摘 要
电动机因具有结构简单、价格低廉、使用维护方便等优点，在国民经济各方面被广泛采用。然而，由于供电状态和机械负荷的多变性，使得电动机的故障率较高，不仅会损坏电动机本身，而且会影响整个生产，造成较大的经济损失。因此，电动机的安全运行对保证厂矿企业的正常生产是非常重要的。
本文首先分析了异步电动机的常见故障，以对称分量法为依据，采用检测过流幅值、负序电流、零序电流的方法，得出了电动机故障的准确判据，确定了各种故障的保护措施，对电动机实现了短路、堵转、过热、负序电流、零序电流、低电压、过电压、启动时间过长、频繁启动、漏电闭锁等保护功能。
本文以8位单片机ATC51做微处理器，ATC51单片机内置128字的RAM和4K字的ROM，可以进行外部扩展数据存储器和程序存储器，具有性能较好的I/O、运算等功能，有合适的指令系统，能够实现电机智能保护，电路简单，功能齐全。
为了实现电机分布检测和控制的要求，控制系统具有便于集中管理和信息共享的特点。
关键词：电动机，智能保护，单片机ATC51
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卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计
Abstract
Motor has many advantages，such as simple structure, being cheap，maintaining and using conveniently and so on, so it is adopted extensively in the different fields of national economy. However, because of supply power state and mechanical load ge七ting changeable, it makes the malfunction rate of the motor very high.The malfunction will damage the motor, but also influence the whole production,cause the enormous economic losses. So, in order to guarantee the normalproduction of the industrial enterprise, the safe operation of the motor is very important.
This text has analyzed the common malfunction of the asynchronous motor at first. And then it, which is based on symmetrical weight theory, has drawn accurate criterion of the trouble of the motor, confirmed the protective measures of different troubles. Finally, it has realized kinds of protection functions, such as short-circuit protection, rotate-stop protection, over-hea rotection,negative current protection, zero current protection, low-voltage protection,over-voltage protection, overlong start-up time protection, frequent start-up protection, lock protection of electric leakage and so on.
This text has selected 8-bit computer ATC51 as micro-controller. The single-chip computer has built-in RAM and ROM, and can need to expand the RAM and ROM. Having strong function and high-efficient ins ruction system, it has realized intelligence protection of the motor.Its circuit is simple and its function is comprehensive.
In order to realize the motor's demand for distributed measuring and controlling, control system based on network has such characteristics as convenient for centralized management and information sharing.
Keywords:Motor, Intelligence Protection, single-chip computer of ATC51
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目 录
引言 …………………………………………………………………………………………6 第1章 绪论……………………………………………………………………………………7 1.1 智能仪器的特点……………………………………………………………………………7 1.2 智能仪器的组成 …………………………………………………………………………7 1.3 智能仪器的发展趋势………………………………………………………………………8 1.4 电动机的故障特征及保护方法研究………………………………………………………9 第2章 保护系统的硬件设计…………………………………………………………………15 2.1 系统的硬件设计 …………………………………………………………………………15 2.2 ATC51芯片介绍………………………………………………………………………15 2.3 电流电压和温度检测电路 ………………………………………………………………18 2.4 A/D转换和选通电路设计 ………………………………………………………………24 2.5 人机接口界面设计 ………………………………………………………………………28 2.6 看门狗电路的设计 ………………………………………………………………………31 2.7 继电输出电路 ……………………………………………………………………………32 第3章 智能电动机保护装置的软件设计 …………………………………………………33 3.1 系统程序流程………………………………………………………………………………33 3.2 初始化部分…………………………………………………………………………………33 3.3 自检部分……………………………………………………………………………………35 3.4 A/D信号采集部分 ………………………………………………………………………35 3.5 数据处理部分………………………………………………………………………………37 3.6 保护模块……………………………………………………………………………………38 3.7 键盘显示和报警子程序设计………………………………………………………………39 3.8 A/D转换子程序设计 ……………………………………………………………………40 3.9 T0中断程序设计 …………………………………………………………………………41 3.10 看门狗程序设计…………………………………………………………………………41
结论与展望…………………………………………………………………………43 致谢 …………………………………………………………………………………………………44 参考文献………………………………………………………………………………………45 附录A 基于交流电机保护器的电气原理图………………………………………………46 附录 B 外文文献及译文………………………………………………………………………47 附录C 主要参考文献的题录及摘要………………………………………………………52 附录D 程序清单…………………………………………………………………………55
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插图清单
图 1-1 智能仪器的基本组成…………………………………………………………………7 图 1-2 电动机温升特性曲线…………………………………………………………………10 图 2-1 系统结构框图…………………………………………………………………………14 图 2-2 ATC51引脚图………………………………………………………………………15 图 2-3本设计时钟电路………………………………………………………………………16 图 2-4 电流变流器的硬件原理图……………………………………………………………17 图 2-5 零序电流检测的硬件原理图…………………………………………………………17 图 2-6 电流互感器的硬件原理图……………………………………………………………18 图 2-7 电压偏置原理图………………………………………………………………………18 图 2-8 DS18B20引脚图………………………………………………………………………19 图 2-9 写“0”和写“1”时隙………………………………………………………………22 图 2-10 读“0”和读“1”时隙 ……………………………………………………………22 图 2-11 DS18B20与单片机的接口电路………………………………………………………23 图 2-12 TLC549引脚排列 ……………………………………………………………………24 图 2-13 TLC549方式1的时序图 ……………………………………………………………24 图 2-14 TLC549与单片机ATC51的连接图………………………………………………25 图 2-15 CD4051原理图 ………………………………………………………………………26 图 2-16 CD4051芯片引脚图 …………………………………………………………………26 图 2-17 CD4051在本设计中的接法 …………………………………………………………27 图 2-18 键盘接口电路 ………………………………………………………………………28 图 2-19 74LS1引脚图………………………………………………………………………29 图 2-20 显示电路的连接 ……………………………………………………………………29 图 2-21 报警电路 ……………………………………………………………………………30 图 2-22 X5045管脚图…………………………………………………………………………30 图 2-23 看门狗电路的连接 …………………………………………………………………31 图 3-1 系统主程序流程图……………………………………………………………………32 图 3-2 初始化部分流程图……………………………………………………………………33 图 3-3 自检部分流程图………………………………………………………………………34 图 3-4 T1中断子程序流程图…………………………………………………………………36 图 3-5 数据处理部分流程图…………………………………………………………………37 图 3-6 保护部分流程图………………………………………………………………………38 图 3-7 键盘扫描流程图………………………………………………………………………39 图 3-8 LED动态扫描程序流程图……………………………………………………………39 图 3-9 报警子程序流程图……………………………………………………………………40 图 3-10 A/D转换子程序流程图………………………………………………………………40 图 3-11 T0中断程序流程图…………………………………………………………………41 图3-12 X5045读写程序的流程图……………………………………………………………42
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表格清单
表表表表表
2-1 温度和数量关系……………………………………………………………………20 2-2 DS18B20内部存储器…………………………………………………………………20 2-3 温度存储器格式与配置………………………………………………………………20 2-4 存储器中逻辑地址定义………………………………………………………………21 2-5 CD4051通道选择表………………………………………………………………21
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引 言
本次毕业设计是一次实践性的设计：《基于单片机的交流电机保护器的设计》。
电动机作为现代工业动力源的宠儿、机电一体化完美的结合体，其保护问题长期困扰着继电保护专业人员和运行人员。据不完全统计，全国每年由于电动机过载、不平衡、短路、缺相、接地等故障引起电动机损坏的恶性事件数百起，直接经济损失上亿元。因而设计一种性能优良的电动机智能保护装置将具有很现实的意义。
随着计算机技术的飞速发展，微机式保护也广泛用于各种保护系统之中，它不仅能够完成继电保护所要求完成的计算和逻辑判断等性能，同时，对于每一个被保护对象来讲，微型计算机以其方便，灵活、可靠、节能等诸多独特的优点，为理论研究和应用研究提供了更先进的手段，与传统保护装置相比，其通用性、人机对话功能强，可实现各种非常复杂的算法和各种保护原理。所以，微机型的多功能电动机保护将是今后发展的方向。
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第1章 绪论
