1、-摘 要在電力系統(tǒng)中，由于大量輸變電設備的存在，其在使用過程中產生磁場，形成感性負載。感性負載的存在導致電網功率因數(shù)的下降。為了改善和提高電力系統(tǒng)的電壓質量，充分發(fā)揮輸變電設備的效能，就必須就地平衡無功。本裝置設計的目的正是利用控制投切電容組數(shù)來到達電感平衡。低壓配電網功率因數(shù)補償系統(tǒng)由控制核心電路和補償執(zhí)行機構組成。主控電路主要完成采樣和數(shù)據(jù)處理并輸出控制信號，執(zhí)行機構采用繼電器控制電容組的投切。其中CPU采用80C196KB作為主控芯片，控制電網無功功率、電壓、電流等參數(shù)的實時監(jiān)測；A/D轉換采用12位的高性能A/D轉換器MA*197；通過MOC3083來控制晶閘管的過零觸發(fā)導通，從而投切

2、電容器，到達了甚至消除了合閘涌流的目的。顯示局部為DMLS字符液晶顯示模塊。軟件局部采用匯編語言及C語言進展編程，主要包括主程序的設計、A/D轉換、數(shù)據(jù)處理、電容器的投切控制等幾大局部。本裝置具有響應快，性能穩(wěn)定，操作方便等特點，具有廣闊的應用前景。關鍵詞：無功補償；功率因數(shù)；晶閘管投切電容器；觸發(fā)脈沖 目 錄第1章 緒論11.1功率因數(shù)補償器的設計3第2章 無功補償裝置的芯片選擇與分析42.1 CPU芯片的選擇與應用42.2 EPROM 2725692.3A/D轉換芯片的選擇102.4液晶顯示模塊LCD142.5時鐘芯片19第3章 系統(tǒng)軟件設計243.1 系統(tǒng)軟件的設計243.1.1 程序設

3、計語言的選擇243.1.2 主程序的設計253.1.3 主程序的說明263.2 電容器投切判斷及投切控制子程序設計27參考文獻28. z-1.1功率因數(shù)補償器的設計研究低壓配電網智能功率因數(shù)補償器的意義在于通過對無功功率的補償，來改善和提高電力系統(tǒng)電壓質量，充分發(fā)揮輸變電設備的效能，減少電力損失，保證電網平安經濟的運行。其主要設計包括以下幾個方面：1.補償器的主電路圖的設計：主要包括電容器的分組，每組由晶閘管控制，根據(jù)電網的無功需求并且在最正確時刻來進展投切。2.系統(tǒng)的硬件電路圖的設計：補償器的控制芯片采用MCS-96系列單片機80C196KB；A/D轉換采用12位的高性能A/D轉換器MA*1

4、97；通過MOC3083來控制晶閘管的過零觸發(fā)導通，從而投切電容器；并用時鐘芯片DS12887來記錄時間并具有掉電保護的功能。 3.系統(tǒng)的軟件設計：數(shù)據(jù)采集及計算局部采用快速傅立葉算法，對一系列的電參量進展分析計算，以及顯示電參量。系統(tǒng)的編程采用匯編語言及C語言。 第二章 無功補償裝置的芯片選擇與分析自從1976年Intel公司推出第一批單片機以來，80年代單片機技術進入快速開展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的開展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向開展，從4位、8位單片機開展到16位、32位單片機。單片機主要用于控制，它的應用領域普及各行各業(yè)，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可

5、以大顯其能。單片機在國的三大領域中應用得十分廣泛：第一是家用電器業(yè)，例如全自動洗衣機、智能玩具；第二是通訊業(yè)，包括、手機和BP機等等；第三是儀器儀表和計算機外設制造，例如軟盤、硬盤、收銀機、電表。除了上述傳統(tǒng)領域外，汽車、電子工業(yè)在國外也是單片機應用十分廣泛的一個領域。它本錢低、集成度高、功耗低、控制功能多能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構成的智能儀表解決了長期以來測量儀器中的誤差的修正、線性處理等問題。所謂單片機，就是把中央處理器CPUCentral Processing Unit、隨機存取存儲器RAMRandom Access Memory、只讀存儲器ROMRead Only Memo

6、ry、定時器/計數(shù)器以及I/OInput/Output接口電路等主要計算機部件，繼承在一塊集成電路芯片上的微型計算機。單片機技術與傳感與測量技術、信號與系統(tǒng)分析技術、電路設計技術、可編程邏輯應用技術、微機接口技術、數(shù)據(jù)庫技術以及數(shù)據(jù)構造、計算機操作系統(tǒng)、匯編語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數(shù)據(jù)網絡通信、數(shù)字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表構造設計和制造工藝等的結合，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進展管理和控制，使得整個系統(tǒng)智能化、功耗低、使用電子元件較少、部配線少、本錢低，制造、安裝、調試及維修方便。本設計就是基于單片機80C

