1、1,第二章 數(shù)字式保護(hù)硬件系統(tǒng),一、硬件系統(tǒng)概述 二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 三、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng) 五、通信模塊與電源,2,數(shù)字式保護(hù)硬件示意框圖,三、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),3,1.微處理器簡(jiǎn)介,三、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),電子計(jì)算機(jī)的組成,微處理器,4,數(shù)字式保護(hù)裝置硬件的核心是微處理器。微處理器的選擇遵循以下原則：,1. 速度,速度選擇以能在兩個(gè)相鄰采樣間隔內(nèi)完成必要的工作為準(zhǔn)。,2. 功能,3. 通用性,4. 工作環(huán)境的適應(yīng)性,1.微處理器簡(jiǎn)介,5,1. 往功能強(qiáng)的方向發(fā)展,2. 往功能全的方向發(fā)展,在同樣的集成度下，不集成高功能的快速的微處理器，而是把許多其它功能如AD轉(zhuǎn)換、通信接口、定時(shí)器等

2、集成在一個(gè)芯片上,微處理器的發(fā)展方向,1.微處理器簡(jiǎn)介,6,繼電保護(hù)對(duì)可靠性、安全性要求很高，且保護(hù)裝置工作環(huán)境惡劣。為了便于購(gòu)買(mǎi)和升級(jí)換代，一定要選擇大公司的主流工業(yè)級(jí)芯片。目前，國(guó)內(nèi)外數(shù)字式保護(hù)裝置所用的微處理器有兩大類(lèi)：,一類(lèi)是單片機(jī),一類(lèi)是數(shù)據(jù)處理芯片,1.微處理器簡(jiǎn)介,7,單片機(jī),CPU,定時(shí)器計(jì)數(shù)器,IO接口電路,ROM或EPROM,RAM,串行通訊接口,結(jié)構(gòu)與指令功能都是按照工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，故稱(chēng)單片微控制器，又稱(chēng)單片微型計(jì)算機(jī)。,Single Chip Microcontroller Single Chip Microcomputer,2. 單片機(jī),8,單片機(jī)的發(fā)展階段,第一

3、階段（1971-1974年）：INTEL公司設(shè)計(jì)成集成度為每片上有2000只晶體管的4位微處理器 Intel 4004。1972年又研制成了功能較強(qiáng)的 8位微處理器Intel 8008。,2. 單片機(jī),9,單片機(jī)的發(fā)展階段,第二階段（1974-1978年）：初級(jí)單片機(jī)階段。以INTEL公司的MCS48為代表：8位CPU、并行IO口、8位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，尋址范圍不大于4K，且無(wú)串行口。,2. 單片機(jī),10,第三階段（1978-1983年）：高性能單片機(jī)階段。串行口，多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器、片內(nèi)RAM、ROM容量大，且尋址范圍可達(dá)64K字節(jié)，典型芯片有MCS-51。,單片機(jī)的發(fā)展階段,

4、2. 單片機(jī),11,單片機(jī)的發(fā)展階段,第四階段（1983年以后）：8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。此階段主要特征是一方面發(fā)展16位單片機(jī)及專(zhuān)用單片機(jī)；另一方面不斷完善高檔8位單片機(jī)，改善其結(jié)構(gòu)，典型芯片有MCS-96。,2. 單片機(jī),12,2.單片機(jī),單片機(jī)的應(yīng)用,單機(jī)應(yīng)用,在一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中，只使用一片單片機(jī)，這是目前應(yīng)用最多的方式。,多機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可分為功能集散系統(tǒng)、并行多機(jī)處理及局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,多機(jī)應(yīng)用,13,2.單片機(jī),單機(jī) 應(yīng)用,l）測(cè)控系統(tǒng)：用單片機(jī)可以構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。,2）智能儀表。單片機(jī)能促進(jìn)儀表向數(shù)字化、智能化、多功能化發(fā)展。通過(guò)采