电子测量仪器按照其功能.IJ以分类为常规测量仪器、智能测量仪器、虚拟测量仪等。 常规测量仪器又分为模拟测量仪器和数字测量仪器。指针式的电压表、电流表、功率表等都是模拟测量仪器。这些仪器的结构简单，功能单一，精度低，显示速度慢。随着电子技术的发展，又出现了数字测量仪器。它的基本上作原理是将待测量的模拟信号转换成数字信号并进行标度的变换，测量结果以数字的形式显示出来。这类仪器的精度较高，读数清晰自观。 随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、看门狗、前置放大器甚至A/D, D/A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，就组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。 1.1智能仪器的特点
智能仪器的出现，极大地扩充了传统仪器的应用范围。智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工业企业中得到了广泛的应用。与传统仪器仪表相比，智能仪器具有以下功能特点：
1)操作自动化。仪器的整个测量过程如键盘扫描、量程选择、开关启动闭合、数据的采集、传输与处理以及显示打印等都用单片机或微控制器来控制操作，实现测量过程的全部自动化。
2)具有自测功能，包括自动调零、自动故障与状态检验、自动校准、自诊断及量程自动转换等。智能仪表能自动检测出故障的部位甚至故障的原因。这种自测试可以在仪器启动时运行，同时也.IJ在仪器上作中运行，极大地方便了仪器的维护。
3)具有数据处理功能，这是智能仪器的主要优点之一。智能仪器山于采用了单片机或微控制器，使得许多原来用硬件逻辑难以解决或根本无法解决的问题，现在可以用软件非常灵活地加以解决。例如，传统的数字万用表只能测量电阻、交自流电压、电流等，而智能型的数字万用表不仅能进行上述测量，而且还具有对测量结果进行诸如零点平移、取平均值、求极值、统计分析等复杂的数据处理功能，不仅使用户从繁重的数据处理中出来，也有效地提高了仪器的测量精度。
4)具有友好的人机对话能力。智能仪器使用键盘代替传统仪器中的切换开关，操作人员只需通过键盘输入命令，就能实现某种测量功能。与此同时，智能仪器还通过显示屏将仪器的运行情况、上作状态以及对测量数据的处理结果及时告诉操作人员，使仪器的操作更加方便自观。
5)具有.IJ程控操作能力。一般智能仪器都配有标准的通信接口，可以很方便地与PC机和其他仪器一起组成用户所需要的多种功能的自动测量系统，来完成更复杂的测试任务。
1.2智能仪器的组成
智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，它主要是山硬件和软件两大部分组成。
硬件部分主要包括主机电路、模拟量输入输出通道、人机部件与接口电路、标准通讯接口等部分。其中，主机电路通常有微处理器、程序存储器、输入输出(I/O接口)电路等组成，或者它本身是一个具有多功能的单片机。模拟量输入输出通道用来输入输出模拟量信号，主要山A/D, D/A转换器和有关的模拟信号处理电路等组成。人机部件的作用是沟通操作者和仪器之间的联系，它主要由仪器面板中的键盘和显示器等组成。标准通讯接口
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电路用于实现仪器与计算机的联系，以便使仪器可以接受计算机的程控命令。图1-1是智能仪器的基本组成图。
RAM ROM
微处理器 接口 接口 接口 接口
自动测试 键盘 测试 报 警
电路
图1-1 智能仪器的基本组成
软件部分主要包括监控程序、接口管理程序和数据处理程序三大部分。其中监控程序面向仪器面板键盘和显示器，其内容包括人机对话的键盘输入及对仪器进行预定的功能设置，对处理后的数据以数字、字符、图形等形式显示等。接口管理程序主要通过接口电路进行数据采集、输入输出通道控制、数据的通讯、数据的存储及测量结果的显示和打印等。数据处理程序主要完成数据的滤波、数据的运算、分析等任务。 1.3 智能仪器的发展趋势
近年来，智能化测量控制仪表的发展尤为迅速。随着微电子技术、微机械技术和信息技术的发展，智能仪器的发展趋势有以下几点： 1)微型化
微型智能仪器指微电子技术、微机械技术、信息技术等综合应用于仪器的生产中，从而使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它能够完成信号的采集、线性化处理、数字信号处理，控制信号的输出放大及与其他仪器的接口、与人的交互等功能。微型智能仪器随着微电子微机械技术的不断发展，其技术不断成熟，价格不断降低，因此其应用领域也将不断扩大。它不但具有传统仪器的功能，而且能在自动化技术、航天、军事、生物技术、医疗领域起到独特的作用。例如，口前要同时测量一个病人的几个不同的参量，并进行某些参量的控制，通常病人的体内要插进几个管子，这增加了病人感染的机会，微型智能仪器能同时测量多参数，而且体积小，丁植入人体，使这些问题得到解决。
2)多功能化
多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。例如，为了设计速度较快和结构较复杂的数字系统，仪器生产)一家制造了具有脉冲发生器、频率合成器和任意波形发生器等功能的函数发生器。这种多功能的综合型产品不但在性能上(如准确度)比用脉冲发生器和频率
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合成器高，而且在各种测试功能上提供了较好的解决方案。
3)人工智能化
人上智能是计算机应用的一个崭新领域，利用计算机模拟人的智能，用于机器人、医疗诊断、专家系统、推理证明等各方面。智能仪器的进一步发展将含有一定的人上智能，即代替人的一部分脑力劳动，从而在视觉(图形及色彩辨读)、听觉(语音识别及语言领悟)、思维(推理、判断、学习与联想)等方面具有一定的能力。这样，智能仪器可无需人的}干预而自主地完成检测或控制功能。显然，人上智能在现代仪器仪表中的应用，使我们不仅可以解决用传统方法很难解决的一类问题，而且.IJ望解决用传统方法根本不能解决的问题。 1.4 电动机的故障特征及保护方法研究
为了保证电动机安全、可靠地运行，必须采取一些保护措施，在电动机出现故障时，应能立即自动切断电源，起到保护电动机和供电线路的作用。 1.4.1电动机的主要类别
电动机按照供电方式的不同，分为直流电动机和交流电动机两大类。交流电动机可分为同步电动机和异步电动机。同步电动机一般应用于功率较大或者转速必须恒定的场合。由于其构造复杂，价格较高，启动和维护都比较困难，囚此应用不如异步电动机普遍。异步电动机的定子和转子之间没有电的联系，能量的传递靠电磁感应作用，故又称感应电动机。交流异步电动机按交流电源的相数又可分为单相交流异步电动机和三相交流异步电动机。三相交流异步电动机按转子构造可分为三相绕线式交流异步电动机和三相鼠笼式交流异步电动机。
三相交流异步电动机具有结构简单、价格低廉、效率较高、坚固耐用、运行可靠、使用和维护方便等很多公认的优点，因此在生产设备中广泛应用。据有关部门统计，在电力拖动的机械中有90%左右是由三相交流异步电动机拖动。本文所讨论的电动机均为交流异步电动机。
1.4.2电动机的常见故障分类
在电动机的故障中，与电气有关的故障占33%，与机械有关的故障占32%，与环境及维护有关的故障占15%，与其他原因有关的故障占20%。本文研究的保护内容主要是针对与电气有关的故障而言。
异步电动机的常见故障可分为对称故障与不对称故障两大类。
对称故障有对称过载、堵转、短路等，它的主要特征是三相仍基本对称，但电流幅值增大，对电动机的损害主要是由于电流增大所引起的热效应。因此，对称故障可以由电流过流程度来反映。
电动机不对称故障很多，除了严重的短路会造成故障相电流明显增大外，不对称故障的大多数一般不出现显著的电流幅值变化，因此过流保护常常不能及时鉴别。电动机不对称故障可进一步分为非接地性不对称故障和接地性不对称故障两类。非接地性不对称故障，主要包括断相、逆相、相间短路及不平衡运行等。由于井下电动机的中心点不接地，因此定子电流中可分解为正序、负序和零序电流分量。当电动机正常运行时，三相基本对称，负序和零序电流分量基本为零;当电动机发生非接地性不对称故障时，会引起三相电流不对称，会出现负序电流分量，所以可以采用负序电流分量作为这类故障的判据。这类故障对电动机的损害主要是负序电流引起的负序效应。接地性不对称故障，包括单相接地短路和两相接地短路两类。当发生接地性不对称故障时，会出现零序电流分量，这是区别其它任何非接地性故障的最根本特征，可作为接地性故障的主要判据。1.4.3电动机的保护方法
电动机最常见的保护功能有短路、堵转、过热、负序电流、零序电流、欠压与过压、
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启动、漏电闭锁保护等，各保护特征与要求如下所述。 1短路保护
电动机出现短路故障后，会在短路线匝内产生很大的电流，使绕组产生高温，以致绝缘变色、焦脆甚至烧毁。另外还会导致供电电网电压下降，从而影响其它用电设备的正常运行。因此，电动机短路故障出现时，应进行速断保护，即瞬时断开发生故障的电动机，把事故在最小范围内。
当电动机正常启动后，系统检测电动机A, B, C三相工作电流的最大值，如果其值大于速断保护设置的电流整定值，速断保护就要立即动作，断开电动机。保护动作电流可根据需要设定在8至12倍的电动机额定电流，短路保护的动作时间应不大于0. 2s。需要注意在设置速断保护电流整定值时，启动时间内和启动时间后的速断电流值分别整定。在启动状态时，电流速断保护应具有高的保护定值:正常运行状态下，具有较低的保护定值。这样不仅能保证电动机在满载启动过程中，短路保护可靠的不动作，即躲过电动机的最大启动电流，又能保证电动机正常运行状态下检测故障的灵敏度。 2堵转保护
由于机械故障、负荷过大、电压过低等原因，会使转子处于转不动的状态。在全电压下堵转的电动机，由于散热条件差，电流大，特别容易被烧坏，因此系统应当装设堵转保护，作为电动机运行过程中短路保护的后备保护。系统要能正确区分启动或正常运转，堵转保护只在启动结束后运行，而在电动机启动过程中并不检测。
在电动机正常运转中假若发生堵转，电流就会增大。当系统检测计算得到的正序电流超过堵转电流整定值，并达到整定时限时，堵转保护动作，输出跳闸信号，切断电动机电源。根据实际情况，保护动作电流可设定在4至8倍的额定电流，整定时限可设定在1.5s，动作时间小于0.3s。 3过热保护
电机发生过负荷是电动机容量与机械负荷不匹配所引起的，是一种非正常运行状态。电机在一定时间内的过负荷是允许的，但是如果过负荷时间较长，会导致电动机的热量积聚，使电动机过热，引起电动机绝缘老化、电机线圈烧毁及引发短路故障。在实际工作中，由于过负荷原因造成的电动机损坏在电动机故障总数中占相当大的比例，因此系统必须装设过热保护。过热保护也可作为电动机短路、启动时间过长、堵转等故障的后备保护。
（1）电动机的发热特性
电动机本身是一个由多种材料组成的组合体，是一个非均质物体，其发热和散热情况均比较复杂。理论上讲，电动机的发热程度应以最热点温度来衡量，但是最热点温度计算起来相当困难且不够准确。实际测定表明，电动机的发热曲线与均质发热体的发热曲线只有较小的差别，因此在电动机热计算中，通常假定电动机是一个均质物体，只计算其平均温升。
电动机在运行时，总有一定能量损耗，损耗包括铜耗、铁耗和机械损耗，其中铜耗与电流的平方成正比，而铁耗和机械损耗几乎不变的，所以可以认为电动机的总损耗P与电流的平方基本成正比关系。这些损耗将全部转变成热能，使电动机自身温度升高，甚至超过周围环境温度。电动机温度比环境温度高出的值就称为温升。 对于电动机的发热过程，由传导学基础可知电动机定子绕组过负荷运行时的热平衡微分方程为:
Qdt(Iov2Ie2)rdt式(1.1)
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式中，Q:电动机定子绕组每秒钟内所产生的热量，如果热量的单位为J，则Q的单位为W;
Iov:电动机定子绕组在过负荷状态时流过的电流(A )； Ie:电动机定子绕组在额定工况时流过的电流(A)； r:电动机定子绕组的电阻() 。
这一热平衡微分方程在考虑发热的同时，也考虑了热量向周围介质的散失，真实地反映了电动机在过负荷状态下实际的温升过程，其温升特性表达式为:
t(Iov2Ie2)rcG(1e) 式(1.2)
AA 式中，Iov,Ie,r的意义同式(1.1)相同; :定子绕组的温升(0C); A:冷却表面积(m2)
:散热系数，即每平方米表面、每度温差、每秒时间内所散发的热量焦耳数(W20);
(mC)e:定子物体材料的比热，即将1公斤物体温度升高10C所需热量的焦耳数; G:定子物体的重量(Kg)。
我们通过式(1. 2 )可以看出，电动机定子绕组的温度随时间成指数关系变化，如图1-2中的曲线SC所示。
m T C t t m图1-2 电动机温升特性曲线 当时间t=a时，电动机的温度与环境温度相同，这时电动机产生的全部损耗都用来提高电动机的温度，所以电动机温度上升很快。随着电动机温度上升的增加，它与周围介质的温度差越来越大，散发到周围介质中的热量也逐渐增加，温升增加变慢，直到散热量等于发热量时，电动机的温度就不再升高，它所产生的全部热量散发到周围介质中，即达到
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稳定温升，则电动机保持着一个稳定不变的温升运行。从发热和温升的观点来看，电动机是可以短时过负荷而不致于被烧坏，但是，电动机长时间的过负荷运行，将使电动机温升超过允许值，从而加速绕组绝缘老化，甚至将电动机烧坏。 （2）过负荷保护原理
设电动机定子绕组在额定工况时流过的电流为Ie，绕组的铜损为Pe;过负荷时电流增大到Iov，，而绕组的铜损由Pe增大到Pov，，则有PeIe2r，PovIov2r。若铜损产生的热量毫无损失地储存在绕组中，也就是假设电动机定子绕组温升过程为一绝热过程，那么根据电动机原理，则绕组的温度按指数规律上升，在指数规律的线性段近似认为温度随时间t线性上升。
（3）传统的过负荷保护存在的问题
[1]因为由过负荷电流所产生的热量总是要向周围介质散失一部分，也就是说实际允许的过负荷时间将大于tY。为了弥补这一缺陷，传统的处理方法是加以修正系数，将保护系统的动作特性方程转变为：
tYK 式(1.3)
