教学楼电力控制系统设计说明

1、.教学楼电气控制系统设计教学楼电力系统监控系统摘要：介绍了单片机在电力线路监控保护系统中单片机的连接电路及程序设计。基于AT89C51单片机，参考各芯片厂商的技术手册，详细介绍各功能模块的硬件电路。硬件部分由信号采集与处理、线路状态输入、控制、工作电流显示、按键处理、电源处理等环节组成。根据二次采样积值算法的要求，软件部分采用定时中断采集当前数据。它由程序包初始化、密钥处理、数据采集、信号控制、数据显示等部分组成，还设计了一个串行通讯接口程序，方便与上位机进行数据交换，实现对电源的监控和保护。教学楼。关键词：电力线保护；单片机；电流速断保护1 简介1.1 设计意义电力是现代工业生产、民用住宅、

2、企事业单位的主要能源和动力，也是现代文明的物质基础。没有电力，我们的国民经济就没有现代化。众所周知，现代社会的信息化和网络化是以电气化为基础的。此外，随着国家对教育的重视和加大投入，各地的教学楼建设也有所增加，相应地，学校的基础设施尤其是电力设施建设将面临更大的挑战。因此，做好供配电工作，对保障正常学习、工作和生活具有重要意义。单片机简称单片机，是英文字母中常用的典型嵌入式微控制器的缩写。 MCU代表单片机，单片机也叫单片机。在一个芯片上。单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备等组成，相当于一台微型计算机（最小系统）。与计算机相比，单片机缺少外围设备。简而言之：芯片变成了计算机。它体积小

3、、重量轻、价格便宜，为学习、应用和开发提供了便利的条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理和结构的最佳选择。它首先用于工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机是从只有CPU的专用处理器芯片发展而来的1 。单片机比专用处理器更适合嵌入式系统，因此得到了最多的应用。事实上，微控制器是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中使用的几乎所有电子和机械产品都集成了微控制器。手机、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑鼠标等电脑配件配备1-2台单片机。在个人计算机中，也会有大量的单片机在工作。汽车一般配备40多台单片机，在一个复杂的工控系统中，甚至可能有数百台单片机同时工作！单片机的数量不仅

4、远远超过PC与其他计算的结合，甚至超过了人类的数量。因此，单片机的研究前景比较广阔。通过本次毕业设计，我们将复习和巩固书本所学知识，加强理论联系实际的能力，锻炼在完成设计的过程中寻找和选择有用材料的能力。完美的设计会增强一个人发现问题和解决问题的能力，综合运用所学知识，为以后的工作打下坚实的基础。单片机控制电力线保护具有功能强大、维护调试方便、管理方便等一系列优点，深受大众喜爱。教学楼经常无人看管。因此，单片机管理的应用提高了效率，节省了时间，值得广泛应用。1.2 使用状况单片机是由只有一个CPU的专用处理器芯片发展而来的。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成到一个芯片中，使计算

5、机系统更小，更容易集成到复杂且体积关键的控制设备中。 INTEL的8080是第一款按照这种思路设计的处理器，当时的单片机都是8位或者4位的 2 。其中最成功的一款是INTEL的8031，之后在8031上开发了MCS51系列微控制器系统，因其简单、可靠、性能好而广受好评。虽然 ARM 从 2000 年开始开发了频率超过 300M 的 32 位高端微控制器，但基于 8031 的微控制器仍然被广泛使用。在许多方面，单片机比专用处理器更适合嵌入式系统，因此得到了广泛的应用。事实上，单片机是世界上处理器数量最多的。随着单片机家族的发展，单片机和专用处理器的发展将分道扬镳。现代人类生活中使用的电子设备几乎

6、都集成了单片机。手机、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑和鼠标等电子产品都含有微控制器。 1970年代中后期，出现了比较完整的单片机样机，并在电力系统中投入试运行 3 。 1980年代，单片机的保护在硬件结构和软件技术上都越来越成熟。 1990年代，电力系统继电保护技术发展到单片机保护时代，这是继电保护技术发展的第四代。随着对单片机保护装置的研究，在单片机保护软件和算法方面取得了许多理论成果，并在实践中得到广泛应用。1.3 单片机特点目前，单片机的结构特点是将计算机的基本部件集成在一个晶体芯片上，形成独特而完整的单片机。其组成如下：1）中央处理器单片机中的中央处理器CPU与通用微处理器基本相

7、同。它由运算器和控制器组成。此外，还增加了“面向控制”的处理功能，如位处理、查表、各种跳转、乘除运算、状态检测、中断处理等，增强了实时性。单片机内存空间中的结构。一种是普林斯顿结构（Princeton），程序和数据共享在一个内存空间中，即ROM和RAM的地址在同一个空间分配不同的地址。 CPU访问内存时，一个地址对应一个唯一的存储单元，可以是ROM也可以是RAM，使用相同的访问指令。另一种是将程序存储器和数据存储器分开并分别寻址的结构，称为哈佛结构。 CPU 使用不同的指令来访问不同的内存空间。由于单片机在实际应用中“面向控制”的特性，一般需要更大的程序存储器。目前，包括MCS-51和80C5