5、用單片機(jī)軟件編程技術(shù)，使測(cè)量?jī)x表中的誤差修正、線性化處理等難題迎刃而解。,3）機(jī)電一體化產(chǎn)品。單片機(jī)與傳統(tǒng)的機(jī)械產(chǎn)品結(jié)合，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，控制智能化。,4）智能接口。大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中用單片機(jī)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換接口進(jìn)行控制不僅可提高采集速度，還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，如數(shù)字濾波、線性化處理、誤差修正等。,14,2.單片機(jī),多機(jī) 應(yīng)用,1）多功能集散系統(tǒng)。多功能集散系統(tǒng)是為了滿(mǎn)足工程系統(tǒng)多種外圍功能要求而設(shè)置的多機(jī)系統(tǒng)。 2）并行多機(jī)控制系統(tǒng)。并行數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)圖像處理系統(tǒng)。 3）局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。分布式測(cè)、控系統(tǒng)。,15,舉例,隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，MCS51以及MCS96系列仍然是單片機(jī)中應(yīng)

6、用的主流產(chǎn)品。但8位單片機(jī)在很多場(chǎng)合下已經(jīng)不能滿(mǎn)足工業(yè)控制的需要。MCS-96系列的16位單片機(jī)是功能較強(qiáng)，性能優(yōu)良的單片機(jī),它在一個(gè)芯片上集成了13萬(wàn)個(gè)晶體管，功能較強(qiáng)。尤其是該系列MCS-80C196性能更好。國(guó)內(nèi)很多繼電保護(hù)裝置都采用此類(lèi)單片機(jī)。,16,(1)16位的 CPU（中央處理器） 該CPU在結(jié)構(gòu)上最大特點(diǎn)是：沒(méi)有采用老的累加器結(jié)構(gòu)，改用“寄存器寄存器”結(jié)構(gòu)。消除了一般結(jié)構(gòu)中存在的累加器的瓶頸問(wèn)題，提高了操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。 16位CPU支持位、字節(jié)和字操作，在部分指令中還支持32位雙字操作，如32位除以16位。,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),17,(2)高效的指

7、令系統(tǒng) 典型指令有16位乘16位和32位除以16位的乘除指令，有數(shù)據(jù)規(guī)格化指令（有利于浮點(diǎn)計(jì)算），很多指令既可用雙操作數(shù)，也可用3操作數(shù)。后者包括2個(gè)源操作數(shù)和 1個(gè)目的操作數(shù)，這樣就大大提高了編程的效率。,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),當(dāng)采用 12MHz外接晶振時(shí)，一條指令的最短執(zhí)行時(shí)間為 1s，16位乘16位乘法指令和32位除以16位除法指令的執(zhí)行時(shí)間只有625s。,18,(3)10位A/D轉(zhuǎn)換器 在 96系列部分產(chǎn)品中，有一個(gè)8通道或4通道的10位AD轉(zhuǎn)換器，使得這些型號(hào)產(chǎn)品特別適用于多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能儀器等應(yīng)用領(lǐng)域。A/D轉(zhuǎn)換周期為22s。,單片機(jī)(MCS-96系列)的

8、主要性能特點(diǎn),19,(4)脈寬調(diào)制輸出 作為 D/A轉(zhuǎn)換器輸出，分辨率為8位。96單片機(jī)可以直接提供脈寬調(diào)制信號(hào)，某些電機(jī)可以用它直接驅(qū)動(dòng)。脈寬調(diào)制輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)積分就可以獲得直流輸出。,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),20,(5)全雙工串行口 96系列單片機(jī)具有與MCS-5l兼容的全雙工串行口。這個(gè)串行口可方便地用于I/O擴(kuò)展、與CRT終端等設(shè)備進(jìn)行通信以及多處理機(jī)通信。,(6)5個(gè)8位標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出口 96系列單片機(jī)還有5個(gè)8位I/O口。,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),21,(7)高速輸入/輸出器 高速輸入器可以相對(duì)于內(nèi)部定時(shí)器產(chǎn)生的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，記下某個(gè)外部事件發(fā)生的時(shí)間