I2(1)式中，:与定子绕组温升特性、温升裕度等因素有关的修正系数，一般取=0.05。 式(1.3)显然表明，修正系数的作用受I的影响较大。当过负荷较大时，几乎没有什么作用;而当过负荷电流较小时，如I 电动机接地性不对称故障，包括单相接地短路和两相接地短路两类。由对称分量法分析，当发生接地性不对称故障时，定子电流可分解出零序电流分量，这是区别其它任何非接地性故障的最根本特征，可作为接地性故障的主要判据。当发生接地性不对称故障时，故障电流通过定子铁芯，不仅会引起铁芯过热，性能变坏，而且还会使电动机外壳带电，严重威胁着操作人员的生命安全。因此针对接地性不对称故障，有必要设置零序电流保护，作为电动机单相接地短路的主保护，同时可作为两相接地短路的后备保护。 - 12 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） （1）零序电流保护原理 接地性不对称故障受供电系统的中性点接地方式的影响。供电系统的中性点接地方式分为变压器中性点接地系统和变压器中性点不接地系统两种。在变压器的中性点直接接地或经电阻接地系统中，如果发生接地性不对称故障，那么就会产生很大的故障电流。对于大电流接地系统，在满足足够的灵敏度的条件下，可由三相电流互感器的电流之和来取得零序电流或装设专用的零序电流互感器。在变压器的中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，如果发生接地性不对称故障，故障电流较小，仅为几安培。对于小电流接地系统，应装设专用的零序电流互感器来取得零序电流。 [1]变压器中性点接地系统 在变压器的中性点直接接地或经电阻接地系统中，如果发生接地性不对称故障，那么就会产生很大的故障电流，此时系统应速断保护，瞬时断开电动机。动作电流Iod的保护整定原则是:系统要能正确区分启动或正常运转，动作电流应躲开电动机在启动过程中由于三相电流不完全对称而出现的三倍不平衡零序电流，延时整定为0.5s。 [2]变压器中性点不接地系统 在变压器的中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，保护动作电流Iodz的整定原则是:当同一母线上其他任一台电动机单相接地故障时，应保证本电动机的零序电流保护可靠地不动作。 Iodz3UCODwKKNL 式(1.4) 式中，U:本电动机所在电网的相电压(V); COD:本电动机每相对地电容(F); w:角频率; NL:本电动机的电流互感器变比; KK:可靠系数，可取1.5至2 。 保护灵敏度较验原则是:本电动机定子绕组单相接地故障时，本电动机的接地保护 应可靠地动作。灵敏度为: lmI03UCODwNLIodz 式（1.5） 式中，U，COD、w、NL、IODZ的意义同式(1.4)相同; I0:电动机所在全系统三相对地电容电流之和。本系统取Klm2。 （2）定时限零序电流保护 由于我国大中型电动机一般采用中性点不接地方式，所以系统应装设专用的零序电流互感器来取得零序电流(当没有条件装设零序电流互感器时，可以使用计算得到的零序电 - 13 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 流。其保护动作特性如下: I0Iodz 式（1.6） t0todz式中，I0:电动机零序电流(A); Iodz:保护动作电流(A); todz:整定的接地保护动作时间(s)，(一般为0.1s~0.5s); t0:接地保护动作时间(s)。 5欠压与过压保护 异步电动机的转矩、定子电流与电压关系密切。定子电压高或低于额定电压时，会使电磁转矩与定子电流发生显著变化，从而影响电动机的使用寿命。 （1）低电压保护 当供电系统出现短路故障，导致电压降低或电压消失时，电动机转矩急剧下降。在电压恢复电动机自启动时，将有数倍于额定电流的大电流流过电动机，使电网电压降低，同时电动机端电压也降低，造成电动机启动困难或根本不能自启动。如果供电电压恢复的较慢，则电动机长期处于启动状态，电动机或配电系统均受相当大的启动电流作用，在这样长时间的启动电流作用下，会导致绝缘过热甚至损坏。另外，电动机运行时也不允许长时间低电压运行，否则，可能引起电动机过电流甚至堵转，也会烧毁电动机。按规程规定，当电源电压短时降低或短时中断后又恢复时，为保证重要电动机自启动而需要断开次要的电动机;电源电压短时降低或短时中断后，根据生产或工艺的要求，不允许或不需要自启动的电动机;需要自启动，但为保证人身和设备的安全，在电源电压长时间消失后，需从电网中自动断开的电动机，属I类负荷并装有自动投入装置的备用机械的电动机，上述电动机均应装设低电压保护。 本系统具有低电压保护功能。动作特性为:三个相间电压均小于低电压保护定值，且时间超过整定的时间时，低电压保护动作。一般取0.7 Un ( Un:额定电压)作为低电压保护整定值，整定的动作时间可取为0.5s至9s 。 （2）过电压保护 电动机在过电压状态下运行，容易对电动机的绝缘造成破坏，进而损坏电器设备网，因此系统应具有过电压保护功能。 动作特性为:三个相间电压有一相大于过电压保护定值，且时间超过整定的时间时，过电压保护动作。本系统取1.3Un、作为过电压保护整定值，整定的动作时限为ls。 - 14 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 第2章 保护系统的硬件设计 2.1 系统的硬件设计 交流电机保护器系统由以ATC51为CPU的最小系统，测电流电路，测电压线路，测温度电路，操作键盘，LED显示报警电路，看门狗电路等组成，其结构框图如图2-1所示。 DS18B20 测电压电路 单 片 机操作键盘 ATC51 看门狗电路 显示报警 测电流电路 图2-1 系统结构框图 2.2 ATC51芯片介绍 本设计采用美国ATMEL公司的ATC51单片机，其内部含有可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作，故在开发过程中可以十分容易进行程序的修改，大大缩短了开发周期。ATC51是一种低电压，高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。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，ATMEL的ATC51是一种高效微控制器。如图2-2所示。 1、ATC51主要特性 • 与MCS-51 兼容 • 4K字节可编程闪烁存储器 • 寿命：1000次擦/写循环 • 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条可编程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 - 15 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 • 低功耗的闲置和掉电模式 • 片内振荡器和时钟电路 29301110PSENALE/PTXDRXDWRRDRESETX2X1P27P26P25P24P23P22P21P20P07P06P05P04P03P02P01P00ATC51EA/VPT0T1INT0INT1P17P16P15P14P13P12P11P1016179181931141512138765432128272625242322213233343536373839 图2-2 ATC51引脚图 2、主要管脚说明 VCC：供电电压 GND：接地 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4个TTL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。并且作为输入时，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（IIL）这是由于上拉的缘故。P3口为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。P3口也可作为ATC51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1） - 16 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） P3.4 T0（计时器0外部输入） P3.5 T1（计时器1外部输入） P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） 3. 时钟电路 单片机虽然有内部振荡电路，但要形成时钟，必须外部附加电路。51系列单片机的时钟产生方法有两种。一种是内部时钟方式，另一种是外部时钟方式。 （1） 内部时钟方式 利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2引脚上外接定时元件，内部的振荡电路便产生自激振荡，用示波器可以观察到XTAL2输出的时钟信号。最常用的内部时钟方式是采用外接晶体（在频率稳定性要求不高而希望尽可能廉价时，可选择陶瓷谐振器）和电容组成的并联谐振回路，不论是HMOS还是CHMOS型单片机其并联谐振回 路及参数相同。 振荡晶体可在1.2MHz~12MHz之间选择，电容值无严格要求，但在电容值取值对振荡频率输出的稳定性、大小、振荡电路起振速度有少许影响，CX1、CX2可在20pF~100pF之间取值，但在60pF~70pF时振荡器有较高的频率稳定性。 在设计印刷电路板时，晶体或陶瓷谐振器和电容应尽可能靠尽单片机芯片安装，以减少寄生电容，更好是保证谐振器稳定和可靠地工作。为了提高温度稳定性，应采用NPO电容。 （2）外部时钟方式 外部时钟方式是利用外部振荡信号源直接接入XTAL1、XTAL2。由于HMOS和CHMOS单片机内部时钟进入的引脚不同（CHMOS型单片机由XTAL1进入，HMOS型单片机由XTAL2进入），其外部振荡信号源接入的方式也不同。HMOS型单片机的外部振荡信号源的接入方法：外部振荡信号接至XTAL2，而内部的反相放大器的输入端XTAL1应接地。由于XTAL2端的逻辑电平不是TTL的，故建议外接一个上拉电阻。在CHMOS电路中，因内部时钟引入端取反相放大器的输入端（即与非门的一个输入端），故采用外部与HMOS型有所不同，外部信号接至XTAL1，而XTAL2可不接地。外部振荡信号通过一个2分频的触发器而成为内部的时钟信号。故对外部信号的占空比没什么要求，但高电平持续时间和低电平持续时间应大于20ns. (3)本设计方案 由于对上述两种方案的分析，在本设计中选择内部时钟方式。电路如图2-4：所示： XTAL1C130pFATC5111.0592MHzC230pFXTAL2VSS 图2-3本设计时钟电路 - 17 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 在外部晶体上选用晶体振荡器，频率为11.0592MHz，为提高频率稳定性，CX1、CX2都为30pF。 2.3电流电压和温度检测电路 2.3.1电流检测 图是以A相为例的电流检测电路。电流互感器的输出经二阶滤波电路，然后把滤波处理后的信号送入串行A/D转换器TLC549。另外须注意:在软件程序己经固化好的情况下，有时取样电阻不准确，造成A/D转换的不精确，为此在实际系统的设计中加入了电位器，通过调电位器来对AD转换值进行调节。 Rw Io IA 1 2 -12V 3 4 IN DXCT205 +12V LM224 图2-4电流变送器的硬件原理图 DXCT205的原/副边额定电流为5A/2.5mA，原边能够承受较高的电流，故无需在原边 增加限流装置。本保护装置的保护原边电流范围在0-30A之间，副边电压最大不能超过2.5V。测量原边电流范围在0—6A之间，副边电压最大不超过2.5V。运算放大器选用了LM224，以保证原边电流大幅值变动时副边电压仍然有足够的精度。可调电阻RW和稳压管的功能与电压互感器电路中的功能一样。同样，电流变送器经过运算放大器后的输出模拟信号相角与输入模拟信号相角相等。 2.3.2零序电流检测部分 检测零序电流可以采用零序互感器。当三相电流平衡时，起输出电流为零，当出现三相电流不平衡时，则感应的磁场变化，故其输出有电流。本设计采用的是ZCT11-01型零序互感器，其额定电流为30A，输出电压为3.5mV—4mV，在经过滤波放大后即可接AD转换。其接线图如下： D2 +5V 0.01u 2K 5.1K D1 10K 接A/D 0.01u 10K 20K 10K 图2-5零序电流检测的硬件原理图 - 18 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 2.3.3电压检测 电压互感器的硬件设计完全相同，都采用了电流型电压互感器DXPT202, DXPT202的原/副边额定电流为2mA/2mA。电路设计原理如图所示 Rw1 Rw2 Ua 1 2 Uo -12V 3 4 Un DXPT202 +12V LM324 图2-6电压互感器的硬件原理图 电压互感器原边电压范围为0-120V，副边电压最大值不能超过2.5V。RW 1作为原边的限流电阻，使流过DXPT20的电流值达到规定的要求;调节运算放大器的反馈电阻RW2，可以得到所需要输出的电压;运算放大器的作用是使相移减小，增加带负载能力，并使可输出电压范围增大;稳压管的目的是最大输出电压范围，以保证电压范围不超过A/D转换器的最大模拟输入电压限值，从而避免损坏A/D转换器。经过运算放大器后的输出模拟信号相角与输入模拟信号相角相等。 2.3.4电压偏置电路 模拟输入信号进入A/D转换器进行模/数转换时，模拟输入电压范围必须在0 -5V之间。所示的电压偏置电路可以使之满足此条件。 R2 R3 (Vcc) -12V -12V R1 Ui Uo +12V R4 LM324 图2-7电压偏置原理图 上原理图目的是把输出电压控制在5—0V之间。计算如下： Uo= -（Vcc/R2+Ui/R1）*R3 （2-1） 由于Ui的取值区间是-5V- +5V，所以Vo经过偏置电路后，对应的取值范围是5-0V。故经过计算可得R2=2.4R1，R1=2R3，取R3=1K，则R1=2K，R2=2.4K。 因而在软件中，当CPU读取转换的数字量后，必须经过如下处理方能得到互感器副 - 19 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 边出口处的电压值。 U= —（Uo-2.5）2 （2-2） 2.3.5单线数字温度传感器DS18B20 1、DS18B20芯片简介 DS18B20是美国达拉斯(DALLAS)半导体公司推出的应用单总线技术的数字温度传感器。该器件将半导体温敏器件、A/D转换器、存储器等做在一个很小的集成电路芯片上。本设计中温度传感器之所以选择单线数字器件DS18B20，是在经过多方面比较和考虑后决定的，主要有以下几方面的原因： （1）系统的特性：测温范围为-55℃~+125℃ ，测温精度为士0.5℃；温度转换精度9~12 位可变，能够直接将温度转换值以16位二进制数码的方式串行输出；12位精度转换的最大时间为750ms；可以通过数据线供电，具有超低功耗工作方式。 （2）系统成本：由于计算机技术和微电子技术的发展，新型大规模集成电路功能越来越 强大，体积越来越小，而价格也越来越低。一支DS18B20的体积与普通三极管相差无几，价格只有十元人民币左右。 （3）系统复杂度：由于DS18B20是单总线器件，微处理器与其接口时仅需占用1个I/O 端口而且一条总线上可以挂接几十个DS18B20，测温时无需任何外部元件，因此，与模拟传感器相比，可以大大减少接线的数量，降低系统的复杂度，减少工程的施工量。使测温系统的线路结构设计和硬件开销大为简化。 （4）系统的调试和维护：由于引线的减少，使得系统接口大为简化，给系统的调试带来 方便。同时因为DS18B20是全数字元器件，故障率很低，抗干扰性强，因此，减少了系统的日常维护工作。 DS18B20采用3脚封装如图2-3所示 VDD DQ GND DS18B20 图2-8 DS18B20引脚图 引脚说明： 1.GND 接地 2.DQ 数字输入/输出 3.VDD 可选的电源 2、DS18B20的温度测量 DS18B20的核心功能是其数字温度传感器，其温度与数字量的关系如表2-1所示。温度传感器的测量结果被用户定义为9, 10，11或12位，其各自的准确度为0.5、0.25、0.125、 - 20 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 0. 0625。DS18B20测得温度数据在温度寄存器中被存为带标志位的16位数，标志位S表示温度是正是负，为正则S=0，为负则S=1,如果DS18B20设定为12位结果，温度寄存器中所有位将包含有数据；对于11位结果，0位未定义；10位结果，0位和1位未定义；9位结果位2、位1和位0未定义。表2-2是DS18B20内部存储器，表2-3是DS18B20温度存储格式与配置寄存器控制字的格式。由表2-3可知，检测温度由两个字节组成，字节1的高5位S代表符号位，字节0的低4位是小数部分，中间7位是整数部分。字节4是配置寄存器控制字的格式，当主机发出温度转换命令（44H）时，启动温度转换过程，转换时间最长750 ms。主机通过读寄存器命令（BEH），将温度值读出。通过写寄存器功能命令，改变分辨率的设置。 表2-1 温度和数字量的关系 温 度 +1250C +850C +25.06250C +10.1250C +0.50C 00C -0.50C -10.1250C -25.06250C -550C 数字输出（二进制） 0000 0111 1101 0000B 0000 0101 0101 0000B 0000 0001 1001 0001B 0000 0000 1010 0010B 0000 0000 0000 1000B 0000 0000 0000 0000B 1111 1111 1111 1000B 1111 1111 0101 1110B 1111 1110 0110 1111B 1111 1100 1001 0000B 表2-2 DS18B20内部存储器 字 节 0 1 2 3 4 5 6 7 8 ROM 产品代号（28H） 48位器件序列号 48位器件序列号 48位器件序列号 48位器件序列号 48位器件序列号 48位器件序列号 CRC RAM 温度低8位 温度高8位 TH TL 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 数字输出（十六进制） 07D0H 0550H 0191H 00A2H 0008H 0000H FFF8H FF5EH FE6FH FC90H E2PROM TH TL 配置寄存器 表2-3 温度存储格式与配置寄存器控制字格式 字节0 字节1 字节4 Bite7 23 S 0 Bite6 22 S R1 Bite5 21 S R0 Bite4 20 S 1 Bite3 2-1 S 1 Bite2 2-2 2-6 1 Bite1 2-3 2-5 1 Bite0 2-4 2-4 1 3、温度报警信号 - 21 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 DS18B20完成温度转换后，就把测得的温度值与TH，TL作比较。若T>TH或T CRC=X6+X5+X4+1 5、温度传感器的登记 每一个DS18B20在接入系统工作前，必须先进行登记注册。在每台分机上都有一个登记注册端口，DS18B20在接入系统前，先接到登记注册端口，确认后，CPU将DS18B20的物理位址(8个BYTE)读出，然后存入到E2PROM中刚才设定的逻辑地址上，DS18B20在E2PROM中逻辑地址定义见表2-4。 表2-4 存储器中逻辑地址定义 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 P1 P2 P3 L1 L2 L3 D1 D2 D3 D4 X X X X 表中各位表示的意义如下： A15A14 存储操作标志(为固定值00) A13A12A11 口地址 A10A9A8 线地址 A7A6A5A4 点地址 A3A2A1A0 存储区域(0000一0111为位激光ROM码; 1000一1111为读取的温度数据) 6、DS18B20的通信协议 数字式温度传感器和模拟传感器最大的区别，是将温度信号直接转化成数字信号，然后通过串行通信的方式输出。因此掌握DS18B20的通信协议是使用该器件的关键。所有的DS18B20器件要求采用严格的通信协议，以保证数据的完整性。该协议定义了几种信号类型：复位脉冲、应答脉冲时隙；写“0”写“1”时隙；读“0”读“1” 时隙。与DS18B20的通信，是通过操作时隙完成单总线上的数据传输。发送所有的命令和数据时，都是字节的低位在前，高位在后。 （1）复位和应答脉冲时隙 每个通信周期起始于微控制器发出的复位脉冲，其后跟DS18B20发出的应答脉冲。在写时隙期间，主机向DS18B20器件写入数据，而在读时隙期间，主机读入来自DS18B20的数据。在每一个时隙，总线只能传输一位数据。 （2）写时隙 当主机将单总线DQ从逻辑高（空闲状态）拉为逻辑低时，即启动一个写时隙。所有的写时隙必须在60~120us完成，且在每个循环之间至少需要1us的恢复时间。写0和写1时隙如图2-4所示。在写0时隙期间，微控制器在整个时隙中将总线拉低，而写1时隙期 - 22 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 间，微控制器将总线拉低，然后在时隙起始后15us之后释放总线。 写“0”时隙 1 us〈Trec〈∞ 〉1 us 写“1”时隙 60~120 us VP––––––––––––––––––––––––––––– GND –––– –––––––––––– DS18B20采样 DS18B20采样 15 us 45 us 15 us 45 us 图2-9 写“0”和写“1”时隙 ( 3 ) 读时隙 DS18B20器件仅在主机发出读时隙时才向主机传输数据，所以在主机发出读数据命令后，必须马上产生读时隙，以便DS18B20能够传输数据。所有读时隙至少需要60us，且在两次的读时隙之间，至少需要1us的恢复时间。每个读时隙都有主机发起，至少拉低总线1us。读时隙如图2-5所示，在主机发起读时隙之后，DS18B20器件才开始在总线上发送“0”或“1”，若DS18B20发送“1”，则保持总线为高电平。若发送“0”，则拉低总线当发送“0”时，DS18B20在该时隙结束后，释放总线，由上拉电阻将总线拉回至空闲高电平状态。DS18B20发出的数据，在起始时限之后保持有效时间15us。因而主机在读时隙期间，必须释放总线，并且在时隙起始后的15us之内采样总线状态。 读“0”时隙 1 us〈Trec〈∞ 读“1”时隙 VP ––––––––– –––––––– ––––––––––– 主机采样 〉1 us 主机采样 〉1 us 15 us 45 us 15 us 图2-10 读“0”和读“1”时隙 7、DS18B20与单片机的接口电路 DS18B20只有三根外引线：单线数据传输总线端口DQ ，外供电源线VDD ，共用地线GND。DS18B20有两种供电方式：一种为数据线供电方式，此时VDD接地，它是通过内部电容在空闲时从数据线获取能量，来完成温度转换，相应的完成温度转换的时间较长。这种情况下，用单片机的一个I/O口来完成对DS18B20总线的上拉。另一种是外 - 23 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 部供电方式(VDD接+5V)，相应的完成温度测量的时间较短。 在本设计中采用外部供电方式实现DS18B20传感器与单片机的连接，其接口电路如图2-6所示。 ATC51 +5V P2.0 GND 图2-11 DS18B20与单片机的借口电路 2.4 A/D转换和选通电路设计 2.4.1 A/D转换电路 本电路设计A/D转换部分主要核心部分就是我精选的高性价比的A/D转换芯片TLC 549 ，以下会详细介绍。 1．A/D转换芯片介绍 TLC549是TI工公司生产的8位逐次逼近模数转换器，该器件具有两个数字输入端和一个3态输出端，它们提供与微处理器串行端口的3线接口。具备自动采样保持功能，采取差分基准电压高阻输入，可按比例量程校准转换范围，实现低误差的转换。 TLC549的性能特点如下： 8位分辨率A/D转换器; 内在的采样和保持; 总不可调整误差±1LSB MAX. 片内系统时钟; CMOS工艺。 TLC 549的极限参数如下： 电源电压范围:-0.5V至6.5V； 输入电压范围:-0.3V至Vcc+0.3V； 输出电压范围:-0.3V至Vcc+0.3V； 正基准电压:Vcc+0.lV； 负基准电压:-0.1V； 峰值输入电流:±20mA； 峰值总输入电流:±30mA。 TLC549的引脚功能如下： - 24 - 1 2 3 DS18B20 安徽工程科技学院毕业设计（论文） TLC549有D，JG，P，FK等封装形式，其P封装的引脚排列如图2-5所示。其中CS位芯片选择端，低电平有效;ANALOG IN为模拟信号输入端，DATA OUT为转换结果输出端，在时钟信号的作用下，前次转换结果以串行方式依次由该引脚送出;I/O CLOCK为输入/输出时钟;REF+为基准电压的高端值（通常为Vcc）加至该引脚，最大输入电压范围加至REF+和REF-的电压差决定;REF-为基准电压的低端值（通常为地)加至该引脚;Vcc为正电源电压。 1234REF+INREF-GNDVccCLK OUTCSTLC1549865 图 2-12 TLC549引脚排列 TLC549的工作原理如下： 在芯片选择CS无效情况下，I/0 CLOCK被禁止且DATA OUT处于高阻状态。当串行接口把CS拉至有效时，转换时序开始，允许I/0 CLOCK工作并使DATAOUT脱离高阻状态。串行接口把输入/输出时钟序列提供给1/0 CLOCK，并从DATA OUT接收前次转换结果。I/0 CLOCK从主机串行接口接收长度在8和16个时钟之间的输人序列。开始8个1/0时钟提供采样模拟输入的控制时序。 在CS的下降沿，前次转换的MSB出现在DATA OUT端。8位数据通过DATA OUT被发送到主机串行接口。为了开始转换，最少需要8个时钟脉冲。如果I/0 CLOCK传送大于8个时钟长度，那么在第8个时钟的下降沿，内部逻辑把DATA OUT拉至低电平以确保其余位的值为零。根据I/0 CLOCK的速度和CS的操作，TLC1549有6种基本的串行接口定时方式，图2-6所示为方式1的时序图。 图2-13 TLC549方式1的时序图 TLC549具有转换误差小，与单片机接口简单的特点，可方便应用于测控仪表、工业现场检测等场合。目前，利用TLC549构成的温度检测控制器已经应用到某宾馆的供热系统中，长期运行结果表明，该系统控制精度高、可靠性好、极大节约了人力资源。 2．TLC549与单片机的连接 本设计采用TLC549与单片机ATC51相连实现电信号的转换与采集，连接图如下图2-7 - 25 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 模拟信号输入 +5V CS I/O CLOCK DATAOUT TLC549 REF+ REF- GND P2.2 P2.3 P2.4 ATC51 GND 图2-14 TLC549与单片机ATC51的连接图 2.4.2 关于CD4051的模拟测量通道设计 模拟测量通道是整个系统中非常重要的一部分，因为要测量的结果都是将模拟量经A/D转换得到的，模拟通道电路设计的好坏自接影响到测量结果的精度。本节将介绍各测量参数的原理，并给出部分电路图。由于要对多路通道进行数据采集，所以本设计中采用了多路转换器。多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。利用可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上，为了提高过程参数的测量精度，对多路开关提出了较高的要求。理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。此外，还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。 1．整体设计方案 模拟通道电路分为两大部分:电压、电流、电阻、电容、电感和二极管的测量通道及频率、功率和相位测量通道。前者的设计思路是将电压、电流、电阻、电容、电感和二极管等各参数经各自电路变换后变成交流或自流电压信号，再对电压信号进行放大、有效值转换、滤波等处理，处理后的模拟信号进入单片机进行A/D转换，单片机对数据进行处理后再显示、打印等。后者的思路是将交流电压电流信号经电压电流互感器变成可测量的小信号，再对小信号放大处理，然后根据各测量量再经过不同的电路送入单片机进行处理。这就是整体设计的思路。 常用的多路开关有CD4051（或MC14051）、AD7501、LF13508等。CD4051有较宽的数字和模拟信号电平，数字信号为3~15V，模拟信号峰-峰值为15Vp-p；当Vpp-Vee=15V时，其导通电阻为80Ώ；当Vdd-Vee=10V时，其断开时的漏电流为+/-10Pa；静态功耗为1μW。其性能比较适合本系统，故本设计多路转换器选择了CD4051。 CD4051的原理如图3-1所示，它是单端的8路通道开关，它有三根二进制的控制输入和一根禁止输入端INH（高电平禁止）。片上有二进制译码器，可由A、B、C三个二进制信号在8个通道中选择一个，使输入和输出接通。而当INH为高电平时，不论A、B、C为何值，8个通道均不通。 - 26 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） Vss INH A B C Vee X0 X1 …X7 电平 转化 译码驱动电路 X 图2-15 CD4051原理图 表2-5 CD4051通道选择表 INH 0 0 0 0 0 0 0 0 1 A C B 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 --- --- 0 1 0 1 0 1 0 1 --- X接通 X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 全不通 1) 8路模拟开关芯片CD4051的的上作原理和应用 在整个前向模拟电路中，会遇到多选一的情况，即多路输入一路输出。