7、196KB設計的功率因數(shù)補償裝置。補償器的控制芯片采用MCS-96系列單片機80C196KB；A/D轉換采用12位的高性能A/D轉換器MA*197；通過MOC3083來控制晶閘管的過零觸發(fā)導通，從而投切電容器；并用時鐘芯片DS12887來記錄時間并具有掉電保護的功能。 1.1 CPU芯片的選擇與應用在本裝置中采用的CPU芯片為80C196KB，它是Intel公司MCS-96系列中應用最廣泛的一種16位單片機，它具有高速處理功能及低功耗等特點。12MHz晶振時，16位加法指令只用0.66us，其根本指令的執(zhí)行時間為0.5us-1.5us，指令的8098的超集，即8098指令的80C196KB全部

8、可以使用。1.80C196KB單片機的特點及外圍特點1)80C196KB單片機除了保存8098的根本功能外,還具有以下特點:局部頻電路為2分頻而不是3分頻，使處理能力提高1.5倍；指令速度更快,特別對變址/間址數(shù)據(jù)操作；對12MHz時鐘，16*16位乘法僅需2.33us，而在8097BH上則需6.25us；更快的中斷響應時間(幾乎是8098的2倍)；低功率和空閑的工作方式；包括長字比較和塊傳送的6種新指令；8種新中斷向量16種新中斷源。2)80C196KB單片機的外圍特點特殊功能存放器窗口開關允許向只讀存放器中寫入數(shù)據(jù)：定時器2TIME2可由外部選擇為向上或向下計數(shù)；定時器2TIME2使用獨立

9、的捕捉存放器；高速輸出HSO事件存入一個存放器中；高速輸出HSO可使用CAM清楚和CAM LOCK命令；串行口可使用新波特率，所以方式都可用高速傳輸12MHz晶振時到達3.0MV/S；雙緩沖串行口發(fā)送存放器；串行口承受溢出和錯誤檢測；PWM使用2分頻脈沖計數(shù)器；HOLD/HLDA總線規(guī)約；8路10位A/D轉換器，A/D轉換時間為14.67us。鑒于以上特點能夠從硬件上縮短快速傅立葉變換的運算時間，保證電量測量的實時性。2.80C196KB單片機的主要引腳功能下面介紹個引腳功能： VCC:主電源+5V； VSS:數(shù)字電路地(0V),兩個Vss引腳都應接地； CDE:時鐘檢測使能,為高使能時鐘故障

10、檢測電路,假設*TAL1頻率低于指定的限度,則RESET腳變低； VREF:片轉換器的參考電壓(+5V),同時也為A/D轉換器模擬局部和讀0號口的電路提供電源,因而必須與0號口和A/D相連,要求VREF的穩(wěn)壓精度高于VCC； ANGND:A/D轉換器的參考地.一般情況下必須和VSS同電位； VPP:從低功率電路返回的定時管腳,將該腳通過一個1uF的電容連到Vss,通過1個1M 歐姆的電阻連到Vcc，假設不使用該功能,可把Vpp連到VCC，該引腳也為片RPROM的編程電壓,編程時，接12.75V電壓； *TAL1:晶振反向器和部時鐘發(fā)生器的輸入； *TAL2:晶振反向器的輸出端； CLKOUT:

11、部時鐘發(fā)生器的輸出.CLKOUT的頻率是二分之一的晶振頻率,占空比為50%；如圖4.1所示為80C196KB單片機的引腳圖32313023222120196313713416516676638333942441517189810114756P1.7 AD8 P1.6 AD9P1.5 AD10P1.4 AD11P1.3 AD12 P1.2 AD13 P1.1 AD14P1.0 AD15 INST VCC AD0VPP AD1VREF AD2BHEWRH AD3CLOCK AD4RESET AD5 AD6*TAL1 AD7*TAL2 NMIP2.7 BUSHIDTHP2.6 VSSP2.5 VSS

12、P2.4 VSSP2.3 ANGNDP2.2 EAP2.1 P2.0 RD WRP0.7 ALEP0.6 READYP0.5 P0.4 HSO.3P0.3 HSO.2P0.2 HSO.1P0.1 HSO.0P0.0 HIS.3 HIS.2 HIS.1 HIS.0 52515049484746456059585756555453364143654122614062433534292827262524圖4.1 80C196KB的引腳圖：芯片的復位輸入.為復位芯片,該輸入應保持為低至少4個狀態(tài)時間,隨后的低->高的轉換與CLKOUT重新同步,啟動一個10個狀態(tài)時間的序列,在讀序列里,將去除PS