8、1系列在内的单片机采用程序存储器和数据存储器完全分离的结构。3）并行I/O口 单片机突出控制功能，提供大量的并行I/O口，功能强大，使用灵活。在使用中不仅可以灵活选择输入输出，还可以作为系统总线连接控制信号线，为扩展外部存储器和I/O接口提供方便。4）串行I/O口 所有高速八位单片机都可以提供全双工串行I/O口，可以与一些终端设备进行串行通信，或者与一些具有特殊功能的设备连接。5) 在实际使用定时器/计数器时，单片机经常需要对外部事件进行精确计时或计数。因此，在单片机部分设置了定时器/计数器电路，通过中断实现定时/计数的自动处理。单片机的优点：1) 卓越的性价比2）集成度高、体积小、可靠性好。

9、单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模集成电路技术，集成了中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、各种I/O端口和中断系统，具有数据处理能力的定时器/定时器。和其他功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路复用器、A/D转换器等电路）集成在一个小而完整的硅芯片上的计算机系统中。强大的控制功能。有丰富的指令、I/O逻辑运算和位处理功能。低功耗、低电压、携带方便单片机系统扩展系统配置比较标准、典型，易于形成应用系统2 电力监控保护系统设计2.1 电力线监控保护系统总体方案目前，典型的微机保护系统由三部分组成：数据采集系统、微机系统和开关量输入/输出系统。为实现对电源线路的监控

10、以达到保护的目的，本系统可分为两个项目进行设计，大电流电路的设计；单片机控制电路的设计。方案一：双CPU电力监控设计，采用DSP作为从机 4 ，实现对采集到的电压电流信号的计算、数字滤波、谐波分析等相关参数的计算。方案二：基于51单片机的电力线监控。由于方案一设计复杂，成本较高，耗时较长，但电量监控效果与方案二相同，所以首选方案一。接口指定如下：a、电源线监测保护可实现10KV两线保护。湾。线路监测正常时，输入信号约为2.5-3.5V。C。系统提供两线6通道的数据采集。 A、C相为左保护电流检测相，B相为工作电流检测相。d、开关量输入正常工作时为+5V左右的高电平信号e、电路正常工作时控制信号

11、输出为低电平信号0V2.2电力监控硬件模块及A/D转换电路介绍电路监控由显示模块、控制模块、光耦隔离模块、保护装置、键盘控制模块和数据采集模块组成。数据采集通过max471芯片将电流信号转换为电压信号，控制模块由51单片机实现，采样数据通过max197芯片传输到51单片机实现A/D转换，模数转换芯片使用的max7219芯片实现显示功能，键盘模块光耦隔离采用典型电路方式。下面是电力线监控示意图图1 电力线路监测保护系统示意图图1电力线监控保护系统示意图线 1 线 2键盘开关键盘开关编程选择电路复位正常指标加1按键微机复位减加1按键微机复位减1按键跳闸指示器图 2 系统控制面板图2系统控制面板因为

12、电流信号必须先转换成电压信号才能进行A/D转换。一种常见的方法是在电路中增加一个精密电阻，从而将电流信号转换为电压信号 5 。使用这种方法可以使测量简单方便，但是当电流较小时，电阻上的电压值会比较小，会影响测量的准确性，所以选择合适的电阻值是非常关键的事情。忽略，此外，由此产生的电流感应信号只有经过放大后才能进入电路中的比较器。2.2.1MAX 471 芯片2.2.2max471引脚功能图 3Max471 引脚图3 M ax471 引脚排列基本技能：1) SHDN：是关机信号。正常运行期间接地2) RS+：信号输入端。3) RS：信号输出端4) GND：为接地端或电源负端。5) SIGN：集电

13、极开路的逻辑输出。6）OUT：为电流输出端，电流的大小与流过线路的电流成正比。2.2.3MAX 471 工程Max471如图2所示。盒子里的芯片是芯片的部分结构 6 。图4 max471工作原理图图4 Max471工作原理图简介：A1、A2为两个差分运算放大器，形成差分输入，可增强抗干扰能力，提高电流线数精度； Q1、Q2为两个晶体管； COMP是比较器； Resense 是电流采样电阻，RG1 和 RG2 是增益电阻。max471电路连接图5 电路连接图图5电路连接图假设电流从左向右流过采样电阻Resense，并通过一个电阻接地。当A1工作时，产生的电流Iout从Q1的发射极流出，此时在运放

14、A2上截止的电流没有从Q2流出 7 。 A1的负输入信号为Vpower=Iload*Rsense。经过计算，电压和电流的比值由下式给出： P=Vout/Iload=Rsense*Rout/RG1根据上式，当 Rsense 较小时，通过 Rout 将比值设置为合适的值。2.2.4初步了解MAX197芯片2.2.5MAX197芯片介绍是美国MAXIM公司的新产品。它是一款多量程（10V、5V、010V、05V）8通道12位高精度A/D转换器。采用逐次逼近的工作方式，具有标准的微机接口。三态数据I/O用作8位数据总线，数据总线时序与大多数通用微处理器兼容。所有逻辑输入和输出都与 TTL/CMOS 电

