教學(xué)樓電力控制系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、教學(xué)樓電力控制系統(tǒng)設(shè)計目 錄 摘要1 關(guān)鍵詞11前言21.1設(shè)計意義21.2使用現(xiàn)狀21.3單片機(jī)特點3 2電力監(jiān)控保護(hù)的設(shè)計4 2.1電力線路保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成相關(guān)硬件4 2.2電力線路監(jiān)控保護(hù)系數(shù)采樣及a/d轉(zhuǎn)換電路4 2.2.1max471芯片介紹5 2.2.2max引腳功能6 2.2.3max471工作原理6 2.2.4max197芯片初步了解72.2.5max197芯片簡介7 2.2.6特性和引腳功能及控制字簡介7 2.3電力線路監(jiān)控保護(hù)數(shù)據(jù)顯示電路11 2.3.1max7219芯片簡介11 2.3.2電力線路保護(hù)系統(tǒng)顯示電路設(shè)計17 2.4電力線路保護(hù)鍵盤電路設(shè)計17 2.4.1電路設(shè)計

2、17 2.4.2功能介紹17 2.5電力線路保護(hù)系統(tǒng)開關(guān)量輸出控制電路設(shè)計19 2.5.1開關(guān)量輸入控制電路19 2.5.2功能介紹20 2.6電力線路保護(hù)單片機(jī)電源設(shè)計21 3電力線路保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計22 3.1單片機(jī)c51語言的簡介22 3.2電力線路保護(hù)系統(tǒng)單片機(jī)軟件總體設(shè)計23 3.3t0中斷服務(wù)程序設(shè)計24 3.3.1t0中斷服務(wù)程序設(shè)計原理24 3.3.2t0服務(wù)程序c語言代碼25 3.4int1中斷服務(wù)程序設(shè)計31 3.4.1int中斷服務(wù)程序設(shè)計原理31 3.4.2int中斷服務(wù)程序設(shè)計c語言代碼31 3.5main主程序設(shè)計363.5.1 main主程序設(shè)計原理363.5.2

3、main主程序c語言代碼373.6串行接受及發(fā)送程序設(shè)計463.6.1串行接受及發(fā)送程序設(shè)計原理463.6.2串行接收及發(fā)送程序c語言代碼474結(jié)果分析495結(jié)論與總結(jié)49參考文獻(xiàn)50致謝50教學(xué)樓電力系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng) 摘 要：本文介紹了用單片機(jī)實現(xiàn)電力線路監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)中單片機(jī)部分連接電路及程序設(shè)計?；赼t89c51單片機(jī)，參看各芯片廠商的技術(shù)手冊，詳細(xì)介紹了各個功能模塊的硬件電路。硬件部分由信號采集處理，線路狀態(tài)輸入、控制，工作電流顯示，按鍵處理，電源處理等環(huán)節(jié)組成。根據(jù)兩采樣積值算法要求，軟件部分用定時中斷對電流數(shù)據(jù)采集。程序包初始化，按鍵處理，數(shù)據(jù)采集，信號控制，數(shù)據(jù)顯示等部分組成，還設(shè)計

4、了串行通信接口程序，方便與上位機(jī)交換數(shù)據(jù)，以此來實現(xiàn)教學(xué)樓的的電力監(jiān)控保護(hù)。 關(guān)鍵詞：電力線路保護(hù)；單片機(jī)；電流速斷保護(hù)the building powersystem monitoring abstract：power line protection with microcomputer are introduced in this connection parts of mcu system circuit and program design，based on at89c51。see the chip vendors technical manual, detailed introduc

5、es the hardware circuit of each function module。hardware part consists of signal acquisition processing, circuit state input, control, working current, according to the key processing, power handling of such links. according to the two sampling value algorithms require, software part use timer inter

6、rupt the current data acquisition. package initialization, key processing, data acquisition, signal control, data display and other parts, designed the serial communication interface program, easy to exchange data with pc. key words：line protection；singlechip; current quick break protection1 前言1.1 設(shè)

7、計意義電力是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、民用住宅及企事業(yè)單位的主要能源和動力同時呢也是現(xiàn)代文明的物質(zhì)基礎(chǔ)。沒有電力，就沒有我國國民經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)代化。眾所周知現(xiàn)代化社會的信息化和網(wǎng)絡(luò)化都是建立在電氣化的基礎(chǔ)之上的。另外，隨著國家對教育事業(yè)的關(guān)注和加大投入，各地教學(xué)樓的建設(shè)也隨之增加，相應(yīng)的對學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)特別是電力設(shè)施將提出更大的挑戰(zhàn)。因此做好供配電工作對于保證正常學(xué)習(xí)、工作、生活將有特別重要的意義。單片微型計算機(jī)簡稱單片機(jī)，是典型的嵌入式微控制器 常用英文字母的縮寫mcu表示單片機(jī)，單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一個芯片上。單片機(jī)由運(yùn)算器，控制器，存儲器，