9、，共可記下8個(gè)事件；而高速輸出器可以按規(guī)定的時(shí)刻去觸發(fā)某一事件，任何時(shí)候都可以存儲(chǔ)起8個(gè)事件。 “高速”意味著這些功能是自動(dòng)地（相對(duì)于定時(shí)器）實(shí)現(xiàn)的，無(wú)需CPU的干預(yù)。,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),22,(8)8個(gè)中斷源 8個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)有8個(gè)中斷矢量，而有些中斷矢量又對(duì)應(yīng)著多個(gè)中斷事件，共對(duì)應(yīng)20種中斷事件。,(9)看門(mén)狗 軟硬件發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)視定時(shí)器（Watchdog timer）將系統(tǒng)復(fù)位，提供了一種軟硬件故障的自恢復(fù)能力。,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),23,(10)可動(dòng)態(tài)配置的總線 在運(yùn)行過(guò)程中，96系列單片機(jī)的總線可以動(dòng)態(tài)地配置成8位的或16位的，以便適應(yīng)對(duì)

10、外部寄存器進(jìn)行字節(jié)操作或字操作的不同需求。,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),24,(11)8K/16K字節(jié)的內(nèi)部ROM 96系列單片機(jī)寄存器的空間為64K字節(jié)，在帶內(nèi)部ROM的芯片中，內(nèi)部ROM的容量為8K字節(jié)或16K字節(jié)。內(nèi)部ROM/EPROM可以加密，并可在運(yùn)行中對(duì)EPROM編程。,(12)256字節(jié)的寄存器陣列和專(zhuān)用寄存器,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要性能特點(diǎn),25,(14)4個(gè)軟件定時(shí)器,下面舉一個(gè)以80c196KB為CPU的保護(hù)系統(tǒng)加以說(shuō)明。,(13)2個(gè)16位定時(shí)器 定時(shí)器1在系統(tǒng)中作實(shí)時(shí)時(shí)鐘用，定時(shí)器2根據(jù)外部引腳的觸發(fā)信號(hào)而計(jì)數(shù).,單片機(jī)(MCS-96系列)的主要

11、性能特點(diǎn),26,應(yīng)用80C196的保戶(hù)CPU板工作原理說(shuō)明,總線驅(qū)動(dòng)器,EEPROM,EPROM,CPU,譯碼器,RAM,并行接口,74LS245,74LS2864,74LS27256,MCS80C196,74LS139,74LS62235,74LS8255,27,CPU,擴(kuò)展并口,EPROM,RAM,譯碼器,EEPROM,28,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),DSP（Digital Signal Processor）數(shù)字信號(hào)微處理器。DSP芯片專(zhuān)門(mén)用于完成各種實(shí)時(shí)數(shù)字信息處理。 它建立在數(shù)字信號(hào)處理的各種理論和算法的基礎(chǔ)上。 DSP器件不僅使數(shù)字信號(hào)處理從理論研究發(fā)展到實(shí)際應(yīng)用，還從信號(hào)處理領(lǐng)

12、域拓寬到系統(tǒng)控制領(lǐng)域，從而誕生了一大批新型的電子產(chǎn)品。,29,DSP的發(fā)展階段,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),5060年代：在通用計(jì)算機(jī)上進(jìn)行算法的研究和處理系統(tǒng)的模擬與仿真。 70年代：快速傅氏變換FFT、數(shù)字濾波、頻譜分析，可采用通用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。,30,DSP的發(fā)展階段,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),80年代：現(xiàn)代DSP采用哈佛結(jié)構(gòu)，即將程序指令與數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間分開(kāi)，各有自己的地址與數(shù)據(jù)總線。 90年代：先進(jìn)的流水線、并行指令。,31,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),DSP 應(yīng)用,(1)通用數(shù)字信號(hào)處理。數(shù)字濾波 、卷積算法、FFT、希爾伯特變換、自適應(yīng)濾波、窗函數(shù)、波形生成。 (2)通信。

