基于单片机AT89S52的中压同步开关控制器系统软件Word文档下载推荐.docx
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2.3KeilC51简介13
第三章系统方案设计15
3.1系统方案设计描述15
3.2单元模块设计方案15
3.2.1键盘单元15
3.2.2微处理器MCU16
3.2.3显示单元16
3.3单元模块方案选择策略16
3.3.1微处理器MCU的选择16
3.3.2键盘访问方式的选择17
3.3.3显示单元选择17
第四章硬件设计18
4.1单片机外围接口电路设计18
4.2键盘电路设计18
4.3LCD显示控制模块设计19
4.4DC-DC转换器设计21
4.4.1DC/DC转换器概念21
4.4.2LCD对比度控制设计21
第五章软件设计22
5.1软件设计流程22
5.2按键扫描处理程序24
5.3LCD显示处理程序26
5.4软件调试29
第六章总结与展望30
6.1预期实现功能30
6.2关于智能化控制的展望30
致谢32
参考文献33
附录34
源程序34
第一章绪论
1.1课题背景
传统的中压断路器的操作机构主要采用电磁机构和弹簧机构等，此操作机构通常是由复杂的传动机构组成的机械系统，运动时间分散性大，运动可控性差、响应速度慢。
而目前，随着科技日新月异的发展，机械运动需要更精确的控制。
因此，生产一种反应速度快、运动可控性强的操作机构迫在眉睫。
利用永磁机构可以提高操作精度，达到微秒量级，从而可以实现同步分合的目的。
同步开关产品是同步分合技术在开关控制器上的应用，目前国外已开发出同步开关产品。
高压、中压断路器及接触器均有相应产品。
国内许多大专院校和研究机构也开始了同步开关产品的研究工作。
但由于多种原因，如国内生产的操作机构机械特性分散性较大，永磁机构机械特性的一致性虽然较好，但其电子控制器的可靠性不是很理想等，所以目前还没有形成产品，更没有同步开关投入运行。
在这方面，我国同国外尚有较大的差距。
研究一款切实可行的同步开关产品，也有利于填补国内一项技术上的空白。
随着微机应用的日益广泛，CPU技术已经渗透到各个领域，智能电器的应用越来越广。
智能电器通过CPU采集、处理外加信号并进行所需的逻辑分析判断，最后发出动作命令来完成各项要求，于是出现了永磁机构的微机控制方式。
永磁机构的微机控制方式是将微机技术和断路器的控制有效地结合起来，具有更强更灵活的逻辑判断分析能力，由于配有永磁机构的断路器的分合闸特性可以通过微机控制来控制，从而实现速度特性的智能控制、开关的选相分合闸、检测动铁心的运动位置和线圈电流、瞬时通电时间等参数，可以实现自动检测。
同时，可以通过外键盘输入，进行功能的设置和参数的整定。
1.2课题意义
本设计是单片机在智能化控制领域的具体应用。
用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统。
例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统以及本文介绍的中压同步开关人机接口系统等。
中压同步开关人机接口系统是一种永磁结构基础上的同步分合技术，同步分合技术的概念已经提出许多年了。
由于补偿电容器投切时的暂态过程与系统电压和电流的相交密切相关，所以选择相分、合闸可以有效抑制这一过程中的过电压和涌流。
这就要求投切电容器的开关分、合闸时间稳定，分散性必须小于1ms，且三相都有各自的操动机构。
传统操动机构传动环节多，累计运动公差大，使其响应动作时间分散性很大，无法实现分合闸时刻电压或电流相角的准确定位，从而制约了同步分合技术的发展。
近年来，随着电力电子、微电子、数据处理、光电传感技术的飞速发展，尤其是永磁操动机构的应用，为同步开关得研制提供了有利条件。
永磁机构将电磁机构和永久磁铁有机地组合起来，无需传统的机械脱扣，锁扣装置，所以零部件少，动作时间分散性小，特别是它可以由电子电路（控制器）进行驱动，动作准确度可达1ms并能通过软件实现在任何目标相位上的分合闸操作。
同步操作一般是在“零电压时关合”或在“零电流时分断”（电流自然过零，而不是强迫过零时分断），如果能做到这一点，断路器的分断能力就可以大大提高，同时对电网造成的过电压也可大大降低。
如一台低成本得负荷开关若能保证在电流接近零时快速分开出头，就可以分断相当大的短路电流；
在关合电容器组时，如果能选相合闸，就可以避免系统的不稳定，克服容性负载的合闸涌流与过电压。
中压同步开关控制器最主要的操作就是同步分、合闸，而这些事件都需要微控器来记录，并且显示出来。
同步开关控制器得微处理器负责采集分、合信号与记录参数，并同时采集波形信号，然后传给人机接口的微处理器，这个过程就需要微处理器之间的通信。
处理器之间通过串口通信把我们所需要的数据传输后在显示单元上显示出来。
同时，操作用户不仅需要看到所记录的数据与波形，还需要对同步开关控制器进行某些参数的设置。
这就涉及到数据的双向传输。
所以，设计出人机接口单元是整个控制系统成功的关键。
本设计就针对中压同步开关控制器系统，设计其人机接口单元，实现同步开关控制器的动作控制、操作显示，同时对其进行数据的收发、控制、显示。
为用户提供一个良好的人机操作界面。
当用户在所需要的菜单下对其进行操作时，只要在控制面板上按下相应的按键进行操作时，显示单元就会显示出相应的内容。
并且对控制器发送指令，进行控制操作。
用户不必知道控制器到底是如何操作得就可以完全进行控制，由于有良好的人机接口，用户更不需要知道具体操控过程。
1.3设计任务及要求
中压同步开关控制器人机接口单元设计的要求如下：
Ø
实现同步开关控制器的动作控制、操作显示。
能进行数据的收发、控制和显示。
设计一个良好的人机操作界面。
显示界面实现菜单的翻页及滚动条的上下移动。
第二章基础理论知识
2.1AT89S52单片机简介
本设计中用到的单片机AT89S52是Atmel公司生产的89系列单片机，是一款低档处理器MCS-51单片机。
2.1.1单片机的基本概念
单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统。
尽管他的大部分功能集成在一块小芯片上，但是它具有一个完整计算机所需要的大部分部件：
CPU、内存、内部和外部总线系统，目前大部分还会具有外存。
同时集成诸如通讯接口、定时器，实时时钟等外围设备。
而现在最强大的单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂的输入输出系统集成在一块芯片上。
单片机也被称为微控制器（Microcontroller），是因为它最早被用在工业控制领域。
单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。