8、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成，相當(dāng)于一個微型的計算機(jī)（最小系統(tǒng)），和計算機(jī)相比，單片機(jī)缺少了外圍設(shè)備等。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由僅有cpu的專用處理器芯片發(fā)展而來1，單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了最多的應(yīng)用。事實上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多的計算機(jī)?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部

9、單片機(jī)。而個人電腦中也會有為數(shù)不少的單片機(jī)在工作。汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺單片機(jī)在同時工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過pc機(jī)和其他計算的綜合，甚至比人類的數(shù)量還要多。因此單片機(jī)地研究前景比較廣闊通過這次畢業(yè)設(shè)計復(fù)習(xí)和鞏固書本上所學(xué)到的知識，加強(qiáng)理論與實際相結(jié)合的能力，在完成設(shè)計的過程中鍛煉搜索和遴選有用資料的能力，并通過逐步的完善設(shè)計內(nèi)容提升自己發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和所學(xué)知識的綜合應(yīng)用能力，為今后的工作打好基礎(chǔ)。單片機(jī)控制電力線路保護(hù)由于具有功能強(qiáng)，維護(hù)調(diào)試方便等一系列優(yōu)點，易于管理所以非常受到大眾的歡迎，教學(xué)樓經(jīng)常出現(xiàn)無人值守的情況，所以，借重與單片機(jī)的應(yīng)

10、用于管理提高了效率，節(jié)約了時間，值得廣泛應(yīng)用。1.2 使用現(xiàn)狀 單片機(jī)由僅有cpu的專用處理器芯片發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和cpu集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。intel的8080是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，當(dāng)時的單片機(jī)都是8位或4位的2。其中最成功的是intel的8031，此后在8031上發(fā)展出了mcs51系列單片機(jī)系統(tǒng)。因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。盡管2000年以后arm已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過300m的高端單片機(jī)，直到現(xiàn)在基于8031的單片機(jī)還在廣泛的使用。在很多方面單片機(jī)比專用處理器更適合

11、應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣?，F(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件有電子器件的產(chǎn)品中都會集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、計算器、家用電器、電子玩具、掌上電腦以及鼠標(biāo)等電子產(chǎn)品中都含有單片機(jī)。在70年代中后期，出現(xiàn)了比較完善的單片機(jī)樣機(jī)，并投入到電力系統(tǒng)中試運(yùn)行3。80年代，單片機(jī)保護(hù)在硬件結(jié)構(gòu)和軟件技術(shù)方面日漸成熟。90年代，電力系統(tǒng)在繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展到了單片機(jī)保護(hù)時代，它是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā)展的第四代。隨著單片機(jī)保護(hù)裝置的研究，在單片機(jī)保護(hù)軟件，算法方面也取得了很多理論成果，在實際中用用很廣泛。1.3

12、 單片機(jī)的特點目前單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特征是將組成計算機(jī)的基本部件集成在一塊晶體芯片上，構(gòu)成一臺功能獨特的、完整的單片微型計算機(jī)，他的組成情況如下：1）中央處理器 單片機(jī)中中央處理器 cpu 和通用微處理器基本相同，由運(yùn)算器以及控制器組成，另外增設(shè)了“面向控制”處理功能，如位處理、查表、多種跳轉(zhuǎn)、乘除法運(yùn)算、狀態(tài)檢測、中斷處理等，增強(qiáng)實時性。2）存儲器 單片機(jī)的存儲空間有兩種基本的結(jié)構(gòu)。一種是普林斯頓結(jié)構(gòu)（princeton），將程序和數(shù)據(jù)合用一個存儲器空間即 rom 和 ram 的地址同在一個空間里分配不同的地址。cpu訪問存儲器時，一個地址對應(yīng)惟一一個存儲單元，可以是 rom，也可以是 ram，用

13、同類的訪問指令。另一種是將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開，分別尋址的結(jié)構(gòu)，稱是哈佛（harvard）結(jié)構(gòu)。cpu 用不同的指令訪問不同的存儲器空間。由于單片機(jī)實際應(yīng)用中“面向控制”的特點，一般需要較大的程序存儲器。目前，包括 mcs-51 和 80c51 系列的單片機(jī)均采用程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器截然分開的結(jié)構(gòu)。 3）并行i/o口單片機(jī)突出控制的功能，提供了數(shù)量多的功能強(qiáng)的使用靈活的并行i/o口。使用上不僅可靈活地選擇輸入輸出，還可作為系統(tǒng)總線以及控制信號線，從而為擴(kuò)展外部存儲器和 i/o 接口提供方便。 4）串行i/o口高速的八位單片機(jī)都可提供全雙工串行i/o口，因而能和某些終端設(shè)備進(jìn)行串行通

14、信，或者和一些特殊功能的器件相互連接。 5）定時器/計數(shù)器 在實際的應(yīng)用時候，單片機(jī)往往需要精確地定時，或者需對外部事件進(jìn)行計數(shù)，因此在單片機(jī)內(nèi)部設(shè)置了定時器/計數(shù)器電路，通過中斷，實現(xiàn)定時/計數(shù)的自動處理。單片機(jī)的優(yōu)點：1）有優(yōu)異的性能價格比2）集成程度高，體積小，可靠性好。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu隨機(jī)存儲器ram、只讀存儲器rom、多種i/o口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、a/d轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。3） 控制功能強(qiáng)。有豐富的指