13、W,從2021H單元讀一個字節(jié)加載CCR,跳轉到2080H單元執(zhí)行,正常情況下輸入為高,RESET有一個部上拉能力；BUSWIDTH:總線寬度選擇輸入端,假設CCR.1=1,該腳為當前總線周期選擇總線寬度,當BUSWIDTH=1時,選擇一個16位總線周期,假設BUSWIDTH=0則選擇8位總線周期,假設CCR.1=0,總線周期總是8位；MNI:不可屏避中斷.當次引腳有一個正跳變時,形成一個志向外部存儲器203EH單元的中斷向量；INST:在外部存儲器讀期間輸出高,指定這是一個取指令讀,輸出低指出是一個數(shù)據(jù)讀,INST在真?zhèn)€周期有效,僅在外部存儲器存取時激活INST；:存儲器選擇輸入端(外部存取

14、).當=TTL,且為高時將引起讀芯片上ROM/EPROM的20003FFFH單元,低將引起讀芯片外存儲器的這些單元；ALE:地址鎖存允許；:對外部存儲器的讀信號；:寫外部存儲器；HIS:高速輸入信號端,具有4個HIS輸入引腳:HIS.0,HIS.1,HIS.2和HIS.3,兩個引腳(HIS.2和HIS.3)與HSO部件共用.這些引腳可用于RPROM型的編程；HSO:高速輸出不見的輸出端；P0口:8位高阻抗輸入口.這些引腳可作為數(shù)字輸入口,也可作為A/D轉換器的模擬輸入口；P1口:8位準雙向口；P2口:8位多功能口,它們除了可作為標準I/O口外,還可用作其它特殊功能；P3,P4口:具有漏極開路輸

15、出的8位多功能口,這些引腳也可用作地址/數(shù)據(jù)總線,它們具有很強的上拉作用。3.80C196KB單片機的時鐘信號1)片震蕩器80C196KB的片震蕩器電路包含一個晶體控制的正電抗振蕩器，如圖4.2所示。它與外部晶體的連接方法見圖4.3。*TAL1腳是部反向放大器的輸入端，而*TAL2腳是該放大器的輸出端。在晶體振蕩器中，晶體工作于根本響應模式，它作為一個感抗與外部電容形成并聯(lián)諧振，使正反響放大器維持震蕩。振蕩器的工作受PD信號掉點方式位的控制。當PD=0時，圖4.2中下面一個N型溝道MOS管處于截止狀態(tài)，使振蕩器停振。 VCC 至內部電路*TAL1 Rf *TAL2 PD VSS圖4.2片振蕩器

16、電路至內部電路 Rf 80C196KB*TAL1 *TAL2 石英晶體或陶瓷諧振器 20Pf 20pf VSS圖4.3 外部晶體連接法*TAL1和*TAL2引腳處都有靜電放電保護器件圖中未示出。如圖4.3所示的外接電容值并不十分嚴格。20pF對于工作于1MHz以上的質量較好的晶體都能獲得良好的效果。2)部時序80C196KB的狀態(tài)周期由振蕩器信號2分頻后獲得，它是芯片工作的根本時間單位。當采用12MHz晶振時，80C196KB的狀態(tài)周期為167ns；采用8MHz晶振時，80C196KB的狀態(tài)周期為250ns，恰與8096芯片采用12MHz晶振時 狀態(tài)周期一樣。因此，采用一樣頻率的晶振工作時，8

17、0C196KB的操作速度至少比8096的速度高1/3。80C196KB的速度比8096高的另一個因素是，前者的大局部指令執(zhí)行狀態(tài)周期數(shù)略比后者的少。節(jié)拍1節(jié)拍2CLKOUT圖4.4 部時鐘節(jié)拍時鐘發(fā)生器產生的2個不重疊的部節(jié)拍，如圖4.4所示。CLKOUT信號由節(jié)拍1和節(jié)拍2的上升沿形成。1.2 EPROM 272561.芯片介紹EPROM作為一種可以屢次擦除和重寫的ROM,抑制了掩膜式ROM和EPROM靈活性差的缺點,故本設計中采用27256作為程序存儲器。27256是Intel公司采用HMOS工藝生產的。它是用5V供電、262144位紫外線可擦除、可電編程的只讀存儲器EPROM。構造是32

18、K×8位，單個字節(jié)的存取時間小于200ns。其雙線控制和JEDEC批準的28引腳封裝，是所有的Inetl公司高密度EPROM的標準特性，保證它易與高性能的微處理器兼容。27256具有32K字節(jié)的大存儲容量，使它具有高密度軟件載體的功能。全部操作系統(tǒng)、診斷、高級語言程序和專用軟件，直接可駐留在系統(tǒng)存儲器總線上的一片27256 RPROM中，這就使得微處理器能立即存取和執(zhí)行軟件，節(jié)約了磁盤存取和卸載所需時間。2.EPROM 27256單片機的主要引腳功能如圖4.5所示為EPROM 27256的引腳圖1234567891011121314VPP VCCA12 A14A7 A13A6 A8A