13、高速調(diào)制解調(diào)器、編/解碼器、蜂房網(wǎng)移動(dòng)電話(huà)、數(shù)字留言機(jī)。 (3)聲音/語(yǔ)音信號(hào)處理。 (4)圖形/圖象信號(hào)處理。三維圖形變換處理、模式識(shí)別、圖象增強(qiáng)。 (5)控制。 磁盤(pán)/光盤(pán)伺服控制、激光打印機(jī)伺服控制、機(jī)器人控制、發(fā)動(dòng)機(jī)控制、電機(jī)調(diào)速、無(wú)刷直流電機(jī)。 (6)儀器。 譜分析、函數(shù)發(fā)生、波形發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、暫態(tài)分析、模態(tài)分析等。,32,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),DSP 性能特點(diǎn),1)在單個(gè)指令周期內(nèi)完成乘法/累加運(yùn)算； 2)速度達(dá)到101103MIPS(每秒百萬(wàn)指令million instruction per second)的定點(diǎn)運(yùn)算； 3)指令中有循環(huán)尋址、位倒序等指令； 4)數(shù)據(jù)交換

14、達(dá)到每秒數(shù)百兆字節(jié)的傳輸速率，主要是受片外存儲(chǔ)器速度的限制； 5)并行性：DSP可在每個(gè)周期內(nèi)可以完成多個(gè)操作。,33,DSP在片上設(shè)置仿真模塊或仿真調(diào)試接口。TI在TMS320系列芯片上設(shè)置了符合IEEE 1149標(biāo)準(zhǔn)的JTAG標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接口及相應(yīng)的控制器。接通JTAG接口，就可以在PC上運(yùn)行一個(gè)軟件去控制它，不但能控制和觀察多微處理器中每一個(gè)處理器的運(yùn)行，還可以用這個(gè)接口來(lái)裝入程序。,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),34,DSP舉例,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),目前國(guó)內(nèi)已廣泛采用DSP為核心芯片的數(shù)字式保護(hù)裝置。以TMS320F206為例介紹：,35,(1)CPU芯片,先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)：程序

15、總線、數(shù)據(jù)總線、地址總線。 32位的算術(shù)邏輯單元（ALU） 硬件乘法器 桶形移位器,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),36,(2)存儲(chǔ)器 192k16bit可尋址存貯器空間（64k的程序，64k的數(shù)據(jù)，64k的I/O口空間）。 (3)指令集 有單指令循環(huán)和塊循環(huán)操作；有塊存儲(chǔ)器搬移指令，更便于程序和數(shù)據(jù)管理。 (4)標(biāo)準(zhǔn)串行口 (5)16個(gè)中斷源 (6)速度：?jiǎn)沃芷跒?0ns執(zhí)行時(shí)間。,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),37,用單片機(jī)較強(qiáng)的輸入、輸出接口實(shí)現(xiàn)保護(hù)的信號(hào)、跳閘和控制功能。,DSP,單片機(jī),數(shù)字式保護(hù)硬件系統(tǒng),DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力進(jìn)行保護(hù)的數(shù)據(jù)處理和快速進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算的能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的保護(hù)原理

16、。,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),38,DSP 應(yīng) 用,DSP,以DSP為核心，通過(guò)對(duì)ADC的控制實(shí)現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換，然后完成預(yù)定的保護(hù)算法的運(yùn)算，同時(shí)，在數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足出口跳閘條件的情況下，控制開(kāi)關(guān)量的輸出，以實(shí)現(xiàn)對(duì)外部回路的實(shí)時(shí)控制。,3. 數(shù)據(jù)處理芯片(DSP),39,單 片 機(jī) 應(yīng) 用,單片機(jī),單片機(jī)外圍擴(kuò)展電路較多，而其I/O口資源有限。I2C總線是一種兩線制的串行總線，它通過(guò)一根時(shí)鐘線SCL和一根數(shù)據(jù)線SDA實(shí)現(xiàn)總線上掛接器件之間的兩兩通訊。,40,在設(shè)計(jì)中只要占用51單片機(jī)的兩個(gè)I/O口用于模擬I2C總線操作，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)總線上所有符合I2C總線協(xié)議的器件進(jìn)行控制，而且單片機(jī)作為總線

