干式变压器温度检测仪

干式变压器温度检测仪 哈尔滨理工大学学士学位论文 干式变压器温度检测仪 摘要 干式电力变压器由于具有难燃、安全、维护方便、体积小等特点，得到迅猛发展，并在城市的高层建筑和电站等场所得到广泛的应用。在变压器运行中，如果遇到短路、过载、环境温度过高或者冷却通风不够等情况时，就会使变压器过热。对于干式变压器，其热平衡性能差，绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因。因此，对变压器绕组的运行温度进行监测、驱动风机实现强迫风冷及报警控制是十分重要的。干式变压器温度控制系统是维护干式变压器运行的重要部件，能有效防止变压器温升过高而引发事故，还能促进变电站的科学管理，通过降低温度实现变压器的经济运行，其工作可靠性的高低和操作是否方便将直接影响到干式变压器的运行质量。本设计从系统功能、硬件结构和程序设计等方面介绍了一种基于AT89C51单片机为核心、Pt100铂电阻为温度传感器并以NE555定时器作为A/D转换器，拥有看门狗电路、LED显示及简单的按键系统构成的干式变压器温度检测仪，检测仪能对干式变压器三相绕组的温度进行巡回检测。本设计的特点就是结构简单，所需电子器件较少，且功耗低，使用方便，具有十分广泛的应用前景。 关键词 干式变压器;温度检测;AT89C51;NE555定时器 - I - 哈尔滨理工大学学士学位论文 The Temperature Measurement For Dry Type Transformer Abstract Dry power transformer as a flame retardant, security, maintenance-friendly, small size and other characteristics, by the rapid development and high-rise building in the city's power station and other places and been widely applied. Transformer in the operation in case of short circuit, overload, the ambient temperature high enough ventilation or cooling, and so on, it will make transformers overheated. For dry-type transformers, poor performance of its heat balance, winding temperature insulation resistance over the temperature insulation damage caused transformer is the main reason for not work properly. Therefore, the operation of the transformer winding temperature monitoring, fan-driven air-cooled and forced the police to achieve control is very important. Dry-type transformers temperature control system is to maintain the operation of dry-type transformers important components, transformers can effectively prevent accidents caused by high temperature, but also to promote the scientific management of substations, transformers by reducing the temperature to achieve the economic operation, the reliability of its work Level and operational convenience will directly influence the operation of dry-type transformers quality. This design from the system, hardware design, structure and procedures introduced a microcontroller as the core AT89C51-based, Pt100 platinum resistance to temperature sensor and a timer to NE555 A / D converter, with the watchdog circuit, LED Display and a simple button system consisting of dry-type transformers temperature detectors, the detector can be dry-type transformers three-phase winding tour of the temperature detection. The design features of the structure is simple, electronic devices for less, and low power consumption, ease of use, a very wide range of applications. Key words dry-type transformers; temperature measurement; AT89C51; NE555 timer - II - 哈尔滨理工大学学士学位论文 目录 摘要 .................................................................................................................. I Abstract ........................................................................................................... II 第1章 绪论 .................................................................................................... 1 1.1 课题背景 ............................................................................................... 1 1.2 课题的提出及研究意义 ........................................................................ 1 1.2.1 干式变压器简介 ........................................................................... 1 1.2.2 干式变压器温度检测仪简介 ....................................................... 3 1.3 相关的理论及方法综述 ........................................................................ 3 1.3.1 如何实现温度控制及显示 ........................................................... 3 1.3.2 采用单片机作为温度检测的核心 ................................................ 3 1.4 设计的主要任务和研究内容 ................................................................ 3 1.4.1 主要任务 ...................................................................................... 3 1.4.2 研究内容 ...................................................................................... 4 第2章 温度检测电路构成及工作原理 ......................................................... 5 2.1 温度检测对象 ....................................................................................... 5 2.2 温度传感器 ........................................................................................... 5 2.3 三相温度巡回检测电路 ........................................................................ 6 2.4 NE555定时器作A/D转换器的原理 ..................................................... 6 第3章 硬件电路的设计 .............................................................................. 10 3.1 单片机AT89C51简介 ........................................................................ 10 3.2 片外存储器扩展 ................................................................................. 14 3.3 看门狗电路X25045简介 ................................................................... 17 3.4 LED显示驱动器MC14489 .................................................................. 20 3.5 键盘的设计方法 ................................................................................. 