15、平兼容。与总则A/D转换芯片相比，新型A /D转换芯片MAX197具有优异的性价比。仅需单+ 5V电源，外围电路简单，可大大简化电路设计。 max197用于数据采集系统，A/D转换的速度和精度决定了其采集系统的速度和精度。 MAX197是Maxim推出的一款12位测量精度的高速A/D转换芯片。它只需要一个电源，转换时间很短（6us）。它有八个输入通道，还提供标准并行接口是一个8 位三态数据 I/O 端口。也可以直接与大多数单片机接口，使用非常方便。2.2.6特性和引脚功能及控制字简介1 )特点12位分辨率，1/2LSB线性度；湾。单+5V电源； C。软件可编程输入范围：10V、5V、0+5V、

16、0+10V； d。多输入通道选择器保护：16.5V e 8个模拟输入通道； F。 6us转换时间，100kSPS采样速度； G。 / 外部采集控制； H。 4.096V或外部参考电压；一世。两种掉电模式； j.外部或外部时钟。 2）引脚功能介绍MAX197有四种不同的封装：DIP28和宽SO、SSOP和瓷SB封装 8 。 a -pin (CLK)：时钟输入。当输入外部时钟时，从该引脚输入电平与 TTL 或 CMOS 兼容的时钟。在外部时钟模式下，在此引脚和地之间连接一个电容来确定外部时钟频率。 f=1.56MHz时，外接电容的典型值为CCLK=100PF。 B脚片选线，低电平有效。当c脚为低电

17、平时，在外部采集模式下，上升沿，将锁存数据，并开始一个采集和一个转换周期；在外部采集模式下，第一个上升沿结束采集并开始转换周期。当d引脚为低电平时，下降沿将内容读取数据总线上的数据。 e管脚( HBEN) 用于切换 12 位转换结果。该管脚为高电平时，数据总线上的数据为高4位，该管脚为低电平时，总数据上的数据为低8位。下图显示了引脚。图 6 Max197引脚图 6 Max197引出线1 CLK：是时钟输入。在部分时钟模式下，将一个 100pF 的电容连接到该引脚以获得 1.56MHz 的部分时钟。 2 CS：为片选信号，低电平有效。3 WR：当CS为低电平时，在外部时钟模式下，WR的上升沿将锁

18、存置位并开始一个自动采集和转换周期。在外部时钟模式下，WR 的第一个上升沿开始采集，第二个上升沿结束采集并进入转换周期，仅此而已。4 RD：当CS为低电平时，RD上的下降沿使数据总线上的数据可以被读取。5 HBEN 用于多路复用 12 位转换结果。 HBEN 为低时，可读取结果的高 4 位，为高时，可读取结果的低 8 位 9 。6 SHDN 设置关机模式。7 - 14 D0 - D11 三态数字 I/O 端口15 AGND 模拟信号地。16 - 23 CH0 - CH7 模拟信号输入通道。24 INT 转换完成且可以访问数据时为低电平。25 REFADJ 带宽参考调整引脚。当 REF 引脚使用

19、外部参考电压时，直接连接到 VDD，否则旁路一个 0.01 F 电容。26 REF 参考缓冲器输出和缓冲器输入引脚。使用参考电压时，参考缓冲器输出标称电压为 4.096V，可通过 REFADJ 引脚调节。使用外部参考电压时，直接通过REFADJ连接VDD，使参考缓冲器无效27 VDD + 5V 电源。28 DGND 数字信号地。3) 控制字介绍MAX197芯片与其他A/D芯片的主要特点是它的很多硬件功能都是通过部分控制字来完成的，如通道选择、模拟信号范围、极性等。它可以分为部分采样模式和外部采样模式。采样方式，采样方式由控制寄存器 9 的D5位决定。在部分采样控制模式（控制位置 0）下，采样间

20、隔由写脉冲开始，在一个瞬时采样间隔（芯片时钟为 2MHz 时为 3ms）后开始 A/D 转换。在外部采样模式（D5=1）下，采样和A/D转换分别由两个写脉冲控制。在第一个写入脉冲时，将 ACQMOD 写入 1，开始采样间隔。当第二个写脉冲出现时，写控制字 ACQMOD 为 0，MAX197 停止采样并开始 A/D 转换。这两个写脉冲之间的时间间隔是一个采样时间。当转换结束时，MAX197的相应INT引脚置低电平，通知处理器可以读取转换结果 10 。表1 Max197的控制字表1 控制字节格式D7D6D5D4D3D2D1溶解氧(LSB)PD1PD0ACQMOD随机数BIPA2A1A0表 2 时钟

21、和功耗的模式设置2时钟和功耗模式设置PD1PD0阐明00正常模式，外部时钟模式01正常模式，部分时钟模式10Fallback 低功耗模式，不影响时钟模式01低功耗模式，不影响时钟模式说明：ACQMOD：0为外控采集，1为外控采集。RNG 位选择输入的满量程电压范围，BIP 位选择单极和双极表 3 RNG、BIP 设置表3 RNG、BIP设置BIP随机数输入范围000 到 5010 到 1010-5, +511-5, +5A2、A1、A0：用于选择多个输入输出地址，所以A1、A0、A2表 4 通道设置表4通道设置_A2A1A0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH700000101100

22、0100101111表 5 数据输出格式表5数据输出针 HBEN=低 HBEN=高D0B0(低位)B8D1B1B9D2B2B10D3B3B11 (高位)D4B4B11(bip=1)/0(bip=0)D5B5B11(bip=1) /0(bip=0)D6B6B11(bip=1) /0(bip=0)D7B7B11(bip=1) /0(bip=0)图7 Max197连接电路图7 Max197连接图2.3 电力线监测保护数据显示电路2.3.1MAX 7219 芯片MAX7219芯片是一款集成串行输入输出共阴极显示驱动器，用于连接微处理器与8位7段数字LED显示屏，以及条形图显示器或64个独立LED 11

