【正文】 5） 溫范圍 55℃ ～ +125℃ ，在 10～ +85℃ 時精度為 177。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 18 限流電阻單元 我們都知道，當(dāng)變壓器發(fā)生多點接地故障時，若現(xiàn)場條件不具備，可采用臨時措施保證變壓器繼續(xù)運行，即在鐵心外引接地線上串接一個合適的電阻，達到減小鐵心接地電流的目的。采用此方法時應(yīng)根據(jù)變壓器鐵心實際接地電流的大小選擇所串電阻的阻值及容量。 限流電阻投切單元如圖 310 所示，其中， JlJ3是繼電器。 CPU 通過控制繼電器狀態(tài)來實現(xiàn)各個支路電阻的投切。 保護單元 R 1 R 2 R 3 R 4J 1 J 2J 3Ki ( t ) 圖 310 限流電阻投切單元 Figure 310 Current limiting resistor switch unit 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 ADC0832 采樣電路設(shè)計 ADC0832是 NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的串行接口 8位 A/D轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機連接，功耗低，性能價格比較高，適宜在袖珍式的智能儀器儀表中使用。芯片具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。通過 DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。s； 6) 具有兩個可供選擇的模擬輸入通道； 7) 功耗低， 15mW。 各引腳說明如下： 1) CS——片選端，低電平有效。 3) D1——兩路模擬輸入選擇輸入端。 5) CLK——串行時鐘輸入端。 7) GND——電源地。但由于 D0 端與 D1 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 D0 和 D1 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使 用。當(dāng)要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，須先將 CS 端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第 1 個時鐘脈沖到來之前 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 D1 端必須是高電平，表示啟動位。當(dāng)配置 2 位數(shù)據(jù)為 1 時，只對 CH1 進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)配置 2 位數(shù)據(jù)為 0、 1 時，將CH0 作為負(fù)輸入端 IN， CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。從第 4 個時鐘脈沖開始由 D0 端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 D7，隨后每一個脈沖 D0 端輸出下一位數(shù)據(jù)。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第 11 個時鐘脈沖輸出 D0。最后將 CS 置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。 圖 312 ADC0832 串口輸出采樣時序圖 Figure 312 ADC0832 serial output sampling timing diagram 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 22 ADC0832 典型應(yīng)用 1) 單片機串行口方式 0 與 ADC0832 接口 AT 8 9 S 5 1 ADC 0 8 3 2R X DT X DP 1 . 7 CSC L KDOC H0C H1DI 圖 313 單片機串行口方式 0 與 ADC0832 接口圖 Figure 313 Single Chip serial port 0 and adc0832 interface map STC89C52 的 為片選信號端 ， TXD 是時鐘信號輸出端， RXD 為啟動信號，模擬通道選擇信號發(fā)送端以及 A/D 轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)據(jù)的接收端。 ADC0832 輸出的串行數(shù)據(jù)共 15 位，由兩段 8 位數(shù)據(jù)組成，前一段是最高位在先，后一段是最高位在后，兩段數(shù)據(jù)的最低位共用。由單片機控制時鐘信號進行發(fā)送，并由 TXD 發(fā)出，以達到控制 ADC0832 輸出數(shù)據(jù)位的目的。 當(dāng) REN=0 時， AT89C51 連續(xù)一次向 ADC0832 發(fā)送 8 個時鐘脈沖，前 3 個脈沖發(fā)送的是啟動位和模擬通道選擇位，共計 3 位；從第 4 個脈沖下降沿開始， ADC0832發(fā)出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) D7～ D4（ 在脈沖上升沿單片機方可接收 ） 。 當(dāng) REN=1 時，單片機又向 ADC0832 連續(xù)發(fā)出 8 個時鐘脈沖，其輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) D3， D2， D1 和 d0， d1， d2， d3， d4 存入累加器 A 形成如下結(jié)構(gòu)： 累加器 A d4 d3 d2 d1 d0 D1 D2 D3 MSB LSB 上述數(shù)據(jù)右移 3 位，并屏蔽掉高 3 位，暫存于寄存器 B，得到如下結(jié)構(gòu)： 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 寄存器 B 0 0 0 d4 d3 d2 d1 d0 MSB LSB 單片機第二次接收，可得到下列數(shù)據(jù)： 累加器 A X X X X X d7 d6 d5 MSB LSB 以上數(shù)據(jù)左 移 5 位，并屏蔽低 5 位，送入累加器 A，得到如下結(jié)構(gòu)： 累加器 A d7 d6 d5 0 0 0 0 0 MSB LSB 進行 （ A） +（ B） → （ A） 運算，得到如下結(jié)構(gòu)： 累加器 A d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0 MSB LSB 從而得到一個完整的 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。 SPI 使用 4 條線與主機 （ MCU） 連接：串行時鐘 SCK，主機輸入 /從機輸出數(shù)據(jù)線 SO，主機輸出 /從機輸入數(shù)據(jù)線 SI 和低電平有效的從機選擇線 CS。 AT 8 9 S 5 1 AD C 0 8 3 2P 1 . 2P 1 . 1P 1 . 0CSC L KDOC H0C H1DIP 1 .3 圖 314 同步串行外設(shè)接口與主機連接圖 Figure 314 Synchronous serial Peripheral Interface connected to the host map 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 24 ADC0832 具有 SPI 接口， AT89S51 與 ADC0832 的 SPI 串行接口方式，將 D0和 D1 分別連接于 和 。 