22 3.6 超高温跳闸与风机启停电路 .............................................................. 22 3.7 串行通讯技术 ..................................................................................... 23 第4章 软件部分 .......................................................................................... 25 4.1 系统主程序的设计.............................................................................. 25 4.2 定时器中断服务程序 .......................................................................... 26 4.3 串口通讯子程序 ................................................................................. 27 4.4 抗干扰措施 ......................................................................................... 28 结论 ............................................................................................................... 30 致谢 ............................................................................................................... 31 参考文献 ....................................................................................................... 32 - III - 哈尔滨理工大学学士学位论文 附录 1 ........................................................................................................... 33 附录 2 ........................................................................................................... 34 附录 3 ........................................................................................................... 41 - IV - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第1章 绪论 1.1 课题背景 电力变压器是电力系统运行的核心设备之一，因此，电力变压器安全可靠的运行是电力系统正常运行的根本保障，而造成电力变压器不能正常工作的主要原因之一是由于负载的变化使得绕组的温度超过绝缘耐受温度，引起了绕组绝缘的破坏。近年来，随着我国电力事业的飞速发展，干式变压器以其具有的防火阻燃、安装环境简洁、日常维护方便和结构简单等优点，逐渐在电力系统中得到了广泛应用。为了提高电力系统运行的可靠性和延长干式变压器的使用寿命，应该对干式变压器的温度情况进行实 [1]时监控。 1.2 课题的提出及研究意义 1.2.1 干式变压器简介 干式变压器:依靠空气对流进行冷却，一般用于局部照明、电子线路等小容量变压器，在电力系统中，一般汽机变、锅炉变、除灰变、除尘变、脱硫变等都是干式变，变比为6000V/400V，用于带额定电压380V的负载。干式变压器的特点有如下几方面: 1 线圈表面不做任何处理，光滑美观，绿色环保; 2 损耗低、散热能力强，强迫风冷条件下可以带150%额定负载运行; 3 防潮性能好，可在100%湿度下正常运行、停运后不经预干燥即可投入运行; 4 噪音低、杜绝线圈开裂，可长期稳定安全运行; 5 安全、阻燃防爆，可自行熄火，无污染，可直接安装在负载中心; 6 配备有完善的温度保护控制系统，为变压器安全运行提供可靠保障; 免维护安装简易、综合运行成本低; 7 抗短路能力强、体积小、重量轻。 1.2.1.1 干式变压器的应用场合 1 城市及大型工矿区要求防火、防爆的场所，如高层建筑、地下建筑、机场、交通枢纽、通信与信息中心、重要城镇建设，城市人口密集区、商业中心等处的6,10 kV配电变压器以及35kV电力变压器。 2 火电厂、水电厂、核电厂的自用变压器、发电机的励磁变压器。 3 部分化工、冶金企业的整流变压器与冶金电炉变压器。 4 轻轨、地下铁道等的牵引变压器。 - 1 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 5 其他不宜于采用油浸变压器的场所。 1.2.1.2 干式变压器温度控制系统在我国的发展历史 自从1964年德国AEG公司生产出第一台干式变压器以来，干式变压器由于具有难燃、安全、维护方便、体积小等特点，得到迅猛发展，并在城市的高层建筑和电站等场所得到广泛的应用。在80、90年代国内许多变压器厂投入大量资金，引进国外干式变压器的先进技术和装备，使我国干式变压器得到迅速发展。干式变压器的制造厂也从最初的七、八家逐渐增加到几十家，目前已有上千家。 在变压器运行中，如果遇到短路、过载、环境温度过高或冷却通风不够等情况时，就会使变压器过热。对于干式变压器，其热平衡性能差，绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因。因此，对变压器绕组的运行温度进行监测、驱动风机实现强迫风冷及报警控制是十分重要的。干式变压器温度控制系统是维护干式变压器运行的重要部件，能有效防止变压器温升过高引发事故，还能促进变电站的科学管理，通过降低温度实现变压器的经济运行。其工作可靠性的高低和操作是否方便将直接影响到干式变压器的运行质量。 最初，干式变压器的温度控制系统有4种形式: 1盘式温度表:可测量铁轭外侧空气上部的空气温度，无保护功能。 2毛细管式温控器:可对旁边一相低压线圈进行过热保护，无显示功能。 3 PTC(正温度系数)热敏电阻温控装置:可对三相低压线圈进行过热保护，无显示功能。 4铂热电阻测温装置:在A、B、C三相低压线圈预埋三只铂热电阻，用数显温度计巡回显示三相的温度值，并可对它们进行过热保护。 随着电力工业的发展，温度控制系统的设计水平也相应的有所提高和完善。前三种温控系统逐渐被淘汰，铂热电阻温控系统则得到了长足发展。 在20世纪80年代末，铂热电阻温控系统刚出现时，为普通电子电路，非智能型结构，功能上也较单一，只有显示和热保护功能。随后为实现温度信号的远传显示和控制，在温度控制系统上添加了4,20mA电流输出，使温控系统具备温度变送器功能，在测温同时同步输出温度信号。 在90年代初，电子仪器产品大都采用微电子技术进行升级换代，其技术特征是在丰富仪表功能的同时，大幅度提高产品的可靠性。干式变压器的温控系统也随这个大趋势得到发展。许多温控器生产厂家开发出了XMT系列单片机智能型温度控制系统。这种温控系统主要具有以下功能:A、B、C三相巡回显示:最大值显示;直接启停风机;超温、故障报警;光电耦合，冗余保护系统;自修正子程序等。 - 2 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 1.2.2 干式变压器温度检测仪简介 干式变压器温度检测仪是一种不需人工干预，能自动、实时的对干式变压器各相绕组的温度分别进行测量、显示，并和用户设定的温度限值进行比较，发出开风机、关风机、超温报警、超温跳闸信号，去控制风机、警铃和中间继电器动作的仪器。 干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝 [2]缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。 1.3 相关的理论及方法综述 1.3.1 如何实现温度控制及显示 1风机自动控制:通过预埋在低压绕组最热处的Pt100热敏测温电阻测取温度信号。变压器负荷增大，运行温度上升，当绕组温度达100?时，系统自动启动风机冷却;当绕组温度低至80?时，系统自动停止风机。 2超温报警、跳闸:通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏测温电阻测采集三相绕组温度信号。当变压器绕组温度继续升高，若达到130?时，系统输出超温报警信号;若温度继续上升达150?，变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使变压器迅速跳闸。 3显示系统:通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏电阻测取温度变化值，直接显示各相绕组温度(三相巡检及最大值显示，并可记录历史最高温度)。 1.3.2 采用单片机作为温度检测的核心 目前，单片机与PC机相比，以其元件少、抗干扰能力强、性能价格比高等优点，在工业自动化控制方面得到了广泛的应用。而光电子技术的发展又使得单片机技术得到了进一步的发展和成熟，各种类型的芯片也应运而生。因此，本设计采用ATMEL公司生产的AT89C51型8位单片机为核心器件，用温度传感器Pt100作为温度测量器件，成功的实现了对干式变压器温度的测量和自动控制功能。 1.4 设计的主要任务和研究内容 1.4.1 主要任务 通过AT89C51单片机与其他必要的电子器件设计一款干式变压器温度检测仪。要求该检测仪能够巡回检测三相绕组的实时工作温度，并以数字形式显示。根据需要可固定显示三相中温度最高一相的温度(最大值显 - 3 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 示)。当测量的温度值>100?时风机启动;测量的温度<80?时风机停止。测量的温度>130?时声光报警;测量的温度>150?时启动跳闸装置并声光报警。 1.4.2 研究内容 采用AT89C51型8位单片机为核心器件，用线性度较好的Pt100温度传感器作为温度测量器件。以NE555定时器作为A/D转换器，用X25045作看门狗电路，MC14489作显示驱动器，采用5个8位共阴极LED作数字显示(其中第一位显示三相中温度最高的一相，其余四位显示测量的该相温度，可显示到小数点后两位)。用2732芯片为单片机扩展4k的EPROM作为外扩程序存储器，并以74LS373作地址锁存器。超高温跳闸电路及风机启停电路实际上是由单片机发出控制信号控制继电器，再由继电器发出跳闸、合闸信号控制相关电路。当单片机接收到由温度检测电路传送的报警信号会启动声光报警。系统框图如图1-1所示。 