23、 。包括一个片上B型BCD编码器、多个扫描循环、段字驱动器和一个用于存储每个数据的8*8静态RAM。但是只有一个外部寄存器用于设置每个 LED 的段电流。它有一个方便的四线串行接口来连接所有常见的微处理器。这些数据中的每一个都可以在更新时被寻址，而不会覆盖所有显示。 MAX7219内容用户选择编码或不编码每个数据。该器件包括一个 150A 低功耗关断模式、模数亮度控制、一个内容用户显示 1-8 位数据的扫描限制寄存器，以及一个打开所有 LED 的功能。检测模式。该芯片通过三线串行接口与单片机相连。该接口的传输速率可以达到10 MHz。具有独立的LED段控解码和非解码。两种显示模式可选。数字和模

24、拟亮度控制模式可以级联。使用一块MAX7219就可以完成8位数码管的显示驱动任务。 1 MAX7219 DIN的原理是串行数据输入端。当 CLK 为上升沿时，数据被加载到16 位移位寄存器中。 CLK为串行时钟输入端。最大工作频率为 10 MHz。字串从 DOUT 引脚输出。当每个 CLK 脉冲的上升沿到来时，串行数据从 DIN 引脚进入 MAX7219 移位寄存器。第一个收到的是高阶 12 。但是，如果 LOAD 引脚在第 16 个 CLK 上升沿变为高电平，则数据将被锁存到内部寄存器中，并在半个脉冲后的 CLK 下降沿从 DOUT 引脚输出数据。 LOAD 为片选端。当 LOAD 为低电平

25、时，设备从 DIN 接收数据。接收后，当 LOAD 恢复为高电平时，接收到的数据将被锁定。 DIG0DIG7是吸收显示器共阴极电流的位驱动线。最大值可达500mA。该状态下，输出VSEGASEGG和DP用于驱动显示，7段和小数点的输出电流约为40mA 。可以通过软件进行调整。当它关闭时，它连接到 GND。 DOUT 为串行数据输出端。通常可以直接连接到下一个MAX7219的DIN端。连接，以便可以驱动更多的 LED。 MAX7219有14个可寻址命令寄存器，其中8个为位驱动寄存器，6个为状态寄存器。它提供了段选择码和BCD解码两种方式。解码方式的寄存器数据位全部置1时为BCD解码方式，全部置0

26、时为段码选择方式。工作在解码模式时，LED可显示数字09、“-”、“EFHLP”等字符和空显示。写寄存器时，只要在对应数据位的低4位写入“0H”和“FH”，就可以独立于数据位的高4位。根据数据位的最高位设置小数点状态，然后设置为1点亮小数点，否则为0。段码选择方法是通过写入“1”使段点亮数码管对应的数据位。 MAX7219还有六个状态寄存器。通过亮度寄存器控制 LED 的亮度 这种软件亮度控制可以替代硬件限流亮度控制。扫描限制寄存器用于控制扫描频率。关断寄存器控制 MAX7219 的工作状态。当寄存器数据格式为“0”时，进入关闭状态，但当寄存器数据格式为“1”时，测试控制寄存器控制正常工作状态

27、。如果显示测试寄存器为“0”，则显示驱动器进入正常工作状态。如果显示测试寄存器为“1”，则显示驱动器进入测试状态。此时 LED 应完全亮起。当MAX7219串联时，空操作寄存器仅用于改变MAX7219驱动的一个LED，不改变其他显示区域。当 MAX7219 初始化并显示 LED 时，显示子程序必须在将值传送到 MAX7219 的每个寄存器时调用一次。因此，应同时清零SPI的复位位，以保证新的传输正常。当每个寄存器接收到一个值时，取消MAX7219片选以锁存接收到的值。1) 特点a有10MHz串口b 独特的 LED 分段控制c 数字有解码和非解码选项d 具有 150A 低功耗关断模式e 配置的数

28、字和模拟亮度控制f 有高压中断显示g 带共阴极 LED 显示驱动器h 具有有限转换电流的分段驱动器以降低 EMI (MAX7221)我有 SPI、QSPI、MICROWIRE 串行接口 (MAX7221)g 有 24 针 DIP 和 SO 封装2) 引脚名称功能1 DIN 串行数据输入端口 数据在时钟上升沿加载到该部分的 16 位寄存器中。2, 3, 5-8, 10, 11 DIG 0-DIG7 八根数据驱动线设置显示为共阴极低电平 12 。当 7219 关闭时，此引脚将输出高电平，7221会呈现高阻抗。4,9 GND 地线，也接地12 LOAD 加载数据，连续数据后 16 位锁定在 LOAD

29、 端的上升沿。CS (MAX7221) 片选。当该引脚为低电平时，串行数据被加载到移位寄存器中。连续数据后16 位锁定在 cs 端子的上升沿。13 CLK 时钟序列输入。最大速率为 10MHz。在时钟的上升沿，数据被移入外部移位寄存器，数据在下降沿从 DOUT 端输出。14-17、20-23 SEG 7段小数点驱动，为显示器提供电流。当段驱动器关闭时，7219 的这一端为低阻抗，7221 为高阻抗。18 SET 升压段电流通过一个电阻到 VDD。19 V+正电压输入，+5V。24 DOUT 串行数据输出端口，从 DIN 输入的数据经过 16.5 个时钟周期后对此有显着影响。在使用多个 MAX7

