智能型靜止進相器中單片機的系統(tǒng)設(shè)計

在傳統(tǒng)的可控硅整流裝置中，其觸發(fā)電路大都以電壓方法調(diào)節(jié)導(dǎo)通角α角度，對以分離元件及專用集成電路為主的觸發(fā)電路，這種方法較易實現(xiàn)，但這種觸發(fā)器的性能卻不盡人意，如電路復(fù)雜、調(diào)試難度大、脈沖均勻度不好等。為改善以上問題，采用單片機來實現(xiàn)。本系統(tǒng)中，采用ATMEL公司生產(chǎn)的簡裝形單片機AT89C2051來實現(xiàn)。

一．AT89C2051單片機介紹

89C2051主要特點是采用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(nèi)含有2K字節(jié)的 Flash程序存儲器，128字節(jié)的片內(nèi)RAM。允許工作的時鐘為0—24MHz。89C2051不允許構(gòu)造外部總線來擴充程序/數(shù)據(jù)存儲器，所以它不需要ALE、PSEN、RA、WR一類的引腳。89C2051共有20個引腳，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(shè)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)過信號調(diào)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)過一個電壓比較器再輸出。舉A相輸出來說明它的工作原理。先來看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(dāng)A 相電壓輸出大于2.5V時，LM324的輸出端（14腳）輸出高電平，反之，則輸出低電平。所以LM324的輸出端輸出的為方波信號，它驅(qū)動發(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）用來處理熱故障，溫度開關(guān)信號從YZ11接入，沒有熱故障時，L5一直亮著，出現(xiàn)熱故障時，P3.5輸出高電平，L5滅。這時提醒用戶需要處理這個故障。

三．單片機軟件部分設(shè)計

軟件是系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件，系統(tǒng)就不能正常運行，所以系統(tǒng)軟件設(shè)計在整個系統(tǒng)中占有重要的地位。軟件設(shè)計的好壞將關(guān)系著整個系統(tǒng)的好壞，軟件的優(yōu)劣也關(guān)系到硬件各部分能否協(xié)調(diào)工作。因此，對一個系統(tǒng)來說，軟件設(shè)計是很重要的部分。

在整個系統(tǒng)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(shè)計部分也主要是對89C2051單片機進行編程。

89C2051單片機是與 8031完全兼容的單片機，它在指令系統(tǒng)、片內(nèi)RAM的設(shè)置等和8031完全一致。89C2051為20DIP封裝，片內(nèi)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(dá)24MHz，片內(nèi)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有以下幾點優(yōu)點：
（1）2051采用的是MCS-51的核心，十分容易為廣大用戶所接受；
（2）2051內(nèi)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(fù)擦/寫 1000次以上，容易解決調(diào)試手段；
（4）更適合小批量系統(tǒng)的應(yīng)用，容易實現(xiàn)軟件的升級。

89C2051可以采用下面2種方法開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)。
（1）由于89C2051內(nèi)部程序存貯器為Flash，所以修改它內(nèi)部的程序十分方便快捷，只要配備一個可以編程89C2051的編程器即可。調(diào)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(fù)循環(huán)的方法，對干熟練的MCS-51程序員來說，這種調(diào)試方法并不十分困難。當(dāng)然這種調(diào)試不能夠了解片內(nèi)RAM的內(nèi)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引出來仿真2051，這種方法可以運用單步、斷點的調(diào)試方法，但是仿真不夠真實，比如，2051的內(nèi)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(diào)試過程中，選用第（1）種調(diào)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(fù)循環(huán)的方法。

在軟件設(shè)計中，89C2051實現(xiàn)的功能主要是對檢測到的A、B、C相電流（電壓）根據(jù)控制規(guī)則給予具體的控制作用，并對缺相和熱故障進行監(jiān)測和報警。

在控制系統(tǒng)中，由于作為控制對象的交流繞線式電機的轉(zhuǎn)子電流是對稱的，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間進行處理），與設(shè)定值進行比較，計算偏差和偏差變化，并確定在控制規(guī)則表中對應(yīng)的位置以及應(yīng)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(shè)計主要包含根據(jù)控制規(guī)則表確定延時時間，且延時后輸出。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(jié)束語

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