处理器单片机协处理器在电力系统中的应用

单片机协处理器在电力系统中的应用

目录

一、硬件

二、软件

正文

前言

在电力测量及保护系统中通常是由单片机构成数个乃至数十个前端处理器。它们通过串行通信与微机构成的中央处理器相连接形成一个完整的系统 以实现对电力系统的遥测、遥信、遥调、遥控等功能。

前端处理器的核心就是单片机从目前的情况来看 以Intel公司的16位单片机80 C 196系列KB、 KC等应用最广。单片机要处理的问题很多。如I/O量、 A/D模数转换、键盘、通信、显示等处理一圈所花费的时间常称之为前端处理器的运行周期。在整个系统中前端

处理器的数量较多 中央处理器对其进行巡检时会花去较多的时间。若能将前端处理器的运行周期缩短毫无疑问能提高整个系统的运行及处理速度使系统的性能得以改善。

被处理的各量中 以模拟量的处理较为复杂且耗时较长。模拟量的处理内容较多如模拟量周期即工频的测定、模拟通道的选择

多个模拟量同一时刻选通一个 、 A/D转换及存储等有时还须采样/保持控制等。如能将模拟量交给一个协处理器去处理势必会减轻主处理器的负担缩短主处理器的运行周期 同时还能为增强某些功能需求创造条件。模拟量的计算通常是用傅氏算法其精度又与模拟信号一周期内采样点的多少有关。采样点多精度就高但耗费的时间也多。若前端处理器采用单一的CPU 由于受到时间和模拟通道数量的限制采样点大约在1224点。若采用协处理器采样点可多至3036点模拟通道多至16个也同样可正常工作。 由于主处理器与协处理器的软件各自独立使得在编制软件思想清晰容易理顺。

一、硬件

图1给出了前端处理器中采用协处理器的硬件略图只画出有关部分 。它的主处理器仍采用了当前流行的16位单片机80 C 196KB

IC6 协处理器采用了W78E51单片机IC3 。 W78E51的指令及性能同89C51只是它的工作频率可以达到40MHz。 由于有两个CPU同时运行而且它们之间还有数据交换如何去协调它们的工作是至关重要的这需要通过硬件和软件的设计来加强保证。

图1中 IC1是8选1的模拟通道芯片MAX338若通道数量超过

8可选用MAX306其通道数量可达16个。 IC2为12位带采样保持功能的A/D模数变换芯片AD1674。 IC4为地址锁存片74LS373 IC5为RAM存储芯片6264它们附属于IC3作为IC3的片外数据存储器。

硬件的工作过程是工频电压或电流经处理后经传感器或者电压/电流互感器、放大器、滤波器等处理变为相应的模拟信号分别从CI 1的8个输入端IN1IN8输入具体选通哪路则取决于A0A2的二进制数。而A0A2又是由IC3的P10P12决定。被选中通道的模拟量由IC 1的OUT输出经跟随器后进入IC2进行A/D变换 由C、A0控制变换的过程 STA给出变换结束的信号它们分别由IC3的

P15P17实施控制和测试。变换完成的数字量为12位分两次输出第一次为高8位DB11DB4 第二次为低8位DB3DB0后加4个0 。这些数据经整理后依次存入数据存储器IC5中。 IC3的P14是IC2的片选信号 P33是IC4、 IC5的片选信号通常为高电平选不中。当进行A/D变换时须先将P14置低电平选中该片变换完成后再置加高电平。当向IC5存、取数据时须通过P33进行控制过程同上。这样可以防止A/D变换、 IC5存取数据、 IC3通过P0口向IC6传送数据这三者之间的相互交叉干扰。

周期值的测量是由一模拟通道提供工频信号经斯密特触发器至IC3的P13进行。 P13相邻两次电平下降的时间隔即可周期值。

IC3的P30、 P31与IC6的P10、 P11构成握手信号将存放IC5中的各量依次取出 由IC3的P0口传至IC6的P0口并存入指定的区

间再进行傅氏运算、处理和控制。 IC5中存储的数据个数是1周期内各采样点的、各通道测得的数据个数的总和。设采样点为Rn通道数为Rm再加上前述的周期值各量均为2字节 总的字节数C=2RnRm 2。当Rn=32 Rm=8则C=2×32×8 2=514字节。当少于200字节时也即采样点、通道数较少时如R n=16 Rm=6 I C 3可用W78E52代替。 W78E52可以利用片内的256个RAM来存储数据而省去片外的数据存储器在硬件上更为简洁。

二、软件

图2是协处理器主程序软件框图。首先对有关的量进行说明 T0和T1是W78E51片内的两个定时器。 T、 Ta和Tb均为2字节寄存器 T用来存储测量出的周期值 Ta存储两相邻采样点的时间间隔 因本例中采样点为32将T右移5位即得Ta值 Tb是Ta对应的溢出值用来产生T0中断。注意 以上诸量都须机器周期来表示本例中采用24MH z晶振一个机器周期的时间为0. 5μ s。 Rm是模拟通道数范围是18。 Rn是采样点数范围是132。

工作过程简述如下当P13电位下跌时周期测试开始到第二次P 13下跌时周期测试结束区间为AAAD 。两次下跌的时间间隔即为工频的周期具有准确的跟踪特性。在周期测试开始后4μ s T0溢出产生中断执行中断子程序总共32次。 中断子程序都是在ADAC间执行的也即在第一周期内所有需要测量的量都已测出。从AD往后便是第二周期主要用来计