无功补偿控制器毕业设计软件部分课件

1、重庆工学院毕业论文目录bstract3摘要4第一章 绪论51.1课题介绍51.2 国内外研究景况51.3总体方案6第二章 测量原理71.1功率因素的确定71.2交流采样81.3电压电流的计算9第三章 硬件部分103.1单片机的选择（控制单元）103.2 A/D转换技术133.2.1 A/D转换概念133.2.2 8098内带A/D转换器143.2.3次比较型A/D转换器153.3集成稳压163.3.1桥式整流电路163.3.2滤波电路173.3.3 线性稳压器78XX，79XX的运用183.4检测部分193.4.1电压检测193.4.2电流检测203.5执行部分213.5.1控制电路233.5

2、.2补偿电力电容器/Y型的选择233.5.3电力电容器的故障243.6 相位数字化测量253.6.1相位测量的基本原理263.6.2 功率检测283.7 显示端303.8控制电路323.9系统时钟343.10复位电路353.11硬件抗干扰35第4章软件部分384.1相位差计算子程序流程图( 图4.1 )404.2控制子程序流程图 ( 图4.2 )404.3余弦函数子程序404.4软件抗干扰设计40结束语42参考文献44致 谢45附录46bstract摘要本文介绍了无功功率自动补偿控制器。其主要面向220V 工业电力网。实验基于单片机8098的运用来对所采样的电压和电流进行测量和比较，并进行相应

3、的补偿，结果通过四个LED数码管显示出来。本次以16位8098单片机为核心，其中运用到单片机8098中的A/D转换的单元，可编程高速输入端口单元，以及监测单元看门狗系统。本次设计的硬件部分由四个部分：检测部分，控制部分，执行部分，单片机部分组成。在检测部分中直接采用了交流采样，将得到的信号送入主控部分，再由单片机进行处理，最后由显示单元显示。关键词 单片机8098 A/D转换 电力电子器件 无功功率第一章 绪论1.1课题介绍电力系统中，无功功率主要用于电路内电场与磁场的交换，并用以在电气设备中建立和维持磁场的公路。无功功率对外不作功，只是转化成其他形式的能量。凡是电磁线圈的电气设备，要建立磁场

4、就要消耗无功功率。由于他不对外作功，故又叫无功功率。无功电源如同有功电源一样，是保证电力系统能量，电压质量，降低网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分。在电力系统中，无功要保持平衡，否则，将会使系统电压下降，严重时，会导致设备得不到充分利用，促使网络传输能力下降，损耗增加。因此，解决好网络补偿问题，对网络降损节能有着极为重要的意义。1.2 国内外研究景况无功功率近二、三十年代来，由于大变电站和起高远距离线路的建成，变压等级的增加，使电网的无功功率消耗比例日益增大。美国主网的功率因素已接近于1，原苏联的法规定功率因素大于0.9，日本战后大力提高功率因素，以度过供电难关。我国电力工作部门过去对无功问

5、题不够重视。近年来，电力工业部办法了有关条例，并着手研究解决无功补偿方面的有关问题，尤其是在提高电力电容器制造质量和新产品制造等方面，无功功率不足的问题，已逐步得以改善。对于一般工业用户而言，要求功率因素为0.85，即供应每兆瓦时有功电量，则免费供应电量为619kvar。这种搭配比例已不适应大电力系统的发展，因为大电网的起高压输变电设备，输送无功的损耗很高，并且随负载波动变化很大。要考虑自动调整的无功补偿。目前，就我国农村和城市的生活用电而言，电量不断的增长，但民用电器的功率因素很低，因此，供电部门和政府有关部门应对民用电器生产实行严格的监督，要求cos应对不低于0.95，否则将不颁发产品合格

6、证。在我们的设计中，补偿要求是cos应不低于0.9。1.3总体方案采样方法：1）在一个交流采样周期20中，采样点一般为大于12，精确度较高。在这里，我们进行软件多次采样，采样点不断的循环逼近波峰值并以次计算出所采电压电流的有效值。2) 在一个显示周期1s中，经过50个采样周期，将每一个采样周期所采的电压电流有效值计算出平均值。 显示方法：用LED七段显示，在接口处设按钮开关，可以控制显示电路的功能选择。依据按的次数不同依次显示：电压，电流，和功率因数，并可以自动复位。投切方法：单片机8098芯片输出端，当需要投切时输出为1，接通相应的继电器。通过继电器与之相匹配的触头，来控制投切端的电力电容器

