智能型静止进相器中单片机的系统设计

在传统的可控硅整流装置中，其触发电路大都以电压方法调节导通角α角度，对以分离元件及专用集成电路为主的触发电路，这种方法较易实现，但这种触发器的性能却不尽人意，如电路复杂、调试难度大、脉冲均匀度不好等。为改善以上问题，采用单片机来实现。本系统中，采用ATMEL公司生产的简装形单片机AT89C2051来实现。

一．AT89C2051单片机介绍

89C2051主要特点是采用Flash存储器技术，降低了制造成本，其软件、硬件与MCS-51完全兼容。89C2051片内含有2K字节的 Flash程序存储器，128字节的片内RAM。允许工作的时钟为0—24MHz。89C2051不允许构造外部总线来扩充程序/数据存储器，所以它不需要ALE、PSEN、RA、WR一类的引脚。89C2051共有20个引脚，它只继承了8031最重要的引脚，体积小巧。具体的引脚图如图1所示。

二．单片机电路设计

单片机电路图如图2所示。

 
A、B、C相的电流信号经电流互感器TA1、TA2、TA3检测后，经过信号调理电路、逻辑

变换电路后，从89C2051的P3.4、P3.3、P3.2输入，经单片机处理后，从P1.4、P1.3、P1.2输出。输出的电压信号分别经过一个电压比较器再输出。举A相输出来说明它的工作原理。先来看A相输出电路图如图3所示。

从图3可以看到，LM324的同相电压输入端（12脚）为A相电压输入，反相电压输入端（13脚）的电压为15/（10+2）*2=2.5V。当A 相电压输出大于2.5V时，LM324的输出端（14脚）输出高电平，反之，则输出低电平。所以LM324的输出端输出的为方波信号，它驱动发光二极管 L1明暗交替，一闪一闪。同理，B相、C相也一样。

单片机的9脚（P3.5）用来处理热故障，温度开关信号从YZ11接入，没有热故障时，L5一直亮着，出现热故障时，P3.5输出高电平，L5灭。这时提醒用户需要处理这个故障。

三．单片机软件部分设计

软件是系统的灵魂，没有软件，系统就不能正常运行，所以系统软件设计在整个系统中占有重要的地位。软件设计的好坏将关系着整个系统的好坏，软件的优劣也关系到硬件各部分能否协调工作。因此，对一个系统来说，软件设计是很重要的部分。

在整个系统的控制部分，采用89C2051单片机作为控制部分的核心器件，所以软件设计部分也主要是对89C2051单片机进行编程。

89C2051单片机是与 8031完全兼容的单片机，它在指令系统、片内RAM的设置等和8031完全一致。89C2051为20DIP封装，片内带2K的可编程闪速程序存储器，只需外接晶振就可工作。89C2051最高晶振频率可达24MHz，片内程序存储器可多次擦除重新编程，因此89C2051在许多方面的性能优于 8031，是理想的工业控制单片机。

89C2051有以下几点优点：
（1）2051采用的是MCS-51的核心，十分容易为广大用户所接受；
（2）2051内部基本保持了80C31硬件I/O功能；
（3）2051的Flash存贮器技术，可重复擦/写 1000次以上，容易解决调试手段；
（4）更适合小批量系统的应用，容易实现软件的升级。

89C2051可以采用下面2种方法开发应用系统。
（1）由于89C2051内部程序存贮器为Flash，所以修改它内部的程序十分方便快捷，只要配备一个可以编程89C2051的编程器即可。调试人员可以采用程序编辑、编译、固化和插到电路板中试验这样反复循环的方法，对干熟练的MCS-51程序员来说，这种调试方法并不十分困难。当然这种调试不能够了解片内RAM的内容和程序的走向等有关信息。
（2）将普通 8031/80C31仿真器的仿真插头中P1.0-P1.7和P3.0-P3.6引出来仿真2051，这种方法可以运用单步、断点的调试方法，但是仿真不够真实，比如，2051的内部模拟比较器功能，P1口、P3口的增强下拉能力等等。

在软件调试过程中，选用第（1）种调试方法，即采用程序编辑、编译、固化和插到电路板中试验这样反复循环的方法。

在软件设计中，89C2051实现的功能主要是对检测到的A、B、C相电流（电压）根据控制规则给予具体的控制作用，并对缺相和热故障进行监测和报警。

在控制系统中，由于作为控制对象的交流绕线式电机的转子电流是对称的，所以，只需要检测任意一相电流的频率（在程序中变换成半周期的时间进行处理），与设定值进行比较，计算偏差和偏差变化，并确定在控制规则表中对应的位置以及应该采取何种控制决策。

主程序具体的流程图如图4所示。

子程序设计主要包含根据控制规则表确定延时时间，且延时后输出。具体流程图如图5所示。

其中判断何种工况的程序为：

if (200<e<=250)
   CL=9;
else if (150<e<=200)

四．结束语

采用了单片机作为静止进相器的核心控制部件，有效的提高了系统控制的精确性和稳定性，并且节约了控制成本。