15、令，i/o的邏輯操作以及位處理功能。4） 低功耗，低電壓，方便攜帶5） 單片機(jī)系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)配置比較規(guī)范，典型，容易構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)2 電力監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計2.1 電力線路監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)總體方案目前典型的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，微機(jī)系統(tǒng)，開關(guān)量輸入/輸出系統(tǒng)三部分組成。為了實現(xiàn)電力線路監(jiān)控以達(dá)到保護(hù)的目的，這個系統(tǒng)可以分為兩個項目進(jìn)行設(shè)計，強(qiáng)電電路設(shè)計；單片機(jī)控制電路設(shè)計。方案一：采用雙cpu的電力監(jiān)控設(shè)計以dsp作為從機(jī)4，實現(xiàn)對采集進(jìn)來的電壓、電流信號，數(shù)字濾波、諧波分析和其它相關(guān)參數(shù)的計算。方案二：基于51單片機(jī)的電力線路監(jiān)控。由于方案一設(shè)計復(fù)雜造價較高需要耗費(fèi)的時間比較長但是達(dá)到的電

16、力監(jiān)控的效果和方案二一樣，所以優(yōu)先選擇方案一。接口規(guī)定如下：a，電力線路監(jiān)控保護(hù)可以實現(xiàn)10kv兩線路保護(hù)。b，線路監(jiān)控正常時，輸入信號約為2.5-3.5v電壓。c，系統(tǒng)提供了兩線路6通道數(shù)據(jù)采集,a,c相左保護(hù)電流檢測相，b相為工作電流檢測相。d，開關(guān)量輸入在正常情況工作時候為高電平信號約+5ve，控制信號輸出在電路正常情況工作時候為低電平信號0v2.2 電力監(jiān)控構(gòu)成硬件模塊介紹及a/d轉(zhuǎn)換電路電路監(jiān)控由顯示模塊，控制模塊，光耦隔離模塊，保護(hù)裝置，鍵盤控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊組成。數(shù)據(jù)采集通過max471芯片是電流信號變成電壓信號，控制模塊由51單片機(jī)實現(xiàn)，采樣數(shù)據(jù)通過max197芯片實現(xiàn)a/

17、d轉(zhuǎn)換傳輸?shù)?1單片機(jī)，模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使用的max7219芯片來實現(xiàn)顯示功能，鍵盤模塊光耦隔離都采用典型的電路模式。以下是電力線路監(jiān)控示意圖圖1 電力線路監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)示意圖figure1 power line monitoring protection system schematic diagram line1 line2鍵盤開關(guān)編程選擇電路復(fù)位 正常指示燈加1按鍵微機(jī)復(fù)位減1按鍵跳閘指示燈 圖2 系統(tǒng)控制面板figure2 system control panel因為先要將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號然后才能進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。常用的方法就是在電路里面加入一個精密電阻，由此將電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號5。

18、利用這種方法可以使得測量簡單方便的進(jìn)行，但是在電流很小的時候，電阻上的電壓值會比較小，從而影響測量的準(zhǔn)確度，所以選擇合適的阻值是一件很關(guān)鍵的事情不能忽視，另外，所得的電流檢測信號只有通過放大以后才能進(jìn)入電路中的比較器。2.2.1 max471芯片2.2.2 max471引腳功能 圖3max471引腳figure3 max471 pinout基本功能：1）shdn:為關(guān)閉信號。正常操作時接地2）rs+：信號輸入端。3）rs：信號輸出端4）gnd:為接地端或電源負(fù)極端。5）sign:集電極開路的邏輯輸出。6）out：為電流輸出端，該電流的大小正比于流過線路的電流。2.2.3 max471工作原理m

19、ax471的工作原理如圖2所示。方框內(nèi)的芯片是該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6。圖4max471工作原理圖figure4 max471 working principle diagram簡介：a1，a2是兩個差動運(yùn)算放大器，構(gòu)成差動輸入，這樣可以增強(qiáng)抗干擾能力，提高電流線號的準(zhǔn)確度；q1，q2是兩個三極管；comp是比較器；resense是電流采樣電阻，rg1和rg2為增益電阻。max471電路連接圖5 電路連接圖 figure5 the circuit connection diagram假定電流是從左向右流過采樣電阻resense，通過一電阻接地。a1工作時候，產(chǎn)生電流iout從q1的發(fā)射極流出，而此時

20、運(yùn)放a2上截止的沒有電流從q2流出7。a1的負(fù)輸入端信號為vpower=iload*rsense，經(jīng)過計算，電壓電流的比例由以下給出：p=vout/iload=rsense*rout/rg1根據(jù)上面的公式rsense較小時，通過rout把比例設(shè)置一個合適的值。2.2.4 max197芯片初步了解2.2.5 max197芯片簡介是美國maxim公司的新產(chǎn)品，是多量程(10v，5v，010v，05v)8通道12位高精度a/d轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近的工作方式，有標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)接口。三態(tài)數(shù)據(jù)i/o用做8位數(shù)據(jù)總線，數(shù)據(jù)總線的時序與大多數(shù)通用的微處理器兼容。全部的邏輯輸入和輸出與ttlcmos電平兼容。新型的