19、5 A9A4 A11A3 OEA2 A10A1 CEA0 D7D0 D6D1 D5D2 D4GND D32827262524232221201918171615圖4.5 EPROM 27256的引腳圖引腳功能VCC:主電源+5V；VPP:掉點保護電壓；A0A14：地址輸入；CE：片選；OE：輸出允許控制端；O0O7：數(shù)據(jù)輸出；4.3A/D轉換芯片的選擇單片機應用的重要領域是自動控制。在自動控制領域的應用中，除數(shù)字量之外還會遇到另一種物理量，即模擬量。例如：溫度、速度、電壓、電流等，它們都連續(xù)變化的物理量。由于計算機只能處理數(shù)字量，因此計算機系統(tǒng)中凡遇到有模擬量的地方就要進展數(shù)模、模數(shù)轉換，也就

20、出現(xiàn)了單片機的數(shù)/模和模/數(shù)轉換的接口問題?，F(xiàn)在這些轉換器都已集成化，并具有體積小、功能強、可靠性高、誤差小、功耗低等特點，能很方便地與單片機進展接口。A/D轉換器輸入的是模擬量，經轉換后輸出的是數(shù)字量。1.芯片介紹對一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而言，我們可以有假設干個方案。每中方案雖然都能到達所期望的結果，但對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度、性能和可靠性提出了較高的要求時就需要有一種最可行的方案。速度采樣速度由模擬信號帶寬、數(shù)據(jù)通道數(shù)和每個周期的采樣數(shù)決定。A/D轉換電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心局部。所以選擇適宜的A/D轉換器件是很重要的。MA*IM公司為我們在選擇上解決了這一問題。他們設計出了將采集系統(tǒng)所需的程控運放

21、、通道切換、基準源、時鐘電路、A/D和電源管理單元集成在單個芯片上的MA*197多量程可程控并采用單一+5V電源供電的12位A/D轉換數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。MA*197是一個多量程、12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該芯片只需單一的+5V電源供電即可工作。但在其模擬輸入端可以承受大幅度膏腴電源電壓和低于地的信號。其允許最大幅值可達+16.5V且當任一通道發(fā)生故障后將不影響其他通道的正常操作。該芯片提供8個模擬輸入通道，每一通道均可獨立地由軟件編程得到多種輸入圍：+10V、+5V、010V或05V。這是的其有效的動態(tài)圍增加到14位。并使用戶能靈活地把420mA及+12V和+15V電源的檢測器很方便的與單一的+5V系統(tǒng)

22、相接口。該器件的其它特點還包括具有50Hz帶寬的跟蹤/保持電路，100Ksps的采樣速率，軟件可選的部或外部時鐘，可變的采集控制，8+4位并行接口，以及置4.096V電壓基準或可選的外部基準源。MA*197使用標準的微處理器接口單元，三態(tài)數(shù)據(jù)I/O端口配置成與8位數(shù)據(jù)總線一起工作。數(shù)據(jù)存取和總線釋放的時序性能指標與大多數(shù)通用的微處理器相兼容，所有邏輯輸入與輸出均是TTL/CMOS 兼容的。在電源管理方面，該器件還提供硬件上的SHDN引腳和可編程的掉電方式STBYPD、FULLPD，使芯片在兩次變換之間能處于低電流的關端狀態(tài)。在STBYPD方式下，基緩沖器仍保持有效，從而消除了電延遲。2.MA*

23、197主要特性：1)12位分辨率，1/2LSB線性度2)+5V單電源工作3)軟件可選輸入圍：+10V、+5V、010V或05V4)帶鼓掌保護輸入多路轉換器+16.5V5)8路模擬輸入通道6)6us變換時間，100Ksps采樣速率7)部或外部采樣控制8)置4.096V9)兩種掉電保護10)部或外部時鐘3.MA*197的引腳說明1)如圖4.6所示為MA*197的引腳圖D7 CSD6 CLKD5 REFD3/D11 INTD2/D10 CH7D1/D9 CH6D0/D8 CH5HBEN CH4RD CH3WR CH2VDD CH1SHEN CH0REFADJAGNDDGND2126242322212

24、019181716789101112131443276251528圖4.6 MA*197引腳圖2)下面介紹個引腳功能：CLK引腳1：時鐘輸入，在外部適中方式下，用與TTL/CMOS 電平兼容的時鐘信號來驅動CLK，在部時鐘方式下，在此引腳與地之間接一電容以設置部時鐘頻率，當CCLK=100pF時，F(xiàn)CLK典型值=1.56MHz；引腳2：片選端，低電平有效；引腳3：寫控制輸入，假設為低電平時，上升沿鎖存承受的數(shù)據(jù)并啟動采集和變換周期。在外部采集方式下，當為低電平時，的第一個上升沿啟動采集，的第二個上升沿完畢采集系統(tǒng)并開場一個變換周期；引腳4：讀控制輸入，假設為低電平時，的下降沿將允許數(shù)據(jù)總線上的

