基于ARM的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置的研究_圖文

1、華北電力大學(xué)（保定）碩士學(xué)位論文基于ARM的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置的研究姓名：王桂云申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：侯思祖20081226摘要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中的諧波污染越來越嚴(yán)重，已成為電網(wǎng)中的“公害。因此，對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行監(jiān)測(cè)與研究是限制、消除諧波危害的前提，也是保證供電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及保證設(shè)備和人身安全的迫切需要。本文在分析了國(guó)內(nèi)外諧波檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，對(duì)電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置進(jìn)行了整體研究及設(shè)計(jì)。選擇作為核心處理器，以以太網(wǎng)控制器和雙向可控硅等作為外圍芯片，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)在環(huán)境下利用算法實(shí)現(xiàn)了諧波監(jiān)測(cè)，最后對(duì)嵌入式以

2、太網(wǎng)接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：諧波，電壓，算法，“”，。（）摘要隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中的諧波污染越來越嚴(yán)重，已成為電網(wǎng)中的“公害。因此，對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行監(jiān)測(cè)與研究是限制、消除諧波危害的前提，也是保證供電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及保證設(shè)備和人身安全的迫切需要。本文在分析了國(guó)內(nèi)外諧波檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，對(duì)電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置進(jìn)行了整體研究及設(shè)計(jì)。選擇作為核心處理器，以以太網(wǎng)控制器和雙向可控硅等作為外圍芯片，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)裝置，同時(shí)在環(huán)境下利用算法實(shí)現(xiàn)了諧波監(jiān)測(cè)，最后對(duì)嵌入式以太網(wǎng)接口進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：諧波，電壓，算法，“”，。（）聲尸明本人鄭重聲明：此處所

3、提交的碩士學(xué)位論文基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置的研究，是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說明本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)

4、位論文被查閱或借閱：學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)校可以用不同方式在不同媒體上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。（涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定）作者簽名：日王欄參導(dǎo)師簽名：期：華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文第一章緒論選題背景與意義（）是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的處理器、開發(fā)了相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。前，芯片廣泛應(yīng)用于無線產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)電子產(chǎn)品、嵌入控制、消費(fèi)教育類多媒體、及智能卡等。體系結(jié)構(gòu)被公認(rèn)為是業(yè)界領(lǐng)先的位嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)。它集成了控制器、控制器、控制器、中斷控制、功率控制、存儲(chǔ)控制、王、礁、等豐

5、富的資源。處理器由公司設(shè)計(jì)，授權(quán)予各半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的嵌入式處理器之一。隨著科技的發(fā)展，與系統(tǒng)連接的電氣設(shè)備日益增多，這些設(shè)備中的非線性用電設(shè)備及家用電器，大多是能產(chǎn)生諧波。向電網(wǎng)中注入諧波電流，將造成電網(wǎng)波形的畸變和電氣設(shè)備的異常運(yùn)行。凡與電網(wǎng)連接并往電網(wǎng)中注入兩倍于工頻及更高頻率的諧波電流的設(shè)備，統(tǒng)稱為諧波源。冶金、化工等工業(yè)、電氣機(jī)車的換流設(shè)備和電弧爐等各種非線性用電設(shè)備連接到電網(wǎng)后，均能向電網(wǎng)注入諧波電流，都屬于諧波源。發(fā)電機(jī)、變壓器、電動(dòng)機(jī)等電力設(shè)備，如參數(shù)選擇不當(dāng)或設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造工藝不良，也會(huì)向電網(wǎng)注入大量諧波，所以也可能成為諧波源。在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生非正弦波，引

6、起電壓畸變的設(shè)備大致包括：應(yīng)用可控硅或硅整流等半導(dǎo)體器件的電氣設(shè)備（如交直流變換裝置、交流電力調(diào)整裝置和頻率變換裝置）、電力變壓器、電弧爐、家用電器設(shè)備（如熒光燈、彩色電視機(jī)和除塵器）以及短時(shí)或瞬時(shí)出現(xiàn)高于工業(yè)頻率的波形的設(shè)備（如音頻控制裝置）等。電力系統(tǒng)中諧波電流普遍存在，因諧波電流造成的電氣設(shè)備故障及受電設(shè)備故障與日俱增，其潛在的危害在于：易誘發(fā)事故，造成成本提高，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益造成具大損失。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)每年有近數(shù)百億元的損失。諧波問題是電能質(zhì)量中的一個(gè)重要問題。國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)電能質(zhì)量問題，特別是諧波問題，早在世紀(jì)年代到年代就引起了人們的注意。當(dāng)時(shí)在德國(guó)，由于使用靜止汞弧變流器而造成

7、了電流波形畸變。年發(fā)表了有關(guān)變流器諧波的論文，是早期諧波研究比較有影響的論文【。華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文們對(duì)其研究的力度加大，發(fā)表了些有學(xué)術(shù)價(jià)值的研究電力系統(tǒng)諧波的論文剄。近年來，各種非線性負(fù)載，特別是新型電力電子器件在電力系統(tǒng)、工業(yè)各部門和家用電器產(chǎn)品中的日益廣泛應(yīng)用，使得諧波電流和無功電流大量流入電網(wǎng)。在日本，換流裝置在年的普及率和增長(zhǎng)率為年的倍，諧波電流和電力系統(tǒng)容量的比例上升到年的倍左右；在美國(guó)，電力電子裝置年上升到年的倍左右，電力諧波上升到年的倍左右。隨著我國(guó)改革開放政策的實(shí)施，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，直流輸電和柔性交流輸電技術(shù)的采用，電氣化鐵道的快速發(fā)展，化工、冶金和煤炭等工業(yè)部門中大