A/D转风机启停 换电路 控制 温度传 报警 感器 AT89C51 电路 电源 单片机 显示 电路 看门狗 电路 存储器扩按键 展电路 电路 图1-1系统框图 - 4 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第2章 温度检测电路构成及工作原理 2.1 温度检测对象 干式变压器温度检测仪的温度检测对象一般是干式变压器的三相绕组，这是因为一般来说干式变压器三相绕组的温升要远远高于铁芯的温升，并且当三相绕组温度过高需进行强迫风冷时铁芯也同时得到了相应的降温。 [3]表2-1 三相干式配电变压器技术性能参数 容量 连接组别 空载损耗 空载电流 负载损耗 (kVA) (W) (%) (W) 30 Yyn0 240 3.2 890 Dyn11 800 1900 1.6 8770 2500 5000 1.2 21700 从表2-1中不难看出，三相干式变压器空载损耗(既铁芯单独工作时的损耗)较其负载损耗(既三相绕组的损耗)要小的多。而且随着负载的增加负载损耗也会相应的增加。因此说干式变压器三相绕组的温升要远远高于铁芯的温升所以对三相干式变压器进行温度检测时只需检测三相绕组的温升情况即可，而不必检测铁芯的温度。 2.2 温度传感器 精确地测温是控温的前提。在这套系统中对变压器绕组温度的测量采用温度传感器Ptl00。Ptl00是一种新型的温度传感器，化学性能稳定，抗氧化能力强，灵敏度较高。在-200?,+600?温度范围内输出电流与热力学温度成正比(干式变压器的工作范围为0?,200?)，适应了变压器温度测控系统的要求。 铂热电阻与温度之间的关系近似线性关系: 23RRAtBtCtt,，，，,[1(100)]在-200??t? 0? 时:; (2-1) t0 2RRAtBt,，，(1)RR在0??t? 650? 时:。 (2-2) t0t0 RR式中，， 为分别为0? 和t? 时的电阻值; 0t ,3A 为常数，值为3.9684710，/?; ,7B 为常数，值为,，5.84710/? ; ,12,，4.02210C 为常数，值为/?。 Ptl00的输出为电流型输出。为将温度传感器的电流信号转化为电压信号，本设计采用了LM324作为运放，NE555定时器作为A/D转换电路，将 - 5 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 [4]转化后的电压信号传入单片机。 2.3 三相温度巡回检测电路 A，B，C三相电压(温度)及相关变量的关系如表2-3所示。 表2-3 三相电压(温度)及相关变量 输入 比较器 最高 控制 电压 输出函数 温度相 信号 ''Va Vb Vc X1 X2 X3 A B C CB 0 0 1 1 0 0 0 0 高 中 低 0 0 0 1 0 0 0 0 高 低 中 1 0 1 0 1 0 0 1 中 高 低 1 1 1 0 1 0 0 1 低 高 中 0 1 0 0 0 1 1 0 中 低 高 1 1 0 0 0 1 1 0 低 中 高 ''XXX控制信号B，与，，的关系: C123 'B = XX, 13 ' C=XX,32 VVV据此，首先采用三个比较器，对， ，三个输入信号进行比ABC XXXX较，得出，，，信号，再用反相器形成，然后用二个与门将3123 ''B = XX,XXX，，信号按要求，形成所需的控制信号C=XX,3113232'[5]'B，，便能检测出最高温度相。 C 2.4 NE555定时器作A/D转换器的原理 Ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。Ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。Ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型(smd)封装形式。其他如ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。 Ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管、17个电阻、两个二极管、组成了比较器、RS触发器、等多组单元电路。特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器。为上、下比较器提供基准电压。所以称之为555。 Ne555属于cmos工艺制造。 NE555引脚图介绍如下 1地 GND 2触发 - 6 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 3输出 4复位 5控制电压 6门限(阈值) 7放电 V8电源电压 cc 图3-7 NE555引脚图 目前通用的A/D 转换器例如ADC0809、ADC0804等的输入电压仅在0 V,5 V之间，而在实际应用中往往会遇到需要转换的电压超过+5 V。传统的方法是将输入电压进行变换，使其在0 V,5 V之间，以满足A/D转换器的输入要求。本设计利用NE555定时器和单片机构成的A/D转换器，其A/D转换的输入电压范围为4 V,18 V。基于单片机和NE555定时器的A/D转换器的组成原理如图2-4所示。本文选用单片机为AT89C51。图2-4中，单片机AT89C51和555定时器构成一路16位A/D转换器，其实现A/D转换的基本 V思想是:当输入电压不同时，NE555定时器输出脉宽不同的矩形脉冲i - 7 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 波，加到单片机AT89C51的外部中断输入端。AT89C51对脉宽进行测INT0 量，得到一个16位的数字量。完成对输入信号的A/D转换。不同的输入电压对应的脉宽不同，得到的数字量也不相同。 图2-1 A/D转换器与AT89C51的连接 实现模拟电压到脉冲宽度的转换555定时器实现模拟电压到脉冲宽度 RR转换的原理如图2-1所示输入的模拟电压经过电阻、后加到555定时器21 VV的输入端和按照555定时器多谐振荡器的分析方法，图中输出信号的i1i2 VV,it,TRRC,，()ln脉宽为: (2-3) 112VV,it， 取电源电压为5 V，则脉冲宽度为 V,5/3iTRRC,，()ln (2-4) 112V,10/3i,1 - 8 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 T从式(2-4)可以看出，对一定范围的输入电压，输出信号的脉宽与输入模1 V拟电压的大小近似成反比。值得注意的是，在输入模拟电压与输出脉冲1 TV宽度的转换过程中，输入电压为连续变化的信号，在一次转换过程11 VV中，为该转换时间 ?t内的平均值。由于积分电路RC充放电时间的11 制，完成一次转换采样所需的时间t>RC;同时，根据奈奎斯特抽样定理，使输入模拟信号的频率f<5 Hz，即它只能实现对变化缓慢的输入信号的 [6]化。当然也可以通过适当减小R、C的值来提高采样频率。 - 9 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第3章 硬件电路的设计 3.1 单片机AT89C51简介 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，因此ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C-2051是它的一种精简版本。AT89C系列单片机为很多嵌 [7]入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 图3-1 AT89C51引脚图 - 10 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 主要特性: ?与MCS-51 兼容 ?4K字节可编程闪烁存储器 ?寿命:1000写/擦循环 ?数据保留时间:10年 ?全静态工作:0Hz-24Hz ?三级程序存储器锁定 ?128×8位内部RAM ?32可编程I/O线 ?两个16位定时器/计数器 ?5个中断源 ?可编程串行通道 ?低功耗的闲置和掉电模式 [8]?片内振荡器和时钟电路 I/O口的介绍: P0,P3引脚可以将单片机输出的高低电位信号传送给片外的负载，也可将片外其它设备输出的高低电位号输入至单片机，因此，在单片机中，这些引脚就叫做输入输出端口，简称I/O口。一个标准的I/O口一般由8条I/O口线组成。标准I/O口的主要功能相当于一个8位锁存器，能存储一个字节的二进制数据，以保持与之相连接的8条口线各自电位的高低状态。AT89051的第1脚至第8脚相对应的8条口线P1.0至P1.7组成的标准口记作P1口，第10脚至第17脚相对应的口线P3.0至P3.7组成的P3口，第21脚至28脚相对应的8条口线P2.0至P2.7组成了P2口，第32脚至39脚相对应的8条口线P0.0至P0.7组成了P0口。有了这些标准输入输出口，使用起来就很方便了。这样，我们可编制一段程序，向这些标准口中存入一定的数据(这些数据也可叫控制字)，各口线引脚就会呈现出不同的高低电位。比如我们向P0、P1、P2、P3口中送入数据,00H，则每个口的各口线电位状态就会为“0000 0000”，也就是各条口线皆呈低电位。我们再向P0口送入数据,03H。P0.0至P0.7各条口线所呈电位为“0000 0011”，也就是只有P0.0和P0.1两条口线所对应的引脚呈高电位。另外，还应知道，P0口的P0.0,P0.7的位地址是80H至87H，P1口的P1.0至P1.7的位地址是90H至97H，P2.0至P2.7和P3.0至P3.7的位地址分别是A0H至A7H和B0H至B7H。 管脚说明: VCC:供电电压。 GND:接地。 - 11 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示: 口管脚 备选功能 P3.0 RXD(串行输入口) P3.1 TXD(串行输出口) INT0P3.2 (外部中断0) INT1P3.3 (外部中断1) P3.4 T0(记时器0外部输入) P3.5 T1(记时器1外部输入) WRP3.6 (外部数据存储器写选通) RDP3.7 (外部数据存储器读选通) P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 - 12 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 ALE/:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁PROG 存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 :外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，PSEN 每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。 EAEA /VPP:当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H- EAFFFFH)，不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，将内部 EA锁定为RESET;当端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。 XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2:来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。 芯片擦除: 整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 AT89C51的主要特点: AT89C51系列单片机对于一般用户来说，存在下列明显的优点。 1内部含Flash存储器 - 13 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 由于内部含FLASH存储器，因此在系统的开发过程中可以十分容易地进行程序的修改。这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统的工作过程中，能有效的保存一些数据资料，即使外界电源损坏也不影响信息的保存。 2和AT80C51插座兼容 AT89C51单片机的引脚和80C51是一样的，所以，当用AT89C51单片机取代80C51时，可以直接进行代换。 3静态时钟方式 AT89C51单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能。这对于降低便携式产品的功耗十分有用。 4错误编程亦无废品产生 一般的OTP产品，一旦错误编程就成了废品。而AT89C51单片机 内部采用了FLASH存储器，所以，错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品。 5可反复进行系统试验 用AT89C51单片机设计的系统，可以反复进行系统试验。每次试验可以编入不同的程序，这样可以保证用户的系统设计达到最优。而且随着用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统能够不断追随用户的最新要[9]求。 3.2 片外存储器扩展 对于没有内部ROM的单片机或者当程序较长、片内ROM容量不够时，用户必须在单片机外部扩展程序存储器。AT89C51单片机片外有16条地址线，即P0口和P2口，因此最大寻址范围为64 KB(0000H,FFFFH)。 扩展程序存储器常用的芯片是EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)型(紫外线可擦除型)， 如:2716(2K×8)、2732(4K×8)、2764(8K×8)、27128(16K×8)、27256(32K×8)、27512(64K×8)等。另外，还有+5 V电可擦除EEPROM，如2816(2K×8)、2864(8K×8)等等。紫外线擦除电可编程只读存储器EPROM是国内用得较多的程序存储器。EPROM芯片上有一个玻璃窗口，在紫外线照射下，存储器中的各位信息均变1，即处于擦除状态。擦除干净的EPROM可以通过编程器将应用程序固化到芯片中。本设计采用一片2732(4K×8)作为单片机的片外存储器扩展，并采用74LS373作地址锁存器。 芯片说明:?74LS373。74LS373是带三态缓冲输出的8D锁存器，由于单片机的三总线结构中，数据线与地址线的低8位共用P0口，因此必须用地址锁存器将地址信号和数据信号区分开。74LS373的锁存控制端G直接与单片机的锁存控制信号ALE相连，在ALE的下降沿锁存低8位地 - 14 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 址。 ?EPROM 2732。EPROM 2732的容量为4 K×8位。4 K表示有4×1024(22×210=212)个存储单元，8位表示每个单元存储数据的宽度是8位。前者确定了地址线的位数是12位(A0,A11)，后者确定了数据线的位数是8位(O0,O7)。目前，除了串行存储器之外，一般情况下，我们使用的都是8位数据存储器。2732采用单一+5 V供电，最大静态工作电流为100 mA，维持电流为35 mA，读出时间最大为250 ns。2732的封装形式为DIP24，管脚如图所示。 图3-2 2732引脚图 其中，A0,A11为地址线;O0,O7为数据线; CE为片选线;OE/VPP为输出允许/编程高压。除了12条地址线和8条数据线之外，CE为片选线，低电平有效。也就是说，只有当CE为低电平时，2732才被选中，否则，2732不工作。OE/VPP为双功能管脚，当2732用作程序存储器时，其功能是允许读数据出来;当对EPROM编程(也称为固化程序)时，该管脚用于高电压输入，不同生产厂家的芯片编程电压也有所不同。当我们把它作为程序存储器使用时，不必关心其编程电压。 系统外部总线的形成:AT89C51单片机片外引脚可以构成如图3-3所示的三总线结构:地址总线(AB)，数据总线(DB)，控制总线(CB)所有外部总线都通过这三组总线进行扩展。 - 15 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-3 三总线结构图 连线说明:? 地址线。单片机扩展片外存储器时，地址是由P0和P2口提供的。图3-4中，2732的12条地址线(A0,A11)中，低8位A0,A7通过锁存器74LS373与P0口连接，高4位A8,A11直接与P2口的P2.0,P2.3连接，P2口本身有锁存功能。注意，锁存器的锁存使能端G必须和单片机的ALE管脚相连。 ? 数据线。2732的8位数据线直接与单片机的P0口相连。因此，P0口是一个分时复用的地址/数据线。 ? 控制线。CPU执行2732中存放的程序指令时，取指阶段就是对2732进行读操作。CPU对EPROM只能进行读操作，不能进行写操作。CPU对2732的读操作控制都是通过控制线实现的。 2732控制线的连接有以下几条: CE :当系统中只扩展了一个程序存储器芯片时，2732的片选端直接接地，表示2732一直被选中。若同时扩展多片，需通过译码器来完成片选工作。 OE :接AT89C51的读选通信号端。在访问片外程序存储器时，只要OE端出现负脉冲，即可从2732中读出程序。 - 16 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-4 2732与AT89C51单片机连接示例 3.3 看门狗电路X25045简介 看门狗(Watchdog)电路是嵌入式系统需要的抗干扰措施之一。本设计用X25045芯片设计了一种新的看门狗电路，具有体积小、占用I/O口线少和编程方便的特点，可广泛应用于仪器仪表和各种工控系统中。工控系统在运行时，通常都会遇到各种各样的现场干扰，抗干扰能力是衡量工控系统性能的一个重要指标。看门狗(Watchdog)电路是自行监测系统运行的重要保证，几乎所有的工控系统都包含看门狗电路。在8096系列单片机和增强型8051系列单片机中，该系统已经做在芯片内部，用户只要用软件开放它就可以，使用很方便。但目前工控系统仍在使用廉价的普通型8051系列单片机，则看门狗电路必须由用户自己建立。看门狗电路一般有软件看门狗和硬件看门狗两种。软件看门狗不需外接硬件电路，但系统需要出让一个定时器资源，这在许多系统中很难办到，而且若系统软件运行不正常，可能导致看门狗系统也瘫痪。硬件看门狗是真正意义上的“程序运行监视器”，如计数型的看门狗电路通常由NE555多谐振荡器、计数器 - 17 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 以及一些电阻、电容等组成，分立元件组成的系统电路较为复杂，运行不够可靠。 X25045芯片简介:X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。X25045引脚如图3-5所示。 图3-5 X25045引脚图 其引脚功能如下。 CS:片选择输入; SO:串行输出，数据由此引脚逐位输出; SI:串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X25045; SCK:串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出; WP:写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止; Vss:地; Vcc:电源电压; RESET:复位输出。 X25045在读写操作之前，需要先向它发出指令，具体指令名及指令格式如表3-3所示。 表3-3 X25045指令及其含义 指令名 指令格式 操作 WREN 00000110 设置写使能锁存器(允许写操作) WRDI 00000100 复位写使能锁存器(禁止写操作) RDSR 00000101 读状态寄存器 WRSR 00000001 写状态寄存器 READ 0000A8011 把开始于所选地址的存储器中的数据读出 WRITE 0000A8010 把数据写入开始于所选地址的存储器 - 18 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 X25045看门狗电路设计: X25045硬件连接图如图3-6所示。X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。图3-6电路中，CPU的复位信号共有3个:上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。 图3-6 X25045看门狗电路硬件连接图 看门狗定时器的预置时间是通过X25045的状态寄存器的相应位来设定的。如表3-1所示，X25045状态寄存器共有6位有含义，其中WD1、WD0和看门狗电路有关，其余位和EEPROM的工作设置有关。 表3-1 X25045状态寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WD1,0，WD0=0，预置时间为1.4s; WD1,0，WD0=1，预置时间为0.6s; WD1,1，WD0=0，预置时间为0.2s; WD1,1，WD0=1，禁止看门狗工作。 看门狗电路的定时时间长短可由具体应用程序的循环周期决定，通常比系统正常工作时最大循环周期的时间略长即可。编程时，可在软件的合适地方加一条喂狗指令，使看门狗的定时时间永远达不到预置时间，系统就不会复位而正常工作。当系统跑飞，用软件陷阱等别的方法无法捕捉回 - 19 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 程序时，则看门狗定时时间很快增长到预置时间，迫使系统复位。 3.4 LED显示驱动器MC14489 MC14489芯片是MOTOROLA公司生产的LED译码驱动器，可带5位共阴极LED数码管或25个LED显示灯，具有如下特点: R1 不需要外加驱动器，可直接驱动5位LED数码管，通过比较电阻控X制段电流的大小; 2 采用动态扫描驱动，降低了功耗，与单片机连线减少; 3 具有16进制译码、特殊译码和非译码3种方式; 4 根据写入控制寄存器和显示寄存器的内容进行显示。 