25、讀操作；HBNE 引腳5：高字節(jié)允許信號，用于轉接12位變換結果，當它為高電平時，D8D11 4個MSB最高有效位接至數(shù)據(jù)總線，當它為低電平時，D0D7 8個LSB最低有效位接至數(shù)據(jù)總線；引腳6：關斷控制。當此引腳為低電平時，器件進入完全掉電FULLPD方式；D7D4引腳710：三態(tài)數(shù)字I/O；D3D0/ D11D8引腳1114：三態(tài)數(shù)字I/O。由HBEN引腳低電平控制，當HBEN引腳為低電平時，選擇D3D0當；當HBEN引腳為高電平時，選擇D11D8；CH0CH7引腳1623：8路模擬輸入通道；引腳24：輸出數(shù)據(jù)準備好。當變換完成時，該引腳變?yōu)榈碗娖?，此信號可用作中斷請求信號；REFADJ引

26、腳25：帶隙Bandgap電壓基準輸出/外部調整引腳，用0.01uF電容器旁路到AGND。當REF 引腳使用外部基準源時，連接到VDD；REF引腳26：基準緩沖器輸出/ADC基準輸入。在部基準方式下，基準緩沖器提供4.096V的額定輸出，其值是REFADJ引腳外部可調的。在外部基準方式下，通過把REFADJ引腳連接到VDD來制止部緩沖器；VDD引腳247：+5V電源。用0. 1uF電容器旁路到AGND；AAGND引腳15：模擬地；AGND引腳28：數(shù)字地。4.MA*197 的工作原理MA*197是美國MA*IM公司向市場推出的12位快速A/D轉換器，它采用28引腳雙列直插式標準封裝，無需外接元

27、器件就可以獨立完成A/D轉換功能，可將一個模擬信號轉換為12位數(shù)字輸出。MA*197可分為部采樣模式和外部采樣模式。采樣模式由控制存放器的D5位決定，在部采樣控制模式控制位置0，由寫脈沖啟動采樣間隔，經過6個時鐘周期的采樣間隔，開場A/D轉換。在外部采樣模式D5=1，由兩個寫脈沖分別控制采樣和AD轉換。第一個寫脈沖，寫入ACQMOD為1，開場采樣間隔；第二個寫脈沖，寫入控制字AOD為0，MA*197停頓采樣，開場A/D轉換。MA*197的邏輯控制輸入信號有HBEN、。、控制讀寫操作。是片選端，是控制芯片啟動的輸入端。當為低電平時，選中MA*197的D0D7口作為數(shù)據(jù)線。當為高電平時，不能進展寫

28、操作，極口變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，此時可控制字節(jié)送如D0D7口?？刂谱指袷饺绫?.1所示。表4.1 DOD7口控制字D7D6D5D4D3D2D1D0PD1PD0ACQMOD RNGBIPA2A1A0PD1、PD0用于選擇時鐘模式和節(jié)電模式：00表示外部時鐘，即用戶在CLK引腳端輸入100K200MHz，占空比為45-55%的方波信號；01表示部時鐘；10表示閑置STBPD節(jié)電模式，每次A/D轉換后自動進入節(jié)電模式，直到下一次A/D轉換后，不帶任何延時的響應轉換命令；11表示完全FULLPD節(jié)電模式，當通過率高于1Ksps時，應在下次轉換前執(zhí)行一次閑置節(jié)電模式，當通過率低于1Ksps時，就不必執(zhí)行上操作，

29、直接寫控制字。ACQMOD用于選擇外采樣模式：ACQMOD為0，部采樣模式；ACQMOD為1，外部采樣模式。RNG、BIP決定量程：00表示05V，01表示010V，10表示55V，11表示1010V。A0、A 1、A 2決定輸入的通道號。當A/D轉換完畢時，12位數(shù)據(jù)已經準備好，則INT跳轉為低電平，向單片機申請中斷，從MA*197的I/O口讀取A/D轉換結果。讀取數(shù)據(jù)時，CS與RD同時為低電平，當HBEN的低電平時，讀低8位數(shù)據(jù)，當HBEN的高電平時，讀高4位數(shù)據(jù)。5.MA*197在設計當中的應用由于MA*197是多量程，有裕度的ADC，它使用逐次逼近和部輸入跟蹤/保持電路包模擬信號變成1

30、2位的數(shù)字輸入，且并行的格式易與微處理器接口。因而單個芯片就可以構成一個完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使它非常適用與自動測試、儀器儀表等領域。如圖4.7所示為MA*197在本設計中的連接方法：AD7 7AD6 8AD5 9AD4 10AD3 11AD2 12AD1 13AD0 14A9 5RD 4WR 3 2762515282 Y31 100pf26242322212019 IVGB18 IVGA17 VVGB16 VVGAD7 CSD6 CLKD5 REFD3/D11 INTD2/D10 CH7D1/D9 CH6D0/D8 CH5HBEN CH4RD CH3WR CH2VDD CH1SHEN CH0R