30、219 时，使用该端子将有助于扩展。 MAX7219 还内容用户选择对每个数据进行编码或不编码。整个器件包含一个 150A 低功耗关断模式、模拟和数字亮度控制、一个内容用户显示 1-8 位数据的扫描限制寄存器，以及一个打开所有 LED 的检测模式。图 8 Max7219 管脚Max7219引出线3）串口数据格式、解码方式寄存器、部分寄存器地址、亮度寄存器显示表 6 串行数据格式表6串行数据格式D15D14D13D12D11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0XXXX地址数据位串行数据以 16 位为一帧致，其中 12 到 15 位可以是任意的，内部寄存器的地址是第 8 位到第 11 位

31、，从 0 到 7 是寄存器数据。表 7 解码模式寄存器表7注册解码方式D7D6D5D4D3D2D1D0代码000000000 x00000000000 x01000011110 x0F111111110 xFF由上表可知，寄存器中的每一位对应一个数字位。如果是逻辑高电平，则选择B解码 14 。逻辑低电平选择旁路解码器。有可变解码和显示解码两种。可变译码一般是一种由少输入变为多输出的装置，一般分为2n译码和8421BCD码两大类。表 8 亮度寄存器表 8亮度寄存器占空比D7D6D5D4D3D2D1D0代码1/32XXXX00000 xX03/32XXXX00010 xX15/32XXXX0010

32、0 xX27/32XXXX00110 xX39/32XXXX01000 xX411/32XXXX01010 xX513/32XXXX01100 xX615/32XXXX01110 xX717/32XXXX10000 xX819/32XXXX10010 xX921/32XXXX10100 xXA23/32XXXX10110 xXB25/32XXXX11000 xXC27/32XXXX11010 xXD29/32XXXX11100 xXE31/32XXXX11110 xXF芯片可以通过连接在V+和ISET之间的外接电阻Rset来不控制显示亮度。来自驱动器的峰值电流通常是进入 ISET 的电流的 1

33、00 倍。 Rset 可用作固定电阻器或可变电阻器 13 。表 9 关断寄存器表9停机时间寄存器工作方式D7D6D5D4D3D2D1D0代码停机时间XXXXXXX0 xOH普通的XXXXXXX1许在关机状态下，扫描振荡器将停止工作，所有关断电流源将被拉至地，所有位驱动器将被拉至V+。此时，LED 灯将不会显示。芯片一端连接支架，一端为负极，另一端接电源正极，使整个芯片采用环氧树脂封装。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，其中空穴占主导地位，另一端是N型半导体，其中主要是电子。但是当两个半导体连接起来时，它们之间就会形成一个PN结。图9 Max7219非解码模式数据位时序图图9 Max7

34、219 Do nt decode schema data a sequence diagram表 10测试寄存器Table9测试寄存器工作方式D7D6D5D4D3D2D1D0代码普通的XXXXXXX0许测试XXXXXXX1许显示测试寄存器通常有两种工作模式：正常和显示测试，显示测试下8位数字扫描占空比为1/32，是通过控制寄存器的控制字来开启LED灯光显示。2.3.2电力监控线路保护系统显示电路设计下图为AT89C51单片机与MAX7219的接口电路图。将单片机的 P1.0 连接到 max7219 的 DIN 端口，然后将 P1.1 连接到 CLK 端口 14 。图10 Max7219应用电路

35、Max7219应用电路2.4 电源线保护系统键盘电路设计2.4.1电路设计键盘电路如下图2.4.2特征P20-P24：接上拉电阻4.7K，通过S0-S4接地。INT0、INT1：键盘中断输入。S2：键盘总内容开关S3：功能选择键盘。S4：值加 1 个键。S5：值减 1 个键。S6：电源线自动合闸开关。键盘电路为典型电路，其功能、连接故障分析及各方面的处理等都经过前人深入研究，故仅负责应用。键盘常让开关、功能选择键盘、数值加1键、数值减1键、电源线自动合闸开关。这些基本的关键接口都做了标记。 CPU 读取位于程序存储器 ROM 或 EPROM 中的程序代码，经过计算处理后，将结果致到各个寄存器或

36、 I/O 端口，并接受外部和外部中断信号，然后执行中断服务程序。只要接通电源并且振荡器开始工作，CPU就会开始不停地工作。 MCS-51系列单片机，8051/8751提供4096Bytes4Kbytes的程序存储区，专门用于程序存储命令码。 CPU执行的程序指令在这里提取。 8052 提供 8192Bytes8Kbytes 的程序存储器，而 8031 不提供此块。如果有部分程序存储区，CPU可以选择执行程序指令，从内部程序区或从外部程序区取。程序区的内容只能读不能写 15 。 MCS-51系列中的8051/8031和8751单片机均提供128 Bytes的读/写数据存储器，而8052系列具有2

