基于单片机的电机保护装置的设计

基于单片机的电机保护装置的设计内容摘要：

节电工作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时 /计数器，串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式何在 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直接到一个硬件复位。 AT89C52为 40 脚双列直插封装的 8位通用微处理器，采用工业标准的 C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主 IC内部寄存器、数据 RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制 ，红外遥控信号 IR的接收解码及与主板 CPU通信等。 主要管脚有： XTAL1（ 19脚）和 XTAL2（ 18脚）为振荡器输入输出端口，外接 12MHz晶振。 RST/Vpd（ 9脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 VCC（ 40脚）和 VSS（ 20脚）为供电端口，分别接 +5V电源的正负端。 P0~P3为可编程通用 I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中， P0端口（ 32~39脚）被定义为 N1功能控制端口，分别与 N1的相应功能管脚相连接， 13脚定义为 IR输入端， 10脚和 11脚定义为 I2C总线控制端口，分别连接 N1的 SDAS（ 18脚）和 SCLS（ 19 陕西理工学院 毕业 设计论文 第 9 页 共 30 页 脚）端口， 12脚、 27脚及 28脚定义为握手信号功能端口，连接主板 CPU的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 图 （ c）原理图 P0口 ： P0口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0写 “1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。 在 Flash编程时， P0口 接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1口 ： P1是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。 与 AT89C51 不同之处是， 和 还可分别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和输入（ ）， Flash 编程和程序校验期间， P1接收低8 位地址。 陕西理工学院 毕业 设计论文 第 10 页 共 30 页 P2口： P2是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对端口 P2 写 “1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 (IIL)。 在访问外部程序存储器或 16位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX@DPTR指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@RI 指令）时， P2口输出 P2 锁存器的内容。 Flash 编 程或校验时， P2亦接收高位地址和一些控制信号。 P3 口 :P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入 “1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。 P3口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能， P3口还接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（ PROG）。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活。 此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行 外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN：程序储存允许（ PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H—FFFFH）， EA 端必须保持低电平（接地）。 需注意的是：如果加密位 LB1 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端）， CPU 则执 陕西理工学院 毕业 设计论文 第 11 页 共 30 页 行内部程序存储器中 的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 Vpp，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。 AT89C52 除了与 AT89C51 所有的定时 /计数器 0 和定时 /计数器 1 外，还增加了一个定时 /计数器 2。 定时 /计数器 2 的控制和状态位位于 T2CON（参见表 3） T2MOD（参见表 4），寄存器对（ RCAO2H、 RCAP2L）是定时器 2 在 16 位捕获方式或 16 位自动重装载方式下的捕获 /自动重装载寄存器。 数据存储器： AT89C52 有 256 个字节的内部 RAM， 80HFFH 高 128 个字节与特殊功能寄存器（ SFR）地址是重叠的，也就是高 128 字节的 RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。 当一条指令访问 7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高 128 字节 RAM 还是访问特殊功能寄存器。 如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。 