21、ad轉(zhuǎn)換器芯片max197與一般a/d轉(zhuǎn)換器芯片相比來看具有極好的性能價格比，僅需單一的5v供電，而且外圍電路簡單，可大大的簡化電路設(shè)計。max197用在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，a/d轉(zhuǎn)換的速度和精度又決定了其采集系統(tǒng)的速度以及精度。max197是maxim公司推出的具有十二位測量精度的高速a/d轉(zhuǎn)換芯片，只需要單一的電源供電，且轉(zhuǎn)換時間很非常短(6us)，具有八路輸入通道，還提供了標(biāo)準(zhǔn)的并行接口即8位三態(tài)數(shù)據(jù)i/o口，它還可以和大部分單片機(jī)直接接口，使用十分的方便。2.2.6 特性和引腳功能及控制字簡介1）特性a.12位分辨率，1/2lsb線形度；b.單+5v供電；c.軟件可編程選擇輸入量程： 10

22、v， 5v，0+5v，0+10v；d.輸入多路選擇器保護(hù)： 16.5ve.8路模擬輸入通道；f.6us轉(zhuǎn)換時間，100ksps采樣速度；g.內(nèi)/外部采集控制；h.內(nèi)部4.096v或外部參考電壓；i.兩種掉電模式；j.內(nèi)部或外部時鐘。2)引腳功能介紹max197具有四種不同封裝：dip28和寬so，ssop和陶瓷sb封裝8。a腳（clk）：時鐘輸入。外部時鐘輸入時，由此引腳輸入電平與ttl或cmos兼容的時鐘。內(nèi)部時鐘模式時，該腳與地之間接一電容，以確定內(nèi)部時鐘頻率，當(dāng)f=1.56mhz時，外接電容的典型值cclk=100pf。b腳片選線，低電平有效。c腳當(dāng) 為低電平時，在內(nèi)部采集模式下， 的上

23、升沿將鎖存數(shù)據(jù)，并啟動一次采集和一次轉(zhuǎn)換周期；在外部采集模式下， 的第一個上升沿啟動采集，第二個上升沿結(jié)束采集，并啟動轉(zhuǎn)換周期。d腳當(dāng) 為低電平時， 得下降沿將允許讀取數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)。e腳（hben）用于切換12位轉(zhuǎn)換結(jié)果。此腳為高電平時數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)為高4位，此腳為低電平時數(shù)據(jù)總上的數(shù)據(jù)為低8位。下圖為引腳。圖6max197 引腳figure6 max197 pinout1 clk：是時鐘輸入。在內(nèi)部時鐘模式下,該引腳接一100pf的電容可獲得1. 56mhz內(nèi)部時鐘。 2 cs：是片選信號,低電平有效的。 3 wr：當(dāng)cs為低電平時刻,在內(nèi)部時鐘模式下,wr的上升沿將鎖存設(shè)置并開始一個

24、自動采集和轉(zhuǎn)換周期,在外部時鐘模式下,wr處第一個上升沿開始采集,第二個上升沿結(jié)束采集并進(jìn)入轉(zhuǎn)換周期經(jīng)過就是這樣。4 rd：當(dāng)cs為低電平時,rd 上的下降沿使數(shù)據(jù)處于數(shù)據(jù)總線上就可以被讀取。5 hben用于12 位轉(zhuǎn)換結(jié)果的多路復(fù)用。當(dāng) hben為低電平時可讀取結(jié)果的高 4 位,當(dāng)為高電平時,可讀取結(jié)果的低8位9。6 shdn 設(shè)置電源關(guān)閉模式。 7 - 14 d0 - d11 三態(tài)數(shù)字 i/ o端口 15 agnd模擬信號地。16 - 23 ch0 - ch7模擬信號輸入通道。24 int 當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束且數(shù)據(jù)可被訪問時為低電平。25 refadj帶寬基準(zhǔn)電壓調(diào)整引腳。當(dāng) ref 引腳使用外部

25、基準(zhǔn)電壓時直接接 vdd , 否則旁路一0. 01 f的電容。26 ref基準(zhǔn)緩存輸出和緩存輸入引腳。在用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓時,基準(zhǔn)緩存輸出一4. 096v的名義電壓,并可通過 refadj 引腳調(diào)整。在用外部基準(zhǔn)電壓時,則通過 refadj 直接接vdd使基準(zhǔn)緩存無效 27 vdd + 5v的電源。 28 dgnd 數(shù)字信號地端。3）控制字簡介max197芯片與其它a/d芯片不同的之處在于它的很多硬件的功能都是利用內(nèi)部控制字來完成的，比如通道選擇、模擬信號量程、極性等，它可分為內(nèi)部采樣模式和外部采樣模式，采樣模式由控制寄存器的d5位決定9。在內(nèi)部采樣控制模式(控制位置0)中，由寫脈沖啟動采樣間隔，