8、量應(yīng)用電力電子設(shè)備，節(jié)能工作中電力電子技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用，諧波污染源的使用數(shù)量不斷增加，電網(wǎng)電壓畸變率不斷上升，使得電力系統(tǒng)的諧波問題同益嚴(yán)重?？傊?，現(xiàn)在世界各地的諧波污染問題呈逐漸上升趨勢(shì)。正是由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置的日益廣泛應(yīng)用，諧波污染的日趨嚴(yán)重，諧波問題已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。年，國(guó)際電工委員會(huì)第一次制定了通用電器設(shè)備產(chǎn)生諧波的限制標(biāo)準(zhǔn)一一，并且在以后的執(zhí)行過程中不斷地進(jìn)行了修訂和完善，是一部最早的最具權(quán)威的諧波限制標(biāo)準(zhǔn)，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已被強(qiáng)制執(zhí)行【。年，美國(guó)電氣和電子工程師學(xué)會(huì)在以上標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改和補(bǔ)充，制定了一諧波限制標(biāo)準(zhǔn)【引。另外，國(guó)際大電

9、網(wǎng)會(huì)議、國(guó)際供電會(huì)議等國(guó)際性學(xué)術(shù)組織，也相繼成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，并已制定出了限制電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際國(guó)內(nèi)召丌了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會(huì)議，探討和交流諧波治理的方法和經(jīng)驗(yàn)。奧地利年出版的刪是國(guó)外諧波治理的代表作。我國(guó)也將諧波的管理、監(jiān)測(cè)和治理等擺到了十分重要的位置，先后于年年分別制定了限制電力諧波的規(guī)定和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。吳競(jìng)昌等人年出版的電力系統(tǒng)諧波，夏道止等人年出版的高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波，王兆安等人年出版的諧波抑制和無功功率補(bǔ)償是我國(guó)近年來在諧波治理方面發(fā)表的具有較大影響的著作。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速的發(fā)展，電力負(fù)荷急劇增大，對(duì)電力系統(tǒng)的污染越來越嚴(yán)重，而諧波含量則是目前

10、電網(wǎng)中影響最為重要的一項(xiàng)指標(biāo)。這也對(duì)監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的儀器設(shè)備提出更高的要求。目前，具有高性能、低成本、低功耗等特點(diǎn)的處理器已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的嵌入式處理器。通過選擇合適的消諧裝置并將其應(yīng)用于實(shí)踐，可以達(dá)到更佳的消諧效果。因此，基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置必將具有良好的應(yīng)用前景。華北電力火學(xué)碩士學(xué)位論文論文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)論文意義長(zhǎng)期以來，人們習(xí)慣把供電頻率和電壓有效值的穩(wěn)定程度，作為衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)基本參數(shù)。近十幾年來，隨著電子技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，在化工、冶金、鋼鐵、煤炭和交通等部門大量使用了各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備和電子電壓調(diào)整設(shè)備，這些電力設(shè)備和負(fù)載以不規(guī)

11、則的組合方式，隨機(jī)地在電網(wǎng)中運(yùn)行，造成了電力系統(tǒng)中電壓、電流波形的嚴(yán)重畸變和三相系統(tǒng)的不平衡。電源發(fā)出的工頻正弦電壓，也會(huì)在遠(yuǎn)距離輸送、分配過程中產(chǎn)生畸變。因此，電能質(zhì)量己經(jīng)不能僅用頻率和電壓這兩項(xiàng)指標(biāo)來鑒定了。電力系統(tǒng)的電壓和電流發(fā)生波形畸變后，將對(duì)發(fā)電、輸電、供電系統(tǒng)、用電負(fù)載以及周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生危害，當(dāng)今這種危害已經(jīng)發(fā)展到了和自然環(huán)境污染一樣，成為了一種社會(huì)公害，稱之為“諧波污染”。近年來，在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，要求實(shí)施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。對(duì)電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境來說，無諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。因此對(duì)電力系統(tǒng)諧波污染的治理也己成為電工科學(xué)技術(shù)界所必須解決的問題。目前，電力

12、系統(tǒng)中的諧波源不但類型多，而且分布廣，用戶電網(wǎng)中的諧波電流可能來自本身的非線性設(shè)備，也可能來自外部線路，不加以區(qū)分將給諧波治理造成困難，因而進(jìn)行諧波治理之前需要了解電網(wǎng)中諧波的次數(shù)及含量，即須進(jìn)行諧波的檢測(cè)，這也是本課題的研究意義所在。嵌入式系統(tǒng)是信息產(chǎn)業(yè)走向二十一世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的最重要的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)之一，這是一個(gè)不可壟斷的工業(yè)，對(duì)中國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)來說充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、信息家電、交通管理、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、服務(wù)業(yè)等各行業(yè)，己成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一大領(lǐng)域和方向。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，微型化和專業(yè)化成為了發(fā)展的新趨勢(shì)，同樣也需要嵌入式系統(tǒng)