17、上唯一的主器件控制總線操作，不存在總線沖突的問(wèn)題，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃暂^高。可見(jiàn)，這種方案不但節(jié)省了51單片機(jī)的I/O口資源，也簡(jiǎn)化了電路，這在外圍電路擴(kuò)展較多而數(shù)據(jù)傳輸速率又不要求太高的場(chǎng)合十分適合。,而要實(shí)現(xiàn)裝置的所有功能，這兩個(gè)CPU間需要進(jìn)行多方面的數(shù)據(jù)交換， 下面介紹一種采用雙端口RAM實(shí)現(xiàn)兩個(gè)CPU高速數(shù)據(jù)通信的結(jié)構(gòu)。,41,提供雙口RAM了兩個(gè)完全獨(dú)立的端口，每個(gè)端口具有自己的地址線、數(shù)據(jù)線和控制線，兩側(cè)的CPU都可以將雙口RAM看作自己的外擴(kuò)存儲(chǔ)器，獨(dú)立地讀寫(xiě)雙口RAM的任一存儲(chǔ)單元。雙口RAM與兩側(cè)CPU的接口電路如下圖所示：,42,DSP應(yīng)用舉例,雙口RAM,DSP,單片機(jī),4

18、3,80C51為8位機(jī)，而TMS320F206為16位機(jī)，為了方便讀寫(xiě)操作，選用了兩片容量為4K8的高速雙口RAMIDT7134。這樣兩側(cè)CPU可以完全獨(dú)立地讀寫(xiě)雙口RAM，雙方的信息很容易實(shí)現(xiàn)交互傳遞。,DSP應(yīng)用舉例,44,數(shù)據(jù)處理單元,當(dāng)單片機(jī)用于實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能時(shí)，首先需要就是存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。單片機(jī)內(nèi)部雖然設(shè)置了一定容量的存儲(chǔ)器，但這種存儲(chǔ)器一般容量較小，需要從外部進(jìn)行擴(kuò)展，配置外部存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 為了滿(mǎn)足繼電保護(hù)定值設(shè)置的需求，還配置了電可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM）存儲(chǔ)定值等。程序常駐于只讀存儲(chǔ)器（EPROM）中，計(jì)算過(guò)程和故障數(shù)據(jù)記錄所需要的臨時(shí)存儲(chǔ)是由

19、隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器（RAM）實(shí)現(xiàn)。 處理器通過(guò)其數(shù)據(jù)線、地址線、控制線及譯碼器來(lái)與存儲(chǔ)器部件進(jìn)行通訊。根據(jù)不同保護(hù)功能的要求，一般還要擴(kuò)展一些并行口等。,45,一、硬件系統(tǒng)概述 二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 三、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng) 五、通信模塊與電源,第二章 數(shù)字式保護(hù)硬件系統(tǒng),46,（1）開(kāi)關(guān)量輸入回路,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),數(shù)字式保護(hù)裝置的開(kāi)關(guān)量輸入即接點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開(kāi)）。 開(kāi)光量輸入包括斷路器和隔離開(kāi)關(guān)的輔助接點(diǎn)或跳合閘位置繼電器接點(diǎn)，外部裝置閉鎖接點(diǎn)，氣體繼電器接點(diǎn)。還包括某些裝置上壓板位置輸入等。,47,當(dāng)外部接點(diǎn)K1接通時(shí)，有電流通過(guò)發(fā)光二極管回路，光敏三極管導(dǎo)通。因此三極管