例如在通道选择、量程选择和采样选择时都会遇到，而CD4051是一8路模拟开关芯片，正好可以满足我们的需求。 CD4051全称是单端8通道模拟开关。在数据采集装置中，它通常用于通道的选择，并且允许双向选择，即既.IJ用于多路到单路的切换，也.IJ用于单路到多路的切换。图2-16是它的原理图和引脚图。 X4 1 16 VDD X6 2 15 X2 X 3 14 X1 X7 4 13 X0 X5 5 12 X3 INH 6 11 A 7 10 8 - 27 - 9 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 VEE B VSS C 图 2-16 CD4051芯片引脚图 在本设计中，我们要求对8路的模拟信号进行检测，在本数据采集系统中，我们将经信 号调理电路处理前的信号送入多路转换开关的模拟信号输入端，用单片机的P2.5~P2.3来控制多路开关的接通与关断。CD4051在本设计中的接法如图3-2所示。当 P2.5接高电平时，CD4051的所有输入通道均不通，此时，信号全不接收。当P2.5为低电平时，CD4051可以正常工作，此时我们可以通过控制P2.4~P2.3的状态来选择哪路信号被选通，通道选择表如表3-1所示。选通的信号将进入信号调理电路，进行调理，然后送往模数转换器进行转换。 -15V ATC51 +15V Vee Vdd INH A B C X0 X1 X2 X30 X4 X5 X6 X7 X P2.1 P2.7 P2.6 P2.5 输入模拟信号 调理电路 Vss 图2-17 CD4051在本设计中的接法 INH为选通端，当INH为高时，器件关断，当INH为低时，器件正常运行。1, 2, 4, 5, 12, 13, 14, 15脚为输入输出端，3脚为输出输入端，输出等于输入。8路通道究竟选择哪一路是由ABC的组合来决定的。ABC=000时选择第0路，即Vpin3=Vpin13; ABC=111时选择第7路，即得到Vpin3=Vpin4。所以通过编程的方法可以选择选通哪一路。通过将ABC接在ATC51的P2口，可以控制通道的选择。 2.5人机接口界面设计 2.5.1键盘接口电路的设计 在本设计中由于按键不多我们采用式按键电路。这种电路分为中断方式和查询方式两种，我们选择查询方式，通常按键输入都采用低电平有效，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。其键盘接口电路如图2-7所示。 - 28 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） ＋5V 5.1 K ATC51 +1键 P0.0 RET键 P0.1 -1键 P0.2 停止报警键 P0.3 定点检测键 P0.4 图中： +1键（加一调整键）：在进行定点检测时，该键按下一次，被调整位加一 -1键（减一调整键）：在进行定点检测时，该键按下一次，被调整位减一 RET键（确认键）：当该键被按下时，指向下一个要调整位 定点检测键：通过该键可实现定点检测及显示 停止报警键：通过该键可用手动方式解除报警状态 2.5.2 显示电路的设计 在微机系统中，发光二极管(LED)常常作为重要的显示手段，它既可以显示系统的状态，又可以显示数字和字符。由于LED显示器的驱动电路简单，易于实现且价格低廉，因此是工业仪表和实验室仪器常用的一种输出显示设备。LED数码显示器是LED显示器的一种，它是将多个发光二极管集中在一块，构成阿拉伯数字笔画的形状。这些发光二极管共用一个或两个公共极，为数字信息的显示提供了方便。LED显示器的驱动方法分静态和动态两种。所谓动态是指LED显示器上的信息是通过不断地刷新(即周期性的驱动)维持的。动态驱动的优点是连线比静态方式大为减少，它是数码显示器常用的一种方式。静态驱动编程简单，但占用I/O口较多。本设计采用74LS1驱动4位LED显示的动态扫描驱动方式。 1、芯片介绍 74LS1是8位串入并出移位寄存器，其芯片引脚如图2-8所示。在使用时将A、B并接作为数据的串行输入端DIO，CLK作为时钟端。串行输入时，先将数据在A、B端准备好，在CLK端产生一上升沿，则一位数据移至最低位Q0；再将下一位数据准备好后，在CLK端产生下一上升沿，则下一位数据移至次低位Q1，其余位顺次从低位到高位移动。这种时序符合串行器件特性，即把74LS1当成一典型串行外设，用具有串行外设接口的单片机很简单地传入数据，也可以用普通I/O口模拟其时序将数据移入。74LS1为一般TTL器件，其并行输出端(Q0~Q7)带拉电流负载能力很弱(约400uA )，在带灌电流负载 - 29 - 图2-18键盘接口电路 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 时，每位可允许最大灌电流8mA,所以在电路连接时，用其并出端连LED的“段”，而“位”则需要驱动控制。 12ABQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7345610111213CLKMR74LS1 图2-19 74LS1引脚图 2、74LS1与ATC51的连接 74LS1与ATC51的连接见图2-9所示，图中由于P0口的驱动能力有限，在此我们采用9012二极管来增加其驱动能力。LED动态显示的原理：首先以串行方式向LED显示器数据端口发送第一个8位数据，这时发送位码数据到P0口，此时由于P0.4位低电平而其他口都为高电平，因此LED1数码管显示该数码。这样我们可以发送第二个数据，同样我们应使其对应的位码为低电平且保证其它位为高电平。以此类推对各显示器进行扫描，显示器分时轮流工作。显然每次只有一个显示器显示，但由于人的视觉暂留现象我们仍会感觉所有的显示器都在同时显示。它的优点是：硬件电路简单，占用较少的 I/O口，但其传输数速度较慢。 +5VQ28550Q38550Q6+5VR144.7kR154.7kR1.7kR17Q485504.7k98CLKCOM1+5VU1LED_4COM1COM2COM3COM412986U?74LS1R5R6R7R8R9R10R11R12510510510510510510510510K8K7K6K5K4K3K2K1131211106543Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0MRCLKCOM2+5VCOM37421101153ABCDEFGDPCOM4+5VCON5GNDVCCBA21DAT1237LED8LED15LED_COMR174.7kQ414+5V8550+5V 图 2-20 显示电路的连接 2.5.3 报警电路的设计 - 30 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 设计要求报警时要有声音提醒信号产生，选用一只蜂鸣器来实现这一功能，压电式蜂鸣器工作时约需10mA的驱动电流，并需要一个相应的驱动及控制电路。蜂鸣器作为三极管VT1的集电极负载，当VT1导通时，蜂鸣器发出鸣叫声，VT1截止时，蜂鸣器不发声，R是限流电阻。其与单片机的接口电路如图2-10所 +5V ATC51 R P0.6 VT1 图2-21报警电路 2.6 看门狗电路的设计 X5045是一种集看门狗、电压监控和串行EEPROM三种功能于一身的可编程电路。这种组合设计减少了电路对电路板空间的需求。 X5045中的看门狗对系统提供了保护功能。当系统发生故障而超过设置时间时，电路中的看门狗将通过RESET信号向CPU作出反应。X5045提供了三个时间值供用户选择使用。它所具有的电压监控功能还可以保护系统免受低电压的影响。当电源电压降到允许范围以下时，系统将复位，直到电源电压返回到稳定值为止。X5045的存储器与CPU可通过串行通信方式接口，共有4096个位，可以按512*8个字节来放置数据。 1、引脚介绍 X5045的管脚排列如图2-11所示，它共有8个引脚，各引脚的功能如下： CS：电路选择端，低电平有效 SO：串行数据输出端 SI：串行数据输入端 SCK：串行时钟输入端 WR：写保护输入端，低电平有效 RESET：复位输出端 VCC：电源端 VSS：接地端 VCCCSRESETSIWPVSSX5045SCKSO 图2-22 X5045管脚图 - 31 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 2、X5045与单片机的连接 利用X5045可以很方便地与各类CPU芯片进行连接。它与ATC51的连接电路如图2-12所示。 +5V P1.7 CS VCC T1 SO RESET INT0 VCC WP SCK T0 VSS SI ATC51 图2-23看门狗电路的连接 2.7继电输出电路 本设计是通过MCS-51控制电机的停止。故需要经光藕隔离后在外接接触器来控制电动机的启动和停止。 +12V J1 4.7K +5V TLP521-1 0.68K ATC51 P0.7 图2-24继电输出部分接线图 - 32 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 第3章 智能电动机保护装置的软件设计 对于电动机智能保护装置来说，除了用于一套好的硬件资源外，合适高效的软件设计也是至关重要的。好的软件设计可以最大限度的发挥硬件资源的优势。 3.1系统程序流程 智能保护装置的软件由初始化程序、主程序、数据采样中断程序、参数计算及故障保护程序、通讯中断程序等子程序组成。本系统中将定时器0用于定时采样。由于交流电的频率为50Hz为了做到不失真，本设计在半个采样周期一共采20个点，再求出起最大的值，作为电流和电压或者温度的最大值。定时器1用于外部中断，如按键中断。用户通过按键来设定电流电压和温度的额定值，每按一次，中断一次，CPU响应中断，查询按键代码，调用相应的按键程序。自检的功能是确认在电动机通电前电动机电网电压和温度在正常范围值内，且电动机没有接地故障。数据处理部分的功能是依次求出三相电流的最大值，再转换为有效值。故障判断部分主要是判断电动机 是否有故障，故障是何种类型，以及该调用何种保护。保护模块主要是根据故障类型对电动机作出不同的保护方式（如速断，反时限）。 开始 系统初始化 系统自检 一个周期到否（ 20 点采样）？ N Y 数据处理 Y 有故障吗? 保护模块 N 图3-1系统主序程序流程图 3.2初始化部分 系统初始化包括对定时器Timer0和Timer1的初始化、A/D初始化、I/O口的初始化等。系统初始化后，根据数码管提示，可以选择预先设置好的整定值或根据实际情况修改整定值。按确认键后进行漏电检测，一切正常后，给电动机送电。然后打开定时器中断。若没有键按下，则循环显示电动机正常运行时的电流、电压值；若有键按下，则进行相应 - 33 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 的按键处理子程序。 本系统采用的是式键盘。对是否有键按下的检测方式，通常有中断方式和查询方式两种，在此采用的是查询方式。另外，为了电路的简单起见，本系统采用软件延时的方法消去抖动。 其流程如下： 开始 A/D,I/O,计时器初始化 N 确认键按下? Y 额定电压设定 确 认 键 按 下 ? N Y 额定电流设定 N 确认键按下? Y 零序电流设定 N 确认键按下? Y 定子温度设定 N 10秒到吗？ N Y 5秒到吗？ Y N 5秒到吗？ Y 5秒到吗？ Y N N N 确认键按下?5秒到吗？ Y 1 图3-2初始化部分流程图 - 34 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 电动机在第一次启动前需要对额定电压，额定电流，漏电电流和定子温度进行设定，一旦第一次设定好之后就不需要再设定，只要等待10秒后即可。一般启动前应按一下复位键，以告诉单片机重新开始。 3.3自检部分 自检部分主要完成对电动机送电前的电压进行检测，以及对电动机是否漏电进行判 1 电压检测 读A/D结果 N N 20点采到吗? Y 求出有效值 N ? Y U>1.05Un吗 N Y U<0.95Un吗? N 报警 电动机通电 N 2 图3-3自检部分流程图 10秒到吗？ Y 返回 断，如果没有故障，动机可以通电；否则报警电动机启动失败。待故障排除后再重新进行检测。本设计中设定采样20个点，然后求出最大值作为交流电的最大值。因为交流电的波形是正弦波。所以将求出的波形除以2即可得到交流电的有效值。 在自检部分采样时，因电动机还没有通电，电动机的相电流为零。故不需要对三相电流进行采样，即要保持 P2.5 、P2.6、P2.7三引脚的电平不变。 3.4 A/D信号采集部分 - 35 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 本设计中信号采集部分运用T1中断程序设计，在T1中断程序中，进行连续数据采集，设定1毫秒采集一点，各路采集20点，连续采集8路，即要连续采集160点（8路*20点），而后置标志位Flog为0，进行中断返回。流程图如下。 定时器T1中断程序输入(1ms) 保护现场 Y FLAG=20? FLAG=0关中断 N FLAG= FLAG+1 地址编码送4051采集第1路 地址编码送4051采集第2路 地址编码送4051采集第3路 地址编码送4051采集第4路 地址编码送4051采集第5路 地址编码送4051采集第6路 地址编码送4051采集第7路 地址编码送4051采集第8路 置数据处理标志 恢复现场 返回 图3-4 T1中断子程序流程图 - 36 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 3.5数据处理部分 数据处理部分主要实现以下功能： 1.采样电流，电压值、温度值； 2.求出有效值； 3.求三相电流值的和，用于后面判断故障类型。采样的电流电压值要求出最大值，再转换为有效值。检测出实时定子温度值。 2 N 20点采到吗？ Y 调用各采样数值并计算出各相采集值，计算结束？ Y N 各相求出最大值 Ia+ Ib+Ic=I’ 3 图3-5数据处理部分流程图 首先，采样线电压。因为电网电压一般相对稳定，出现三相电压严重不平衡的情况较少，所以不对每一相电压采样，而是采样ＡＢ线电压作为对电压的监控。每采完一次就将采样结果与上次采样的结果比较，然后求出最大值，并保存结果。采样20 点，并求出最大值，作为线电压的最大值。 采样三相电流原理与采样线电压类似，采样三相电流要分别对每一相电流进行采样，再分别求出三相电流的最大值，最后转换为有效值。 - 37 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 3.6保护模块 3 启动状态正常否？ 有启动故障否？ 启动保护 电动机跳闸 短路故障？ 速断保护 恢复现场 断相故障？ 4 速断保护 接地故障？ 子程序返回 堵转故障？ 零序电流保护 定时限保护 过热故障？ 定时限保护 过电压故障？ 过电压保护 欠电压故障？ 过电流保护 电机跳闸 5 图3-6保护部分流程图 保护模块主要分为两部分：1.定时限部分；2.速断部分。 由于速断部分需要优先处理，故程序先判断是否发生需速断的故障。需速断的故障有三种：1.短路故障；2.断相故障；3.接地故障。 对称短路时三相电流最大值大于设定的短路值（一般是额定电流的８倍左右）。相间短路时三相电流的和不等于零，且有一相电流为零。单相接地时零序电流不为零，且大于零序电流的设定值。定时限部分包括以下情况：1.堵转；2.过热；3.过压；4.欠压。 - 38 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 3.7 键盘显示和报警子程序设计 开始 N 有键按下？ Y 调延时10ms子程序 N 有键闭合？ Y 转各键处理子程序 结束 图3-7 键盘扫描流程图 5 记录故障类型及电压，电流和定子温度值 显示，报警 停止报警键按下？ 消抖延时 有键按下？ Y 复位键按下？ 4 图3-9 报警子程序流程图 - 39 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 程序开始 保护现场 关T0中断，开其他中断 设置段码缓冲区指针 设置位码缓冲区指针 设置显示位数 Y 是闪烁位否？ N 将位码和段码值送P0口 显示某位，延时1ms 显示位数–1 修改显示缓冲区指针显示位数减1 N 显示完否？ Y T0计数器置初值 恢复现场，开中断 中断返回（RET） 图3-8 LED动态扫描程序流程图 - 40 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 3.8 A/D转换子程序设计 本设计采用的TLC549是以开关电容逐次逼近原理工作的8位串行A/D转换器。单电源3V～6V供电范围，控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜，适用于低功耗的小型仪器仪表上的单路A/D采样，也可将多个器件并联使用。TLC549的硬件电路图在第2章已经给出，A/D转换子程序流程图如图3-8所示 开始 CS置高,CLK置低,移位计数器R0为0 CS置低选中TLC549 1.4uS后CLK置高 读DOUT、CLK置低 R0加1，8位读完吗？ Y CS 置高转换值存入缓冲区 子程序返回 图3-10 A/D转换子程序流程图 N - 41 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 3.9 T0中断程序设计 在T0中断程序中，调用键盘扫描子程序，如有按键按下，就进入键值处理子程序，执行完毕后就重装T0计数初值，然后中断返回。其流程图如下图所示。 入栈 扫描键盘 是切换键盘？ Y 电压 电流 温度 N Y R0=R0+1 是加一键？ N R0=R0-1 发送数据 出栈 中断返回 图3-11 T0中断程序流程图 3.10 看门狗程序的设计 X5045芯片提供了EEPROM存贮数据及看门狗功能。它必须通过微处理器加以控制方可实现。在前面已经详细介绍了X5045与单片机的接口电路，其功能的实现还是要靠软件来实现。 X5045读/写操作时序 1、读时序：(l)把CS拉低以选择芯片；(2)发送8位的读(READ)指令；(3)送8位的字节地址；(4)将所选定地址的存储器中的数据移到期SO线上。 2、写时序 在写时序之前，必须先发出WREN指令使“写使能”锁存器置位。具体置位“写使能”锁存器操作为:(1)CS先被拉到低电平；(2)由时钟同步送入WREN指令；(3)将CS变为高电平。 - 42 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 写数据到EEPROM操作为：(l)拉低CS并保持在低电平；(2)发送写指令(WRITE)；(3)写数据，可以连续写多达4个字节的数据，但必须是这4个字节在同一页上。X5045读写程序流程图如图3-11所示。 开始 将CS拉数据写完否 N 允许写 Y 将CS拉高 选择所写的位置 等待状态寄存器不忙 写入地址 将CS拉低 选择所读数据的位置 将数据的一位写入 写入地址 将数据一位一位地读出 结束 3-12 X5045读写程序的流程图 - 43 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 结论与展望 基于单片机的交流电动机保护器装置采用的是将单片机实时控制技术引入电动机保护的一种控制理念，它是将电机学、电力系统分析、电力系统继电保护和单片机控制等方面的知识融合在一起的产物。 电动机在工农业生产中被广泛应用，但是其高故障率对工农业生产造成巨大的经济损失，因此在分析传统电动机保护装置不尽完善的基础上，研制功能完善、可靠性高的电动机保护装置己经成为必要。 本设计做了以下工作： 1．分析了电动机的故障类型，故障原理，并在次基础上给出了相应的保护方法。 2．采用了ATC51单片机，实现了实时控制与保护。 3．保护功能基本包括了电动机常见的故障，如短路，堵转，过载，欠压，过压，接地相间短路等。 对电动机的保护控制并不是粗略的控制，而是要向精确型，实时型继续拓展，本次 设计中仍然存在着一些问题要在以后的研究设计中加以改善，比如在参数设定和参数计算方面都还停留在初步的阶段，如果更高更快更好的饿听高检测精度是我们致力的方向，这就需要在抗干扰，编程和硬件设计方面下工夫。再次，运用总线技术实现远程通信控制也是我们要研究的方向。 - 44 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 致 谢 两个多月的毕业设计很快就过去了，在这些日子里,通过毕业设计使我增长了各种专业知识，同时又使我获得了宝贵的设计，操作和编程等经验，熟悉了做科研设计的基本步骤以及必要的准备工作，而我的成长和一个个阶段性的成功都离不开身边每一个人的指导 和帮助。 首先我衷心的感谢设计指导老师江明老师一直以来给予我的帮助和细致耐心的指导，对于毕业设计过程中遇到的各种问题，江老师总是喜欢对我采取耐心的指导方式，让我不断的认识到问题的所在，最终并解决问题。最让我受益匪浅的是他的严谨的科研态度，以及很注意基本技能的培养。 同时，向指导我的研究生吴春林学长表达我诚挚的谢意，感谢他这些日子中给予我热心的帮助和耐心的指导。 在整个设计过程中，我也得到了电气工程系的大力帮助，提供了良好的设计环境，开放了机房，从而使得收集资料和模拟实验，以及在撰写设计论文等方面都很方便。再次表达谢意。 最后,我衷心感谢江明老师和在大学四年的学习和生活中所给予我帮助的老师和同学。 作者： 卢 兴 2006 年 12 月 21 日 - 45 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 参考文献 [1] 周立功等编著.单片机实验与实践[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003. [2] 何立民编著.MCS—51系列单片机应用系统设计—系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1996. [3] 王幸之 、钟爱琴、 王雷、 王闪.AT系列单片机原理与接口技术[M]. 北京航空航天大学出版社2004-5-1 [4] 杨振江. 流行单片机实用子程序及应用实例[M] . 西安：西安电子科技大学出版社，2002.7 [5] 林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2005. [6]刘华东. 单片机原理与应用[M].电子工业出版社,2003.8 [7] 刘守义、杨宏丽、王静霞. 单片机应用技术[M]. 西安电子科技大学出版社，2002.8 [8] 魏刚.电动机智能保护器的设计[D].合肥工业大学，2005.5 [9] E.Musson Electric motor protector development [J] International Journal of Production Research,1998.06 [10]ATMEL.8-bit Microcontroller with 4K Bytes Flash ATC51.2000.http:/www.atmel.com [11] Dallas Semiconductor Ltd. Understanding and Using Cyclic Redundancy Checks with Dallas iButton Products. Dallas Semiconductor Products Data Sheet，2001 [12] Xior. X5043/X5045 CPU Supervisor with 4K SPI EEPROM[M]. Xicor Inc, 2001,1~20 - 46 - I/O3-12VRW-12VU0I/O 1RWVCCI0clk1dat2com13com24com35com46led_com78P00P01P02P03P04P05P06P07IAP10P11P12P13P14P15P16P173938373635343332131415121524I/O0I/O1I/O2I/O3I/O4I/O5I/O6I/O7I/O 0Ua1312LM224LM324INT1INT0+12VDXCT20511109IN+12VABCUnDXCT205R05.1KCSVCCSORSTWPSCKVSSSI6INH1514U2CD4051BCT1T0U2X5045312AIND2EA/VPDOUT6P20P21P22P23P24P25P26P272118B2022232425262728XTAL11918XTAL2VCCX1X27135D1+5V9RESET17160.001uU3TLC549RDWRRXDTXDALE/PPSEN10113029I/OCLKREF+REF-CS10KXTAL12KU18051AH5.1K0.001u接A/D10KC1CAPY1CRYSTALQ1U1PNPXTAL220KP0.610KBELLR1RES2C2CAPQ28550COM1+12VR144.7kVCCQ3+5V8550+5VCOM2+5VR154.7kVCC附录A：基于交流电机保护器的电气原理图 安徽工程科技学院毕业设计（论文） - 47 - Q6JI4.7KCOM3R1.7kU1LED_4CON518B20COM4R174.7kDPGFEDCBAQ4+5V8550123COM1COM2COM3COM412986+5VVCC3510124711+5VQ?NPN0.68KP0.7MRCLK8CLK9TLP521-1R5R6R7R8R9R10R11R12510510510510510510510510P0.071474LS1P0.1P0.2LED8LED15P0.3P0.4Q485505.1K5.1K5.1K5.1K5.1K4.7K+1键K8K7K6K5K4K3K2K1Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0BAU?13121110654321GNDVCCCON5DAT123RST键-1键+5V停止报警键定点检测键S?S?S?S?S?SW-PBSW-PBSW-PBSW-PBSW-PB+5VLED_COMR174.7k卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 附录B：外文文献及译文 X5045 FEATURES • Selectable time out watchdog timer • Low VCC detection and reset assertion —Five standard reset threshold voltages —Re-program low VCC reset threshold voltage using special programming sequence. —Reset signal valid to VCC= 1V • Long battery life with low power consumption —<50µA max standby current, watchdog on —<10µA max standby current, watchdog off —<2mA max active current during read • 2.7V to 5.5V and 4.5V to 5.5V power supply versions • 4Kbits of EEPROM–1M write cycle endurance • Save critical data with Block Lock™ memory —Protect 1/4, 1/2, all or none of EEPROM array • Built-in inadvertent write protection —Write enable latch —Write protect pin • 3.3MHz clock rate • Minimize programming time —16-byte page write mode —Self-timed write cycle —5ms write cycle time (typical) • SPI modes (0,0 & 1,1) DESCRIPTION These devices combine four popular functions, Poweron Reset Control, Watchdog Timer, Supply Voltage Supervision, and Block Lock Protect Serial EEPROM Memory in one package. This combination lowers system cost, reduces board space requirements, and increases reliability. The device utilizes Xicor’s proprietary Direct Write™ cell, providing a minimum endurance of 1,000,000 cycles and