13、的支持。在諧波檢測(cè)技術(shù)走向數(shù)字化的過程中，對(duì)于微處理器的要求和系統(tǒng)軟件以及應(yīng)用軟件的要求，隨著實(shí)際應(yīng)用的需求也越來越大。今后，諧波檢測(cè)儀器將朝著高性能，高可靠性，低成本，小體積，低功耗，易于操作，用戶界面友好等方向發(fā)展。因此，在諧波檢測(cè)儀中引入嵌入式系統(tǒng)是十分必要，也是十分高效的。諧波檢測(cè)儀，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有很多產(chǎn)品，但其中絕大多數(shù)是非在線式的。這些檢測(cè)儀價(jià)格較為昂貴，僅適用于對(duì)諧波進(jìn)行臨時(shí)性、精確的測(cè)量，大規(guī)模使用存在維護(hù)困難，花費(fèi)高昂，體積大安裝不方便等問題。在線式的諧波檢測(cè)儀要求體積小、華北電力人學(xué)碩學(xué)位論文成本低、測(cè)量誤差允許范圍較大。供電部門對(duì)在線式諧波檢測(cè)儀需求很大，國(guó)內(nèi)很多廠家都在進(jìn)

14、行這方面的研究，但目自訂還沒有成熟產(chǎn)品問世。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)基于的低成本的諧波檢測(cè)及消諧裝置是有實(shí)際意義的。論文的主要內(nèi)容本文對(duì)技術(shù)進(jìn)行深入的研究，掌握軟件設(shè)計(jì)的方法，學(xué)會(huì)使用開發(fā)工具，比較不同系列的芯片，選擇合適的微處理器，構(gòu)建較好系統(tǒng)方案。消諧裝置主要利用雙向可控硅組件，直接動(dòng)作于電壓互感器的開口三角繞組。對(duì)于開展預(yù)防和抑制諧波諧振方面必將有著良好的應(yīng)用前景。本文采用一種基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)軟硬件，對(duì)系統(tǒng)整體方案（信號(hào)調(diào)理電路、算法軟件實(shí)現(xiàn)、可控硅觸發(fā)電路、以太網(wǎng)接口軟硬件的實(shí)現(xiàn)）進(jìn)行了詳細(xì)的制作，并在移植協(xié)議棧下實(shí)現(xiàn)了基于嵌入式以太網(wǎng)接口，

15、還在開發(fā)板上成功的用于實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)利用了目前應(yīng)用最廣泛的作為核心處理器，通過以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)進(jìn)而可以對(duì)諧波進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。論文的組織結(jié)構(gòu)本論文共分五章：第一章主要介紹了課題研究的背景和意義及國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)向，同時(shí)給出了本文的工作任務(wù)和章節(jié)安排。第二章主要設(shè)計(jì)了基于的電壓諧波測(cè)及消諧裝置的總體方案，芯片選用的是公司的，以太網(wǎng)控制芯片選用，建立在諧波抑制方法基礎(chǔ)之上，本文的消諧裝置主要利用雙向可控硅組件，直接動(dòng)作于電壓互感器的開口三角繞組，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的在線監(jiān)測(cè)及消除。第三章主要對(duì)基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上，本章主要對(duì)實(shí)現(xiàn)該方案的數(shù)據(jù)采集模塊和嵌入式以太網(wǎng)接口進(jìn)行分析，并設(shè)

16、計(jì)完成了原理圖。第四章利用算法實(shí)現(xiàn)了諧波監(jiān)測(cè)。丌發(fā)環(huán)境是在；下。根據(jù)系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計(jì)，給出了在移植。協(xié)議棧下基于嵌入式以太網(wǎng)接口的實(shí)現(xiàn)方法，并在開發(fā)板上成功的用于實(shí)現(xiàn)。第五章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)，指出了本文的需要改進(jìn)之處和后期的工作。華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文第二章基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧系統(tǒng)設(shè)計(jì)電壓諧波的定義電學(xué)計(jì)量是計(jì)量學(xué)中的傳統(tǒng)計(jì)量，電壓計(jì)量又是電學(xué)計(jì)量的一個(gè)重要的分支。從目前來講直流電壓的國(guó)際計(jì)量水平已經(jīng)達(dá)到。交流電壓可以溯源到直流電壓基準(zhǔn)，尤其是工頻交流電壓信號(hào)的計(jì)量在電學(xué)計(jì)量中占有很重要的地位。理想情況下，電力系統(tǒng)向用戶提供的應(yīng)該是一個(gè)恒定工頻的標(biāo)準(zhǔn)正弦波形電壓，但是由于各系統(tǒng)（發(fā)電

17、機(jī)、變壓器、線路等）參數(shù)的不理想線性或非對(duì)稱的、調(diào)控手段的不完善、負(fù)荷性質(zhì)的差異以及運(yùn)行操作中各種故障等原因，都使這種理想狀態(tài)在實(shí)際中無法存在。因此通過對(duì)周期性電壓的傅立葉分解，所得到的頻率為基波整數(shù)倍分量的含有量，即為諧波。實(shí)現(xiàn)電壓諧波裝置的技術(shù)意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，由于眾多的家用電器和電弧爐等非線性負(fù)荷的不斷增多和容量增大，電力系統(tǒng)中的諧波水平日益提高，由諧波引起的系統(tǒng)諧振所產(chǎn)成的過電流、過電壓對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行帶來的危害不容忽視，開展預(yù)防和抑制諧波諧振方面的研究，對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行意義重大。據(jù)美國(guó)官方統(tǒng)計(jì)：近年來全球范圍內(nèi)因電能質(zhì)量引起的重大電力事故已達(dá)多起，每年因諧波擾動(dòng)和電氣