最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，它的所有功能部件都是集成在一块芯片上，所以称之为单片机（Single-ChipMicrocomputer），基于这个理念，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。
2.1.2AT89S52主要性能
与MCS-51单片机产品兼容、8K字节在系统可编程Flash存储器、1000次擦写周期、全静态操作：
0Hz～33Hz、三级加密程序存储器、32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。
AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。
使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。
片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。
在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。
AT89S52具有以下标准功能：
8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。
另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。
空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。
掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。
2.1.3AT89S52主要性能参数
与MCS-51单片机产品兼容
8K字节在系统可编程Flash存储器
1000次擦写周期
全静态操作：
0Hz~33Hz
三级加密程序存储器
32个可编程I/O口线
三个16位定时器计数器
八个中断源
全双工UART串行通道
低功耗空闲和掉电模式
掉电后中断可唤醒
看门狗定时器
双数据指针
掉电标识符
其引脚图如右图2.1所示
图2.1AT89S52引脚图
引脚功能描述如下：
◆VCC:
电源
◆GND:
地
◆P0口：
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。
在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。
在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；
在程序校验时，输出指令字节。
程序校验时，需要外部上拉电阻。
◆P1口：
P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。
此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。
在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。
引脚号
第二功能
P1.0
T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出
P1.1
T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）
P1.5
MOSI（在系统编程用）
P1.6
MISO（在系统编程用）
P1.7
SCK（在系统编程用）
◆P2口：
P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。
在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。
在使用18位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。
在Flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。
◆P3口：
P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。
对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。
P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。
在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。
P3.0
RXD（串行输入）
P3.1
TXD（串行输出）
P3.2
I
（外部中断0）
P3.3
P3.4
T0（定时器0外部输入）
P3.5
T1（定时器1外部输入）
P3.6
（外部数据存储器写选通）
P3.7
◆RST:
复位输入。
晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。
看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。
特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能无效。
DISRTO默认状态下，复位高电平有效。
◆ALE/PROG：
地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。
在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。
在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。
然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。
如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。
这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。
否则，ALE将被微弱拉高。
这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。
◆PSEN:
外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。
当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。
