp為機(jī)器周期時(shí)鐘，低位 D觸發(fā)器的 Q輸出信號(hào)做為下一位的時(shí)鐘輸入。當(dāng)執(zhí)行定時(shí)功能 (不置初值 )時(shí)，每當(dāng)機(jī)器周期的上升沿發(fā)生變化，觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)。從‘ 000000000000000039。 到“ 0000000000000001”再到“ 0000000000000010，依次加 1，一直到寄存器狀態(tài)為“ 1111111111111111。如果置初值 ，則通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線將觸發(fā)器置初值。然后在每個(gè)觸發(fā)器在其時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。從置入的初值開始，直到狀態(tài)變化為“ 1111111111111111， 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器執(zhí)行計(jì)數(shù)功能時(shí)，最低位時(shí)鐘變化來自于外部引腳 T0. T1處的變化。計(jì)數(shù)狀態(tài)下時(shí)鐘信號(hào)變化時(shí)， D觸發(fā)器依次翻轉(zhuǎn)，相當(dāng)于二分頻。 模式控制寄存器 TMOD用于控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0和 1的操作模式，其長(zhǎng)度為 8位。分成兩組 M0， M1， C/T， GATE分別通過與內(nèi)部數(shù)據(jù)總線的低 4位和高 8位相連，來控制定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0以及定時(shí)器、計(jì)數(shù)器 1的工作模 式。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 28 圖 /計(jì)數(shù)器內(nèi)部電路原理圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 29 3 功率因數(shù)角的測(cè)量方法 功率因數(shù)角 功率因數(shù)角的測(cè)量原理 系統(tǒng)電壓經(jīng)傳感器和波形變換后得到周期為 2π的方波信號(hào) ， 如圖 所示 。故障電流經(jīng)電流傳感器和波形變換后也是周期為 2π的方波信號(hào) ， 如圖 所示 ， 方波滯后角度為 φ ， 這就是功率因數(shù)角。電壓、電流方波經(jīng)波形邏輯處理 ， 然后再經(jīng)光電耦合、全波相位合成為周期是 2π的脈沖序列 ， 圖 所示的脈沖寬度即為要檢測(cè)的功率因數(shù)角。 圖 功率因數(shù)角的測(cè)量 因?yàn)樵?π /2 ～π /2 之間 sinφ 是單調(diào)增函數(shù)以 φ 代替 sinφ 不影響判據(jù)的正確性。 以上是模擬法決定 φ 值 ， 另外還可以采用數(shù)值法。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 30 圖 對(duì)于圖 中的正弦波形 ， t1 與 t2 時(shí)刻之值 i1 、 i2發(fā)生變號(hào) ， 則由線性插值方法公式 () 求出過零時(shí)刻。 () 由Δ t = tu ti 即可求出 φ 值。 接口電路 為了測(cè)量時(shí)間 T，又為了使測(cè)量的 φ 角的精度不受電網(wǎng)頻率（或周期 T） 的影響而采用圖所示的接口電路。 由變壓器 TR取得 Uca線電壓信號(hào)和由電流互感器取得線電流 Ib信號(hào)均由檢查器轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的方波信號(hào)。電壓方波信號(hào)經(jīng) G1門反向后作為測(cè)量 T/2脈寬的門控脈沖加至 G3門輸入端，由或非門 G2得到 Uca與 Ib同時(shí)為負(fù)的正極性方波脈沖作為測(cè)量時(shí)間 T的門控脈沖加至 G4門輸入端。計(jì)數(shù)脈沖是用 8031的 ALE脈沖四分頻后獲得。因 ALE脈沖頻率在 8031執(zhí)行非 MOVX類指令時(shí)是最穩(wěn)定的，且為 1/6晶振頻率。用 8031內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0和 T1對(duì) G3與 G4門輸出進(jìn)行計(jì)數(shù)。上述各點(diǎn)的波形及對(duì)應(yīng)關(guān)系已經(jīng)表示于圖 。 圖 8031的 Uca電壓過零點(diǎn)。當(dāng) Uca從正到負(fù)過零點(diǎn)時(shí)，對(duì)應(yīng)圖 Uc（即 ） 由 0變?yōu)?1，兩個(gè)計(jì)數(shù)器 T0， T1同時(shí)開始計(jì)數(shù)；當(dāng) Uca到，設(shè) T0計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為 N， T1計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為 n，不難得出所測(cè)相角 φ 可按下式算出：了由負(fù)到正過零點(diǎn)時(shí)， Uc則由 1變 0，計(jì)數(shù)器 T0與 T1同時(shí)停止計(jì)數(shù) φ ={180 (Nn)}/N () 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 31 由 8031根據(jù)公式 ()很容易完成上述計(jì)算。若進(jìn)一步再完成查表程序，接 φ角查正玄或余玄表，即可得功率因數(shù)。 圖 ， a， b， c， d， e， f各點(diǎn)處的波形可用雙線示波器觀看到。用兩線同時(shí)觀測(cè)時(shí) c和 d點(diǎn)波形時(shí)，應(yīng)與圖 Ud和 Uc的相對(duì)應(yīng)關(guān)系一致，即 Uc與Ud的后沿是對(duì)齊的，當(dāng) a角改變時(shí)，它們的后沿始終是對(duì)齊的，僅 Ud的前沿隨 a角的大小而改變，表明線電壓，線電流間信號(hào)極性配合正確，若發(fā)現(xiàn) Uc與 Ud是前沿對(duì)齊， Ud后沿隨 a角而變化，則表明極性配合不正確，只要將變壓器或者電流互感器中之一反相即可糾正。 + +5vQ D D QefUca310V++ahcd12+5v10kv3LM33910k74LS0274LS00G1G2G3G474LS74A B C8 0 3 1P 3 . 0T 0T 1A L E 圖 接口電路 程序框圖 程序流程圖見圖 。此處設(shè)計(jì)成子程序形式，執(zhí)行完成后 φ 角的二進(jìn)制 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙 共 49 頁 第 頁 32 在 31H中，小數(shù)部分在 30H中，符號(hào)在 33H中； 00H表示阻性或感性； 80H表示容性， φ 角的十進(jìn)制結(jié)果則在 32H中。 cosΦ 在 34H， 35H中。 開始執(zhí)行本程序時(shí)，不論 Uca處于正半周，負(fù)半周，是否過零點(diǎn)，均可確保是從 Uca由正變到負(fù)過零點(diǎn)時(shí)開始計(jì)數(shù) ，由負(fù)變正過零點(diǎn)時(shí)停止計(jì)數(shù)。 算 / N8 0 H 送 存 角 符 號(hào) 單 元 3 3 H算 = * / N 結(jié) 果 送 存 3 1 H 3 0 H整 數(shù) 結(jié) 果 化 B C D 碼 送 存 3 2 H