37、56 Bytes的数据存储器。在这个数据区，有16个Bytes，共128bits区，可以直接用于单位寻址Bit Adress，而且MCS-51也提供了相当实用的位处理指令。这四个端口总共提供 4X832 I/O 线。所有端口均可用作字节 I/O 或单位 I/O。当MCS-51作为外部存储器扩展时，PORT0和PORT2必须作为数据/地址线，并与ALE、/PESN和/WR、/RD等控制线结合，产生读取所需的控制信号并写入信号。 MCS-51 系列的单片机有两个 16 位定时器/计数器，而 8052 有三个。每个定时器/计数器都有多种模式可供选择。多片机控制系统主要用于设计更复杂的控制系统，如图像

38、处理、通讯控制和算术运算等。由于使用了大量的芯片，相对的硬件成本也增加了。对于一些比较简单的控制系统，不需要那么多芯片就可以组成一个系统，于是出现了单片机。单片机是将输入单元、输出单元、控制单元、存储单元、算术逻辑单元五个基本单元组合在一个芯片上。只需添加几个电子元件即可组成一个简单的控制系统。单片机上的ROM容量比RAM小，所以它的主要作用是应用到控制电路上。芯片部分有一个时钟振荡器，可以工作到12MHZ。部分程序存储器 ROM 为 4k 字节。 4. 部分数据存储器 RAM 为 128k 字节。图 11 键盘电路图11 键盘电路电力线保护系统开关输出控制电路2.5.1开关输出控制电路的设计

39、图 12 开关量输出及控制范围图12 开关量输入及控制电路2.5.2特征1) 开关量输入电路U1、U2（TPL521）为光耦管作为线路L1、L2的开关量输入检测器件7404_1 7404_4 为逆变器稳定：输入信号。LED_1、LED_2：信号指示灯。P1.2、P1.3：信号输入线。2) 信号输出控制电路U3、U4（TPL521）光管是线路L1、L2的控制信号输出。Q1、Q2晶体管：信号放大。7404_5、7404_6、与门 7408_1、7408_2：防止控制信号故障。电源线保护单片机电源设计这里省略了 NNNNNNNNNNNN 一词。如需完整的说明书和设计图纸等，请联系按钮：9719280

40、0提供全套机械毕业设计下载！论文已通过答辩化电路3 电力线路保护系统软件设计3.1 MCU C51语言介绍单片机C语言具有以下特点：1.可以进行结构化编程。 C语言使用函数作为编程的基本单元。 C 语言程序中的函数等价于一般语言中的子程序。 C语言对输入输出的处理也是通过函数调用来实现的。各种C语言编译器都会提供一个Function library，包括函数的很多方面等等。另外，C语言还具有自定义函数的功能，用户可以根据自己的需要对满足某些特殊需求的自定义函数进行折旧。自己的需要。实际上，C语言程序是由很多函数组成的，一个函数就相当于一个模块。因此，语言可以很容易地结构化编程。2、能直接操作电

41、脑硬件。 C语言具有直接访问物理地址的能力。德国Keil Software开发的Keil Vision2 C51编译器可以直接操作8051单片机的特殊功能寄存器和I/O口，可以直接访问片内或片外寄存器。执行各种操作。3. 生成的目标代码质量高。众所周知，汇编语言程序目标代码是最高效的，这就是为什么汇编语言仍然是便携式计算机系统软件的主要工具。3.2 电力线路保护系统单片机软件总体设计系统模块组成如下：数据采集、A/D转换及电路实时控制程序。数据显示程序。实时键盘处理程序。串行数据致和接收程序。单片机显示、数据采集、键盘处理连接程序。系统软件模块的组织结构如图所示。上电复位上电复位系统初始化Ma

42、x7219初始化读入显示缓存区刷新8位显示器T0中断数据采集保护控制数据上传中断返回INT1中断按键处理中断返回图 15 系统整体程序结构图15 系统总程序结构3) 系统软件说明：上电复位后，AT89C51 MCU 进入主程序循环执行显示刷新程序。当中断发生时，进入相应的中断处理程序。主程序和中断程序通过参数传递相互通信。3.3 T0中断服务程序设计在说中断之前，我先定义一下优先级，了解一下优先级是什么，下面的解释就容易理解了。事实上，很多人对优先级的含义感到困惑，因此感到困惑。高优先级的中断源可以中断低优先级的中断服务程序，形成中断服务程序嵌套在中断服务程序中的情况，即形成所谓的中断嵌套。M

43、CU暂停当前程序并转而响应中断请求的过程称为中断响应；为了使系统能够及时响应并处理所有发生的中断，系统根据中断事件的重要性和紧迫性将中断源划分为若干个中断源。级别，称为中断优先级。首先，查询优先级不能更改和设置。这是一个中断优先级排队问题。是指当多个中断源同时产生中断信号时，中断仲裁器选择先处理哪个中断源的顺序。而这与是否发生中断服务程序的嵌套无关。 CPU 在查询每个中断标志位时，会按照上述五个查询优先级顺序依次查询。当同时请求多个中断时，优先查询优先级高的中断。3.3.1T0中断服务程序设计原理1、数据采集采用二次采样积值算法计算电路的峰值电流。2、由于数据采集，依次采集两条保护线路Lin