MC14489是MOS集成电路，芯片内有:24位移位寄存器，用于数据的输入和输出;24位显示寄存器，用于存放显示数据;8位控制寄存器，用于存放显示控制命令;控制逻辑、译码ROM、位开关、阳极驱动电路及振荡器，用于5位7段LED和小数位的译码和驱动显示扫描。 MC14489引脚功能如下: V—电源端，正常工作电压4.5,6V，最低3V。 dd V—电源地端。 ss CLOCK—时钟输入端。 DATA IN—数据输入端，在每个CLOCK时钟的上升沿将数据移入移位寄存器。 ENABLE—片选端，低电平有效。该信号的上升沿将移位寄存器的内容存入控制寄存器或显示寄存器。 DATA OUT—数据输出端，在每个CLOCK时钟的下降沿输出数据。 a,g,dp—7段和小数点阳极驱动输出。其输出电流由Rx决定，当Rx=700欧姆时，每段输出电流35mA;Rx=2k欧姆时，每段输出电流16mA。a,g和dp输出引脚分别与LED数码管的a,g和dp段相连。 BANK1,5—5位LED的阴极驱动开关，分别连接各位LED的阴极，用 [10]于扫描显示中的位驱动。每位扫描频率位1kHz，信号占空比位20%。 - 20 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 图3-5 MC14489与AT89C51连接示例 - 21 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 3.5 键盘的设计方法 图3-6 键盘电路示意图 键盘输入程序的功能有以下三方面: 1判别键盘上有无键闭合:读P1.4,P1.6口的状态，若P1.4,P1.6全为“1”(键盘上行线全为高电平)则键盘上没有闭合键;若P1.4,P1.6不全为“1”，则有键处于闭合状态。 2去除键的机械抖动:其方法为判别键盘上有键闭合后，延迟一段时间再判别键盘的状态，若有键闭合，则认为键盘上有一个键处于稳定的闭合期;否则，认为键是抖动的。 3使CPU对键的一次闭合仅作一次处理，方法是等待闭合键释放以后再做 [11]处理。 本设计的键盘共分3个按键第1个按键为查询键、功能键，当用户想查询温度限值时按一下此键，显示器便将各值显示出来，查询结果显示结束后，自动回到测温状态。其余两个按键用于温度设定，包括开风机设定、关风机设定、超温报警温度、超温跳闸温度。用户可以根据具体需要设置各项温限值作为采样比较参考值。 3.6 超高温跳闸与风机启停电路 由单片机控制的超高温跳闸电路及风机启停电路实际上是由单片机发出控制信号控制继电器，再由继电器发出跳闸、合闸信号控制相关电路。 - 22 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 具体方法如下:单片机I/O口端串一电阻(1K)至三极管(9013)，三极管发射极接地，集电极接5V继电器线圈的一端，线圈另一端接5V电源。一个二极管(1N4148)，负极接5V，正极接三极管集电极。5V继电器开关接其它相关电路就可以了。 图3-6 AT89C51控制继电器 驱动方法总结: 1用9013(24V以下继电器) 2用光藕(低速光藕) 3用驱动芯片，效果好，但是价格比较高 4用运放构成比较器来驱动，例如LM324，电流一般在50mA以下，不是很实用。本设计采用9013，经济实惠。 3.7 串行通讯技术 在某些特定的场合往往需要将AT89C51单片机检测的结果传送到PC机中去，最后由PC机进行信息的处理过程。这样，就需要在单片机和PC机之间建立一种通信结构。这种通信结构可以在单片机和PC机之间进行有效的信息传送。若需要在本设计中添加与上位机通讯环节可以按图3-7所示的连接方式进行连接。 AT89C51单片机通过串行口直接接收PC机传来的串行数据，然后把接收到的数据存入数据存储器。同样，AT89C51通过串行口直接把数据传送给PC机时首先要从数据存储器取出数据，接着送到串行口，再由串行口发送给PC机。 由于PC机的串行口都是RS-232C的标准接口，所以，其输入输出在电平上和采用TTL电平的AT89C51在接口时会产生电平不同的问题。为了解决这个问题，在PC机和AT89C51单片机的串行通讯电路中加入了MAXIM公司的MAX32芯片。这种芯片可以实现TTL电平和RS-232C接口电平之间的转换，也就是可以把5V的电平表示为“1”，0V电平表示”0”逻辑，转换成-3V,15V电平表示“1”，+3V,15V表示“0”的逻辑。 - 23 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 这样在PC机和AT89C51单片机进行串行通信时，就可以顺利执行。 串行接口有同步和异步两种基本的通讯方式。AT89C51和PC机进行串行通讯时采用异步通讯方式。在这种异步通讯方式中，数据的发送和接收按规定的格式进行。 图3-7 AT89C51与PC机串行通信电路 - 24 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 第4章 软件部分 4.1 系统主程序的设计 系统主程序主要完成对AT89C51的各端口进行初始化设置。单片机工 作模式设为低功耗模式，其他所有的工作均在定时器中断服务程序中完 成。主程序的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图如图4-1所示。 设置系统开始 堆栈 定时器初看门狗初 始化 始化 开中断 显存初始 化 子程序初设置I/O 方向 始化 设置单片结束 机工作模 图4-1 主程序流程图 - 25 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 4.2 定时器中断服务程序 首先，定时采样3个通道的温度值。为防止其应用场合受尖脉冲干扰的影响，对温度采样值利用数字中值滤波技术，即对每1绕组的温度和环境温度连续采样15次。15次的采样时间共计为15 s，然后去掉最高、最低的5次采样温度值，余下求平均，便可得到要显示的变压器绕组的实际温度值和环境温度值。然后，取其变压器绕组温度与环境温度的相对值与门槛温度值进行比较。 增加偏移温度采样缓冲器 量 子程序 满, 数据处理 子程序 温度显示 温度扫描键盘扫描中断返回 定时器 子程序 子程序 中断 图4-2 定时器中断流程图 - 26 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 每当定时器产生中断时，对键盘进行扫描，看是否对门槛温度值进行修改。调用实时温度处理子程序，判断其实时温度所在的工作范围，将其结果一方面送输出通道(包括显示系统、报警系统和执行系统等) 。其流程图如图4-2所示。在软件设计方面，为确保单片机连续工作，启用Watchdog避免软件出现死循环、出现“跑飞”现象，实现系统对变压器温度的控制功能。 4.3 串口通讯子程序 在该系统中单片机负责数据采集、处理和控制，上位机进行现场可视化检测，通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 采用半双工异步串行通信方式，通过RS232的RTS信号进行收发转换，传输数据采用二进制数据，上位机与下位机之间采用主从式通讯。PC机采用Visual Basic(简称VB)作为PC机的串行通讯软件。VB是Microsoft公司推出的Windows应用程序开发工具，因其具有界面友好，编程简便等优点而受到广泛的使用，而且Visual Basic 6.0 版本带有专门实现串行通讯的MSCOMM控件。 MSComm控件串口具有完善的串口数据的发送和接收功能。通过此控件，PC机可以利用串行口与其它设备实现轻松连接，简单高效地实现设备之间的通讯。此控件的事件响应有两种处理方式。事件驱动方式:由MSComm控件的OnComm事件捕获并处理通讯错误及事件;查询方式:通过检查CommEvent属性的值来判断事件和错误。 MSComm控件的主要属性和方法 : 1 CommPort:设置或返回串行端口号，其取值范围为1,99，缺省状态下为1 。 2 Setting:设置或返回串行端口的波特率、奇偶校验位、数据位数、停止位。 3 PortOpen:打开或关闭串行端口。 4 RThreshold:该属性为一阀值，它确定当接收缓冲区内字节个数达到或超过该值后就产生MSComml-OnComm事件。 5 Input:从接收缓冲区移走一串字符。 6 Output:向发送缓冲区传送一字符串。 - 27 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 开始开始 自动接收数据子程序自动接收数据子程序 读一个数据且存储读一个数据且存储 NN 是联络信号是联络信号AAHAAH,, YY 回复回复55H55H 接受字节数据接受字节数据 图4-3 串口通讯软件流程图 NN 4.4 抗干扰措施 88个字节到否,个字节到否, 1 解决温控仪中交流电源干扰,其方法是在交流电源的进线端,即电源变压 器的初级串联一个电源滤波器,它可以有效地抑制高频干扰的侵入。 YY - 28 - 返回返回 哈尔滨理工大学学士学位论文 图4-3 交流侧滤波电路 2 在故障输出电路中使用光电耦合器件,使输出具有较高的电气隔离和抗干扰能力。 3 在模拟转换电路中的温度传感器两端,以及其他地方使用压敏电阻器,吸收不同极性的过电压。 4 在干式变压器运行现场进行电磁干扰试验,对试验结果进行概率统计分析,并通过精心选择元器件、采用硬件抗干扰技术及软件抗干扰技术使干 [12]扰源产生的电磁干扰降至最小。 - 29 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 结论 根据干式电力变压器的实际运行情况和干式变压器的设计指标，本设计采用单片机作为干式电力变压器智能温度控制仪的核心。它不需人工干预，能自动、实时的对干式电力变压器各相绕组的温度分别进行测量、显示，并和用户设定的温度限值进行比较，发出开风机、关风机、超温报警、超温跳闸信号，去控制风机、警铃和中间继电器动作，还可以根据客户的具体要求添加串行口通讯功能。 这套系统的特点就是结构简单，所需电子器件较少，从而降低了系统的整体成本。该系统可满足电力系统对干式变压器运行安全性的要求，且功耗低，使用方便，具有十分广泛的应用前景。 - 30 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 致谢 本课题在选题及研究过程中得到白宏哲老师的悉心指导。白老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。白老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时四载，却给以终生受益无穷之道。对白老师的感激之情是无法用言语表达的。 感谢付敏老师、周封老师、王丙全老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。 最后，向我的父亲、母亲致谢，感谢他们对我的理解与支持。 - 31 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 参考文献 1 王卓，白庆华.基于AT89C51的干式变压器温度检测仪.北华大学学报(自然科学版)，2007.4:1. 2 卫桦林 陆履豪.干式电力变压器智能温控仪.