26、經(jīng)過瞬間的采樣間隔(芯片時鐘為2mhz時，為3ms)，即開始a/d轉(zhuǎn)換。在外部采樣模式(d5=1)中，由兩個寫脈沖分別控制采樣和a/d轉(zhuǎn)換。在第一個寫脈沖出現(xiàn)時，寫入acqmod為1，開始采樣間隔。在第二個寫脈沖出現(xiàn)時，寫入控制字acqmod為0，max197停止采樣，開始a/d轉(zhuǎn)換。這兩個寫脈沖之間的時間間隔為一次采樣時間。當(dāng)一次轉(zhuǎn)換結(jié)束后，max197相應(yīng)的int引腳置低電平，通知處理器可以讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果10。表1 max197的控制字 table1 control-byte-formatd7d6d5d4d3d2d1do(lsb)pd1pd0acqmodrngbipa2a1a0表2時鐘和功耗

27、的模式設(shè)置table2 the clock and power mode settingspd1pd0 說明00 正常模式，外部時鐘模式01 正常模式，內(nèi)部時鐘模式10 后備低功耗模式，不影響時鐘模式01 低功耗模式，不影響時鐘模式說明：acqmod:0是內(nèi)部控制采集，1是外部控制采集。 rng位是選擇輸入端的滿量程電壓范圍，bip位選擇單極性和雙極性式 表3 rng,bip設(shè)置table3 rng,bip setting upbiprnginputrange000 to 5010 to 1010-5，+511-5，+5a2，a1，a0:用于選擇多路輸入輸出地址，所以a1，a0，a2表4 通道

28、設(shè)置table4 channel settingsa2a1a0ch0ch1ch2ch3ch4ch5ch6ch7000001011000100101111表5數(shù)據(jù)的輸出格式table5 data outputpin hben=low hben=highd0b0(lsb)b8d1b1b9d2b2b10d3b3b11(msb)d4b4b11(bip=1)/0(bip=0)d5b5b11(bip=1) /0(bip=0)d6b6b11(bip=1) /0(bip=0)d7b7b11(bip=1) /0(bip=0)圖7max197連接電路圖figure7 max197 connection diagr

29、am2.3 電力線路監(jiān)控保護(hù)數(shù)據(jù)顯示電路2.3.1 max7219芯片簡介max7219芯片是一種集成化的串行輸入輸出共陰極顯示驅(qū)動器,它用來連接微處理器與8位數(shù)字的7段數(shù)字led顯示，同樣也可以連接條線圖顯示器或者64個獨立的led11。包括一個片上的b型bcd編碼器、多路掃描回路，段字驅(qū)動器，此外還有一個8*8的靜態(tài)ram用來存儲每一個數(shù)據(jù)。 但是只有一個外部寄存器用來設(shè)置各個led的段電流。它有一個方便的四線串行接口可以聯(lián)接所有通用的微處理器。其中每個數(shù)據(jù)可以尋址在更新時不需要改寫所有的顯示。max7219允許用戶對每一個數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼 ，這個設(shè)備包含一個150a的低功耗關(guān)閉模式

30、，模擬數(shù)字亮度控制，一個掃描限制寄存器保證用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，擁有一個讓所有l(wèi)ed發(fā)光的檢測模式。這個芯片以三線串行接口與單片機(jī)連接其接口的傳輸速率可達(dá)10 mhz有獨立的發(fā)光二極管段控制譯碼和非譯碼兩種顯示方式可選數(shù)字、模擬兩種亮度控制方式可以級聯(lián)使用采用了1片max7219便可以完成8位數(shù)碼管的顯示驅(qū)動任務(wù)。1 max7219的原理 din為串行數(shù)據(jù)輸入端當(dāng)clk為上升沿時數(shù)據(jù)載入16位內(nèi)部移位寄存器clk為串行時鐘輸入端最大工作頻率為10 mhzmax7219的三線串行接口命令和數(shù)據(jù)組成16位字串從dout引腳輸出當(dāng)每一個clk脈沖上升沿到來時串行數(shù)據(jù)從din引腳進(jìn)入max7219內(nèi)部

31、移位寄存器最先收到的就是高位12。但是在第16個clk上升沿load引腳若變?yōu)楦唠娖絼t數(shù)據(jù)就會被鎖存到內(nèi)部寄存器中再過半個脈沖數(shù)據(jù)在clk下降沿從dout引腳輸出的。load為片選端當(dāng)load為低電平時該器件接收來自din的數(shù)據(jù)接收完畢后load返回高電平時接收的數(shù)據(jù)將鎖定dig0dig7為吸收顯示器共陰極電流的位驅(qū)動線其最大值可達(dá)500ma在關(guān)閉狀態(tài)時輸出vsegasegg和dp為驅(qū)動顯示器7段及小數(shù)點的輸出電流約是40ma可軟件調(diào)整關(guān)閉狀態(tài)時接入gnddout為串行數(shù)據(jù)輸出端通常可直接接入下一片max7219的din端使多片max7219級聯(lián)以便可以驅(qū)動更多的led。 max7219有14