7、的投切。电力电容器并联保护装置的发光二极管用以放电保护。单片机选择：选用带自动监测系统WTD，A/D转化器以及高速可编程输入输出口的16位微机芯片。第二章 测量原理1.1功率因素的确定电力网除了要负担用电负荷的有功功率P，还要负担负荷的无功功率。有功功率 无功功率以及视在功率之间存在下述关系 即 S= ，而 被定义为电力网的功率因素，其物理意义是在线路的视在功率S 供给有功功率的消耗百分比。在电力网中运行。我仍希望功率因素越大越好。这样可以减少无功功率的消耗，电路中的大部分都被用于供给有功功率。功率因素是衡量交流设备做功情况的重要参数。它的大小决定于相位差。越大，cos越大。当=0时，电路为纯

8、电阻电路，cos=1。但在工业中大多数都是电感性负载，如电动机等，使得相位差是 =90，功率因素会很低。当负载所需功率P一定及供电电压U一定时，负载的功率因素cos越低，电源供给负载的电流I越大。这样，使输电线上的损耗增大，线路电压降增大，不但影响供电质量，而且还多占用电源容量，对节能和充分利用电源的生产能力不利。在电路中功率因素的提出，起主要因素是，是电压与电流之间的超前滞后相位差。在三相负荷平衡时，与的相位夹角是阻抗角，：如下图所示 我们要测的脚是和之间的夹角。当他足够小的时候，cos接近于1，满足我们对功率因素大于等于0.95的要求；当相位差偏大，从而使功率因素在（00.95）之间，则需

9、要补偿。这是我们本次设计的目的。 cos检测原理图 1.2交流采样在采样之前首先要确定一个周期内采样的次数，系统的精度很大程度上由采样次数决定。采样次数越多，精度越高，但同时也要考虑单片机执行指令时间及程序运行时间。香农采样定理指出：如果模拟信号，包括噪音干扰在内，频谱的最高频率为,只要按照采样频率f>2进行采样，那么采样信号y(t)就能唯一的复现y(t)所必须的最低采样频率。实际运用中，常取f>(5-10) ，甚至更高。目前，电力运行参数为50HZ的公频量，即三相电流，电压的一个周期为20ms（工频）,1ms对应的角度为,1s对应的角度为0.018.根据采样定理，电力系统中采用的

10、是12点采样，即每隔1.667,对三相电流电压同时采样一次。通过对我国电力电网的分析，只要对电网电压和电流信号每个周期均匀采样16个点以上就能满足测量要求。所以在本设计系统采用一个16点的周期样。1.3电压电流的计算将电压的有效值：U=离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电压函数值，则有式中相邻的两次采样时间间隔第i-1个时间间隔的电压采样瞬时值 N一个周期的采样点数若相邻的两次采样的时间间隔都相等，为常数，考虑到N=，则：U= 同理，也可以根据一个周期内各采样瞬时值及各周期采样点数计算电压信号有效值的公式： I= 瞬时电流值第三章 硬件部分3.1单片机

11、的选择（控制单元）测量控制方面的应用与测量仪器方面的应用的主要区别是，前者不但要有检测处理任务而且还应能根据测量的计算结果快速的在线完成控制任务，而后者无需快速在线的输出控制信号。测量控制应用要求单片机要有定时数据采样功能和实时输出控制功能，而8098单片机可满足上述应用要求，在工业过程控制应用中可实现数字式单回路/多回路调节器的功能，实现对工业过程的闭环调节控制，能稳定生产过程中各重要参数设定值，使生产逼近最佳的工况状态。8098单片机的高集成度，高性能价格比和高抗干扰能力使MCS51系列单片机相形见，。尤其是他组成智能化仪器仪表时，集测量，控制，处理，记录，显示于一体。 8098管脚图在比

12、较8098与MCS51系列时发现：8098硬件结构具有很多明显的优势，它具有以下功能：1）17位计算逻辑单元对与其配合的256个字节的片内寄存器组合可直接进行操作。这些寄存器全都具有累加器的功能。从而提供了高速的数速处理和频繁的输入输出功能，取消了累加器的瓶颈效应。2） 高效的指令系统：8098可进行高速算术运算，16位加法只需1s即可以完成。16位乘法和32位对16位的除法也不过用6.25s这是MCS51无法与之相比的。3）四通道10位A/D转换器。当晶振为12MHZ时，A/D转换时间为22s。4）可编程高速输入/输出HSIO。高速输入器可用内容定时器1作时钟来记录外部事件发生的时间，一共记