18、環(huán)境污染引起的國(guó)民經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)億美元。一般認(rèn)為諧波主要有以下幾種危害：（）大大增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故。（）增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。（）使電氣設(shè)備（旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、變壓器等）運(yùn)行不下常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。（）使繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以及許多用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；蛘卟荒苷＿\(yùn)作。（）使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器、儀表不能幣確指示或計(jì)量。（）干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的常傳遞，甚至損壞通訊設(shè)備。種種跡象表明，諧波已逐漸成為影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行、劣化電能質(zhì)量的潛在威脅。華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文在

19、電力系統(tǒng)、電力電子、電動(dòng)機(jī)、供配電等專業(yè)和所有涉及電力電子應(yīng)用的工業(yè)部門中，都把諧波干擾及其分析處理作為重要技術(shù)課題。嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)是一種具有智能的專用計(jì)算機(jī)設(shè)備，可完成單個(gè)任務(wù)或多個(gè)相關(guān)任務(wù)。以太網(wǎng)是用于很多辦公室和家庭的局域網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的通信和資源共享，很多以太網(wǎng)還可以通過和路由器相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)的訪問。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)得到了廣闊的發(fā)展空間。網(wǎng)絡(luò)通信使嵌入式系統(tǒng)的功能更強(qiáng)，更容易監(jiān)控。嵌入式以太網(wǎng)接入技術(shù)則是一種采用以太網(wǎng)為通信介質(zhì)的嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的全新解決方案。通過以太網(wǎng)及協(xié)議?？梢允共煌那度胧皆O(shè)備實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，交換和共享數(shù)據(jù)。嵌入

20、式系統(tǒng)可以作為主網(wǎng)站發(fā)送和接收郵件，上傳和下載文件。嵌入式系統(tǒng)要想接入以太網(wǎng)需要滿足兩個(gè)條件：硬件上要有網(wǎng)絡(luò)接口；軟件上要提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。當(dāng)給嵌入式設(shè)備配上一個(gè)以太網(wǎng)卡接口芯片，并提供協(xié)議和協(xié)議時(shí)，嵌入式系統(tǒng)就能接入以太網(wǎng)。嵌入式以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方案有以下幾種：（）高檔位（、等）協(xié)議。通過在移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（），在平臺(tái)開發(fā)應(yīng)用軟件，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)議處理。（）利用專用網(wǎng)絡(luò)芯片通過在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)嵌芯片，將其它嵌入式設(shè)備接入到以太網(wǎng)。芯片與嵌入式獨(dú)立工作。（）位單片機(jī)精簡(jiǎn)協(xié)議棧。根據(jù)單片機(jī)自身和應(yīng)用特點(diǎn)，裁減中不需要的功能，從而將低端單片機(jī)接入以太網(wǎng)。本文采用公司基于芯片的微處理器，以太網(wǎng)控制芯片選

21、用，并設(shè)計(jì)嵌入式協(xié)議棧從而實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口，進(jìn)而對(duì)諧波進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)及消除。具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)見三、四章。諧波已經(jīng)成為影響電能質(zhì)量的因素之一，由此看來，建立一種在線電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置勢(shì)在必行。華北電力火學(xué)碩十學(xué)位論文諧波的抑制方法對(duì)諧波的抑制就是減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便將諧波電壓和各次諧波電流控制在限定值之內(nèi)。抑制諧波電流主要有以下種措施：降低諧波源的諧波含量在諧波源上采取措施，以最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。具體方法有：（）增加整流器的脈動(dòng)數(shù)。增加整流器的相數(shù)是限制高次諧波的常用方法之一。在同一整流變壓器鐵芯上，采用不同接法的兩個(gè)二次繞組，以實(shí)現(xiàn)相整流；用臺(tái)變壓器，每臺(tái)二次繞組采用不同接法

22、，以實(shí)現(xiàn)相整流；整流變壓器主繞組加附加繞組曲折接線形成多項(xiàng)整流。整流變壓器的曲折接線理論上在變壓器二次側(cè)可以任意實(shí)現(xiàn)，但因若干個(gè)大截面繞組連接時(shí)需要曲折往返，工藝較為復(fù)雜，所以，單鐵芯二次側(cè)曲折接線目前僅用于以下的小容量電力傳動(dòng)裝置上。（）脈寬調(diào)制法。采用脈寬調(diào)制（），在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖，可以達(dá)到抑制諧波的目的。吸收諧波電流這類方法是對(duì)已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法。也是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要有以下幾種：（）無源濾波器（）。安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由、元件構(gòu)成諧振回路。當(dāng)回路的諧振頻率與某一高次諧波電流頻率相同時(shí)，即可阻止

23、該次諧波流入電網(wǎng)。這種方法具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。（）有源濾波器（）。即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實(shí)時(shí)補(bǔ)償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，有源濾波器的濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)：不僅能補(bǔ)償各次諧波，還可抑制閃變、補(bǔ)償無功，具有一機(jī)多能的特點(diǎn)，性價(jià)比較為合理；具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤并補(bǔ)償變化著的諧波。（）混合型濾波器。的響應(yīng)快，補(bǔ)償效果好，且不受電網(wǎng)諧波阻抗的影響，但價(jià)格昂貴。若將的優(yōu)良性能與的低成本結(jié)合，即可構(gòu)成混合型濾波器，其中有源濾波器部分的原理，