32、個可尋址命令寄存器其中8個是位驅(qū)動寄存器6個是狀態(tài)寄存器它提供了段選碼和bcd解碼兩種方式。當(dāng)解碼方式的寄存器數(shù)據(jù)位都設(shè)為1時為bcd解碼方式當(dāng)其都設(shè)為0時為段選碼方式。工作在解碼方式時led可顯示數(shù)字09及“-”“efhlp”等字符和空顯示。寫寄存器時只要在對應(yīng)數(shù)據(jù)位的低4位寫入“0h”“fh”即可與數(shù)據(jù)位的高4位無關(guān)。按數(shù)據(jù)位的最高位設(shè)定小數(shù)點狀態(tài)則置1點亮小數(shù)點否則為0。段選碼方式是通過將數(shù)碼管對應(yīng)數(shù)據(jù)位寫“1”來使該段點亮的。 max7219還有6個狀態(tài)寄存器。通過亮度寄存器控制led的亮度該軟件亮度控制可替代硬件限流亮度控制。掃描限制寄存器用于控制掃描頻率。停機(jī)寄存器控制max721

33、9的工作狀態(tài)當(dāng)該寄存器的數(shù)據(jù)格式為“0”時進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)但可接受測試控制寄存器控制當(dāng)該寄存器的數(shù)據(jù)格式為“1”時進(jìn)入正常工作狀態(tài)。若顯示測試寄存器為“0”時則顯示驅(qū)動器進(jìn)入正常工作狀態(tài)若顯示測試寄存器為“1”時則顯示驅(qū)動器進(jìn)入測試狀態(tài)。此時led應(yīng)處于全亮狀態(tài)?？詹僮骷拇嫫饔糜趍ax7219串聯(lián)時只改變max7219驅(qū)動的某個led但不改變其他顯示區(qū)。max7219初始化和led顯示時在對max7219的每一個寄存器傳送數(shù)值時都要調(diào)用一次顯示子程序因此應(yīng)及時使spi的復(fù)位位清零以保證新的發(fā)送正常。當(dāng)每一次寄存器接收數(shù)值后都要取消max7219片選以鎖存接收到的數(shù)值。1）功能特點a有 10mhz連

34、續(xù)串行口 b 獨有立的led段控制 c 數(shù)字有的譯碼與非譯碼選擇 d 有150a的低功耗關(guān)閉模式 e 配置了亮度的數(shù)字和模擬控制 f 有高電壓中斷顯示 g 有共陰極led顯示驅(qū)動 h 有限制回轉(zhuǎn)電流的段驅(qū)動來減少emi（max7221） i 有spi, qspi, microwire串行接口（max7221） g 有24腳的 dip和 so 封裝2)管腳名稱功能 1 din 串行數(shù)據(jù)輸入端口在時鐘上升沿時候數(shù)據(jù)被載入內(nèi)部的16位寄存器。2,3,5-8,10,11 dig 0dig7 八個數(shù)據(jù)驅(qū)動線路置顯示器為共陰極為低電平12。關(guān)閉時7219此管腳會輸出高電平，7221會呈現(xiàn)高阻抗。 4,9

35、gnd 地線，同時接地12 load載入數(shù)據(jù)，連續(xù)數(shù)據(jù)后16位在load端的上升沿時被鎖定。 cs (max7221) 片選端。該端為低電平時串行數(shù)據(jù)被載入移位寄存器。連續(xù)數(shù)據(jù)的后16位在cs端的上升沿時會被鎖定。13 clk 時鐘序列輸入端。最大速率是10mhz.在時鐘的上升沿，數(shù)據(jù)移入內(nèi)部移位寄存器，下降沿時侯數(shù)據(jù)從dout端輸出。 14-17,20-23 seg 7 段和小數(shù)點的驅(qū)動，為顯示器提供出電流。當(dāng)一個段驅(qū)動關(guān)閉時，7219的此端呈低電平，7221會呈現(xiàn)高阻抗。18 set 通過一個電阻連接到vdd 提高段電流。 19 v+正極電壓輸入，+5v 。24 dout 串行數(shù)據(jù)輸出端口

36、，從din輸入的數(shù)據(jù)在16.5個時鐘周期后在此端有顯著的效果。當(dāng)使用多個max7219時用此端會方便擴(kuò)展。max7219同樣允許用戶對每一個數(shù)據(jù)選擇編碼或者不編碼。 整個設(shè)備包含一個150a的低功耗關(guān)閉模式，模擬和數(shù)字亮度控制，一個掃描限制寄存器允許用戶顯示1-8位數(shù)據(jù)，還有一個讓所有l(wèi)ed發(fā)光的檢測模式。圖8 max7219的引腳 figure8 max7219 pinout3)串行數(shù)據(jù)格式，譯碼方式寄存器，內(nèi)部寄存器地址，亮度寄存器展示表6 串行數(shù)據(jù)格式 table6 serial data format d15d14d13d12d11d10d9d8d7d6d5d4d3d2d1d0xxxx