◆EA/VPP:
访问外部程序存储器控制信号。
为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。
为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。
在flash编程期间，EA也接收12伏VPP电压。
◆XTAL1:
振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。
◆XTAL2:
振荡器反相放大器的输出端。
2.2LCD显示控制器SED1335简介
2.2.1SED1335简介
SED1335是日本SEIKOEPSON公司出品的液晶显示控制器它在同类产品中是功能最强的其特点:
1.有较强功能的I/O缓冲器。
2.指令功能丰富。
3.四位数据并行发送最大驱动能力为640×
256点阵。
2.2.2SED1335硬件组成
SED1335引脚图
SED1335具有两种封装（QFP5-60Pin和QFP6-60Pin）图2.2为SED133560个引脚分布图。
图2.2SED133560个引脚分布图
SED1335电路原理框图（图2.3）
但是，仅仅有元器件的引脚还不行，还得看看芯片内部的结构，明确其外围器件的接口，即每一部分接口所具有的相应功能。
如图指出了SED1335的内部结构及其原理框图。
通过它的接口图，我们就可以实现SED1335与LCD及其控制器MCU的硬件连接。
图2.3SED1335电路原理框图
2.3KeilC51简介
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。
用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。
KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。
另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。
在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。
深入理解并应用C51对标准ANSIC的扩展是学习C51的关键之一，因为大多数扩展功能都是直接针对8051系列CPU硬件的。
大致有8类：
8051存储类型及存储区域、存储模式、存储类型生命、变量类型声明、位变量与位寻址、特殊功能寄存器（SFR）、C51指针、函数属性。
C51工具包中的uVision与Ishell分别是C51forWindows和forDos的集成开发环境（IDE），可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。
开发人员可用IDE本身或其它编辑器编辑C或汇编源文件。
然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件（.OBJ）。
目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件（.ABS）。
ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM中。
第三章系统方案设计
3.1系统方案设计描述
人机接口需要人为地输入控制命令，经过MPU处理，最后在显示单元把需要的东西显示出来。
用户选择所需要的命令选项，MCU就实时执行相应的处理程序。
同时，还需要通过按键修改参数值，具体做法是：
按一下增加按键，数字从当前显示值自动加1，当按下减少按键时，当前数字就自动减1.
◆MCU:
MCU（MicroControllerUnit）中文名称为微控制单元。
通过分析，对系统总体方案的设计可以做出以下框图，如图3.1所示。
图3.1系统总体框图
从系统框图可以看出，本系统主要由三大模块组成：
键盘模块：
完成控制命令输入。
MCU模块：
完成运算和信号处理。
显示模块：
显示数据和过程。
3.2单元模块设计方案
3.2.1键盘单元
由于要进行显示的翻页处理、滚动条的上下移动、数字的增减操作，因此只需要上、下、左、右、确定、取消操作，仅仅6个键，如果采用矩阵键盘形式，就是2×
3矩阵，需要5个I/O口；
如果采用独立式键盘形式，就需要6个I/O口。
在此采用独立式键盘形式。
最主要的是采用什么样的访问方式。
方案一：
程序扫描方式。
当处理器完成对显示单元的初始化后，就一直在扫描键盘，等待用户进行处理。
方案二：
采用键盘中断方式。
当处理器完成对显示单元的初始化后，处理器就不进行任何操作，一直等待中断发生，然后再处理相应的键盘程序。
键盘的工作方式：
在单片机应用系统中，键盘扫描只是CPU的工作内容之一。
CPU对键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中CPU的工作状况而定，其选取的原则是既要保证CPU能及时响应按键操作，又不要过多占用CPU的工作时间。
通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。
3.2.2微处理器MCU
采用低档处理器MCS-51单片机，采用一款我们十分熟悉的单片机AT89S52，完成键盘与显示的处理功能。
采用中高档处理器，如：
PSD、DSP、FPGA等，这些处理器的处理速度快，可靠性高。
3.2.3显示单元
由于需要对菜单进行操作，同时还需要显示汉字字符，所以根本就不可能用LED数码管来显示，可以采用LCD显示，也可以采用CRT显示方式。
采用LCD进行显示。
如果直接使用处理器对其进行控制，程序的编写就十分麻烦，可以采用相应的LCD显示控制器，此控制器受控于微处理器。
采用CRT显示。
CRT显示十分直观，可以显示我们所需要的内容。
3.3单元模块方案选择策略
LCD:
LCD液晶显示器是LiquidCrystalDisplay的简称，LCD的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。
比CRT要好的多，但是价钱较其贵。
CRT:
CRT是一种使用阴极射线管（CathodeRayTube）的显示器，主要有五部分组成：
电子枪（ElectronGun），偏转线圈（Deflectioncoils），荫罩（Shadowmask），荧光粉层（Phosphor）及玻璃外壳。
它是目前应用最广泛的显示器之一，CRT纯平显示器具有可视角度大、无坏点、色彩还原度高、色度均匀、可调节的多分辨率模式、响应时间极短等LC
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