44、e_Line_2的6个通道，然后进行保护控制和保护上传。3、采样数据每两次通过积分值算法计算峰值电流，并根据不同的选线倍率转换为实际电流峰值，并与设定值进行比较，进行相应的线路保护。4、线路的延时保护采用计数方式进行，同一线路的每次采样时间相等。如果超过设计的延时时间，电源线的电流值总是大于设定的保护值，电源线跳闸。5、线路工作时，显示也采用计数延时方式。由于人眼的视觉特性，显示器无法实时刷新测量的电流值。因此，当工作电流显示计数达到设定值时，测量的电流将被致到工作电流显示缓冲区。6、程序将每两个采样计算的峰值电流致到串口致缓冲区，并使用串口致程序将相应的采样数据致到上位机。7、T0中断服务程

45、序流程图如图所示。T0 中断服务程序无效定时器0调两采样积值算法数据是否采集2次调两采样积值算法数据是否采集2次T0中断重装T0初置并启动串行指针为0调通道选择函数调路线选择函数调数据采集函数通道号通道号ChNo=3？调显示位字节计算函数调串行致函数串行缓冲指针中断返回电力线路控制函数峰值致缓冲区时实显示变量加1图16 T0中断处理流程图图16 断线处理流程图T0服务程序C语言代码define uint unsigned int 定义16位无符号数据类型define uchar unsigned char 定义8位无符号数据类型定义AdCh=p0 A/D转换通道地址S bit_INTmax=P

46、1 0 max197 中断控制位S bit_HBEN=P1 1 max197 数据高低控制位S bit OutControl_1 定义控制信号变量位 OutControl_2； /定义控制信号变量2sbit InControl /定义开关量输入信号变量定义变量uchar 数据 ChNo; /定义通道号uchar 数据 ChDataL ,ChDataH; /高低数据变量uint 数据 ChData62; /数据采集暂存数组uint 数据显示计数； /工作当前实时显示计数变量uint 数据 Line_I1; /保存Line1的工作电流uint 数据 Line_I2; /保存Line2工作电流uin

47、t 数据延迟4； /定义延迟计数变量数组定义显示常数表静态uchar SetChControl8=0 x40,0 x41,0 x42,0 x43,0 x44,0 x45,0 x46,0 x47； /定义每个通道选择控制字：正常部分时钟模式部分采集控制，选择0到5V范围功能原型说明无效 ChNoChange(无效)无效 ChDataDispose(无效)无效 ChDataCollection(无效)虚线判断(void)void Imaxcompute(void)无效信号控制（无效）函数原型：void ChNoChange(void)功能：选择MAX197的数据采集通道无效 ChNoChange(

48、无效)ChNo+; /选择下一个采集通道if(ChNo=6) /通道结束时返回0通道号=0AdCh=SetChControlChNo /设置MAX197通道控制字函数原型：void ChDataDispose(void)功能：处理MAX197通道采集的12位数据，放大到实际数据无效 ChDataDispose(无效)单位 n=0;ChDataH=Iop1) /电流超过快断值if(InControl=0 /判断电路是否断开 / 断开电路OutControl_1=1OutControl_2=0否则如果（Imax=Iop2）延迟计数+； /延迟变量是自己添加的if(DelayCountSetData

49、Line-12 /延迟时间到了 DelayCount=0 /延迟变量设置为0if(InControl=0) /判断电路是否断开 / 断开电路OutControl1_1=1；OutControl1_2=0;否则延迟计数=0； /电路正常工作，清除延迟变量函数原型：void ChDataCollection(void)而(_INTmax!=0); /使用查询方式读取MAX197的中断信号/检查MAX197是否完成信号采集HBEN=0； /读取低8位数据ChDataL=AdCh；HBEN=1； /读取高8位数据ChDataH=AdCh；函数原型：void timer0()interrupt 1 us

50、ing 1功能：定时器T0中断服务功能无效定时器 0(viod) 中断 1 使用 1单位数据 *DelayCount; /延迟变量指针TH0=0 xEC ; /重新加载定时器计数器T0的初始值。工作方式1TL0=0 x78 /延迟时间为：T/4=5msTR0=1 /启动定时器T0指针for(i=1;i8;/峰值电流的高8位送入串口致缓冲区显示计数+；如果（ChNo=3 ）信号控制（）； /控制电源线跳闸电路跳闸如果（显示计数= =100）显示计数=0；Line_I1=ChData42; /线电流值读入Line_I1Line_I2=ChData52; /线路电流值读入 Line_I2如果（n=2

51、）致通道数据（）； /调串口致程序致数据到上位机指针=0； /致完成清除缓冲区字节计数变量3.4 INT 1中断服务设计INT中断服务设计原理系统键由 INT1 中断服务程序处理。正常使用时，键盘由 StartStop 屏蔽和控制。其他按键需按开始键1S后才能使用。所以击键处理程序。它不直接处理更复杂的程序，而只是改变整个程序中的全局参数值，以缩短中断处理时间。按键不能直接输入设定值，只能通过改变设定方式和加减键循环设定参数值。按键处理程序应增加延时去抖功能，防止因机械触点的弹性和突然的电压跳变，在合闸或断开瞬间产生电压抖动，难以判断按键是否被按下Int1中断服务程序流程如图17所示，详细程序