13、录8个事件；高速输出可以按预定时间去触发某事件，并可根据需要挂号1-8个事件。所谓高速，是指一旦对高速输入/输出机构编程后，它便可自动完成上述功能而无需CPU的干预。当晶振为12MHZ时，其测量或产生脉冲的分辨率为2s。5）八个中断类型包括有20个中断源。每个中断类型分别对应各自的中断向量。6）全双工同步/异步串行口。与MCS-51系列单片机一样有四种操作方式，可方便把实现I/O扩展，多机通信与CRT终端等设备进行通信等。7）可用以作为D/A转换的脉冲调制输出PWM。它可以直接驱动某些电机，也可以经过外部积分电路作直流输出。D/A转换的分辨率是8位。当采用12MHZ晶振时，其脉冲周期为64s.

14、8）十六位监视定时器WDT。当用户系统的软，硬件发生故障时，WDT可以使用用户复位重新启动用户程序。9）两个16位定时器，定时器1在系统中作为标准时钟。不停的对内部时钟脉冲进行循环计数。定时器2主要用于对外事件计数。10）四个软件定时器。它们均受高速输出机构HSO的控制。通过程序可使HSO在预定时间产生中断。每当预定的时刻已到。HSO单元便把软件定时器标志置1，并出发软件定时器的中断。11）芯片配置寄存器CCR8098可以通过CCR的设置对总线控制信号的定义进行选择。并对就绪控制安排有若干运行方式。从而提高了总线的灵活性，减轻访问慢速器件时对片外硬件的要求。上述性能使8098成为8位微控制器工

15、业中无与伦比的高级产品。也由于它的这些性能，自带A/D转换器，可编程高速输入/输出口HSIO。故，按照本次设计的需要，我们决定用8098单片机芯片来完成。3.2 A/D转换技术3.2.1 A/D转换概念A/D转换电路的转换精度主要包括两个方面，一是分辨率，二是转换误差。分辨率主要反映A/D转换电率对输入微小模拟量的敏感程度，也就是最大与最小模拟量之间可以用多少个编码来表示。一般用输出数字量编码的位数n来表示。例如，对于01V之间的输入模拟电压，如果用3位的二进制编码表示， V；用4位的二进制编码编码表示，V。可见，编码位数n越大，对输入模拟量的表示越细微，分辨率越高。但是，编码位数越多，编码的

16、存储和处理工作任务越重。在工程实际中，应具体问题分析，合理地选择编码位数。由于模拟电压值与量化值之间存在量化误差，因此A/D转换电路的精度还与量化误差，量化误差越大，转换精度越低。因此，应尽量采用量化误差小的量化编码方案。按照前面对线性编码方案的讨论，较好的编码方案其来年规划误差一般为，即LSB（LSB为低编码位表示的值，即最小量化单位）。A/D转换电路的精度还受电路中各元器件参数的影响，因此要求参考电源要稳定并选用增益稳定且漂移小的运算放大器。3.2.2 8098内带A/D转换器单片机8098中有自带A/D转换器。 8098片内集成模拟采集模块，如图所示。该模块包括一个四通道的模拟多路转换开

17、关，采样保持电路以及10位的模/数转换器。8098由A/D命令寄存器AD-COMMAND选定某一模拟通道，通过模拟采集模块对输入的模拟信号进行采样和保持，并将其转换成数字信号存入A/D结果寄存器ADRESULT中。 0 A/D结果高位7逐次比较A/D转换器取样保持器4选1模拟门 A/D结果低位四路模拟输入控制逻辑 A/D命令8089单片机一次A/D转换只能是对于其所选定的一路通道，8089可以选择四路通道（ACH.4、ACH.5、ACH.6、ACH.7）中的任意一路。另外，A/D转换时间固定为88个状态周期，其中包括4个状态周期的采样时间，当采用12MHZ晶振时，A/D转换器完成一次转换所需时

18、间为22s。8089的A/D转换器采用的是逐次比较方式来完成模拟/数字信号的转换，其内部共有1024个内部基准电压与模拟输入信号进行比较，结果产生10位二进制码（）的数字信号。8089的A/D转换结果是单调式的，且为不丢失码。所谓单调性，是指若模拟输入电压有所变化。甚至是微小的变化，那么，转换后的数字输出不是原值不变，就是沿着与模拟量变化的同一方向变化。所谓不丢失码，是指对每个10位输出码，都有一个仅仅产生这个输出码的惟一输入电压范围，也就是说，1024个输出码中，没有一个是不存在的。A/D转换器的模拟输入电压必须在0(通常)之间。当输入电压为（05V）时，A/D转换器输出的数字量D为3.2.

