基于atmel单片机的永磁电机电能参数测量硬件设计_毕业设计(编辑修改稿)

基于atmel单片机的永磁电机电能参数测量硬件设计_毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

口 AT89S51 单片机内部有一个可编程的、全双工的串行 口。 由 TXD 端口发送数据 ， 由 RXD 端口 接收数据 ， 串行数据缓冲器 SBUF 占用内部 RAM 地址99H。 单片机内部实际 上同时存在 发送缓冲 器和接收缓冲器， 但两个缓冲器的名字都是 SBUF。 读取 数据 表示读取接收缓冲器 SBUF 中的数据，写数据 ，表示写数据到接收缓冲器 SBUF 中。 收／发数据 都是对同一地址 99H 进行的。 串行收／发数据可以根据需要产生相应的中断请求，由串行口控制寄存器SCON 设 定。 （七）、 CPU 的工作原理 CPU 主 要 由控制 器 和运算器两部分组成。 控制器根据指令 产生控制信号，使运算器、存储器、输 入输出端口之间 能 按 指令的规定自动 工作；运算器用于 算术 运算 、逻辑运算以及位操作处理等。 1. 控制器 控制器是用来指挥和控制 CPU 的部件。 功能是从存储器中逐 条取指令，译码 后 ， 通过定时和控制电路 ，在规定的 时间 发出各种操作全部内部控制信息及 CPU 外部所需的控制信号， 使各部分按照节拍协调工作。 它由 时序部件、指令部件 和操作控制器三部分组成。 （ 1） 指 令部件 指 令部件是对指令进行分析 处理并产生控制信号的 部件，也是控制器的核心。 通常 ，它由指令寄存器 、 指令译码器 、 程序计数器 和等组成。 下 面介绍与 CPU 工作有关的几个部件。 程序 计数器 PC 用于 存放和指示 下一条要 执行的 指令的地址。 它是一个16 位专用寄存器， 由 2 个 8 位寄存器 PCH(存放地址的高 8 位 )和 PCL（ 存放地址的 低 8 位）组成。 它具有自动加 1 的功能， PC 在 加至该指令字节个数 后，才指向下一条将要执行的指令地址。 故 PC 是维持单片杌有序执行程序的关键寄存嚣。 CPU 执行程序的过程为： 顺序地 从存储器内取指令 ， 然 后去执行规定的操作。 要取的指令地址码由 PC 提供 ， 然后程序 顺序执行。 如果 要求不按顺序执行指令， 可 执行一条 调用指令或 跳转 指 令 ，将要 执行的指令地址送入PC，取代原有的指令地址。 指令寄存器 指令 寄 存器是 8 位 寄存器 ，用于暂时存放指令 ， 等待 译码。 指令译码器 指令译 码器用于对送入 其 中的指令进行译码 ， 把指令转变成相应 的电信号 ，根据译码器输出的信号， CPU 控制电路定时产生各种控制信号。 （ 2） 操作控制部件 操作控制部件可以为指令译码器的输出信号配上节拍电位和 节拍脉冲，也可以和外部进来的控制信号组合，共同形成相应的微操作控制序列信号，以第 2 章 AT89S51 单片机构造及其控制原理简介 9 完成规定的操作。 （ 3） 时序部件 时序部件由时钟电路和脉冲分配器组成，用于产生操作控制所需的时序信号。 产生时序信号的部件称为“时序发生器”，它由一个振荡器和一组计数分频器组成。 振荡器是一个 脉冲源，输出频率稳定的脉冲，也称为 “时钟脉冲 ”，为 CPU 提供时钟基 准。 时钟脉冲经过进一步的计数分频，产生所需的节拍信号。 2. 运算器 运算器是用来对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，包括算术／逻辑部 件 ALU、 累 加器 ACC、暂存寄存器、程序状态字寄存器 PSW（ Program Status Word）、 BCD 码运算调整电路 和 通用 寄存器 等。 为了提高数据处理和位操作能力，片内 增加了一个通用寄存器 区和一些专用寄存器，而且还增加了位处理逻辑电路的功能。 在进行位 操作时，进 位位 CY作为位操作累加器，整个位操作系统构成一台布尔 运算 机。 （ 1） 暂存器 暂存器用于暂存进入运算器之 前 的数据，它不能通过 编程访问。 设置暂存器的目的是暂 时存放某些中间过程所产生的信息，以避免破坏通用寄存器的内容。 （ 2） 算术／逻辑部件 ALU 算术逻辑部件 ALU(Arithmetic Logic Unit)是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执 行部件，由加法器和其他逻辑电路组成。 在控制信号的作用下，它能完成算术加、减、乘、除，逻辑“与”、“或”、“异或”等运算以及循环移位操作等功能。 此外，通过对运算结果的判断，影响程序状态标志寄存器的有关标志位。 CPU 正是通过对这几部分的控制与管理，使得单片机完成指定的任务。 第 3 章 三相永磁电机输入电压和输入电流有效值的测量方法 10 三、 三相永磁电 动 机 输入 电压 和输入电流 有效值的测量 方法 本章以三相永磁同步电动机为例，系统介绍输入电机的 输入电压和输入电流有效值 的测量方法。 