24、即點(diǎn)的基波電壓全部降落在上，而逆變器上的基波電壓近似為零，即通過采取適當(dāng)?shù)目刂撇呗钥墒关?fù)荷的諧波電流由提供，負(fù)荷的基波無功功率則由提供。按濾波器輸出同等的無功功率比較，混合型濾波器開關(guān)逆變器的容量只有常規(guī)容量的左右，逆變器容量明顯減小，可以大幅度華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文降低成本。因此，混合濾波器是一種很有前途的濾波及補(bǔ)償方式。改善供電環(huán)境（）選擇合理的供電電壓。盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對(duì)電網(wǎng)的影響；由專門的線路給諧波源負(fù)荷供電，減少諧波對(duì)其他負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。（）提高設(shè)備抗諧波干擾的能力。按電磁兼容的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)中的各種供電、用電設(shè)備的抗諧波干擾能

25、力應(yīng)高于系統(tǒng)的諧波兼容值，在設(shè)備的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中應(yīng)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)定。（）合理選擇變壓器額定運(yùn)行磁密。配電變壓器在系統(tǒng)中數(shù)量多、分布廣，變壓器勵(lì)磁電流中的諧波不可忽視。制造廠家為了減小體積，降低成本，其額定運(yùn)行磁密一般取得較高，在額定電壓下已接近飽和。若系統(tǒng)運(yùn)行電壓提高左右，勵(lì)磁電流會(huì)增加以上，有的甚至達(dá)到一倍左右，造成諧波電流急劇上升，這是高壓系統(tǒng)諧波電壓水平偏高的重要原因之一。所以，降低變壓器的額定運(yùn)行磁密是降低系統(tǒng)電壓諧波水平的措施之一。雖然降低變壓器額定運(yùn)行磁密會(huì)增加制造成本，但從變壓器運(yùn)行的角度來看，可以減少空載損耗和由諧波引起的附加損耗，降低運(yùn)行費(fèi)用。因此，可以將兩者進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比

26、較，以得出一個(gè)合理的變壓器額定運(yùn)行磁密。二次開口角短路對(duì)諧振的抑制本文采用的就是開口三角直接觸發(fā)雙向可控硅進(jìn)而對(duì)諧波進(jìn)行消除。在配電網(wǎng)廣泛使用的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，母線上安裝的電磁式電壓互感器通常采用開口三角接線方式。當(dāng)合閘空載母線、線路發(fā)生瞬間單相弧光接地或系統(tǒng)負(fù)荷劇烈變化時(shí)，所產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊過程會(huì)引起飽和以及鐵磁諧振現(xiàn)象，經(jīng)常導(dǎo)致一次側(cè)保險(xiǎn)熔斷。尤其當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員為了省事而給一次側(cè)換裝大容量保險(xiǎn)時(shí)，嚴(yán)重的鐵磁諧振還有可能導(dǎo)致燒毀，進(jìn)而嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全運(yùn)行。為了盡可能防止鐵磁諧振的發(fā)生，近幾十年來先后提采用了很多防護(hù)措施，主要包括采用勵(lì)磁特性較好的電壓互感器、減小同一網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)電壓互感器的臺(tái)數(shù)

27、、在母線上裝設(shè)中性點(diǎn)接地的三相星形電容器組、系統(tǒng)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈或電阻接地、高壓側(cè)中性點(diǎn)串接單相電壓互感器、一次側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)電阻或零序接地、開口三角繞組加阻尼繞組等。這些措施各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性七¨。鐵磁諧振的基本原理對(duì)于圖所示的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，為了監(jiān)視絕緣，一次繞組中性點(diǎn)直接華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文接地，其勵(lì)磁電感分別為、，與其并聯(lián)的電容代表該相母線總對(duì)地電容。與勵(lì)磁電感并聯(lián)后的導(dǎo)納為、。正常運(yùn)行條件下，勵(lì)磁電感，故，三相對(duì)地負(fù)載平衡，中性點(diǎn)電位為零。圖一帶有的鐵磁諧振回路當(dāng)電網(wǎng)中發(fā)生沖擊擾動(dòng)，例如電源合閘至空母線或線路瞬間單相弧光接地，使相或兩相出現(xiàn)涌流，造成對(duì)應(yīng)相互感器磁路飽和，

28、勵(lì)磁電感減小，這樣三相對(duì)地負(fù)荷不再平衡，中性點(diǎn)出現(xiàn)位移電壓，其值為厶一錯(cuò)半（一）系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于勵(lì)磁阻抗很大，各項(xiàng)導(dǎo)納呈現(xiàn)容性，而擾動(dòng)使飽和，對(duì)應(yīng)相導(dǎo)納可能呈現(xiàn)感性。這樣一來，感性和容性導(dǎo)納相互抵消，使總導(dǎo)納顯著減小，位移電壓大為增加，如果參數(shù)匹配適當(dāng)，總導(dǎo)納接近于零，就產(chǎn)生了串聯(lián)諧振現(xiàn)象，中性點(diǎn)位移電壓將急劇上升。此時(shí)三相導(dǎo)線的對(duì)地電壓等于各相電源電勢(shì)和位移電壓的相量和。由于鐵心的磁飽和引起電壓、電流波形的畸變，即產(chǎn)生了諧波，使上述諧振回路還會(huì)對(duì)諧波產(chǎn)生諧振。隨著線路長(zhǎng)度的逐漸增加即的逐漸增加，將依次發(fā)生高頻、工頻和分頻諧振，相應(yīng)的依次產(chǎn)生高頻、工頻和分頻諧振過電壓。當(dāng)空載母線合閘時(shí)很小