信息产品与节能，1999.4 3 张群，王永刚.哈尔滨供电公司企业标准.2007.哈尔滨供电公司，2006.12.25:20 4 丁镇生.传感器及传感器技术应用[M].北京:电子工业出版社，2002 5 张福阳，陈昌俊，赖青梧.DTC-4035三相干式变压器温控仪设计.南昌大学学报(理科版)，1998.9:241 6 Xiao Li Xian.Based on the microcontroller and timer 555 A / D converter design. Foreign electronic components .2006.12:18,19 7王幸之. AT89系列单片机原理与接口技术[M]. 北京航空航天大学出版社，2004 8 张毅刚，王喜元，姜守达. 新编MCS-51单片机应用设计[M](黑龙江:哈尔滨工业大学出版社，1990 9 余永权.ATMEL89系列单片机应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社，2004.4 10 王幸之，钟爱琴，王雷。AT89系列单片机原理与接口技术[M]。北京:北京航空航天大学出版社，2004.5 11张毅刚 彭喜源 曲春波.MSC-51单片机应用设计[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1997.12:148 12 ZHAO Ying-kai, Wang Jingqin.Based on the ATmega16 SCM dry-type transformers intelligent design temperature controller.2005.1:48 - 32 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 附录 1 123456 220V220VK1K2R1R2DDRELAY-SPSTRELAY-SPSTD1D27406A7406A1212DIODEDIODE 1k1kOPTOISO1OPTOISO11k1kx1 10K LM324R1&133KVccSo1393289P10P00D0Q0A0D048+5V23845710P11P01D1Q1A1D1ResetCS33776611P12P02D2Q2A2D243689513RESETVCCP13P03D3Q3A3D35351312414P14R2P04D4Q4A4D47x22SckWp6341415315DISCHGTRIGP15P05D5Q5A5D5CC7331716216330KP16P06D6Q6A6D6C36SiVss832181911710KTHOLDP17P07D7Q7A7D723A825X2504531321122CVOLTOUTP33P20OEA9C4LM32412221119P32P21GNDA102321GNDP22A112152474LS373P35P23555142518P34P24CE Vcc2620P25OE/VPPEA+5V3127EA/VPP26+5V282732P2719X1x3C218X2R320>=191010K10KRESETP30R20.111P31NOT173010KP37ALE/PLM324C11629P36PSENC122AT89C51R124MHz*200+5VS11KC2VCCR3&BB1S233K10K48+5VS3 x4RESETVCCR42CLK a111117DPYDPYDPYDPYDPYaaaaa10KTRIGDISCHGDATA IN b2a2a2a2a2abbbbb330KC5EA c 333336cccccfbfbfbfbfbTHOLDgggggLM324OSC d44444ddddd320.01 C e555555eeeeeecececececOUTCVOLTC6 f6d6d6d6d6d10Kfffff g 7dp7dp7dp7dp7dpgggggGND2Rx dp88888dpdpdpdpdp55512344200*8 VaVcVb200 1AA 2 3Title 4 5MC14489SizeNumberRevisionBDate:17-Jun-2008Sheet of Drawn By:硬件电路7.DDBFile:C:\Program Files\Design Explorer 99 SE\Backup\123456 硬件电路图 - 33 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 附录2 软件编程: AT89C51_报警声程序 ORG 0000H ;报警声 AJMP MIN ;转主程序 ORG 0050H ;主程序 MIN: MOV SP,#50H MOV 20H,#0F0H ;报警声参数 L0098: SETB P2.0 ;P2.0输出报警声 ACALL S00D0 ;延时时间比INT1长 CLR P2.0 ; ACALL S00D0 ; DJNZ 20H,L0098 ;不为零转 CLR P2.0 ; ACALL S00E0 ; SJMP L0098 ; ORG 00E0H S00E0: MOV R2,#25H ACALL S00EB RET ORG 00D0H S00D0: MOV R2,#05H ; ACALL S00EB ; RET ; ORG 00EBH ;通用延时子程序 S00EB: PUSH 02H ;R2(复位后R2即为02H)存放时间常数,进栈 保护 L00ED: PUSH 02H ;R2进栈保护 L00EF: PUSH 02H ;进栈 L00F1: DJNZ R2,$ ;R2不为零等待 POP 02H ;出栈 DJNZ R2,L00EF ;R2不为零转 POP 02H ;出栈 DJNZ R2,L00ED ;R2不为零转 POP 02H ;出栈 - 34 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 DJNZ R2,S00EB ;R2不为零转 RET ;子程序返回 END LED显示驱动器MC14489编程 位序转换程序如下: MOV 20H,#01H ;控制寄存器数据 MOV 21H,#0C7H ;显示寄存器数据 MOV 22H,#45H ;同上 MOV 22H,#29H ;同上 MOV R7，#04H MOV R0，#20H MOV R1，#2AH LOOP0: LCALL CHANG INC R0 INC R1 DJNZ R7,LOOP0 RET CHANG: MOV A,@R0 MOV C,ACC.7 MOV B.0,C MOV C,ACC.6 MOV B.1,C MOV C,ACC.5 MOV B.2,C MOV C,ACC.4 MOV B.3,C MOV C,ACC.3 MOV B.4,C MOV C,ACC.2 MOV B.5,C MOV C,ACC.1 MOV B.6,C MOV C,ACC.0 MOV B.7,C MOV @R1,B RET 发送控制寄存器内容的程序如下: MOV R0，#2AH - 35 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 MOV SCON,#00H MOV A,@R0 CLR P3.6 ;ENABLE=0 LCALL DELAY ;延时1ms LCALL SERIAL SETB P3.6 ;ENABLE=0 LCALL DELAY 发送显示寄存器内容的程序如下: MOV R7,#03H INC R0 CLR P3.6 LCALL DELAY LOOP1: MOV A,@R0 ICALL SERIAL INC R0 DJNZ R7,LOOP1 SETB P3.6 LCALL DELAY RET SERIAL: MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI RET X25045看门狗编程 X25045 1、WD_RST 看门狗复位子程序 2、WD_SET 看门狗定时时间设置子程序 3、RD_SR 读状态寄存器子程序 4、WR_SR 写状态寄存器子程序 5、RD_B 读一个字节数据子程序 6、WR_B 写一个字节数据子程序 CS EQU CS_RAM SI EQU DATAIN SO EQU DATAOUT SCK EQU CLK WR_: MOV R0,#08H ;写8位数据 WR_1: RLC A - 36 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 MOV SI,C CLR SCK SETB SCK DJNZ R0,WR_1 RET RD_: MOV R0,#08H ;读8位数据 RD_1: SETB SCK CLR SCK MOV C,SO RLC A DJNZ R0,RD_1 RET;看门狗复位子程序 WD_RST: CLR CS SETB CS RET;看门狗定时时间设置成600ms WD_SET: MOV R0,#10H ;若将定时时间设为1.4S或200ms，则应送 立即数#00或#20 LCALL WR_SR RET;读状态寄存器子程序，读出的X25045的状态存在A累加器中 RD_SR: MOV A,#05H ;将RDSR命令送A累加器 CLR CS LCALL WR_ LCALL RD_ SETB CS RET;写状态寄存器子程序。F0为写成功与否标志，F0=0，写成功; F0=1，写失败 WR_SR: LCALL RD_SR ;检查WPI位，确定X25045是否正在进行写 操作 CLR F0 JNB ACC.0,WR_SR1 ;WPI=0，转写状态寄存器 SETB F0 ;WPI=1，1F0后返回 RET WR_SR1: CLR CS MOV A,#06H ;置位写使能寄存器 LCALL WR_ SETB CS CLR CS MOV A,#01H ;送写状态寄存器命令 - 37 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 LCALL WR_ MOV A,#18H ;设看门狗定时时间为600ms，块保护地址为 ;100H~1FFH LCALL WR_ CLR CS SETB CS RET;读一个字节数据子程序，待读出数据地址在R3中，读出后的数 据存R4 RD_B: LCALL RD_SR JB ACC.0,RD_B CLR CS MOV A,#03H ;送读E2PROM命令，地址在00H~FFH间 LCALL WR_ MOV A,R3 ;送地址 LCALL WR_ LCALL RD_ ;读数据并送R4 MOV R4,A SETB CS RET;写一个字节数据子程序，写入地址在R3中，数据在R4中 WR_B: LCALL RD_SR JB ACC.0,WR_B CLR CS MOV A,#06H ;置位写使能寄存器 LCALL WR_ SETB CS CLR CS MOV A,#02H ;送写E2PROM命令，地址在00H~FFH间 LCALL WR_ MOV A,R3 ;送地址 LCALL WR_ MOV A,R4 ;送待写数据 LCALL WR_ CLR CS SETB CS RET 单片机控制继电器程序 J_DELAY BIT P3.6 ;定义继电器为单片机管脚P3.6 ORG 0000h - 38 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 AJMP MAIN ;程序跳转 ORG 0030H ;程序执行地址 MAIN: SETB J_DELAY ;使继电器控制端口输出高,关闭继电器 LCALL DELAY ;调用延时子程序DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY CLR J_DELAY ;使继电器控制端口输出=0，点亮继电器 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY AJMP MAIN ;重复循环执行整个程序,整个程序的名字为main DELAY: MOV R7,#250 ;延时子程序开始,子程序名字为 DELAY D1: MOV R6,#250 D2: DJNZ R6,D2 DJNZ R7,D1 RET END ;结束 定时器 计数器编程 方式1 MOV TMOD,#01H;设置定时器0方式1 SET TR0 LOOP: MOV TR0. #0B1H MOV TL0,#0E0H LOOP1: JNB TF0,LOOP1 CLR TF0 CPL P3.2 SJMP LOOP 键盘程序 KEY: ACALL KS1;判别有无键闭合 JZ KEY1 ACALL DELEY10;延迟10ms,消抖 ACALL KS1;确认有无键闭合 JZ KEY1 MOV R2,#0FEH;扫描码 LK4: MOV A,R2 - 39 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A, DPTR;读P1.4~P1.6口 JB ACC.0,LONE;转判1行 MOV A，#0;0行有键闭合，首键号0 AJMP LKP LONE: JB ACC.1,LTWO; 转判2行 MOV A,#01H; 1行有键闭合，首键号01H AJMP LKP LTWO: JB ACC.2,LTHR; 转判3行 MOV A,#02H; 2行有键闭合，首键号02H AJMP LKP LTHR: JB ACC.3KND MOV A,#03H;3行有键闭合，首键号03H LKP: PUSH ACC;键号进堆栈 LK3: ACALL KS1 JNZ LK3;等待按键释放、 POP ACC;键号送A RET KND: AJMP KEY1 KSY1: MOV DPTR,#7F01H; MOV A,#0 MOVX @DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR;读键入状态 CPL A ANL A,#0FH;按键按下A=0否则A?0 RET - 40 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 附录3 英文参考文献 Based on the microcontroller and timer 555 A / D converter design Xiao Li Xian (Chuxiong Application Institute of Technology, Chuxiong in Yunnan 675000) Abstract: In order to overcome the A / D converter in the narrow input voltage range of issues, introduced the use of a microcontroller AT89C51 a timer and NE555 the A / D converter. A detailed analysis of its working principle and A / D converter features. The A / D converter on the importation of low-frequency signals at a higher voltage range with some practical value. Key words: SCM; A / D converter; AT89C51; NE555 CLC: TN79 +2 code: A Article ID :1006-6977 (2006) 12-0018-02 Design Of A / D converter based on microcontroller unit and 555 timer XIA0 Li-xian (ChttxiongApplication and Technology College, Chttxiong 675000, China) Abstract: Aiming at solving the problem of narrow input voltage range in A / D converter, A / D converterbased on microcontroller and 555 timer was introduced. The theory and characteristics of A / D converterare an alyzed. The A / D converter is of some applied value to low frequency and high voltage input sig-nals within a wide input voltage range. Key words: microcontroller; AfD converter; AT89C5 1; NE555 1 INTRODUCTION Now. GM's A / D converter such as ADC0809, ADC0804, and other input voltage only 0 V ~ 5 V between, and in practical applications will often need to convert the voltage encountered more than +5 V. The traditional method is to transform the input voltage to the 0 V ~ 5 V, and to meet the A / D converter input requirements. This paper describes the use of a microcontroller and a timer 555 of the D converter, the A / D converter input voltage range of 4 V ~ 8 V. 2 A / D converter component This article is optional MCU AT89C51. SCM AT89C51 timer and a 555 all the way 16 A / D converter, the realization of A / D converter is the basic idea: When the input voltage is not at the same time, 555 timer output pulse width different rectangular pulse, add - Tablets of the AT89C51 external interrupt input INT0. AT89C51 to measure the width, with a 16 of the figures. Completion of the input signal A / D converter. Different from the corresponding input voltage pulse different, the figures are not the same amount. 3 Realization of A / D converter Principle 3.1 to achieve analog voltage pulse width of the conversion - 41 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 After the analog input voltage resistance R1, R2 add 555 after the timer and in accordance with the input of more than 555 timer harmonic oscillator analysis, VV,it,TRRC,，()lnthe output signal of the pulse as: (1) 112VV,it， V,5/3iFrom the supply voltage for 5 V, the pulse width: TRRC,，()ln 112V,10/3i,1 (2), and then read the timing of T0, that is, pulse width value. On the pulse of the empirical formula (3) obtained: (3). To transform, can be a V=7500/T+2.5 real conversion voltage value. Its flow chart as shown in Figure 3. From-(2), we can see that the scope of the input and output signals in the analog input voltage and pulse width. Inversely proportional to the size of approximate. It is worth noting that in the analog voltage input and output pulse width of the conversion process, the input voltage for the continuous changes in the signal, at a conversion process for the conversion of time Vi t, on average. As integral circuit RC charge and discharge time constraints to complete a conversion sampling time for t> RC; At the same time, according to Nyquist sampling theory, should enable the analog input frequency f <5 Hz, that is, it can only be realized slow to change the input signal to quantify. Of course, it can also be reduced through appropriate scaleR, C to enhance the value of sampling frequency. 