LCD1602 液晶 顯示部分 本顯示電路采用了液晶顯示 (LCD)模塊，系統(tǒng)顯示部分采用 LCD1602，具體硬件電路圖見下圖 315。包括溫度傳感器測 量到的溫度信息。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機、 PDA 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。 液晶顯示器優(yōu)點 顯示質(zhì)量高 :由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器 （ CRT） 那樣需要不斷刷新新亮點。 簡單、方便 :液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠，操作更加方便。 功耗低 :相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動 IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。例如 :屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H00FH 的 16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng) (000H)=FFH 時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8個點；當(dāng) (3FFH)=FFH 時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng) (000H)=FFH，(001H)=00H， (002H)=00H， …… (00EH)=00H， (00FH)=00H 時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線，這就是 LCD 顯示的基本原理。這樣一來就組成某個字符。 圖 316 LCD1602 實物圖 Figure 316 LCD1602 physical map 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 26 抗電磁干擾 在此首先要強調(diào)一點，預(yù)處理部分一般應(yīng)安排在數(shù)據(jù)采集之前，甚至有時它與傳感器安排在一起，即采用就地處理的方式，這樣可大大削弱信號傳輸過程中受到的干擾影響。鐵心電流的測量準(zhǔn)確性，取決于長線傳送器在測量范圍內(nèi)的線性度和穩(wěn)定性，線性度已由分檔來保證，經(jīng)調(diào)試它的非線性誤差 2%。 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap1KR5Res233uFC3Cap Pol1+5VRSRWEDI3DI4DI5DI6DI7DI0DI1DI212345678EA31ALE30PSEN29RST9XTAL218XTAL119393837363534333221222324252627281011121314151617STC89C52* 圖 317 單片機最小系統(tǒng)原理圖 Figure 317 Schematic diagram of SCM system 上圖 317 是單片機最小系統(tǒng)部分的原理圖 ,主要包括晶振電路 ,本系統(tǒng)單片機晶振工作在 12MHz 的頻率下，還有一個上電復(fù)位電路，單片機啟運運行時，都需遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 要先復(fù)位，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中其他部件處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。但單片機本身是不能自動進行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實現(xiàn)。 單片機是整個系統(tǒng)的核心，對系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用，并進行復(fù)雜的信號處理，產(chǎn)生測試信號及控制整個檢測過 程。 1) 運行速度。 2) 存儲空間。單片機內(nèi)部存儲資源越多，系統(tǒng)外接的部件就越少，這可提高系統(tǒng)的許多技術(shù)指標(biāo)。指單片機是否能很容易地開發(fā)和利用，具體包括是否有合適的開發(fā)工具，是否適合于大批量生產(chǎn)、性能價格比，是否有充足的資源，是否有現(xiàn)成的技術(shù)資源等。一般指可靠性、功耗、掉電保護、故障監(jiān)視等。程序修改直接用 +5 伏或 +12 伏電源擦除，更顯方便、而且其工作電壓放寬至 伏 6 伏，因而受電壓波動的影響更小，而且 4K 的程序存儲器完全能滿足單片機系統(tǒng)的軟件要求，故 STC89C52 單片機是構(gòu)造本檢測系統(tǒng)的更理想的選擇。特別是用于本系統(tǒng)這樣一個控制相對簡單的系統(tǒng)，具有高的性價比。為了理解這些功能是如何實現(xiàn)的，以下介紹 AT89C51 單片機的功能。輸出讀外部程序存儲器的選通信號 EA/Vpp EA＝ 0，單片機訪問外部程序存儲器， EA=1,訪問內(nèi)部程序存儲器 數(shù)據(jù) /低 8 位地址復(fù)用總線端口 靜態(tài)通用端口 (I/O 口 ) 高 8 位地址總線動態(tài)端口 雙功能靜態(tài)端口 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 晶振電路 12Y1XTAL33pFC1Cap33pFC2Cap 圖 318 晶振電路原理圖 Figure 318 Crystal oscillator circuit schematics 晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振 ，較高的頻率是并聯(lián)諧振。 STC89C52 單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。在焊接刷電路板時，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。 李超凡： 10kV 電力變壓器狀態(tài)參量監(jiān)測 系統(tǒng) 設(shè)計 30 STC89C52 的并行 I/O 口詳細(xì)說明 由于 STC89C52 的并口功能強大，可用作地址 /數(shù)據(jù)線，也作為通 用 I/O 用于系統(tǒng)的控制工作中。 STC89C52 共集成四個功能極強的 8 位雙向并行接口，每位均設(shè)有輸出鎖存器，輸出驅(qū)動器和輸出緩沖器，四個口分別用 P0， PI， P2， P3 表示，由于接口所針對的主要用途不同所以有一定的差異，下面分別說明。P0 口既可作為地址 /數(shù)據(jù)線，又可以作為通用 I/O 口。在不擴展外部存儲器時可以做 通用 I/O 用。其輸出驅(qū)動器有內(nèi)部上拉電阻，能加速‘ 0’到‘ 1’的轉(zhuǎn)變過程。 P2 口同樣是一個 8 位的準(zhǔn)雙向并行 I/O 口，在結(jié)構(gòu)上它比 P1 口多出了一個輸出轉(zhuǎn)換控制部分。當(dāng)有外部擴展存儲器或接口時，可用于輸出高 8 位地址。但是 P2 口作為地址輸出時是由內(nèi) 部控制開關(guān)轉(zhuǎn)換的，并不會