29、，將產(chǎn)生三倍頻及以上高頻諧振：較大的則會(huì)出現(xiàn)工頻諧振；在出線較長(zhǎng)時(shí)很大，將產(chǎn)生分頻（通常為次）諧振。當(dāng)發(fā)生高次諧波諧振時(shí)，一般過電流不大，但過電壓很高；基波諧振時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)兩相對(duì)地電壓升高，一相對(duì)地電壓降低；分頻諧振過電壓一般不超過兩倍相電壓，但由于勵(lì)磁感抗減半，電壓互感器深度飽和，勵(lì)磁電流將急劇增大，甚至達(dá)額定值的百倍以上，從而造成電壓互感器發(fā)熱、噴油甚至爆炸列。華北電力人學(xué)碩學(xué)位論文阻尼諧振原理諧振過電壓的持續(xù)時(shí)間一般很長(zhǎng)，甚至可以穩(wěn)定存在，直到諧振條件被破壞為止。它的危害性既取決于其幅值的大小，也取決于持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。因此，消除鐵磁諧振的方法，從原理上也分為兩類：改變諧振回路參數(shù)和阻尼諧振

30、的方法。改變回路參數(shù)是通過改變諧振回路的電感或電容參數(shù)，從而破壞諧振條件，或諧振條件雖然滿足，但已難以激發(fā)諧振，從而達(dá)到消除諧振的目的【。增大系統(tǒng)阻尼、消耗諧振能量也可以很好的抑制或消除諧振發(fā)生。由于配電網(wǎng)諧振具有零序性質(zhì)，系統(tǒng)負(fù)荷、相間電容等正序參數(shù)均不參與諧振，因此可以通過在零序回路中增加電阻來阻尼諧振的產(chǎn)生和發(fā)展。常用的阻尼消諧措施是在開口角繞組兩端接入阻尼電阻，如圖一所示。忽略自身漏阻抗，在開口三角接入阻尼電阻情況下，中性點(diǎn)位移電壓為。一型坐逝等匕歹素其中為折算到一次側(cè)的參數(shù)。（）由式（）可知，的阻值越小，由鐵磁諧振引起的中性點(diǎn)位移電勢(shì)就越小，就越能抑制鐵磁諧振的發(fā)生。如果阻尼電阻為零

31、，即將開口角短接，則相當(dāng)于圖一中電網(wǎng)中性點(diǎn)直接接地，諧振條件就不能成立，諧振也就隨之消失。而本文采用二次開口角可控短路的方法恰恰可以在實(shí)現(xiàn)上述功能的同時(shí)，保證所產(chǎn)生的短路脈沖不至于大到對(duì)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。二次開口角短路對(duì)鐵磁諧振的抑制二次開口角短路對(duì)鐵磁諧振抑制方法的實(shí)施方案一樣，只需一個(gè)可控硅即可，只是對(duì)可控硅的觸發(fā)方式與選線中的觸發(fā)方式有所不同。由于系統(tǒng)的非線性，無法對(duì)可控硅所產(chǎn)生的短路脈沖的波形進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，也無法通過控制可控的觸發(fā)角來實(shí)現(xiàn)對(duì)可控硅導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短的有效控制。囚此，本文選擇在可控硅端電壓上升沿由負(fù)到正過零瞬問對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通，這樣就可以減小可控硅閉合所產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖的

32、強(qiáng)度，進(jìn)而減小對(duì)的沖擊，同時(shí)兩種狀態(tài)問的平穩(wěn)過渡也可以讓可控硅保持最長(zhǎng)的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而保證了最長(zhǎng)的阻尼時(shí)間。由于諧振過程是逐漸衰減的，可控硅端電壓每次過零時(shí)間可能無法準(zhǔn)確掌握，為了保證在端電壓上升沿過零瞬問觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，可以給可控硅提供的觸發(fā)脈沖持續(xù)一段時(shí)間，使得這段時(shí)問涵蓋端電壓上升沿過零時(shí)刻即可。本裝置中可控硅觸發(fā)電路將在第三章進(jìn)行設(shè)華北電力火學(xué)碩士學(xué)位論文計(jì)。開口三角電壓互感器的連結(jié)設(shè)計(jì)電壓互感器（）是隔離高電壓，供繼電保護(hù)，自動(dòng)裝置和測(cè)量?jī)x表獲取一次電壓信息的傳感器。電壓互感器也是一種特殊形式的變換器，其二次電壓正比于一次電壓，近似為一個(gè)電壓源，正常使用時(shí)電壓互感器的二次負(fù)載阻抗一般

33、較大。在二次電壓一定的情況下，阻抗越小則電流越大，當(dāng)電壓互感器二次回路短路時(shí)，二次回路的阻抗接近于零，二次電流將變得很大，如果沒有保護(hù)措施，將會(huì)燒壞電壓互感器。所以要保證電壓互感器的二次回路不能短路。圖電壓互感器的開口三角連結(jié)圖圖軍三角開口等效圖正確地選擇和配置電壓互感器型號(hào)、參數(shù)，嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程與保護(hù)原理連接電壓互感器二次回路，對(duì)降低計(jì)量誤差，確保繼電保護(hù)等設(shè)施地正常運(yùn)行，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有重要意義。圖和圖中的和就是丌口三角的兩端?；诘碾妷褐C波監(jiān)測(cè)及消諧裝置的總體方案設(shè)計(jì)本裝置主要結(jié)構(gòu)包括：開關(guān)電源模塊，信號(hào)采樣調(diào)理電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、網(wǎng)口電路、入機(jī)交互顯示電路和控制器等