31、EFADJAGNDDGND987654321REP8BVCCC2 C30.1uf圖4.7 MA*197外圍電路圖在該電路中，在CLK引腳與地之間接一個100pf的小電容以設置部時鐘頻率，這時，fCLK 典型值=1.56MHz。CH0CH3引腳承受電壓電流互感器川來的模擬信號，、實現(xiàn)芯片的讀寫功能，REFADJ引腳用0.01uF電容器旁路到AGND，D0D7引腳和單片機的AD0AD7引腳相接，可以把轉換后的數(shù)字信號傳送給80C196KB，以便對數(shù)據(jù)進展處理。其中引腳接收GAL16V8傳送來的地址譯碼信號，其地址空間是8800H8BFFH。4.4液晶顯示模塊LCD1.液晶顯示模塊LCD的介紹本設計

32、中選用的是MDLS204612型顯示液晶模塊。該顯示模塊可顯示20列×4行。因其具有體積小、供耗低、顯示信息量大的特點，特別是它能顯示漢字、曲線及各種圖形。因而廣泛應用于各種智能化儀器儀表及計算機應用系統(tǒng)中。2.液晶顯示模塊LCD的特點LCD主要有以下特點：5V單電源供電。具有80個單元的顯示RAM具有字符發(fā)生器ROM，可顯示192中字符具有64個單元的自定義字符RAM92種字符模塊構造緊湊、輕巧、裝配容易；供耗低、壽命長、可靠性高。3.LCD的引腳說明1)如圖4.8所示為LCD的引腳圖DB7 EDB6 R/WDB5 RSDB4 VDDDB3 DB2 VODB1DB0 VSS6542

33、311413121110987圖4.8 LCD的引腳排列2)下面介紹個引腳功能VSS：電源地；VDD：+5V邏輯電源；V0：液晶驅動電源；RS：輸入狀態(tài)，存放器選擇功能：1為數(shù)據(jù)，0為指令；R/W：輸入狀態(tài)，讀、寫操作選擇：1為讀，0為寫；E：輸入狀態(tài)，使能信號；DB0：三態(tài)數(shù)據(jù)總線LSB；DB1DB6：三態(tài)數(shù)據(jù)總線；DB7：三態(tài)數(shù)據(jù)總線MSB；5.MDLS系列LCD的指令集MDLS系列LCD指令系統(tǒng)共有11條，如同一個可編程接口芯片，用戶只需對模塊寫入適當?shù)拿?，便可完成清屏、顯示、開關光標、地址設置、移動顯示、讀忙等一系列操作。表4.2 清屏RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB

34、3 DB2 DB1 DB00 0 0 0 0 0 0 0 0 1運行時間250KHz：1.64ms；功能：清DDRAM和AC值。如下表4.2所示。表4.3 歸位RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 0 0 0 1 *運行時間250KHz：1.64ms；功能： AC=0，光標、畫面回HOME位。如表4.3所示。表4.4 輸入方式設置RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 0 0 1 I/D S運行時間250KHz：40us；功能： AC=0，光標、畫面移動方式；如表4.4所示。其中：I/D=

35、1：數(shù)據(jù)讀、寫操作后，AC自動增一；I/D=0：數(shù)據(jù)讀、寫操作后，AC自動減一； S=1：數(shù)據(jù)讀、寫操作后，畫面平移； S=0：數(shù)據(jù)讀、寫操作后，畫面不動。表4.5顯示開關控制RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 0 0 1 D C B運行時間250KHz：40us；功能： 設置顯示、光標及閃爍開、關；如表4.5所示。其中：D表示顯示開關：D=1為開，D=0為關； C表示光標開關：C=1為開，C=0為關； B表示閃爍開關：C=1為開，C=0為關。表4.6 光標、畫面位移RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00

36、 0 0 0 0 1 S/C R/L * *運行時間250KHz：40us；功能：光標、畫面移動，不影響DDRAM；如表4.6所示。其中：S/C =1，畫面平移一個字符位； S/C =0，光標平移一個字符位；R/L=1：右移； R/L=0：左移；表4.7 功能設置RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 0 1 D/L N F * *運行時間250KHz：40us；功能：工作方式設置初始化指令；如表4.7所示。其中：DL=1，8位數(shù)據(jù)接口；DL=0，4位數(shù)據(jù)接口；N=1，兩行顯示， N=1，一行顯示F=1，5×10點字符，F(xiàn)=0，5×

37、;7點字符。表4.8 CGRAM地址設置RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 00 1 A5 A4 A3 A2 A1 A0運行時間250KHz：40us；功能：設置CGRAM地址。A5A1=03FH。如表4.8所示。表4.9 DDRAM地址設置RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 01 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0運行時間250KHz：40us；功能：設置DDRAM地址。如表4.9所示。N=0，一行顯示A6A0=04FH；N=1，二行顯示，首行A6A0=00H2FH； 次行A6A0=40H67H。表4.