3.2 signal to quantify the hardware, software design 3.2.1 signal to quantify the hardware design SCM hardware design as shown in Figure 1. To achieve the 555 timer output signal pulse measurement, using SCM AT89C51 timer / counter T0 measurement of the gated. SCM will be measured Add external signal input rain interruption but, through programmable mode l T0 work in achieving the right signal to quantify. 16 of its pulse width measurement results from the AT89C51 the Po, P1 output. 3.2.2 signal to quantify the software design According to the hardware design principle, to quantify the signal the completion of major software design time / counter mode register TMOD settings. Is set to timer mode 1, GATE gated bit set to 1, the beginning of TR0 set scheduled for 1. Once INT0 (P3.2)-pin high-started a time, until a low-level, and then read the timing of TO, that is, pulse width value. On the pulse of the empirical formula (3) obtained: V = 7500 / T +2.5 (3) To transform, can be a real conversion voltages value. As a timer mode only 16 count length. So high measured pulse width must be less than 65,536 machine cycle if the crystal frequency Hill for 6 MHz, the timing for the largest width 65536 2 131ms. Through experimental verification, when the minimum input voltage i = 4 V, its width is about 10 ms, can meet the needs of the actual timing. 4 A / D conversion of the experimental results - 42 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 In order to verify the A / D converter credibility. Experimental use of A / D converter on the 1.30-5 Hz to the conversion. It shows that the data, A / D converter and the results of the pre-voltage waveform conversion trend is the same. Based on the description of the microcontroller and timer 555 A / D converter is feasible. 5 Conclusion Based on SCM and 555 timer D converter in the high-voltage analog (4 V-18 V) within the A / D converter has some practical value. Applications, T0 measured by the value of the pulse into a voltage value of the experience with the formula will be chosen by the MCU crystal frequency change. If the crystal frequency of 12 MHz, then-(3) The coefficient of 7,500 to 15,000 contingency. Foreign electronic components 翻译 阿房宫赋翻译下载德汉翻译pdf阿房宫赋翻译下载阿房宫赋翻译下载翻译理论.doc : 基于单片机和555定时器的A/D转换器设计 肖丽仙 (楚雄应用技术学院，云南楚雄675000) 摘要:为克服在A/D转换中输入电压范围窄的问题，介绍了一种采用单片 机AT89C51和NE555定时器构成的A/D转换器。详细分析了其工作原理和 A/D转换的特性。该A/D转换器对低频输入信号在较高电压范围内具有一定 的实用价值。 关键词:单片机;A/D转换; AT89C51;NE555 中图分类号:TN79+2 文献标识码:A 文章编号:1006—6977(2006)12— 0018-02 Design Of A/D converter based on microcontroller unit and 555 timer XIA0 Li-xian (ChttxiongApplication and Technology College，Chttxiong 675000，China) Abstract:Aiming at solving the problem of narrow input voltage range in A/D converter，A/D converterbased on microcontroller and 555 timer was introduced(The theory and characteristics of A/D converterare an alyzed(The A/D converter is of some applied value to low frequency and high voltage input sig—nals within a wide input voltage range( Key words:microcontroller; AfD converter; AT89C5 1; NE555 1 引言 目前。通用的A/D 转换器如ADC0809、ADC0804等输入电压仅在0 V,5 V之间，而在实际应用中往往会遇到需要转换的电压超过+5 V。传统的方 法是将输入电压进行变换，使其在0 V,5 V之间，以满足A/D转换器的输 入要求。本文介绍一种利用555定时器和单片机构成的 D转换器，其A/D转 - 43 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 换的输入电压范围为4 V,8 V。 2 A/D转换器的组成 本文选用单片机为AT89C51。单片机AT89C51和555定时器构成一路16位A/D转换器，其实现A/D转换的基本思想是:当输入电压 不同时，555定时器输出脉宽不同的矩形脉冲波，加到单片机AT89C51的外部中断输入端。AT89C51对脉宽进行测量，得到一个16位的数字量(完成对输INT0 入信号的A/D转换。不同的输入电压对应的脉宽不同，得到的数字量也不相同。 3 实现A/D转换的原理 3(1 实现模拟电压到脉冲宽度的转换 VV输入的模拟电压经过电阻R1、R2后加到555定时器的输入端 和 i1i2按照555定时器多谐振荡器的分析方法，输出信号的脉宽为: VV,it,()lnTRRC,， (1) 112VV,it， 取电源电压为5 V，则脉冲宽度为: V,5/3iTRRC,，()ln (2) 112V,10/3,1i 然后读取T0的定时值，即脉宽值。对脉宽值按经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 求出: .进行变换，可得实际转换电压值。从式(2)可以看出，对 V=7500/T+2.5 定范围的输入电压，输出信号的脉宽 与输入模拟电压 。的大小近似成反比。值得注意的是，在输入模拟电压与输出脉冲宽度 的转换过程中，输入电压 为连续变化的信号，在一次转换过程中Vi为该转换时间内t的平均值。由于积分电路RC充放电时间的限制，完成一次转换采样所需的时间t>RC;同时，根据奈奎斯特抽样定理，应使输入模拟信号的频率f<5 Hz，即它只能实现对变化缓慢的输入信号的量化。当然也可以通过适当减小R、C的值来提高采样频率。 3(2 信号量化的硬件、软件设计 3(2(1 信号量化的硬件设计 为实现对555定时器输出信号脉宽的测量，利用单片机AT89C51定时器/计数器T0的门控测量特性(将待测信号加到单片机的外部中断输入端雨而，通过编程设置T0工作在模式l实现对信号的量化。其16位的脉冲宽度测量结果由AT89C51的Po、P1口输出。 3(2(2 信号量化的软件设计 根据系统的硬件设计原理，信号量化的软件设计主要完成对定时/计数器的工作模式寄存器TMOD的设置。 设定为定时器模式1，GATE门控 INT0位设为1，设置定时开始位TR0为1。一旦 (P3(2)引脚出现高电平即开始定时，直到出现低电平，然后读取TO的定时值，即脉宽值 。对脉宽值 - 44 - 哈尔滨理工大学学士学位论文 按经验公式(3)求出:V=7500/T+2(5 (3) 进行变换，可得实际转换电压值。 由于定时器模式1仅有16位计数长度(因此被测脉冲高电平宽度必须小于65536个机器周期若晶振频率丘为6 MHz，则定时的最大脉宽为 ，,655362131ms。通过实验验证，当输入最低电压i=4 V时，其脉宽约为10ms，完全能满足实际定时的需要。 4 A/D转换实验结果分析 为了验证该A/D转换器的可信度(实验中利用A/D转换器对5Hz的三角波进行转换。A/D转换的结果与转换前的电压波形变化趋势是一致的(说明基于单片机和555定时器的A/D转换器是可行的。 5 结束语 基于单片机和555定时器的A/D转换器在高模拟电压(4 V-18 V)内进行A/D转换具有一定的实用价值。应用中，由T0测得的脉宽值转换为电压值的经验公式会随所选择的单片机的晶振频率改变。若晶振频率为12 MHz，则式(3)中系数7500应变为15000。 外国电子元器件 - 45 -