37、地 址 數(shù)據(jù)位串行數(shù)據(jù)發(fā)送16位為一幀，在這十六位中其中十二位到十五位是可以任意的，而內(nèi)部寄存器的地址是第八位到第十一位，從零位到七位是寄存器數(shù)據(jù)。 表7 譯碼方式寄存器table7 decoding way to registerd7d6d5d4d3d2d1d0代碼000000000x00000000000x01000011110x0f111111110xff從上面的表格中可以知道寄存器中每一位和一個數(shù)字位相對應(yīng)，如果是邏輯高電平那么就選擇b譯碼14。要是邏輯低電平就選擇旁路譯碼器。變量譯碼和顯示譯碼兩類，變量譯碼一般是一種較少輸入變?yōu)檩^多輸出的器件，一般分為2n譯碼和8421bcd碼兩類。

38、表8 亮度寄存器 table8 brightness register占空比 d7d6d5d4d3d2d1d0代碼1/32xxxx00000xx03/32xxxx00010xx15/32xxxx00100xx27/32xxxx00110xx39/32xxxx01000xx411/32xxxx01010xx513/32xxxx01100xx615/32xxxx01110xx717/32xxxx10000xx819/32xxxx10010xx921/32xxxx10100xxa23/32xxxx10110xxb25/32xxxx11000xxc27/32xxxx11010xxd29/32xxxx1

39、1100xxe31/32xxxx11110xxf該芯片可以采用v+和iset之間所接外部電阻rset不控制顯示亮度，從驅(qū)動器那里的峰值電流通常為進(jìn)入iset電流的100倍，rset既可以作為固定電阻也可以作為可變電阻使用13。表9停機(jī)寄存器table9 downtime register工作方式d7d6d5d4d3d2d1d0代碼停機(jī)xxxxxxx0xoh正常xxxxxxx1xoh停機(jī)狀態(tài)的時候，掃描振蕩器會停止工作，所有的斷電流源會被拉到地，同時所有的位驅(qū)動會被拉到v+這個時候led燈會不顯示的。晶片的一端附在一個支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體

40、晶片由兩部分組成，一部分是p型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是n型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個p-n結(jié)。圖9 max7219不譯碼模式數(shù)據(jù)位時序圖 figure9 max7219 dont decode schema data a sequence diagram表10 測試寄存器table9 test register工作方式d7d6d5d4d3d2d1d0代碼正常xxxxxxx0xoh測試xxxxxxx1xoh顯示測試寄存器通常有兩種工作方式：包括正常和顯示測試，在顯示測試下的8位數(shù)字掃描中的占空比為1/32，它是通過控制寄存器內(nèi)的控制

41、字來接通led燈顯示器的。2.3.2 電力監(jiān)控線路保護(hù)系統(tǒng)顯示電路設(shè)計下圖所示采用的是at89c51單片機(jī)與max7219的接口電路圖示，把單片機(jī)的p1.0連接到max7219的din端口，然后p1.1連接到clk端口14。圖10 max7219應(yīng)用電路 figure10 max7219 application circuit2.4 電力線路保護(hù)系統(tǒng)鍵盤電路設(shè)計2.4.1 電路設(shè)計鍵盤電路如下面的圖示2.4.2 功能介紹p20-p24：接上拉電阻4.7k，通過s0-s4接到地。int0，int1：鍵盤中斷輸入。s2：鍵盤總允許開關(guān)s3：功能選擇鍵盤。s4：數(shù)值加1鍵。s5：數(shù)值減1鍵。s6：電

42、力線路自動合閘開關(guān)。鍵盤電路是典型的電路，它的內(nèi)部功能以及各個方面的銜接故障分析處理等等都已經(jīng)被前輩研究的非常透徹，所以我們只負(fù)責(zé)應(yīng)用就可以。鍵盤總允許開關(guān)，功能選擇鍵盤，數(shù)值加1鍵，數(shù)值減1鍵，電力線路自動合閘開關(guān)這些基本按鍵接口都已經(jīng)標(biāo)注。cpu讀取位於程式記憶體rom或eprom程式碼，經(jīng)過計算及處理后，將結(jié)果送至各 個暫存器或輸出入埠上，并且接受內(nèi)部和外部的中斷信號， 然后執(zhí)行中斷服務(wù)程式。只要電源加入且震蕩器開始動作 后，cpu 就會開始不停的動作。 mcs-51系列單晶片，8051/8751提供內(nèi)部4096bytes4kbytes的程式記憶區(qū)，專供程式儲存指令碼的地方。cpu 所執(zhí)

43、行的 程式指令，即是到這里來提取。8052 提供內(nèi)部 8192bytes8kbytes的程式記憶區(qū)，而8031 則不提供此方塊。 若有內(nèi)部程式記憶區(qū)時，cpu 可以選擇執(zhí)行的程式指令，是 由內(nèi)部的程式區(qū)提取或由外部的程式區(qū)提取。程式區(qū)的內(nèi) 容，只能讀出但不能寫入15。 mcs-51 系列中的8051/8031 及8751 單晶片都提供有128 個bytes 的可讀/寫資料記憶區(qū)，而8052 系列則有256 個bytes的資料記憶區(qū)。這資料區(qū)中有16 個bytes 共128bits 的區(qū)域是可直接做單一位元定址bit adress的，同時mcs-51 也提供相當(dāng)好用的位元處理指令。 這四個埠共提