34、幾部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。兩路三相被測(cè)信號(hào)經(jīng)過電壓互感器的采集，然后經(jīng)信號(hào)調(diào)理變?yōu)樾枨蠓秶男盘?hào)送磁處理。芯片利用變換可計(jì)算出各路電壓有效值，卜次諧波含量，再參照電網(wǎng)電壓諧波標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)處理。如果是高次諧波就立即觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，在切除時(shí)只要撤銷觸發(fā)信號(hào)即可，開關(guān)在電流過零之后會(huì)自行關(guān)閉。這樣，就可以有效控制可控硅的導(dǎo)通及導(dǎo)通時(shí)間，消除有害諧波。電壓信號(hào)的采集對(duì)電網(wǎng)頻率的任何電能質(zhì)量參數(shù)的精確測(cè)量都十分關(guān)鍵。在監(jiān)測(cè)儀中采用精密電壓互感器，將輸入端信號(hào)轉(zhuǎn)化為毫安級(jí)的電流信號(hào)，經(jīng)過電阻取華北電力大學(xué)碩十學(xué)住論文得電壓信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路由濾波電路、加法反相電路、鎖相環(huán)電路和分頻電路組成。其中鎖

35、相環(huán)電路和分頻電路的作用是保持信號(hào)的同步，以便準(zhǔn)確的測(cè)量諧波。由于本監(jiān)測(cè)儀是對(duì)兩路信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，每路需要在內(nèi)采樣個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)這對(duì)芯片速度有更高的要求。內(nèi)嵌轉(zhuǎn)換器，時(shí)鐘頻率不超過測(cè)量范圍是，所以加法和反向電路就是把信號(hào)轉(zhuǎn)換為范圍內(nèi)的】下信號(hào)，以達(dá)到轉(zhuǎn)換器的要求。消諧裝置主要利用雙向可控硅組件，直接動(dòng)作于電壓互感器的開口三角繞組。通信部分主要有、和網(wǎng)口形式，電壓諧波計(jì)算由芯片采用算法完成。本文的芯片選用的是公司的。以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，采用微控制器與以太網(wǎng)控制芯片進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，通過協(xié)議進(jìn)行通訊?！叭?，镕目廄盞器麓：口骺圖結(jié)構(gòu)框幽芯片通過和控制器的以太網(wǎng)接的殳計(jì)和實(shí)現(xiàn)，町以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的在線監(jiān)測(cè)及消除

36、。對(duì)電力系統(tǒng)的維護(hù)具有十分重要的意義。本章小結(jié)奉章從建立電三諧波裝置的技術(shù)意義出發(fā)喇述在線監(jiān)測(cè)電雎諧波的必要性并介紹了抑制諧波的方法，在此基礎(chǔ)上，對(duì)開口三角電壓互感器的連結(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)。構(gòu)建了黹波監(jiān)測(cè)及消諧裝胃的總體設(shè)計(jì)方案。水文中的可控硅觸發(fā)路設(shè)計(jì)將在第四章介紹。華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文第三章基于的電壓諧波監(jiān)測(cè)及消諧裝置硬件實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)定義隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)（）己成為計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分，并成為近年來新興的研究熱點(diǎn)。根據(jù)（國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)）的定義，嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置?！保?，）這主要是從應(yīng)用上加以定義的，嵌入式系統(tǒng)是軟件

37、和硬件的綜合體，可涵蓋機(jī)電等附屬裝置。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于嵌入式系統(tǒng)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、硬件可裁剪，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)，對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。與通用型計(jì)算機(jī)不同，嵌入式系統(tǒng)是針對(duì)具體應(yīng)用的專用系統(tǒng)，一般都有成本及功耗的要求。因此，它的軟硬件都必須經(jīng)過高效率的設(shè)計(jì)，量體裁衣、去除冗余，力爭(zhēng)在同樣的硅片面積上實(shí)現(xiàn)更高的性能。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器，它一般具備以下個(gè)特點(diǎn)：（）對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力。能完成多任務(wù)并且對(duì)中斷有較短的響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。（）可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，可以最迅速

38、的開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。（）具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)模塊化，為了避免軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，這樣同時(shí)也有利于軟件診斷。（）嵌入式微處理器必須功耗很低，對(duì)于用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的潛入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有甚至級(jí)。嵌入式系統(tǒng)硬件部分由嵌入式處理器與相關(guān)支撐硬件組成，其中相關(guān)支撐硬件包括顯示卡、存儲(chǔ)介質(zhì)（和等）、通訊設(shè)備、鍵盤接口和讀取設(shè)備等。由于諧波檢測(cè)裝置的需求分析可以知道，系統(tǒng)需要進(jìn)行高速的數(shù)學(xué)運(yùn)算，提供良好的人機(jī)接口和操作界面，大容量的存儲(chǔ)設(shè)備，還要滿足小巧輕便的

39、要求。華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文處理器內(nèi)核是一種全球領(lǐng)先的、位嵌入式微處理器內(nèi)核，其內(nèi)核技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，己成為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前處理器有個(gè)產(chǎn)品系列的產(chǎn)品：蹴，鹺，穴，疑和乞，處理器具有幾大特點(diǎn)：小體積、低功耗、低成本、高性能。處理器共有種運(yùn)行模式，如表一所示。處理器模式可以通過軟件控制進(jìn)行切換，也可通過外部中斷或異常處理過程進(jìn)行切換。表處理器的種工作模式處理器模式用戶模式（，）快速中斷模式（，）外部中斷模式（，）特權(quán)模式（，）數(shù)據(jù)訪問中止模式（，）未定義指令中止模式（，）系統(tǒng)模式（，）描述正常程序執(zhí)行模式用于高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理用于通常的中斷處理供操作系統(tǒng)使用的一種保護(hù)模式用于虛擬存儲(chǔ)及存儲(chǔ)保