a minimum data retention of 100 years. - 48 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） PRINCIPLES OF OPERATION Power On Reset Application of power to the X5043/X5045 activates a Power On Reset Circuit. This circuit pulls the RESET/RESET pin active. RESET/RESET prevents the systemmicroprocessor from starting to operate with insuf-ficient voltage or prior to stabilization of the oscillator. When VCCexceeds the device VTRIPvalue for 200ms(nominal) the circuit releasesRESET/RESET, allowingthe processor to begin executing code. Low Voltage Monitoring During operation, the X5043/X5045 monitors the VCC level and asserts RESET/RESET if supply voltage falls below a preset minimum VTRIP The RESET/RESET signal prevents the microprocessor from operating in a power fail or brownout condition. The RESET/RESET signal remains active until the voltage drops below 1V.It also remains active until VCC returns and exceeds VTRIP for 200ms. Watchdog Timer The Watchdog Timer circuit monitors the microprocessor activity by monitoring the WDI input. The microprocessor must toggle the CS/WDI pin periodically toprevent an active RESET/RESET signal. The CS/WDIpin must be toggled from HIGH to LOW prior to the expiration of the watchdog time out period. The state oftwo nonvolatile control bits in the Status Register determines the watchdog timer period. The microprocessor can change these watchdog bits. With no microprocessor action, the watchdog timer control bits remain unchanged, even during total power failure. SPI Serial Memory The device contains an 8-bit instruction register that controls the operation of the device. The instruction code is written to the device via the SI input. There are two write operations that requires only the instruction byte. There are two read operations that use the instruction byte to initiate the output of data. The remainder of the operations require an instruction byte, an 8-bit address, then data bytes. All instruction, address and data bits are clocked by the SCK input. All instructions (Table 1), addresses and data are transferred MSB first. Table 1. Instruction Set Instruction Name WREN WRDI RSDR WRSR READ WRITE Instruction Format 00000110 00000100 00000101 00000001 0000A8011 0000A8011 Operation Set the Write Enable Latch (Enable Write Operations) Reset the Write Enable Latch (Disable Write Operations) Read Status Register Write Status Register (Watchdog and Block Lock) Read Data from Memory Array Beginning at Selected Address Write Data to Memory Array Beginning at Selected Address (1 to 16 bytes) Write Enable Latch The device contains a Write Enable Latch. This latch must be SET before a Write Operation is initiated. The WREN instruction will set the latch and the WRDI instruction will reset the latch. This latch is automatically reset upon a power-up condition and after the completion of a valid byte,page, or status register write cycle. The latch is also reset if WP is brought LOW. When issuing a WREN, WRDI or RDSR commands, it is not - 49 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 necessary to send a byte address or data. Figure 1. Write Enable/Disable Latch Sequence X5045 ·特性 可选时间的看门狗定器间降 VCC的降压检测和复位控制 5种标准开始复位电压 使用特定的编程顺序即可对低电压检测和复位开始电压进行编程 复位电压可低至VCC=1V 省电特性 在看门狗打开时电流小于50uA 在看门狗关闭时电流小于10uA 在读操作时电流小于2mA 不同型号的器件，其供电电压可以是1.8-3.6V,2.7V-5.5V,4.5V-5.5V 4K位EEPROM 1000000次的擦写周期 具有数据块的保护功能可以保护1/4 1/2 全部的EEPROM 当然也可以置于不保护状态内建的防误写措施 用指令允许写操作 写保护引脚 时钟可达3.3M 短的编程时间 16字节的页写模式 写时由器件内部自动完成 典型的器件写周期为5mS ·功能描述 本器件将四种功能合于一体：上电复位控制、看门狗定时器、降压管理以及具有块保护功能的串行EEPROM，它有助于简化应用系统的设计，减少印制板的占用面积，提高可靠性。 - 50 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 该芯片内的串行EEPROM是具有Xicor公司的块锁保护CMOS串行EEPROM它被组织成8位的结构，它由一个由四线构成的SPI总线方式进行操作，其擦写周期至少有100- 0000次，并且写好的数据能够保存100年。 ·操作方法 上电复位 当器件通电并超过VTRIP时X5045内部的复位电路将会提供一个约为200MS的复位脉冲，让微处理器能够正常复位。 降压检测 工作过程中X5045检测VCC端的电压下降，并且在VCC电压跌落到VTRIP以下时会产生一个复位脉冲，这个复位脉冲一直有效，直到VCC降到1V以下，如果VCC在降落到VTRIP后上升，则在VCC超过VTRIP后延时约200ms，复位信号消失，使得微处理器可以继续工作。 看门够定时器 看门够定时器电路检测WDI的输入来判断微处理器是否工作正常，在设定的定时时间以内，微处理器必须在WDI引脚上产生一个由高到低的电平的变化，否则X5045将产生一个复位信号在X5045内部的一个控制寄存器中有2位可编程位决定了定时周期的长短，微处理器可以通过指令来改变这两个位从而改变看门狗定时时间的长短。 SPI串行编程EEPROM 芯片控制的指令被组织成一个字节8BIT，这些命令中有两条只要直接将指令代码写如芯片即可，有两条读指令用于初始化输出数据，其它的指令，还需要一个8位的地址以及相关的数据。所有指令见下表，它们都是通过SPI串行总线来写入器件的，所有指令地址数据都是MSB先写。 指令名称 WREN WRDI RSDR WRSR READ WRITE 指令格式 00000110 00000100 00000101 00000001 0000A8011 0000A8011 完成的操作 写允许 写禁止 读状态寄存器 写状态寄存器 看门狗和块锁存 从选定的开始地址单元中读数据 向选定的开始地址单元写入数据 1-16字节 写允许 在器件进行写操作之前，首先必须设置写操作指令，WREN指令允许进行写操作，而WRDI将禁止写操作，在器件复位后将自动禁止写操作，而一旦对器件写入一个字节，一页或写入状态寄存器后也将自动处于写禁止状态，在WP引脚接地后也会使器件处理写禁止状态。 在写了WREN、WRDI、RSDR和WRSR指令后不需要在后跟上一个地址或一个数据。 - 51 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 - 52 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 附录C：主要参考文献的题录及摘要 [1]马家辰,孙玉德,张颖.MCS-51单片机原理及接口技术摘要。 本书全面系统的介绍了MCS-51单片机的结构、原理、接口技术、扩展应用等知识，主要内容包括：计算机运算基础，计算机硬件电路基础，单片微型机的组成原理，MCS-51系列单片机的指令系统，汇编语言程序设计，MCS-51单片机的扩展应用，MCS-51单片机接口技术，最新增强型51系列兼容单片机介绍，单片机指令一览表和常用芯片的引脚图等。 [2] 王晓明．电动机的单片机控制[M]。本书以MCS-51系列单片机为主，全面、详细地介绍了单片机的硬件、软件及应用技术。全书主要内容包括：第一章绪论，第2章MCS-51系列单片机的结构和原理，第3章MCS-51系列单片机的指令系统，第4章定时/记数器，第6章串行接口，第7章中断系统，第8章MCS-51单片机的系统扩展，第9章MCS-51单片机接口技术，第10章MCS-51单片机应用举例，第11章MCS-51系列单片机及IIC串行总线技术，第12章单片机应用系统的抗干扰技术设计。本书的特点：选材新颖、内容丰富、有浅入深、循序渐进、编排顺序合理，可读性好，实用性强，有丰富的例题及习题。 [3] 付家才.单片机控制工程实践技术.北京：化学工业出版社，2004 摘要 本书从实践的角度出发，对单片机的指令系统、基本应用、基本外设的设计、应用系统的开发、工业控制的应用等进行了详细阐述，并给出了单片机的应用实例。 [4]林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术.西安：西安电子科技大学出版社，2005 摘要 本书介绍了最新的单片机接口芯片与技术。全书共7章，分别为传感器与模拟信号处理器件，模/数转换器与数/模转换器，I/O接口、键盘与LED显示驱动器件，LCD驱动与显示模块及其他显示器件，新型存储器器件，通信器件与模块及技术，电源管理与监控器件。 [5] 周航慈.单片机应用程序设计技术.北京：北京航空航天大学出版社，2002 摘要 本书是“单片机应用技术丛书”中专门介绍单片机应用系统软件设计的一本著作。书中总结了作者多年来在80C51系列单片机应用系统软件设计中的实践经验，归纳出一整套应用程序设计的方法和技巧。在内容上不仅有实现功能要求的应用程序设计步骤、子程序、监控程序及常用功能模块设计方法，还以较大篇幅介绍了提高系统可靠性的抗干扰设计和容错设计技术以及程序测试的正确思想方法. [6] 胡汉才.单片机原理及其接口技术（第2版）.北京：清华大学出版社，2003 摘要 本书是《单片机原理及其接口技术》的第2版，它系统地论述了MCS-51单片机的组成原理、指令系统和汇编语言程序设计、中断系统和接口技术等问题，并在此基础上讨论了单片机应用系统的设计。[6]. 杨宁. 单片机与控制技术. 本书从实用角度出发，在全面系统地阐述了MCS-51系列单片机的CPU及外设的工作原理、指令系统之后，重点对国内外流行的MCS-51兼容单片机进行了系统、全面的归纳总结，并就几种典型产品的功能进行了深入剖析。全书共6章。第1章介绍了MCS-51系列标准单片机的CPU及外设工作原理，第2章阐述了指令系统与汇编/连接器的使用，第3~6章分别对Atmel、Philips、Dallas、WinBond公司开发的MCS-51兼容单片机进行了归纳总结，并对在国内外颇具影响力的十几种典型产品进行了深入的剖析。 [7] 陈伯时．电力拖动自动控制系统——运动控制系统电力拖动自动控制系统——运动控制系统本书包括直流拖动控制系统和交流拖动控制系统两篇。编写思路继承了前两版的特色，理论和实际相结合，应用自动控制理论解决电力拖动控制系统的分析和设计问题，以控制规律为主线，由简入繁、由低及高地循序深入，主要论述了系统的静、动态性能， - 53 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 并发展了实用价值很高的工程设计方法。 [8]马家辰,孙玉德,张颖.MCS-51单片机原理及接口技术摘要。 本书全面系统的介绍了MCS-51单片机的结构、原理、接口技术、扩展应用等知识，主要内容包括：计算机运算基础，计算机硬件电路基础，单片微型机的组成原理，MCS-51系列单片机的指令系统，汇编语言程序设计，MCS-51单片机的扩展应用，MCS-51单片机接口技术，最新增强型51系列兼容单片机介绍，单片机指令一览表和常用芯片的引脚图等。 [9]流行单片机实用子程序及应用实例。本书介绍了MCS-51系列,PIC系列和MCS-96系列单片机的基本运算，排序，数码转换，软件抗干扰，数字滤波，串口，中断等应用程序 [10] 潘永雄．新编单片机原理与应用[M] ．本书从实用角度出发，在全面系统地阐述了MCS-51系列单片机的CPU及外设的工作原理、指令系统之后，重点对国内外流行的MCS-51兼容单片机进行了系统、全面的归纳总结，并就几种典型产品的功能进行了深入剖析。全书共6章。第1章介绍了MCS-51系列标准单片机的CPU及外设工作原理，第2章阐述了指令系统与汇编/连接器的使用，第3~6章分别对Atmel、Philips、Dallas、WinBond公司开发的MCS-51兼容单片机进行了归纳总结，并对在国内外颇具影响力的十几种典型产品进行了深入的剖析。 [10] 刘华东. 单片机原理与应用[M]. 电子工业出版社,2003.8 本书以51系列单片机为核心，全面系统地介绍了单片机的系统结构、存储器结构、指令系统、程序设计方法；单片机资源：中断系统、定时器、串行口；单片机应用所需资源：可编程接口、数模转换接口、功率接口、I2C芯片；键盘和显示接口。简单介绍单片机应用系统的设计和单片机的新技术：单片机开发设备、仿真器、编程器、单片机应用软件等。 [11]王津.单片机原理与应用（修订版）[M]. 重庆大学出版社,2004.2 本教材是根据高等职业技术教育信息技术类和其他相近专业《单片机原理与应用》课程教学要求编写的。内容的选取、详略及编写体例严格按照高职“必须、够用”为度的原则，按高职的培养目标安排编写内容。全书结合MCS-51系统单片机讲述单片机原理与应用，内容包括：微型计算机系统基本知识，MCS-51系列单片机结构和工作原理；存储器扩展、并行I/O口、定时/计数器、串行I/O口、常用外设、输入通道以及输出通道的接口技术；微机应用系统的设计和调试等。 [12]李华 MCS-51系列单片机实用接口技术[M].北京航空航天大学出版社，2001-5-1 本书全面、系统地介绍了MCS-51系列单片机应用系统的各种实用接口技术及其配置。内容包括：MCS-51系列单片机组成原理：应用系统扩展、开发与调试；键盘输入接口的设计及调试；打印机和显示器接口及设计实例；模拟输入通道接口技术；A/D、D/A、接口技术及在控制系统中的应用设计；V/F转换器接口技术、串行通讯接口技术以及其它与应用系统设计有关的实用技术等。 本书是为满足广大科技工作者从事单片机应用系统软件、硬件设计的需要而编写的，具有内容新题、实用、全面的特色。所有的接口设计都包括详细的设计步骤、硬件线路图及故障分析，并附有测试程序清单。书中大部分接口软、硬件设计实例都是作者多年来从事单片机应用和开发工作的经验总结，实用性和工程性较强，尤其是对应用系统中必备的键盘、显示器、打印机、A/D、D/A通讯接口设计、模拟信号处理及开发系统应用举例甚多，目的是让将要开始和正在从事单片机应用开发的科研人员根据自己的实际需要来选择应用，一书在手即可基本完成单片机应用系统的开发工作。 [13]杨振江. 流行单片机实用子程序及应用实例[M] . 西安：西安电子科技大学出版社，2002.7 - 54 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） 本书从应用角度出发，精选了在我国最流行的MCS-51、PLC和MCS-96三种单片机的实用子程序和典型器件应用实例20多类100余种。内容包括单片机的基本运算、排序、数码转换 、数字滤波、软件抗干扰、串行通信、中断处理、器件接口等实用程序。书中所涉及的内容大部分都经过上机验证，具有很强的实用性。有些例子直接来自于科学研究和生产实践，有些例子稍加修改就可解决工作中的实际问题。 刘守义、杨宏丽、王静霞. 单片机应用技术[M]. 西安电子科技大学出版社，2002.8 本书采用教、学、做相结合的教学模式，以理论够用、着眼应用的观点，通过实训引入、不断拓宽思路的方法讲述掌握单片机应用技术所需的基础知识和基本技能。本书内容包括：单片机硬件系统、单片机开发系统、指令系统、程序设计、定时与中断、系统扩展、接口技术、串行口通信等。 - 55 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 附录D 程序清单 CS BIT P2.2 ;主程序 SCLK BIT INT0 DOUT BIT P2.3 A1 BIT P2.7 B1 BIT P2.6 C1 BIT P2.5 INH BIT P2.1 DI BIT P0.0 CLK BIT P2.4 EN BIT P0.2 ADH EQU 30H ADL EQU 31H ADHA EQU 32H ADLA EQU 33H ADHB EQU 34H ADLB EQU 35H ADHC EQU 36H ADLC EQU 37H ADHAB EQU 38H ADLAB EQU 39H ADH0 EQU 3AH ADL0 EQU 3BH UMAX EQU 3CH UMIN EQU 3DH IGZ EQU 3EH IDZ EQU 3FH IDL EQU 40H ORG 0000H AJMP START ORG 000BH START:MOV TMOD, # 1H MOV TH0 , #5CH MOV TL0, 2BH SETB EA SETB P2.0 SETB P2.1 SETB P2.2 SETB P2.3 SETB P2.4 SETB P2.5 SETB P0.2 SETB P1.6 - 56 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） CLR P1.0 SETB ET0 SETB TR0 LOOP: ACALL SCAN ACALL CHULI ACALL DISPLAY JB P0.4 , LOOP ACALL BAOHU ACALL DISPLAY AJMP LOOP SCAN: MOV A ,R2 ANL A , #0F0H PUSH ACC JNZ KEY POP ACC MOV R0, ACC RET KEY: LCALL DELAY MOV A , P1 CPL A ANL A , #0F0H JNZ KEY RET WAIT : LCALL KEY JZ WAIT JB ACC.0 , FUN0 JB ACC.1 , FUN1 JB ACC.2 , FUN2 JB ACC.3 , FUN3 LJMP WAIT FUN0: MOV A, R0 PUSH ACC MOV R0, #30H MOV A , @ R0 JNB P2.0, ADS1 LJMP WAIT ADS1: ADD A,#01H MOV R1 ,A LCALL DISPLAY INC R0 POP ACC MOV R0, A LJMP WAIT FUN1: MOV A, R0 - 57 - PUSH ACC MOV R0, A JNB P2.1, DC1 DC1: DEC R0 MOV A,R0 MOV R2 ,A LCALL DISPLAY POP ACC MOV R0 ,A LJMP WAIT FUN2: MOV A, R0 PUSH ACC MOV R3, A JNB P2.2, SEL LJMP WAIT SEL: MOV R3, #00H JNB P2.2 , ADS2 ADS2: MOV R3 ,A ADD A, #01H MOV R3, A ACALL DISPLAY POP ACC MOV R0 ,A LJMP WAIT FUN3: MOV 61H ,R0 MOV A, 61H PUSH ACC LCALL DELAY JNB P2.2, WAIT INC R0 MOV A ,R0 POP ACC MOV R0 ,A LJMP WAIT ZIJIAN: MOV A, P1 ANL A,#0F0H LCALL ADS1 MOV A, 38H MOV R1, A LCALL LOPP LCALL CMP AJMP LOP1 CMP: MOV R3, 60H 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 - 58 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） SUBB A , R3 JZ LOP2 MOV R4, 62H SUBB A, R4 JNZ LOP2 LOP2: CLR P2.3 LCALL DELAY DELAY: MOV A,R0 PUSH ACC MOV A ,R1 MOV A,R3 MOV R3, #20 MOV R0, #100 MOV A, R3 MOV R1, A AJMP TM0 TM0: PUSH ACC PUSH PSW MOV A ,50H ADD A, #01H CJNE A ,#20, TLP2 TLP1: CPL P0.7 MOV 50H, #00H TLP2: MOV TH0, 5CH MOV TL0, 2BH POP PSW POP ACC MOV A, R3 RETI LOP1: RET CHULI : MOV A, R1 PUSH ACC MOV R0 , #20 LOPP: MOV ADH, #00H MOV ADL, #00H CLR P1.0 CLR P1.1 JNB P1.2, $ SETB P1.1 MOV R7 , #12 LP: CPL P1.1 JNB P1.1, LP MOV C, P1.2 MOV A , ADL - 59 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 RLC A MOV ADL ,A MOV A, ADH RLC A MOV ADH, A DJNZ R7, LP RLC A MOV ADH ,A DJNZ R7, LP SETB P1.0 MOV R1 , ADHA INC R1 MOV R1 , ADL INC R1 DJNZ R0, LP POP ACC MOV R0, 53H POP ACC MOV R1, A MAX: MOV R6, #00H ；求最大 MOV R7 , #20 DEC R1 MOV R0, #TAB MOV R1 , #23H LOOPSQT: MOV 2AH , @R0 INC R0 MOV 2BH , @R0 MOV 2CH , @R1 INC R1 MOV 2DH , @R1 MOV R2 , #02H CLR C MOV A , 2AH SUBB A, 2CH MOV 2AH, A MOV A, 2BH SUBB A , 2DH MOV 2BH, A JNC LOOPSQT DEC R0 DEC R1 MOV R2, #01H LOOP2SQT: MOV 2AH , @R0 MOV 2DH, @R1 - 60 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） MOV R1, 2AH MOV R0, 2DH MOV R6, #01H LOOP 1SQT: INC R0 INC R1 DEC R2 MOV A , R2 JZ LOOPSQT DJNZ ZR7, LOOPSQT DEC R6 MOV A , R6 JZ LP0: RET DDIV: MOV A,R5 ；除法子程序 CLR C SUBB A,R3 MOV A, R4 SUBB A,R2 JNC NDIV1 MOV B,#16 CLR C MOV A,R7 RLC A MOV R7,A MOV R6 ,A RLC A MOV R6 ,A MOV A,R5 RLC A MOV R5 ,A XCH A ,R4 RLC A XCH A,R4 MOV F0,C CLR C SUBB A, R3 MOV R1, A MOV R4, A SUBB A,R2 JB F0, NDIV3 JC NDIV4 NDIV3：MOV R4, A MOV A,R1 MOV R5,A - 61 - 卢兴：基于单片机的交流电机保护器的设计 INC R7 NDIV4: DJNZ B,NDIV2 CLR PSW.5 RET MDIV1: SETB PSW.5 DISPLAY: CLR P0.0 ；显示子程序 MOV R0, #DATA MOV R1, #03H A1: MOV A , R0 LCALL B1 INC R0 DJNZ R1, A1 SETB P1.0 B1: MOV R2 , #08H B2: SETB P1.1 RLC A MOV P1.2 ,C CLR P1.1 DJNZ R2, B2 RET BAOHU : PUSH ACC 保护模块 MOV A ,R1 SUBB A ,R2 JNZ LP AJMP LP2 MOV R1,AM MOV R0 ,40H LCALL DELAY POP ACC MOV R2 , A AJMP LP3 LP2： LCALL DELAY CLR P2.4 DZ1: MOV A,R0 PUSH ACC MOV R0,50H MOV A,R1 SUBB A,4AH JZ LP2 MOV R0,41H MOV R1 ,53H ACALL DELAY AJMP LP2 DX: MOV R1，36H - 62 - 安徽工程科技学院毕业设计（论文） MOV A 1,R1 JZ LP2 MOV R1,4H ACALL DELAY POP ACC MOV R0，A AJMP LP3 GZ: MOV A ,R0 PUSH ACC MOV R0,51H MOV A,R1 SUBB A,BH JZ LP2 MOV R0，42H ACALL DELAY AJMP LP2 POP ACC MOV R1, A JMP LP3 DL: PUSH ACC MOV R3, 30H SUBB A , R3 JZ LP5 POP ACC MOV R3, A XDL: MOV R3 ,43H SUBB A, R3 JNZ LP5 JD: PUSH R3 MOV R3,3AH MOV A, 43H SUBB A, R3 JZ LP5 AJMP LP2 LP5: SETB P2.4 RET END - 63 -
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