44、供4x832 條i/o 線，所有的埠都可以做位元組輸出入埠byte i/o或做單一位元輸出入埠bit i/o，當(dāng)mcs-51做外部記憶體擴(kuò)充時，必須用port0 ，port2 當(dāng)作資料/位址線，配合ale ，/pesn ，及/wr ，/rd 等控制線產(chǎn)生必要的控制信號，作讀出及寫入信號。 mcs-51 系列的單晶片均有2 個16 位元的計時/計數(shù)器，而8052則有3 個。每個計時/計數(shù)器有多種模式供選擇。多晶片微電腦控制系統(tǒng)，主要用來設(shè)計較復(fù)雜 的控制系統(tǒng)如影像處理、通訊控制及算術(shù)運(yùn)算，由於使用 晶片數(shù)量多，相對的硬體成本也提高。對於一些較簡易的 控制系統(tǒng)，則不需要這麼多晶片來組成一個系統(tǒng)，於

45、是出 現(xiàn)了單晶片微電腦。單晶片微電腦是把五大基本單元，輸 入單元，輸出單元，控制單元，記憶體單元以及算數(shù)邏輯 單元濃縮在單一顆晶片上面，只要加上少許的電子零件便 可以組成簡易的控制系統(tǒng)。單晶片微電腦上的rom 以及 ram 的容量較小，因此其主要功用是應(yīng)用在控制電路上。晶片內(nèi)部具時脈震蕩器最高工作可至12mhz。內(nèi)部程式記憶體rom為4k位元組。4.內(nèi)部資料記憶體ram為128k 位元組。圖11 鍵盤電路 figure11 keyboard circuit 2.5 電力線路保護(hù)系統(tǒng)開關(guān)量輸出控制電路2.5.1 開關(guān)量輸出控制電路設(shè)計圖12 開關(guān)量輸出及控制范圍 figure12 switch

46、quantity importation and control circuit2.5.2 功能介紹1）開關(guān)量輸入電路u1，u2（tpl521）為光耦管為線路l1，l2的開關(guān)量輸入檢測器件7404_17404_4為反相器穩(wěn)定：輸入信號。led_1,led_2:信號指示燈。p1.2，p1.3：信號輸入線。2）信號輸出控制電路 u3，u4(tpl521)光管為線路l1，l2的控制信號輸出。q1，q2三極管：信號放大作用。7404_5,7404_6,及與門7408_1,7408_2:防止控制信號的誤動動作。2.6 電力線路保護(hù)單片機(jī)電源設(shè)計 此處省略nnnnnnnnnnnn字。如需要完整說明書和設(shè)計

47、圖紙等.請聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯mation circuit3 電力線路保護(hù)系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1 單片機(jī)c51語言的簡介單片機(jī)c語言有以下特點：1，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計。c語言是以函數(shù)作為程序設(shè)計的基本單位，c語言程序中的函數(shù)相當(dāng)于一般語言的子程序，c語言對于輸入輸出的處理也是通過函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)的，各種c語言編譯器都會提供一個函數(shù)庫，包含很多方面函數(shù)等。此外，c語言還具有自定義函數(shù)功能，用戶可以根據(jù)自己的需要貶值滿足某種特殊需要的自定義函數(shù)。實際上c語言程序程序就是由許多個函數(shù)組成的，一個函數(shù)就是相當(dāng)于一個模塊。因此語言可以很容易的進(jìn)行結(jié)構(gòu)化

48、程序設(shè)計。2，可以直接操作計算機(jī)硬件。c語言具有直接訪問物理地址的能力，德國keil software公司開發(fā)的keil vision2 c51編譯器可以直接對8051單片機(jī)的內(nèi)部特殊功能寄存器和i/o口進(jìn)行操作，可以直接訪問片內(nèi)或者片外寄存器，還可以進(jìn)行各種操作。3，生成的目標(biāo)代碼質(zhì)量高。中所周知，匯編語言程序目標(biāo)代碼的效率是最高的，這就是為什么匯編語言仍舊是便攜計算機(jī)系統(tǒng)軟件的主要工具原因。3.2 電力線路保護(hù)系統(tǒng)單片機(jī)軟件總體設(shè)計1） 系統(tǒng)模塊組成如下：數(shù)據(jù)采集，a/d轉(zhuǎn)換及電路實時控制程序。數(shù)據(jù)顯示程序。實時鍵盤處理程序。串行數(shù)據(jù)發(fā)送接收程序。單片機(jī)顯示，數(shù)據(jù)采集，鍵盤處理連接程序。2） 系統(tǒng)軟件模塊的組織結(jié)構(gòu)如圖所示。上電復(fù)位系統(tǒng)初始化max7219初始化讀入