19、3次比较型A/D转换器逐次比较型A/D转换器电路的基本工作原理是，当“开始转换”信号有效后，计数电路在脉冲信号的控制下，送给数据寄存器初始的比较数据，该数据经由数据寄存器输出到D/A转换电路，转换为对应的模拟电压，输入模拟信号与D/A输出的模拟信号相比较，如果不相同，则控制计数电路进行递增计数。计数电路的输出数据再次经由数据寄存器送入D/A转换电路，再次与输入模拟信号比较，直到比较器输出为0（输入信号幅度相同），这时停止计数，发出转换结束信号。同时，当前数据寄存器输出端的数据送到输出寄存器。由于其对模拟信号的量化过程靠依次对每个量化值进行比较判断，因此逐次比较型A/D转换电路需要一定的转换时间

20、，其特点是转换速度较慢。输出寄存器D/A转换电路x(t) y(t)数据寄存器计数电路 转换开始 转换结束 逐次比较型A/D转换电路的基本结构3.3集成稳压 整流电路的任务是将交流电变换成直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的关键元件。3.3.1桥式整流电路工作原理：图中为电源变压器，它的作用是将交流电网电压变成整流电路要求的交流电,是要求直流供电负载电阻，四只整流二极管接成电桥形。 =0.9v电压电 网 单相桥式整流电路3.3.2滤波电路工作原理：用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电

21、容电感组合而成的各种复式滤波电路。由于电抗元件在电路中有储能功能，当电源电压低时，并联的电容C就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用。电容器滤波主要用小功率电源中。单相桥式整流，电容滤波电路整流元件只在受正向电压作用下才导通，否则就截止。在电容C两端的情况：设电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当为正半周期时，通过和向电容器C充电；为负半周期经过和向电容器充电，充电时间常数是，其中包括变压器副绕组的直流电阻和二极管D的正向电阻。由于他很小，一般电容器可以很快的充到交流电压的最大值。由于电容无放电，所以输出的是一个恒定的直流。3.3.3 线性稳压器78XX，79XX的运

22、用78XX/79XX系列是常用三端固定电压集成线性稳定器，78XX系列为正电压输出稳压器，79XX系列为负电压输出稳压器。7805表示输出正电压+5V，78 表示输出正电压+12V，79 表示输出负电压为-12V。若稳压器输出端与滤波器有一定距离时，为保证电路的稳定性必须加接一制并联电容 ，其值约0.33。改善稳压器的瞬态响应也须在输出加接一只并联电容，其值约0.1。这样输出的电压就是一定的了。 . -78XX 79XX78XX系列稳压器的基本接法本次设计选择的恒流源如下图所示，通过对单相桥式整流电路和78XX，79XX稳压器的联合运用进行稳压。3.4检测部分3.4.1电压检测由于微机输入电压

23、信号的接受范围是（05v）。输入范围为（-12v12v），计算图中所示的电阻：滑动变阻器在中间位置，可供左右滑动。即=且由于运算放大器虚短及虚断的原理，=0V， 在闭环电路中，运放A1处：则有关系=运放A2处，由于虚短虚断有关系式：=且满足关系当=12V =5V当 =-12V =0V设定电阻：=1K =1K =1K =1K =1K =10K=5K =2。5K =2K可以推出： =2K =25K3.4.2电流检测将电流转换成电压，其原理和电压检测原理相同：在输入中，=0V 由于运算放大器虚短虚断原理故有：=0A-= =通过简单的 运用电压电流关系 U=RI可以把电流I转换为电压U。3.5执行部分

24、对无功功率补偿，我们用的方案是电力电容器的投切，并保证电容器的安全经济的运行。从安全的角度讲，要求控制装置具有防止电容器面受过电流，过电压的袭击；从可靠的角度出发，则要求控制的动作正确，耐用；从经济的角度出发，则要求控制具有较高的投入率，防止过补偿现象。一般现行的控制装置大体上分为四种类型：电压控制型，时间控制型，功率硬实控制型，兼而有之混合型。在此我们用到的是：功率因素控制型。u 超前，即与之间是感性阻抗时，且功率因素大于0.95，此时，电路无需无功功率补偿，结果直接输出。u 超前，即和之间是感性阻抗，但功率因素在（00.95）之间，此时电路需要投入电力电容，进行无功补偿。u 滞后，即与之间

