变压器微机保护装置的设计原理Word格式文档下载.docx
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下面我们就一一进行较为详细的阐述。
1、CPU模块
在本设计中采用的微处理器(CPU)是AT89C51,它是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes可编程可电擦除的只读存储器(PEROM)和128bytes的随机存储器(RAM),片内置通用8位中央处理器,和FLASH存储单元,功能强大,可供许多高性价比的应用场合,可灵活应用于各种控制领域。
在本系统中,只需一片89C51并少许扩展外围信号调理电路,即可出色地实现本系统功能。
下图便是本设计所用到的单片机:
另外我们还采用了6N137光耦合器,以求对继电器信号进行采集。
这是一款用于单通道的高速光耦合器,其内部有一个850nm波长AlGaAsLED和一个集成检测器组成,其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。
6N137光耦合器原理图:
图3-56N137广耦合原理图
在具体的设计电路中,本芯片由模拟电源提供3.3V电压,并且接地点与模拟地AGND相连,AGND与数字地DGND和通信地CGND等通过单点跟系统外壳(上图中用粗黑线画出的)共地,最后接入真正的大地。
采取模拟电压供电和单独接入模拟地AGND的原因是为了防止数字电路的信号噪声干扰模拟信号采集电路,导致对模拟信号的采在集出错。
其中MAX6674与数字系统的通信采用高速通信光耦隔离。
通过Protel绘制的温度信号处理电路如下图所示。
3、电压、电流信号处理模块
AD736采用双列直插式8脚封装,其管脚排列如图所示:
各管脚的功能如下:
+Vs:
正电源端,电压范围为2.8~16.5V;
-Vs:
负电源端,电压范围为-3.2~-16.5V;
Cc:
低阻抗输入端,用于外接低阻抗的输入电压(≤200mV),通常被测电压需经耦合电容Cc与此端相连,通常Cc的取值范围为10~20μF.当此端作为输入端时,第2脚VIN应接到COM;
VIN:
高阻抗输入端,适合于接高阻抗输入电压,一般以分压器作为输入级,分压器的总输入电阻可选10MΩ,以减少对被测电压的分流。
该端有两种工作方式可选择:
第一种为输出AC+DC方式。
该方式将1脚(Cc)与8脚(COM)短接,其输出电压为效流真有效值与直流分量之和;
第二种方式为AC方式。
该方式是将1脚经隔直电容Cc接至8脚,这种方式的输出电压为真有效值,它不包含直流分量。
COM:
公共端;
Vo:
输出端;
CF:
输出端滤波电容,一般取10μF;
CAV:
平均电容。
它是AD736的关键外围元件,用于进行平均值运算。
其大小将直接响应到有效值的测量精度,尤其在低频时更为重要。
多数情况下可选33μF.
接着,对于电流信号处理模块,我们采用Maxim公司生产的MAX471芯片,有一个电流输出端,可以用一个电阻来简单的实现以大地为参考点的电流转换,并可工作在较宽的电压范围内。
拥有完美的高端电流监测功能,内部含有精密的内部监测电阻,在工作范围内,精度为2%。
在测量电流时,也需要先将大电流转换为小电流,再通过电流监测转换模块。
5、键盘与显示
键盘模块:
当维修人员修复好烧坏的变压器线路时,按键以提示系统可以重新启动。
图3-12键盘模块电路图
显示模块:
在电力变压器智能保护装置中,我们采用LCD1602液晶显示模块,它具有微功耗,体积小,显示丰富,超薄轻巧的诸多有点,在各类仪表和低功耗系统中得到了广泛的应用。
此外,程序简单,如果用数码管动态显示,会占用很多时间来刷新显示,而这里用到的LCD1602能够自动完成此功能。
显示模块引脚图:
1602采用标准的16脚接口,其中:
第1脚:
VSS为电源地
第2脚:
VCC接5V电源正极
第3脚:
V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高(对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度)。
第4脚:
RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。
第5脚:
RW为读写信号线,高电平
(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作。
第6脚:
E(或EN)端为使能(enable)端,高电平
(1)时读取信息,负跳变时执行指令。
第7~14脚:
D0~D7为8位双向数据端。
第15~16脚:
空脚或背灯电源。
15脚背光正极,16脚背光负极。
6、RS485串行口通信模块
在综合了传输距离,传输成本等多种因素后我们选择串行口通信,进行数据的创送。
为了防止外界干扰,首先采用高速光耦将单片机的UART口和RS-485通信器件隔离,单片机和RS-485通信器件单独供电,这样由通信线路从外界引入的干扰将止于高速光耦处,不会从光耦进入单片机,大大提高了单片机的稳定性。