38、10 讀BF及AC值RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB00 1BF AC6 AC5 AC4 AC3 AC2 AC1 AC0功能：讀BF值和地址計數(shù)器AC值；其中：BF=1，忙；BF=0，準備好；此時，AC值意義為最近一次地址設置CGRAM或DDRAM定義。如表4.10所示。表4.11 寫數(shù)據(jù)RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB01 0數(shù) 據(jù)運行時間250KHz：40us；功能：根據(jù)最近設置地址性質，數(shù)據(jù)寫入DDRAM或CGRAM。如表4.11所示。表4.12 讀數(shù)據(jù)RS R/WDB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB

39、2 DB1 DB01 1數(shù) 據(jù)運行時間250KHz：40us；功能：根據(jù)最近設置地址性質，從DDRAM或CGRAM數(shù)據(jù)讀出。如表4.12所示。6 Y25 A04 A1231AD7 14AD6 13AD5 12AD4 11AD3 10AD2 9AD1 8AD0 7DB7 EDB6 R/WDB5 RSDB4 VDDDB3 DB2 VODB1DB0 VSSVCC R2 10KR110K如圖4.9所示為LCD外圍電路圖圖4.9 LCD外圍電路圖為LCD在本電路中的接法。其中，VCC接+5V電源，在該電路中，其DB0DB7引腳和74HC245的B0B7引腳相接，同時也與外部數(shù)據(jù)存儲器相連，當它承受到CP

40、U發(fā)出的顯示命令的時候，就把從數(shù)據(jù)存儲器傳來的數(shù)據(jù)在液晶顯示模塊上顯示出來，用RS和R/W來設置LCD的工作模式，在本次設計中設定：2行、8位、5*7點陣顯示，容自動加1，全屏右移，開顯示，但是不顯示光標。E引腳承受GAL16V8傳送的譯碼信號，其地址圍是8400H87FFH。4.5時鐘芯片1.芯片介紹在自動測控系統(tǒng)中，特別是長時間無人值守的測控系統(tǒng)中，經常需要進展長達幾小時的定時操作。假設采用單片機計時，一方面需要采用計數(shù)器，占用硬件資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，同樣消耗單片機的資源，而且*些測控系統(tǒng)可能不允許。而在系統(tǒng)中采用DS12C887則正好滿足上述要求。DS12887是美國達拉

41、斯半導體公司Dallas生產的并行接口實時時鐘日歷芯片，它置晶振和鋰電池，外圍接口簡單，具有精度高，工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，可廣泛應用于各種需要較高精度的實時時鐘系統(tǒng)。2.DS12887的主要特性DS12887 實時時鐘日歷芯片采用CMOS技術制成，該芯片帶有部晶體振蕩器并置有鋰電池，因此斷電后仍可運行十年以上且不喪失數(shù)據(jù)。同時具有計秒、分、時、星期、日、月、年，并有閏年補償功能。時間、日歷和定鬧具有二進制碼和BCD碼兩種形式，并可設定12小時或24小時制式以及Motorola和Intel總線時序。DS12887含128字節(jié)RAM，其中有10個時鐘存放器、4個控制存放器和114字節(jié)通用RAM，所有

42、RAM單元都具有掉電保護功能，因此可被用作非易失性RAM。 DS12887部具有定鬧中斷、周期性中斷、時鐘更新周期完畢中斷等，且三個中斷源可分別由軟件屏蔽。3.原理及管腳說明DS12887部由震蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路組成。 DS12C887部的存儲器分配如下：共有128字節(jié)RAM空間，其中：15字節(jié)用于時間和控制存放器，113字節(jié)用于普通用途00H09H存儲的是時間和年月日以及鬧鐘設定的時間；0AH0CH是四個設置存放器，用來設定DS12C887的工作狀態(tài)；32H用來存儲世紀數(shù)據(jù)；其他的存放器可以提供給用戶自由使用。1)如圖4.10所示為DS12C887的引腳圖AD7 VCC

43、AD6AD5AD4AD3AD2AD1 SQWAD0IQR RESETR/W NCDS NCCS NCAS NCMOT NCGND NC1110987654191517131411224232316202122圖4.10 DS12C887的引腳圖2)下面介紹個引腳功能:GND、VCC：直流電源+5V電壓。當5V電壓在正常圍時，數(shù)據(jù)可讀寫；當VCC低于4.25V時,讀寫被制止，計時功能仍繼續(xù)；當VCC下降到3V以下時，RAM和計時器供電被切換到部鋰電池；MOT模式選擇：MOT管腳接到VCC時，選擇Motorola時序，當接到GND時，選擇 Intel時序；SQW方波輸出信號：SQW管腳能從實時時鐘