25、是容性阻抗。此时，由于余弦函数 cos在（-）始终大于0。在范围（01），此时，无论cos为何值都要进行保护切除。u 超出了额定电压1.1倍，电力电容进行过电压保护，自动切除。进行投切要注意：容易发生投切震荡现象所谓“投切震荡”是指在某些负荷的条件下，若投入一组电容器，则功率因素超过规定的上限，而切下了这组电容器，功率因素又低于了下限，因此发生反复投切现象，发生这种现象一方面与电容器的分组数及容量有关，另一方面也与控制器的功率因素上，下限设置范围 以及调节时间有关。本方案的选置上，我们运用了八个电容器，进行八次切投，以免发生过补偿及补偿未及的情况，功率因素的范围也相对宽松。在（0.951）的范

26、围内。而电容器的选择，依据电路需要，选择容量。有控制器多数采取“顺序投切”方式。在这种投切方式下排序在前的电容器组。先投后切；而后面的却后投先切。这不仅使处于前面的电容器组经常处于运行状态，积累热量不易散失，影响其使用寿命，而且使后面的投切开关经常动作，同样减少寿命。合理的投切方式是“循环投切”，这种投切方式便先投入运行的电容器先退出，后投入的后退出。从而是各组电容及投切开关使用几率均等，降低了电容器组的平均运行温度，减少了投切开关的动作次数，延长了使用期限。 执行部分电路图3.5.1控制电路线路接触器K M1和反接制动接触器KM11不允许同时工作。须加互锁。KM11的线路中已有KM1的常闭触

27、点，只需在KM1的线路中串入KM11的常闭触点。这样就构成了接触器互锁。其中 KM1是接触器KM1的主触头，接在高压执行端。KM11是反接制动接触器KM11的主触头。SA 为互锁开关其中，互为反相触头。可供人为选择是机动还是手动操作，当开关打在端时，是机动操作，当开关在档位时，是手动操作。在微机控制需要功率补偿时，单片机8098输出一个投入电力电容器的信号吸合继电器KA1，则常开的触头KA1关闭，继电器KM1通电，。其在执行端的主触头KM1自动接通，电力电容器自动投入。其辅助触头KM1自动断开，互锁反相制动继电器KM11断电。当需要切除电容时，由于继电器KA1断开其触头KA1自动处于断开状态，

28、继电器KM1断电，触头KM1自动断开，反相制动接触器KM11被锁住。执行端的白炽灯被导通，进入放电保护环节。3.5.2补偿电力电容器/Y型的选择如果异步电动机定子脱离电网，又希望它能发电，则必须在异步电动机定子三相接上连接成三角形或星形的三组电容器。这时电容器组可补偿异步电动机发电所需的无功功率，即供给建立磁场所需要的励磁电流。M3 负载 当电容器接成三角形时，电容器C可以参考下式选择（根据电动机额定线电压时，电动机的励磁电流近似为，而流过电容C的电流为的条件选择）。 C=式中 C接成三角形时每相电容量；电动机的励磁电流（A），可由试验测得，或者取=0.3，为定子额定电流。电容器也可接成星型，

29、此时每相电容器的选择=由两式比较可以知道=3C，故，在电容器电压允许的条件下，异步发电机定子端的电容器接成三角形较为经济。结论：在补偿端，我们也将电力电容接成三角形。3.5.3电力电容器的故障（1） 内部故障：一台电容器的箱壳内部，有若干电容元件并联和串联组成。电容元件极板之间的绝缘在高电场强度作用下，在薄弱环节处首先产生过热，游离，直到局部击穿。个别元件的击穿，与之并联的诸电容元件均被短路。与之串联的电容器件电压升高，有可能引起新的元件击穿，剩余电容元件上的电压更高，产生恶性连锁反应。（2） 电容器外部相间和接地短路：电容器和断路器之间的引线，绝缘子，套管间可能发生相间或接地短路，对被短路的

30、回路中诸设备产生热和力的破坏。（3） 电容器的过电压：电容器只允许在1.1倍工频电压下长期运转。电容器内部有功损耗，可见电压增高时，和相应的电容器内部温度增高很快，影响电容器使用寿命，严重时将击穿。（4） 电容器的失压：电容器因故失压仍接在系统中，当再次给电压时，电容器的残余电荷可能使电压超过1.1倍额定电压；可能因变压器带电容器合闸产生谐振过电压；空载变压器因电压较高，也能造成电容器过压。3.6 相位数字化测量相位是交流信号的重要参数，相位测量不仅广泛的应用于在电力，通讯等领域。而且有些非电量通过传感器变换成为相位信号进行测量。随着科学技术的发展。对相位测量的精度要求越来越好，相位的数字化测