20、的導(dǎo)通和截止反映了外部接點(diǎn)的狀態(tài)。,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),（1）開(kāi)關(guān)量輸入回路,48,光電耦合芯片的兩個(gè)隔離部分間分布電容僅是幾個(gè)微微法，大大削弱干擾。,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),（1）開(kāi)關(guān)量輸入回路,由于一般光電耦合芯片發(fā)光二極管的反向擊穿電壓較低，為防止開(kāi)關(guān)量輸入回路電源極性接反時(shí)損壞光電耦合器，圖中二極管V對(duì)光隔芯片起保護(hù)作用。,49,（2）開(kāi)關(guān)量輸出回路,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),開(kāi)關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口信號(hào)以及本地和中央信號(hào)等。一般都采用并行接口的輸出口來(lái)控制有接點(diǎn)繼電器（干簧或密封小中間繼電器）的方法。 但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過(guò)一級(jí)光電隔離。,50,（2）開(kāi)關(guān)量輸出回路

21、,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),軟件使并行口的PB0輸出“0”，PB1輸出“1”，便可使與非門(mén)輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通。繼電器K被吸合。,設(shè)置反相器B及與非門(mén)H而不是將發(fā)光二極管直接同并行口相連，一方面是因?yàn)椴⑿锌趲ж?fù)載能力有限，不足以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí)管，另一方面采用與非門(mén)后要滿(mǎn)足兩個(gè)條件才能使K動(dòng)作，增加了抗干擾能力。,51,（2）開(kāi)關(guān)量輸出回路,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),圖中的PB0經(jīng)一反相器，而PB1卻不經(jīng)反相器，這樣可防止拉合直流電源的過(guò)程中繼電器K的短時(shí)誤動(dòng)。,在拉合直流電源過(guò)程中，當(dāng)5V電源處在中間某一臨界電壓值時(shí)，可能由于邏輯電路的工作紊亂而造成保護(hù)誤動(dòng)作，特別是保護(hù)裝置的電源往往接有大量

22、的電容器，所以拉合直流電源時(shí)，無(wú)論是5V電源還是驅(qū)動(dòng)繼電器用的電源E，都可能相當(dāng)緩慢的上升或下降，從而完全可能來(lái)得及使繼電器K的接點(diǎn)短時(shí)閉合，采用圖中的接法，兩個(gè)相反的條件的互相制約，防止繼電器的誤動(dòng)作。,52,（3）打印機(jī)并行接口,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),打印機(jī)作為數(shù)字式保護(hù)裝置的輸出設(shè)備，在調(diào)試狀態(tài)下，輸入相應(yīng)的鍵盤(pán)命令，數(shù)字式保護(hù)裝置可將執(zhí)行結(jié)果通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)，以了解裝置是否正常。在運(yùn)行狀態(tài)下，系統(tǒng)發(fā)生故障后，可將有關(guān)故障信息，保護(hù)動(dòng)作行為及采樣報(bào)告打印出來(lái)，為分析事故提供依據(jù)。,53,（3）打印機(jī)并行接口,四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng),由于繼電保護(hù)對(duì)可靠性要求特別高，而它的工作環(huán)境電磁干

23、擾比較嚴(yán)重，打印機(jī)引線可引入干擾，因此，數(shù)字式保護(hù)裝置與打印機(jī)數(shù)據(jù)線連接均經(jīng)光電隔離。,對(duì)顯示器和鍵盤(pán)的控制，為調(diào)試、整定與運(yùn)行提供簡(jiǎn)易的人機(jī)對(duì)話(huà)功能。,54,一、硬件系統(tǒng)概述 二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 三、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 四、開(kāi)關(guān)量輸入輸出系統(tǒng) 五、通信模塊與電源,第二章 數(shù)字式保護(hù)硬件系統(tǒng),55,在微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU與外部的基本通信方式有兩種： 并行通信數(shù)據(jù)各位同時(shí)傳送 串行通信一數(shù)據(jù)一位一位順序傳送,五、通信模塊與電源,1. 通信接口,56,并行通訊與串行通訊,五、通信模塊與電源,57,在并行通信中，數(shù)據(jù)有多少位就需要多少根數(shù)據(jù)傳送線。串行通信只需要一對(duì)數(shù)據(jù)傳送線，故串行通信能節(jié)省傳送線，尤