44、部15級分頻器的13個抽頭中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對存放器A編程改變。AD0AD7雙向地址/數(shù)據(jù)復用線：總線接口，可與Motorola微機系列和 Intel微機系列接口；AS地址選通輸入：用于實現(xiàn)信號別離，在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887；DS數(shù)據(jù)選通或讀輸入：DS/RD管腳有兩種操作模式，取決于MOT管腳的電壓選擇，當使用Motorola時序時，DS是一正脈沖，出現(xiàn)在總線周期的后段，稱為數(shù)據(jù)選通；在讀周期，DS指示DS12887驅動雙向總線的時刻；在寫周期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。選擇 Intel時序時，DS稱作RD，RD與典型存儲器的允許信號OE

45、的定義一樣；R/讀/寫輸入：R/W管腳也有兩種操作模式。選Motorola時序時，R/的低電平信號，指示當前周期是讀或寫周期，DS 為高電平時，R/高電平知識讀周期，R/信號是一低電平，成為WR。在次模式下，R/管腳與通用RAM的寫允許信號WE的含義一樣；片選輸入：在DS12887的總線周期，片選信號必須保持為低；中斷申請輸入：低電平有效，可做微處理的中斷輸入，沒有中斷的條件滿足時，IRQ處于高阻態(tài)。線是漏極開中輸入，要求外接上接電阻；復位輸出：當該腳保持低電平時間大于200ms，保證DS12887有效復位。4.部功能1)地址分配圖如圖4.11所示。DS12887地址由114字節(jié)的用戶RAM、

46、10字節(jié)的存放實時時鐘時間、日歷和定鬧RAM及用于控制和狀態(tài)的4字節(jié)特殊存放器組成。幾乎所有的128個字節(jié)可直接讀寫。2)非易失RAM在DS12887中，114字節(jié)通用非易失RAM不專用于任何特殊功能，它們可被處理器程序用作非易失存，。在更新周期也可。3)中斷 RTC實時時鐘加RAM向處理器提供三個獨立的、自動的中斷源。定鬧中斷的發(fā)生率可編程，從每秒一次到每天一次，周期性中斷的發(fā)生率可從500ms到122µs選擇。更新完畢中斷用于向程序指示一個更新周期完成。4)晶振控制位    DS12887出廠時，其部晶振被關掉，以防止鋰電池在芯片裝入系統(tǒng)前被消耗。存

47、放器A的BIT4BIT6為010時翻開晶振，分頻鏈復位，BIT4BIT6的其它組合都是使晶振關閉。5)方波輸出選擇15級分步抽著中的13個可用于15選1選擇器，選擇分頻器抽頭的目的是在SQW管腳產生一個方波信號，其頻率由存放器A的RS0RS3位設置。SQW頻率選擇與周期中斷發(fā)生器共離15選1選擇器，一旦頻率選擇好，通過用程序控制方波輸出允許位SWQE來控制SQW管腳輸出的開關。6)周期中斷選擇    周期中斷可在腳產生500ms一次到每122µs一次的中斷，中斷頻率同樣由存放A確定，它的控制位為存放器B中的PIE位。7)更新周期DS12887每秒執(zhí)行一次

48、更新周期還比較每一定鬧字節(jié)與相應的時間字節(jié)，如果匹配或三個字節(jié)都是不關心碼，則產生一次定鬧中斷。 5.狀態(tài)控制存放器DS12887有4個控制存放器，它們在任何時間都可，即使更新周期也不例外。1)存放器AUIP：更新周期正在進展位。當UIP為1，更新轉換將很快發(fā)生，當UIP為0，更新轉換至少在244µs不會發(fā)生。DV0，DV1，DV2：用于開關晶振和復位分頻鏈。這些位的010唯一組合將翻開晶振并允許RTC計時。RS3，RS2，RS1, RS0：頻率選擇位，從15級頻率器13個抽頭中選一個，或制止分頻器輸入，選擇好的抽頭用于產生方波(SQW管腳)輸出和周期中斷，用戶可以：(1)用PIE位

49、允許中斷；(2)用SQWE位允許SQAW輸出并一樣的頻率；    2)存放器BSET：SET為0，時間更新正常進展，每秒計數(shù)走時一次，當SET位寫入1，時間更新被制止，程序可初始化時間和日歷字節(jié)。    PIE：周期中斷勁旅位，PIE為1，則允許以選定的頻率拉低IRQ管腳，產和缺乏齒數(shù)民：PIE為0，則制止中斷。    AIE：定鬧中斷允許位，PIE為1，允許中斷，否則制止中斷。    SQWE：方波允許位，置1選定頻率方波從SQW腳輸出；為0時，SQW腳為低。    DM：數(shù)據(jù)模式位，DM為1表示為十進制數(shù)據(jù)，而0說明是