31、量具有精度高，速度快，频带宽等特点。图3.6.1为过零鉴相测量相位的原理框图。 3.6.1相位测量的基本原理相位的数字化测量主要采用过零鉴相法。如上图和波形图，脉冲整形限幅放大微分 整相器 脉冲整形限幅放大 微分 具有相位差的两个同频率正弦信号与，经过放大，整形后变成方波，其前后沿分别对应正向过零点和负向过零点。可以用两信号波形过零的时间差来表示相位差的大小。设两个频率信号的周期为T，相位差为，两信号波形过零的时间差为则，存在下列关系式 =即可以通过测出的周期T及相差时差，而求出相位差。在线路A相装设一个毫安级的专用电流互感器CT，经电位计和电阻将电流互感器的输入接入运算放大器74LS324的

32、输入端。而且在该输入端还并入两个正反向限幅二极管，如此，可检测A相电流线电压经变压器耦合连接到另一个运算放大器的输入端。这样，便把电流和电压的正弦波转化为方波，因此，两个运算放大器构成波形转换环节。由于接入单片8098机芯片中的HIS1和HIS0可编程高速输入/输出口时，需要接入电压与电流的方波，以便于比较相位差。故在运放输入端口与地之间接入限压二极管。定性分析线路波形转化图： U I t t U tI t3.6.2 功率检测分为两种情况检测电压方波超前于电流方波相位检测电流方波超前于电压方波相位。下面分别就这些情况进行讨论：u 当检测电压方波超前于电流方波相位 A BU I 取样采样周期AB

33、其中电压与电流计数分别是上升沿和下降沿，则在中，经过三个计数，分别是U 的上升沿和I的下降沿及U的另一个上升沿的触发时刻的记录： 由图知： T=-，=- 第二种可能采样形式为，即采样周期中第一个计数脉冲为I的下降沿如图所示，则有： T=- =- u 当检测电压方波滞后于电流方波相位： U I 采样周期与上相似取，有两种可能取U的上 升沿处，则在采样周期中，经过的三个计数时间第一个时间记录是电压上升沿T=- =- U I T=- =-在去在I的下降沿处，则在采样周期中，是I的第一个下降沿计时时间。由图知有：且有=可以判断电压U与电流I的相位关系，当8098单片机高速输入输出口检测到采样周期中第一

34、个计数脉冲由接电压方波HSI0口输入，则自动循环到公式T=- =- ，如检测到采样周期中第一个计数脉冲由接入电流方波的HSI1口输入，则自动循环到计算公式T=- , =-。当0则表示电压相位超前电流，当0则表示电压滞后电流相位。3.7 显示端8098最小系统及外扩存储器电路：扩展存储电路中还采用了一片74LS373 (8D数据锁存器)，用来完成下8位复用总线地址分离后的锁存工作。用ALE作为该锁存器的地址锁存允许控制信号，在ALE信号的下跳沿锁存控制有效，将总线低8位的地址送入74LS373，并同时在它们的输出端给出被锁存的地址信息，2764为EPROM型8KB多次可编程只读存储器，作为程序存

35、储器。其工作原理：当系统上电后，经过一段时间的稳定，进入复位序列完成系统工作前的初始化任务。接着按照SPC所指定的存储单元去取指令，由，口给出要取的指令地址，在ALE信号有效且下跳沿时刻保存8为地址。有效时按着提供的地址去读EPROM芯片的相应单元，在上跳时刻将所读出的数据经口送往PALU单元。数据从出来后，通过两个由芯片74LS138片选而进入两个74LS273芯片锁存，并经过译码，从四个LED显示屏输出。3.8控制电路 数据信号从单片机8098复用输出端口和输出，通过74LS273，八位锁存器锁存，当需要投入电力电容器补偿时，将相应的管脚输出置位为1，则导通相对的继电器。从而使继电器在执行

36、端的常开触头闭合，以打倒微机对电力电容器投切。Ø 若微机检测发现需要对第一组电容进行投入，则，MC1416芯片的第十六号管脚（即要投入电容对应管脚）输出为高电频1，继电器通电。即，芯片输出为00000001。微机继续循环检测，当查询结果依然需要投入第二组电力电容器，但第一组并为切除。此时需要输出控制信号为00000011。我们用到的控制方式是“左移法”。将第一组的投入结果00000001存入寄存器，并将之左移一位到000000010，并把结果与存入的结果相“|”计算如下：0 0 0 0 0 0 0 1 | 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1此时输出的控制信