24、其是當(dāng)數(shù)據(jù)位數(shù)很多和遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送時(shí)，這一優(yōu)點(diǎn)更突出。串行通信的主要缺點(diǎn)是傳送速度比并行通信要慢。,并行通信的硬件連接及數(shù)據(jù)傳送比較簡(jiǎn)單?；诖型ㄐ诺奶攸c(diǎn)，它常用于保護(hù)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。,五、通信模塊與電源,58,在串行通信中，有二種基本的通信方式： 1）異步通信 異步串行通信規(guī)定了字符數(shù)據(jù)的傳送格式，即每個(gè)數(shù)據(jù)以相同的幀格式傳送。每一幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位組成。,五、通信模塊與電源,59,a. 起始位：在通信線上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)處于邏輯“ l”狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送設(shè)備要發(fā)送一個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)出一個(gè)邏輯“0”信號(hào)，這個(gè)邏輯低電平就是起始位。起始位所起的作用就是表示字符傳送

25、開(kāi)始。 b. 數(shù)據(jù)位：當(dāng)接收設(shè)備收到起始位后，緊接著就會(huì)收到數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是5、6、7或8位的數(shù)據(jù)。在字符數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，數(shù)據(jù)位從最小有效位（最低位）開(kāi)始傳送。 c. 奇偶校驗(yàn)位：數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，可以發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。 d. 停止位：在奇偶位或數(shù)據(jù)位（當(dāng)無(wú)奇偶校驗(yàn)時(shí)）之后發(fā)送的是停止位?？梢允?位或2位。停止位是一個(gè)字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。,五、通信模塊與電源,60,2) 同步通信,在異步通信中，每一個(gè)字符要用起始位和停止位作為字符開(kāi)始和結(jié)束的標(biāo)志，以致占用了時(shí)間。所以在數(shù)據(jù)塊傳送時(shí)，為了提高通信速度，常去掉這些標(biāo)志，而采用同步傳送。同步通信不像異步通信那樣，靠起始位在每個(gè)字符數(shù)據(jù)開(kāi)始時(shí)

26、使發(fā)送和接收同步，而是通過(guò)同步字符在每個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送開(kāi)始時(shí)使收發(fā)雙方同步。,五、通信模塊與電源,61,同步通信的特點(diǎn)是： a以同步字符作為傳送的開(kāi)始，從而使收發(fā)雙方取得同步； b每位占用的時(shí)間都相等； c字符數(shù)據(jù)之間不允許有空隙，當(dāng)線路空閑或沒(méi)有字符可發(fā)時(shí)，發(fā)送同步字符。,五、通信模塊與電源,62,同步字符可由用戶(hù)選擇一個(gè)或二個(gè)特殊的8位二進(jìn)制碼作為同步字符。與異步通信收/發(fā)雙方必須使用相同的字符格式一樣，同步通信的收發(fā)雙方必須使用相同的同步字符。 異步通信常用于傳輸信息量不太大、傳輸速度比較低的場(chǎng)合。在信息量很大，傳輸速度要求較高的場(chǎng)合，常采用同步通信。,五、通信模塊與電源,63,波特率（Ba

27、ud rate）,通信線上的字符數(shù)據(jù)是按位傳送的，每一位寬度（位信號(hào)持續(xù)時(shí)間）由數(shù)據(jù)傳送速率確定。波特率即是對(duì)數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)傳送的信息量，以每秒傳送的位（Bit）表示，單位為波特。,l波特=1位秒（1bps） 例如：電傳打字機(jī)最快傳送速率為10字符秒，每個(gè)字符11位，則波特率為： 11位10字符秒=110位秒=110波特,五、通信模塊與電源,64,在異步串行通信中，接收設(shè)備和發(fā)送設(shè)備保持相同的傳送波特率，并使每個(gè)字符數(shù)據(jù)的起始位與發(fā)送設(shè)備保持同步。起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶位和停止位的約定，在同一次傳送過(guò)程中必須保持一致，這樣才能成功地傳送數(shù)據(jù)。 實(shí)現(xiàn)串行通信方式的硬件電路稱(chēng)為串行通信接口電路芯片。串行通訊接口電路至少包括一個(gè)接收