【正文】 在擴(kuò)展外部存儲器或接口時，由于訪問外部存儲器的操作是連續(xù)不斷的，所以不能再擴(kuò)展為通用 I/O 口。 P2 口由內(nèi)部硬件控制，當(dāng)作為通用 I/O 口時是一個準(zhǔn)雙向 1/0 口 。特別在位操作方式下， P1 口可以進(jìn)行每位單獨輸出 /輸入操作。 P1 口是一個 8 位準(zhǔn)雙向并行 I/O 接口，做通用 1/0 用。在外部擴(kuò)展存儲器時， P0口必須做地址 /數(shù)據(jù)總線用，先輸出低 8 位地址到外部地址鎖存器，后輸出 /輸入數(shù)據(jù)或指令代碼，分時復(fù)用。 P0 口的每一位均由一個輸出鎖存器、兩個三態(tài)緩沖器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸出控制電路組成，其工作狀態(tài)受輸出控制電路的控制。因此，可以用并口來傳輸顯示電路中 LED 的段選碼和位選碼，也可以用并口中的某一位完成 DS18B20 的數(shù)據(jù)讀取。 晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為 12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容 ，電容值約為 30μF。外接晶體諧振器以及電容 C1 和 C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。本設(shè)計 的晶振電路是為單片機提供時鐘信號，如圖 318 晶振電路原理圖 。 單片機其 DIP 封裝 40 腳芯片引腳，引腳簡要說明見表 32 表 32 單片機引腳簡單說明 Table 32 Single Chip Microputer pin simple description Vss 接地端 Vcc 電源端，接 ＋ 5V XTAL1 接外部晶振的一個引腳 XTAL2 接外部晶振的另一個引腳 RST/Vpd 1） 復(fù)位信號的輸入 2） Vcc 掉電后，此引腳可以接備用電源 ALE/PROG 地址鎖存器允許 PSEN 程序存儲器允許。單片機主要完成了系統(tǒng)的控制功能和李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 28 信息處理功能與結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)選用 STC 公司生產(chǎn)的 STC89C52 單片機，其特性如下 : 1) 4K 字節(jié)可編程閃速程序存儲器， 1000 次循環(huán)寫 /擦 2) 全靜態(tài)工作 :0Hz24MHz 3) 三級程序存儲器鎖定 4) 128 X8 位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器， 32 條可編程 I/O 口 5) 兩個六位定時器 /計數(shù)器，六個中斷源 6) 可編程串行通道，低功耗閑置和掉電模式 該單片機的功能強大，性能穩(wěn)定可靠，功耗很低。 從硬件角度來看，與 MCS51 指令完全兼容的新一代 STC89C52 系列機，比在片外加 EPROM 才能相當(dāng)?shù)?8031 單片機抗干擾性能強，與 87C51 系列單片機的性能相當(dāng)，但功耗小。 5) 特殊功能。 4) 可用性。單片機內(nèi)部存儲器容量，外部可以擴(kuò)展的存儲器 (包括 I/O 口 )空間 3) 單片機內(nèi)部資源。單片機運行速度一般和系統(tǒng)匹配即可。所以在選擇單片機時，參考了以下標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計是使用上電復(fù)位。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。因為變壓器鐵心的電磁轉(zhuǎn)換對監(jiān)測信號產(chǎn)生電磁干擾，所以鐵心電流的取樣探頭應(yīng)具有良好的電磁屏蔽，為此，采用雙層 1mm 厚的鐵板做成屏蔽箱，并用高性能的同軸屏蔽電纜傳送取樣信號。在本設(shè)計中，考慮到鐵心電流是電阻性電流，數(shù)量級在幾十毫安到幾安培甚至更大，由于它們的變化范圍都很寬，如果用一個長線傳送器傳送這樣寬范圍的電流信號，會造成較大的測量誤差 ，因此，將鐵心電流分為 100mA， 1A， 10A 三個檔，分別用三個長線傳送器進(jìn)行傳送，這樣便可大大提高測量的準(zhǔn)確度。但由于內(nèi)帶字 符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 3） 字符的顯示 用 LCD 顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1”，其它的為 “0”，為 “1”的點亮，為 “0”的不亮。 2） 線段的顯示 點陣圖形式液晶由 MN 個顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64 行，每行有128 列，每 8 列對應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行由 16 字節(jié)，共 168=128 個點組成，屏上 6416 個顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024 字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。 體積小、重量輕 :液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動 (Static)、單純矩陣驅(qū)動 (Simple Matrix)和主動矩陣驅(qū)動 (Active Matrix)三種。 液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點陣式等。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16P4LCD1602RS RW E DI3 DI4 DI5 DI6 DI7DI0 DI1 DI2+5V 圖 315 LCD1602 原理圖 Figure 315 Schematic diagram of LCD1602 1） 液晶顯示簡介 液晶顯示原理 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。本設(shè)計采用 LCD1602 實時顯示所測量的電壓和電流的數(shù)值，同時實時顯示當(dāng)前變壓器的工作狀態(tài)是否良好。對 CH0 通道的模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存于累加器 A 中。 SPI 串行擴(kuò)展系統(tǒng)的主器件單片機，可以帶有 SPI 接口，也可以不帶 SPI 接口，但從器件必須具有 SPI 接口。 2) SPI 串行接口方式 SPI 是 MOTOROLA 公司推出的一種同步串行外設(shè)接口，允許 MCU也各個廠家生產(chǎn)工具的標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備直接接口，以串行方式交換信息。但由于 REN=0，單片機不予接收，丟失 D7～ D4 數(shù)據(jù)。為了得到一列完整的 8 位數(shù)據(jù)，單片機分兩次采集含有不同位的數(shù)據(jù)，再合成一列完整的 8 位數(shù)據(jù)。