37、号将第一组和第二组继电器均导通，使对应的两组电力电容器均投入补偿。Ø 与上面相同，当微机检测出需要切除一组或多组电力电容器的时候，将第一组电力电容器所对应的继电器断电（即将其相对应的管脚输出低电频0）。微机继续循环检测，但检测结果表明依然需要切除第二组电力电容时，我们用到的方案依然需要左移法。我们现在需要切除第一组电力电容，则输出的信号为11111110，若需要切除第二组时需要输出的信号为11111100。为得到这个输出信号，我们运用软件编程，使其输出的信号11111110存入寄存器，并将之左移一位，结果11111101与寄存器内的存储结果相“&” 计算如下： 1 1 1 1

38、 1 1 1 0 & 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0此时，第一组和第二组继电器均在低电频的作用下断电，相应的电力电容器被切除。3.9系统时钟时钟相当于计算机的心脏，只有心脏工作正常，整个系统才能稳定可靠的运行。8098单片机要求输入的时钟频率在6MHz12MHz范围内,产生时钟信号的硬件电路方式有两种,一种是内部时钟电路方式,另一种是外部时钟电路方式，下面介绍内部时钟方式：在图中给出内时钟方式电路。该电路由两部分器件组成，一部分在芯片的内部，既由一个单级反相放大器电路和一个反馈电阻（R1）构成，另一部分在片外由石英晶体和电容（C1，C2）通过外引脚XTA

39、L1和XTAL2，组成一种完整的谐振回路。电路的输出作为系统三相波形发生器电路的输入信号，经三分频处理后作为系统的工作时钟。石英晶体参数可在6MHz12MHz之间选择。电容（C1，C2）值虽无严格的要求，但电容值对震荡器输出信号频率的稳定性，大小和起振的速度有一定的影响，其电容值可在20pF100pF之间选取 6M 3.10复位电路在图中给出这种复位电路，此电路同时具备两种复位功能，即上电自动复位和手动强制复位的功能。图中的二极管（4148）为复位电容在掉电情况下，提供了一条迅速放电通路，这可保证在掉电与上电之间的间隔非常短（小于通过电阻R放电时间）的情况下，还能使得单片机正常的复位（即在反复

40、上电的情况下，也能可靠的完成复位）。 +5V 8098 IN4148 33K103.11硬件抗干扰单片机的可靠性是由多种因素决定的，其中系统的抗干扰能力的好坏是影响系统可靠性的重要因素。干扰的渠道主要有：供电系统干扰，过程通道干扰，空间干扰。干扰的后果：数据采集误差家大，控制状态失灵，数据受干扰发生变化，程序运行时常，抗干扰方面的有硬件措施和软件措施，也有软硬件结合的措施。硬件抗干扰效率高，但要增加系统的投资和设备的体积。软件抗干扰有投资低的优点，但要降低系统的工作效率。硬件抗干扰能力措施：1 滤波技术包括电源滤波和信号滤波。对电源滤波除去可滤去电源电压中的高次谐波外，还能有效抑制由公共电源内

41、阻形成的寄生耦合。为此，在每一集成芯片的电源与地之间都接入了一个滤波电容，起到了较好的抗干扰效果。2 屏蔽技术采取的措施包括I/O信号线使用屏蔽电缆线，外客接地等。在外电磁场干扰较强的场合，还可对整个仪器屏蔽，即将整个设备用金属罩或金属盒罩起来。为了增强对共模干扰的抑制能力，对模拟测量电路可采用双层屏蔽浮置技术。2 接地在智能化仪器仪表中，地线连接十分重要。如果处理不当，可能使干扰信号超过有用信号，降低仪器的分辨能力；也可能使外部干扰信号通过地线窜入微处理器和单片机中，影响系统的正常工作。处理地线问题，可采用如下办法：a) 把模拟地与数字地分开。若要浮置，则两者间的阻抗越大越好；若要相连，则可

42、采用一点连接技术。b) 减少地线电阻，从而减少寄生耦合，尤其是小信号模拟电路应尽可能加粗地线，焊接要良好。c) 在情况许可的情况下，尽可能采用一点接地和就近接地。所谓一点接地就是把多个元器件的接地端接在一起，这样可抑制地电流通过地线而产生的寄生反馈。第4章软件部分HIS数据有用中断服务程序读SHI-STATUS第一次中断 是否是第一次中断中断端口为HSIO是否是第二次中断T2=HIS-TIME置标志sign3.0=1是否是第三次中断T1=HIS-TIMET3为HIS-TIMET=T3-T1有标志3置一吗ADATA=（T3-T2-T/2）ADATA=（T2-T1）-T/2求平均值子程序返回中断次