52、流程如图A所示。INT1 中断服务程序V ode intsvr(void)INT1 中断 调用按键处理函数 调用按键处理函数 调用按键处理函数 中断返回 图17 ITN1中断处理程序流程图图 17 INT1 断点处理流程图INT1中断服务程序C语言代码INT1中断服务程序代码如下：定义数据类型#define unit unsigned int ; /定义16位无符号数据类型#define uchar 无符号字符； /定义8位无符号数据类型定义变量优车数据线/保护线Ucar数据模式/编程模式Ucar data Start_Stop /编程启动Ucar data SetMode /设置模式代码 u

53、int 数据 SetData24=1,2,3,4,1,2,3,4; /定义系统设置预设值代码无效（代码 *KeyDisposeTab）=Nokeys,key_1,Key_2,Key_3,Key_4,reses; /定义键盘处理函数指针AT89C51键口信号Sbit P2.0=P20; /程序启动和停止键Sbit P2.1=P21； /程序模式选择键Sbit P2.2=P22; /值加键Sbit P2.3=P23; /值减键Sbit P2.4=P24; /电路闭合函数原型描述无效延迟（无效）无效键扫描（无效）无效密钥（无效）无效键1（无效）无效键2(无效)无效键3(无效)无效键4(无效)无效计数

54、（int u，uint Value，uint SetMax）函数原型：void Delay()功能：按键延时去抖功能无效延迟（无效）uchar我;对于 (i=1; i=300;i+);函数原型：uchar KeySan(void)功能：按键扫描功能返回：键盘扫描字Uchar键扫描（无效）Uchar 重新编码；延迟（）; /按键去抖重新编码=(P2.44)&(P2.33)&(P2.22)&(P2.10;i)对于(i=1000;i0;i); /延迟一分钟左右如果（P3.0= =0）Start_Stop=Start_stop; /按钮启动和关闭函数原型：void Key_2(void)功能：编程模式

55、选择功能无效键2 ( )if(Start_Stop=1 ) /如果键盘启动模式+;如果（模式3）模式=0； /程序模式0-3循环函数原型：Void Key3(void)诠释你;Uint SetMax /设置比例因子和最大值if(Start_Stop=1 ) /如果键盘启动Switch(mode) /读取编程模式，判断加1相反案例1：计数（1，&line2）；休息案例2：计数（1，&SetMode，3）；休息案例3：开关（设置模式）案例0：u=1；设置最大值=999；休息; /快断电流设置案例1：u=1；设置最大值=999；休息; / 延迟电流设置案例2：u=1；设置最大值=999；休息; /延

56、时电流检测装置案例3：u=1；设置最大值=999；休息; /缩放比例设置Count (u, & Set line1 SetMode ,SetMax休息;函数原型void Key4(void)功能：减1处理函数无效键4(无效)诠释你; /定义设置比例因子和最大值if(Start_Stop= =1) /如果键盘启动Switch(Mode) /读取编程模式，判断负1方向案例1：Count(-1,&Line,2);break;案例2：Count(-1,&SetMode,3);break;案例3：开关（设置模式）案例 0;u=-1; SetMax=999;break ; /快断电流设置案例 1;u=-1

57、; SetMax=999;打破; /延时电流设置案例 2;u=-1; SetMax=999;break ; /延迟电流检测时间案例 3;u=-1; SetMax=999;break ; /放大比例设置Count(u,&Set Line-1SetMode,SetMax休息;函数原型： void Count(int u, uint Value, uint SetMax)功能：加减运算功能无效（int u，uint Value，uint SetMax ）值+ =u;如果（值设置最大值）值=0；如果（值0）值=设置最大值；函数原型： void reset(void )功能：电源线复位功能I f(sta

58、rt_stop=1) /如果键盘启动P 1.4=0； /可控信号为0，电路闭合P 1.5=0；P 1.6=0；P 1.4 = 0；函数原型：void intsvrl(void ) interrupt2using2功能：键盘中断处理程序intsvrl （无效）interrupt2using2U字符键= keyscan() /扫描键盘按键Keydispose Tab key () /调用键盘处理函数主要主程序设计3.5.1main 主程序设计原理1、单片机上电复位后，系统初始化，max7219显示屏初始化。2、单片机不断刷新8位共阴极led显示屏。3. 每次刷新显示前，根据不同的显示模式读取显示缓

59、冲区中的数据。4、main()程序如下图所示主函数和用户定义的函数是独立的模块，即不能嵌套定义函数。通俗地说，你不能在一个函数的函数体中定义另一个函数，即使在主函数中也是如此。但是主函数可以调用用户定义的函数（但主函数只能被系统调用）。当用户定义多个函数时，这些用户定义的函数可以相互调用。在C语言中，main是程序运行的主要入口方法，每个程序只有一个。 main 作为函数可以没有参数 main(void)，也可以有参数。任何 C 程序都包含 main 函数是规则。 main函数由系统直接调用，是程序执行的入口点。主程序_上电复位上电复位系统初始化Max7219初始化读入显示缓存区调显示缓存区读

60、入函数读显示缓冲第i位调用显示函数显示第i位缓冲数位=8？图 18 主程序流程图图18 主断线处理流程图3.5.2main主程序C语言代码#include #include #include #include 定义数据类型#define uint unsigned int /定义16位无符号数据类型#define uchar unsigned char /定义8位无符号字符数据定义 max7219 寄存器#define REG_DECODE 0 x09 /解码模式寄存器#define REG_INTENSITY 0 x0a /强度寄存器#define REG_SCAN_LIMIT 0 x0b