只有在時鐘的下降沿，ADC0832 的串行數(shù)據(jù)才移出一位。 ADC0832 的時鐘頻率最高為 400kHz，單片機 AT89C51 晶振選用 4MHz， 在TXD 端的輸出頻率為 4MHz/12=333kHz，符合要求。下圖 312 為 ADC0832 時序圖。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) D0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。 到第 3 個時鐘脈沖到來之后 D1 端的輸入電平就失去輸入作用，此后 D0/D1端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 D0 進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng)配置 2 位數(shù)據(jù)為 0、 0 時，將 CH0 作為正輸入端 IN+， CH1 作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。在第 3 個時鐘脈沖到來之前 D1 端應(yīng)輸入 2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能項見表 31： 表 31 功能項 Table 31 function keys 輸入形式 配置位 選擇通道 CH0 CH1 CHO CH1 差分輸入 0 0 + 0 1 + 單端輸入 1 0 + 1 1 + 當(dāng)配置位 2 位數(shù)據(jù)為 0 時，只對 CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 提供時鐘脈沖，D0/D1 端則使用 D1 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。當(dāng) ADC0832 未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 D0/D1 的電平可任意。 C SC H 0C H 1C N DV C C ( R E F ) C L KD 0D 112348765 圖 311 ADC0832 引腳圖 Figure 311 ADC0832 pin map 單片機對 ADC0832 的控制原理 一般情況下 ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、D0、 D1。 6) Vcc(REF)——正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。 4) D0——模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 2) CH0， CH1——兩路模擬信號輸入 端。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 20 外部引腳及其說明 ADC0832 有 DIP 和 SOIC 兩種封裝， DIP 封裝的 ADC0832 引腳排列如圖 311所示。其主要特點如下： 1) 8 位分 辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為 5V； 2) 5V 單電源供電； 3) 輸入模擬信號電壓范圍為 0～ 5V； 4) 輸入和輸出電平與 TTL 和 CMOS 兼容； 5) 在 250kHz 時鐘頻率時，轉(zhuǎn)換時間為 32181。獨立的芯片能輸入，使多器件連接和處理器控制變得更加方便。 ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá) 256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其中 R4支路沒有串入繼電器，其目的是為了避免鐵心接地線出現(xiàn)開路的情況。當(dāng)鐵心接地電流超標(biāo)后，系統(tǒng)能夠根據(jù)接地電流的大小，手動 /自動的在接地線中投入一定的限流電阻，將電流暫時限制在規(guī)定量程之內(nèi)。串入電阻后 應(yīng)當(dāng)使接地電流控制在 100mA 以下，這樣既能確保電阻運行中不致?lián)p壞產(chǎn)生高壓，又能減輕鐵心的發(fā)熱。但此方法只能作為應(yīng)急措施，最終還是需要真正排除故障?！? 6） 可編程的分辨率為 9～ 12 位，對應(yīng)的可分辨溫度分別為 ℃ 、 ℃ 、℃ 和 ℃ ，可實現(xiàn)高精度測溫 7） 在 9 位分辨率時最多在 內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字， 12 位分辨率時最多在 750ms 內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，速度更快 8） 測量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號，以 一線總線 串行傳送給 CPU，同時可傳送 CRC 校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力 9） 負(fù)壓 特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 VDD：外接供電電源輸入端 (在寄生電源接線時此腳應(yīng)接地 )。 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap1KR5Res233uFC3Cap Pol1+5VRSRWEDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI212345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52*IN1IN2CLK_1DATA_1CS_1123P2DS18B20_1123P3DS18B20_2+5V 圖 38 溫度采樣和測量電路圖 Figure 38 Temperature sampling and measurement circuit diagram DS18B20 引腳及管腳功能介紹 圖 39 DS18B20 管腳圖 Figure 39 ds18b20 pin map 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 DQ：數(shù)字 信號輸入／輸出端。 CS1CH02CH13GND4DI5DO6CLK7VCC8U2ADC0832CCN+5V1 2電流互感器輸入Header 223647185AR1Op Amp+5V5VR30Res28KR4Res160KR1Res1CS_1CLK_1DATA_110uFC5Cap2D2Diode100KR7Res1 圖 37 電流互感器采樣和測量電路圖 Figure 37 Sampling and measurement of current transformer circuit diagram 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 16 DS18B20 溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計 具體硬件設(shè)計電路圖如下圖 38 所示，采用兩個溫度傳感器，同時檢測變壓器內(nèi)部兩個點的溫度，起到更加全面保護(hù)的作用。第二步驟，將電壓進(jìn)行交直流變換，完成檢波和直流電路的測量功能。