例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器 0A0H（即 P2 口）地址单元。 MOV 0A0H， data 间接寻址指令访问高 128 字节 RAM，例如，下面的间接寻址指令中， R0 的内容为 0A0H，则访问数据字节地址为 0A0H，而不是 P2口（ 0A0H）。 MOV @R0， data 堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高 128 位数据 RAM 亦可作为堆栈区使用。 定时器 2：定时器 2 是一个 16 位定时 /计数器。 它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器 T2CON（如表 3）的 C/T2位选择。 定时器 2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位来选择。 定时器 2 由两个 8 位寄存器 TH2 和 TL2 组成，在定时器工作方式中，每个机器周期 TL2 寄存器的值加 1，由于一个机器周期由 12 个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的 1/12。 在计数工作方式时，当 T2 引脚上外部输入信号产生由1 至 0 的下降沿时，寄存器的值加 1，在这种工作方式下，每个机器周期的 5SP2期间，对外部输入进行采样。 若在第一个机器周期中采到的值为 1，而在下一个机器周期中采到的值为 0，则在紧跟着的下一个周期的 S3P1 期间寄存器加 1。 由于识别 1 至 0 的跳变需要 2 个机器周期（ 24 个振荡周期），因此，最高计数速率为 陕西理工学院 毕业 设计论文 第 12 页 共 30 页 振荡频率 的 1/24。 为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。 捕获方式：在捕获方式下，通过 T2CON 控制位 EXEN2 来选择两种方式。 如果 EXEN2=0，定时器 2 是一个 16位定时器或计数器，计数溢出时，对 T2CON 的溢出标志 TF2 置位，同时激活中断。 如果 EXEN2=1，定时器 2 完成相同的操作，而当 T2EX 引脚外部输入信号发生 1 至 0 负跳变时，也出现 TH2 和 TL2 中的值分别被捕获到 RCAP2H 和 RCAP2L 中。 另外， T2EX 引脚信号的跳变使得 T2CON 中的 EXF2 置位，与 TF2 相仿， EXF2 也会激活中断。 中断： AT89C52 共有 6 个中断向量：两个外中断（ INT0 和 INT1）， 3 个定时器中断（定时器 0、 2）和串行口中断。 这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE 的置位或清 0 来控制每一个中断的允许或禁止。 IE 也有一个总禁止位 EA，它能控制所有中断的允许或禁止。 在 AT89C51 中 也是保留位。 程序员不应将 “1”写入这些位，它们是将来 AT89 系列产品作为扩展用的。 定时器 2 的中断是由 T2CON 中的 TF2 和 EXF2 逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被 硬件清除， 事实上，服务程序需确定是 TF2 或 EXF2 产生中断，而由软件清除中断标志位。 定时器 0 和定时器 1 的标志位 TF0 和 TF1 在定时器溢出那个机器周期的 S5P2状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。 然而，定时器 2 的标志位 TF2 在定时器溢出的那个机器周期的 S2P2 状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。 时钟振荡器： AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器，振荡电路参见下图。 外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 C C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。 对外接电容 C C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，如果使用石英晶体，我们推荐电容使用 30pF177。 10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择40pF177。 10F。 这种情况下，外部时钟脉冲接到 XTAL1 端，即内部时钟发生器的输入端， XTAL2 则悬空。 由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟 陕西理工学院 毕业 设计论文 第 13 页 共 30 页 信号的，所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 Flash 存储器的编程 :AT89C52 单片机内部有 8k字节的 Flash PEROM，这个 Flash 存储阵列出厂时已处于擦除状态（即所有存储单元的内容均为 FFH），用户随时可对其进行编程。 编程接口可接收高电压（ +12V）或低电压（ Vcc）的允许编程信号。 低电压编程模式适合于用户在线编程系统，而高电压编程模式可与通用 EPROM 编程器兼 容。 AT89C52 单片机中，有些属于低电压编程方式，而有些则是高电压编程方式，用户可从芯片上的型号和读取芯片内的签名字节获得该信息。 AT89C52 的程序存储器阵列是采用字节写入方式编程的，每次写入一个字节，要对整个芯片内的 PEROM 程序存储器写入一个非空字节，必须使用片擦除的方式将整个存储器的内容清除。 信号采集及处理 信号的采样周期分析 以单片机为核心的保护器，其内部参与运算的信号是二进制的离散数字信号，而被采集的信号是连续的模拟信号。 因此，必须对模拟信号离散化。 在采样时必须遵循 采样定理的原则，否则信号可能引起原始数据的失真，复原时不能还原原来的连续的模拟量，从而造成误差。 信号采集时，采样周期的选择原则为：设有连续信号 X(t)，其频谱为X(f)，以采样周期 Ts 采得的离散信号为 Xs(nTs)，如果频谱和采样周期满足下列条件： ⑴ X(f)为有限频谱，即当 |f |≥fc(fc为截止频率 )时， X(f)=0。