电机的功率因数和功率的测量方法将在下一章介绍。 电压和电流有效值不能直接测出，因此本章先系统讲述电压和电流瞬时值的测量方法，最后介绍由瞬时值跟踪有效值的理论依据。 （一）、 瞬时值 测量方法的引出 由于三相永磁同步电动机的用途和功能不同，其额定输入电压也不同，以电子电路测量相对较大的电压 和电流 信号时，存在以下几个问题： (1). 驱动电动机的来自电网的电压 和电流 通常较大，不可能直接输入电子电路； (2). 交流电压信号正负 交变，通常 AD 转换器不能处理为负值的信号； (3). 电压信号和电流信号被采样 需要依次进行 ； (4). 电流信号转换为电压信号元件的选择； (5). 最终的测量精度直接受 AD转换器的转换速度和单片机的处理速度的影响和限制； 针对以上问题， 应先把 较大的电压信号 作 降压处理 ，使得输入低压 电路的信号位于合理范围内；电流信号不能直接被测量，可使用霍尔电流传感器把电流信号转换为电压信号； 为使 AD 转换器轮流采样电压信号和电流信号，可使用模拟开关选择输入信号 ；另外 在合理的成本考虑内应尽可能地选择速度较高的 AD 转换器和单片机。 （二）、 主要元件的选择 1. A/D 转换 器的选型 综合转换速度 、模拟信号双极性 和成本的考虑，本设计拟采用 Analog Devices 公司出品的 AD574A 作为 A/D 转换芯片。 AD574A 是美国模拟 仪器 公司推出的单片 完全 高速 12 位逐次比较型 A/D转换器，内置双极性 转换电路 ，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A/D 转换器，其主要功能特性如下：  兼容 8 位和 16 位微处理器总线接口；  最大 A/D 转换时间为 35us；  片内拥有高精度的电压基准和时钟；  为满足不同精度的 需要，激光校 正的幅度和双极性偏置电阻提供了四个模拟电压输入的 量程供选择： 0V— 10V、 0V— 20V、 5V— +5V、 10V— +10V  供电电压 VCC 和 VEE 可选择 177。 (12V177。 )或177。 (15V177。 )； 1. 各引脚功能 第 3 章 三相永磁电机输入电压和输入电流有效值的测量方法 11 Pin1. VLOGIC， 5V 逻辑电平输入端； Pin2. ， 数据选择模式输入引脚，由于转换器输出的数据为 12 位，此引脚决定了输出的数据是以 12 位为一个字一次性输出（当接VLOGIC 为高电平时），还是 以 8 位为一个字分两次输出（当接DIGITAL COMMON 时 ）。 对于后者， 将 DB3DB0(LSB)分别并接到 DB11DB8 引脚上，当 A0 为高电平时， DB11(MSB)DB4 引脚首先 输出转换结果的高八位作为第一个字节给微处理器总线接收， A0 为低电平时， DB3DB0 输出转换结果的低四位作为第二个字节的高四位，此字节的低四位补零； Pin3. ， 片选信号，低电平有效； Pin4. A0， 字节选择，转换周期选择。 当 、 CE 引脚均有效且 为低电平（转换）时，若 A0=0，初始化 12 位的转换，若 A0=1，初始化 8 位的转换；当 、 CE 引脚均有效且 为高电平（读取转换结果）时，若 =1，启动 12 位转换结果的并行输出；若 =0，A0=0，输出一个字节作为 12位转换结果的高八位或 8位转换结果；若 =0， A0=1，输出第二个字节， 12 位转换结果的低四位补零 ； Pin5. ， 高电平为读取转换结果，低电平为转换指令； Pin6. CE， 芯片使能信号，高电平有效； Pin7. VCC， 电源正电压输入，可选择输入 +12V 或 +15V，前者可识别的范围为 — ，后者可识别的范围为 — ； Pin8. REF OUT， 10V 参考电压输出引脚，接 10V 参考电压的低电势； Pin9. AC， 模拟地； Pin10. REF IN， 10V 参考电压输入引脚，接 10V 参考电压的高电势； Pin11. VEE， 电源负电压输入，可选择输入 12V 或 15V，前者可识别的范围为 — ，后者可识别的范围为 — ； Pin12. BIP OFF， 补偿调整端，调整 ADC 输出的零点； 第 3 章 三相永磁电机输入电压和输入电流有效值的测量方法 12 Pin13. 10VIN， 此引脚和 AC 组合用于量程为 0— 10V 或 5V— 5V 的电压输入； Pin14. 20VIN， 此引脚和 AC 组合 用于量程为 0— 20V 或 10V— 10V 的电压输入； Pin15. DC， 数字地； Pin16— Pin27. DB0— DB11， 分为三个半字节，三态并行缓冲输出口，用于转换结果的数字量输出； Pin28. STS， 状态输出线，转换周期开始变高，结束后变低。 2. 控制逻辑 CE、 和 三个端口控制 A/D 转换的进行， A0 和 控制转换的位数和转换结果的输出格式，它们的具体功能如下表所示： 3. 控制时序。