40、護(hù)用于支持通過軟件仿真硬件協(xié)處理器用于運(yùn)行特權(quán)級(jí)的操作系統(tǒng)任務(wù)芯片的選型在嵌入式項(xiàng)目開發(fā)中，芯片選型的一般原則是：（）對(duì)芯核的選擇，有許多操作系統(tǒng)需要（兀）的硬件支持，如或等，這時(shí)選擇的芯片必須基于帶功能的芯核，如，而貝不支持。（）對(duì)內(nèi)存容量要求。系統(tǒng)的運(yùn)行速度不僅僅受限于主頻，還和內(nèi)存的大小有很大的關(guān)系。此外，不同的操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存要求也很不一樣，因此應(yīng)該結(jié)合應(yīng)用條件，根據(jù)將要使用的操作系統(tǒng)和可能運(yùn)行的程序要求，選擇具有適合內(nèi)存的芯片。（）對(duì)時(shí)鐘的要求，系統(tǒng)時(shí)鐘決定了硎芯片的處理速度，的處理速度為，常見的芯片系統(tǒng)主時(shí)鐘為，的處理速度為，常見的的系統(tǒng)主時(shí)鐘為一，最高可以達(dá)到。此外，不同芯片對(duì)時(shí)鐘

41、的處理不同，有的芯片只有一個(gè)主時(shí)鐘頻率，這樣的芯片可能不能同時(shí)顧及和音頻時(shí)鐘的準(zhǔn)確性，如的等；有的芯片內(nèi)部時(shí)鐘控制器可以分別為核和，、音頻等功能部件華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文提供不同頻率的時(shí)鐘，如公司的等。（）接口和外圍設(shè)備的要求。在不同應(yīng)用場(chǎng)合，需要使用不同的接口和外圍設(shè)備，而選用的芯片必須帶有或便于擴(kuò)展這些接口。例如，若要開發(fā)產(chǎn)品，就要考慮接口，鍵盤接口等；如果涉及音頻應(yīng)用，就可能使用或等接口；而一般的芯片都要帶有（通用輸入輸出）、，接口。通常還要考慮的接口有，等。此外，控制器、（卜）、中斷控制器等也是選擇芯片是常常要考慮的因素。傳統(tǒng)的（，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）結(jié)構(gòu)存在固有的缺點(diǎn)，即在指令集的各

42、種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的，而余下的的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計(jì)中只占，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的。基于以上的不合理性，年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出了（，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）的概念，結(jié)構(gòu)將指令長(zhǎng)度固定，指令格式和尋址方式種類減少；優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來達(dá)到上述目的。到目前為止，體系結(jié)構(gòu)也還沒有嚴(yán)格的定義，一般認(rèn)為，體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有種。大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載存儲(chǔ)指令可以訪問存儲(chǔ)器，以提高指

43、令的執(zhí)行效率。使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。除此以外，體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：可用加載存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令執(zhí)行效率。在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來提高運(yùn)行效率?？稍谝粭l數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處理。當(dāng)然和架構(gòu)相比較，盡管架構(gòu)有上述的優(yōu)點(diǎn)，但決不能認(rèn)為架構(gòu)就可以取代架構(gòu)。事實(shí)上，和各有優(yōu)勢(shì)，而且界限并不那么明顯。現(xiàn)代的往往采用的外圍，內(nèi)部加入了的特性，如超長(zhǎng)指令集就是融合了和的優(yōu)勢(shì)，成為未來的發(fā)展方向之一。華電力人學(xué)碩學(xué)位論文從這些要

44、求出發(fā)，本文選用了意法半導(dǎo)體（）公司的系列微控制器作為系統(tǒng)主控制。的特點(diǎn)意法半導(dǎo)體（）的系列微控制器基于位，該系列種類齊全，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇合適的芯片。根據(jù)內(nèi)核類型、片內(nèi)和片內(nèi)的容量，以及片上外設(shè)資源種類和數(shù)量的不同，系列微控制器主要分成如下幾類：系列、系列以及系列。系列是片上集成？和的微控制器系列。它基于商性能的叫內(nèi)核，擁有豐富的外設(shè)和增強(qiáng)的功能。該系列中的所有器件都包含片上高速單電壓存儲(chǔ)器和高速枷存儲(chǔ)器。由于內(nèi)嵌肌內(nèi)核所以與所有的剛工具和軟件兼容。的特點(diǎn)包括：支持位位體系結(jié)構(gòu)（）。片內(nèi)集成和高達(dá)的存儲(chǔ)器。擁有個(gè)外部存儲(chǔ)器接口（叫）。位指令集和位指令集。擁有非復(fù)用的位數(shù)據(jù)和位地址總線。集成了許多標(biāo)準(zhǔn)的接口，包括、個(gè)、以太網(wǎng)控制器等。還集成了、調(diào)試通道（）的調(diào)試功能。總體結(jié)構(gòu)崩系列微控制器的總體結(jié)構(gòu)斟華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文系列微控制器的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，內(nèi)部總線和兩條總線將片上系統(tǒng)和外設(shè)資源緊密的連接起來，其中內(nèi)部總線是主系統(tǒng)總線，連接了、存儲(chǔ)器和系統(tǒng)時(shí)鐘等，總線（