43、数自动+1 图4.1 全计数器+1切除一组电容器全切计数器清零切计数器+1全切计数器=5？电容全切？切、投计数器清零投计数器清零投一组电容电容是否全投Cosp 0.95投计数器是否为10返回切计数器是否到10切一组电力电容切计数器清零电容是否全切投计数器清零电流是否超前ControlU>1.15U0清零全部投切和计数器切计数器清零 Y N N Y N N7投计数器+1 Y YY N NY 图4.24.1相位差计算子程序流程图( 图4.1 )4.2控制子程序流程图 ( 图4.2 )4.3余弦函数子程序在求取功率因数时，得到相位差后，将其转换成它的角度，然后在调用余弦子程序，可以求得功率因数

44、。由于在-9090时，其余弦值均为非负数，故运用无符号小数计算，自变量X必须转化成0，1的小数，才能进行计算。对于弧度值Y，自变量X ，满足X=。当Y=时，则X应为0.5（8000H）；对于弧度值，则X应为0FFFFH。计算时，利用切比雪夫多项式，把Y=cos的泰勒级数缩减成如下公式：cos=1-1.23245+0.25315-0.0208程序见附录4.4软件抗干扰设计Ø 数字滤波方法电力系统的实际运用中，电网存在谐波，还会有各种瞬间干扰。因此用交流采样方法求取电力参数必须采用数字滤波方法去除干扰，稳定读数。采用干扰数字滤波方法去除采样值干扰点，可以将近似值替换采样到的跳动很大的脉冲

45、干扰值。采用防脉冲干扰平均值数值滤波法求瞬间值。该方法的滤波功能较强，即可滤去脉冲干扰，也可以滤去小的随机干扰。采用滑动平均值数字滤波法求平均值。Ø 利用单片机内的WATCHDOG单片机内的WATCHDOG也是专为监视系统软件是否运行正常而设置的器件。当系统进入运行后，即启动WDT工作，一旦系统由于某种干扰导致程序运行絮乱进入死循环时，指令冗余技术，软件陷阱技术均不能使控制的程序摆脱死循环的困境。因此，通常采用程序，即“看门狗”技术。利用“看门狗”技术可以不断监视程序循环运行时间，若发现时间超过已知循环设定，则认为系统陷入了“死循环”，然后程序返回到0000H入口，并在0000H处安

46、排一段出错处理程序，使系统运行纳入正规。Ø 指令冗余CPU受到干扰后，往往将一些操作数当指令码来执行，引起程序混乱。我们可以在一些关键地方人为的插入一些单字节指令（NOP），或将有效单字节指令重复书写，这就是指令冗余。指令冗余无疑会使系统效率降低，但在绝大多数情况下，CPU还不至于忙到不能多执行几条指令，所以这种方法还是合适的。Ø 软件陷阱用引导指令强行将捕获到的跑飞程序引向复位入口地址，并在此处将程序转向专门对程序出错进行处理的程序，使程序纳入正轨。结束语毕业在即，这次实验是我们毕业前的最后一次考验，同时也是一次学习和提高的好机会，作好这次毕业设计，将给我们无悔的大学生活

47、画上一个完美的句号。通过本次实验，我的动手能力提升到了一个新的台阶。在短短的几个月时间内，我这个一个拿到课题手足无措的门外汉逐渐有系了统思想，并在最后能拿出成熟方案。在刚开始，网络和图书馆是我们经常去的地方，在那里翻阅别人的，历年的成品资料。到最终，我们不光可以将他人的精华投入到我们的作品中，还可以加入自己的一些见解，改进一些不便之处，达到锦上添花，画龙点睛的效果。在这次设计中，我们将大学四年来所学到的很多分散的，看似没有联系的知识系统化，统筹化。用于实践的知识是更助于记忆和存储的，如果不是这次设计，原来很多不常用的知识都正慢慢淡忘。这也让我们必须正式一个问题，很多知识，我们从书本上的来的，平时忽略了的，其实在运用中都很重要。在这次设计中，我们在画原理图时所用到的PROTEL，VISIO等软件，在以往都是并不熟悉的，但通过这次