智能型靜止進(jìn)相器中單片機的系統設計

在傳統的可控硅整流裝置中，其觸發(fā)電路大都以電壓方法調節導通角α角度，對以分離元件及專(zhuān)用集成電路為主的觸發(fā)電路，這種方法較易實(shí)現，但這種觸發(fā)器的性能卻不盡人意，如電路復雜、調試難度大、脈沖均勻度不好等。為改善以上問(wèn)題，采用單片機來(lái)實(shí)現。本系統中，采用ATMEL公司生產(chǎn)的簡(jiǎn)裝形單片機AT89C2051來(lái)實(shí)現。

一．AT89C2051單片機介紹

89C2051主要特點(diǎn)是采用Flash存儲器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與MCS-51完全兼容。89C2051片內含有2K字節的 Flash程序存儲器，128字節的片內RAM。允許工作的時(shí)鐘為0—24MHz。89C2051不允許構造外部總線(xiàn)來(lái)擴充程序/數據存儲器，所以它不需要ALE、PSEN、RA、WR一類(lèi)的引腳。89C2051共有20個(gè)引腳，它只繼承了8031最重要的引腳，體積小巧。具體的引腳圖如圖1所示。

二．單片機電路設計

單片機電路圖如圖2所示。

A、B、C相的電流信號經(jīng)電流互感器TA1、TA2、TA3檢測后，經(jīng)過(guò)信號調理電路、邏輯

變換電路后，從89C2051的P3.4、P3.3、P3.2輸入，經(jīng)單片機處理后，從P1.4、P1.3、P1.2輸出。輸出的電壓信號分別經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓比較器再輸出。舉A相輸出來(lái)說(shuō)明它的工作原理。先來(lái)看A相輸出電路圖如圖3所示。

從圖3可以看到，LM324的同相電壓輸入端（12腳）為A相電壓輸入，反相電壓輸入端（13腳）的電壓為15/（10+2）*2=2.5V。當A 相電壓輸出大于2.5V時(shí)，LM324的輸出端（14腳）輸出高電平，反之，則輸出低電平。所以L(fǎng)M324的輸出端輸出的為方波信號，它驅動(dòng)發(fā)光二極管 L1明暗交替，一閃一閃。同理，B相、C相也一樣。

單片機的9腳（P3.5）用來(lái)處理熱故障，溫度開(kāi)關(guān)信號從YZ11接入，沒(méi)有熱故障時(shí)，L5一直亮著(zhù)，出現熱故障時(shí)，P3.5輸出高電平，L5滅。這時(shí)提醒用戶(hù)需要處理這個(gè)故障。

三．單片機軟件部分設計

軟件是系統的靈魂，沒(méi)有軟件，系統就不能正常運行，所以系統軟件設計在整個(gè)系統中占有重要的地位。軟件設計的好壞將關(guān)系著(zhù)整個(gè)系統的好壞，軟件的優(yōu)劣也關(guān)系到硬件各部分能否協(xié)調工作。因此，對一個(gè)系統來(lái)說(shuō)，軟件設計是很重要的部分。

在整個(gè)系統的控制部分，采用89C2051單片機作為控制部分的核心器件，所以軟件設計部分也主要是對89C2051單片機進(jìn)行編程。

89C2051單片機是與 8031完全兼容的單片機，它在指令系統、片內RAM的設置等和8031完全一致。89C2051為20DIP封裝，片內帶2K的可編程閃速程序存儲器，只需外接晶振就可工作。89C2051最高晶振頻率可達24MHz，片內程序存儲器可多次擦除重新編程，因此89C2051在許多方面的性能優(yōu)于 8031，是理想的工業(yè)控制單片機。

89C2051有以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：
（1）2051采用的是MCS-51的核心，十分容易為廣大用戶(hù)所接受；
（2）2051內部基本保持了80C31硬件I/O功能；
（3）2051的Flash存貯器技術(shù)，可重復擦/寫(xiě) 1000次以上，容易解決調試手段；
（4）更適合小批量系統的應用，容易實(shí)現軟件的升級。

89C2051可以采用下面2種方法開(kāi)發(fā)應用系統。
（1）由于89C2051內部程序存貯器為Flash，所以修改它內部的程序十分方便快捷，只要配備一個(gè)可以編程89C2051的編程器即可。調試人員可以采用程序編輯、編譯、固化和插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法，對干熟練的MCS-51程序員來(lái)說(shuō)，這種調試方法并不十分困難。當然這種調試不能夠了解片內RAM的內容和程序的走向等有關(guān)信息。
（2）將普通 8031/80C31仿真器的仿真插頭中P1.0-P1.7和P3.0-P3.6引出來(lái)仿真2051，這種方法可以運用單步、斷點(diǎn)的調試方法，但是仿真不夠真實(shí)，比如，2051的內部模擬比較器功能，P1口、P3口的增強下拉能力等等。

在軟件調試過(guò)程中，選用第（1）種調試方法，即采用程序編輯、編譯、固化和插到電路板中試驗這樣反復循環(huán)的方法。

在軟件設計中，89C2051實(shí)現的功能主要是對檢測到的A、B、C相電流（電壓）根據控制規則給予具體的控制作用，并對缺相和熱故障進(jìn)行監測和報警。

在控制系統中，由于作為控制對象的交流繞線(xiàn)式電機的轉子電流是對稱(chēng)的，所以，只需要檢測任意一相電流的頻率（在程序中變換成半周期的時(shí)間進(jìn)行處理），與設定值進(jìn)行比較，計算偏差和偏差變化，并確定在控制規則表中對應的位置以及應該采取何種控制決策。

主程序具體的流程圖如圖4所示。

子程序設計主要包含根據控制規則表確定延時(shí)時(shí)間，且延時(shí)后輸出。具體流程圖如圖5所示。

其中判斷何種工況的程序為：

if (200e=250)
CL=9;
else if (150e=200)

四．結束語(yǔ)

采用了單片機作為靜止進(jìn)相器的核心控制部件，有效的提高了系統控制的精確性和穩定性，并且節約了控制成本。