单片机异步通信口与76176之间采用光电隔离
8255
简介
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)。
其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255芯片
8255作为主机与外设的连接芯片,必须提供与主机相连的3个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分,因而8255内部结构分为3个部分:
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
1)与CPU连接部分
根据定义,8255能并行传送8位数据,所以其数据线为8根D0~D7。
由于8255具有3个通道A、B、C,所以只要两根地址线就能寻址A、B、C口及控制寄存器,故地址线为两根A0~A1。
此外CPU要对8255进行读、写与片选操作,所以控制线为片选、复位、读、写信号。
各信号的引脚编号如下:
(1)数据总线DB:
编号为D0~D7,用于8255与CPU传送8位数据。
(2)地址总线AB:
编号为A0~A1,用于选择A、B、C口与控制寄存器。
(3)控制总线CB:
片选信号、复位信号RST、写信号、读信号。
当CPU要对8255进行读、写操作时,必须先向8255发片选信号选中8255芯片,然后发读信号或写信号对8255进行读或写数据的操作。
2)与外设接口部分
根据定义,8255有3个通道A、B、C与外设连接,每个通道又有8根线与外设连接,所以8255可以用24根线与外设连接,若进行开关量控制,则8255可同时控制24路开关。
各通道的引脚编号如下:
(1)A口:
编号为PA0~PA7,用于8255向外设输入输出8位并行数据。
(2)B口:
编号为PB0~PB7,用于8255向外设输入输出8位并行数据。
(3)C口:
编号为PC0~PC7,用于8255向外设输入输出8位并行数据,当8255工作于应答I/O方式时,C口用于应答信号的通信。
3)控制器
8255将3个通道分为两组,即PA0~PA7与PC4~PC7组成A组,PB0~PB7与PC0~PC3组成B组。
如图7.5所示,相应的控制器也分为A组控制器与B组控制器,各组控制器的作用如下:
(1)A组控制器:
控制A口与上C口的输入与输出。
(2)B组控制器:
控制B口与下C口的输入与输出。
2
特性
(1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口.
(2)具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;
B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定.
3
引脚功能
RESET:
复位输入线,当该输入端处于高电平时,所有内部寄存器(包括控制寄存器)均被清除,所有I/O口均被置成输入方式。
CS:
芯片选择信号线,当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯;
/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.
RD:
读信号线,当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息,即CPU从8255读取信息或数据。
WR:
写入信号,当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
D0~D7:
三态双向数据总线,8255与CPU数据传送的通道,当CPU执行输入输出指令时,通过它实现8位数据的读/写操作,控制字和状态信息也通过数据总线传送。
8255具有3个相互独立的输入/输出通道端口,用+5V单电源供电,能在以下三种方式下工作。
方式0————基本输入输出方式;
方式1————选通输入/出方式;
方式2————双向选通输入/输出方式;
PA0~PA7:
端口A输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入锁存器。
工作于三种方式中的任何一种;
PB0~PB7:
端口B输入输出线,一个8位的I/O锁存器,一个8位的输入输出缓冲器。
不能工作于方式二;
PC0~PC7:
端口C输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口,每个4位的端口包含一个4位的锁存器,分别与端口A和端口B配合使用,可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
'
不能工作于方式一或二。
A1,A0:
地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.
当A1=0,A0=0时,PA口被选择;
当A1=0,A0=1时,PB口被选择;
当A1=1,A0=0时,PC口被选择;
当A1=1.A0=1时,控制寄存器被选择.