摘要：单片机协处理器能分管主处理器的部分作业，使电力测控体系在运转速度、功用需求等功用上有显着的改进。 关键词：单片机协处理器 硬件略图 软件 前语 在电力丈量及维护体系中，一般是由单片机构成数个甚至数十个前端处理器。它们经过串行通讯与微机构成的中央处理器相连接，构成一个完好的体系，以完结对电力体系的遥测、遥信、遥调、遥控等功用。 前端处理器的中心就是单片机，从现在的状况来看，以Intel公司的16位单片机80C196系列(KB、KC等)使用最广。单片机要处理的问题许多。如 I/O量、A/D模数转化、键盘、通讯、显现等，处理一圈所花费的时刻常称之为前端处理器的运转周期。在整个体系中，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刻。若能将前端处理器的运转周期缩短，毫无疑问能进步整个体系的运转及处理速度，使体系的功用得以改进。
被处理的各量中，以模仿量的处理较为杂乱且耗时较长。模仿量的处理内容较多，如模仿量周期(即工频)的测定、模仿通道的挑选(多个模仿量同一时刻选通一个)、A/D转化及存储等，有时还须采样/坚持操控等。如能将模仿量交给一个协处理器去处理，势必会减轻主处理器的担负，缩短主处理器的运转周期，一起还能为增强某些功用需求创造条件。模仿量的核算一般是用傅氏算法，其精度又与模仿信号一周期内采样点的多少有关。采样点多，精度就高，但消耗的时刻也多。若前端处理器选用单一的CPU，因为遭到时刻和模仿通道数量的约束，采样点大约在12～24点。若选用协处理器，采样点可多至30～36点，模仿通道多至 16个，也相同可正常作业。因为主处理器与协处理器的软件各自独立，使得在编制软件思维明晰，简单理顺。 一、硬件 图1给出了前端处理器中选用协处理器的硬件略图(只画出有关部分)。它的主处理器仍选用了当时盛行的16位单片机80C196KB(IC6)，协处理器选用了W78E51单片机(IC3)。W78E51的指令及功用同89C51，仅仅它的作业频率能够到达40MHz。因为有两个CPU一起运转，并且它们之间还有数据交换，怎么去和谐它们的作业是至关重要的，这需求经过硬件和软件的规划来加强确保。 图1中，IC1是8选1的模仿通道芯片MAX338，若通道数量超越8，可选用MAX306，其通道数量可达16个。IC2为12位带采样坚持功用的 A/D模数改换芯片AD1674。IC4为地址锁存片74LS373，IC5为RAM存储芯片6264，它们附归于IC3，作为IC3的片外数据存储器。
硬件的作业进程是：工频电压或电流经处理后(经传感器或许电压/电流互感器、放大器、滤波器等处理)变为相应的模仿信号，分别从CI1的8个输入端(IN1～IN8)输入，详细选通哪路则取决于A0～A2的二进制数。而A0～A2又是由IC3的P10～P12决议。被选中通道的模仿量由IC1的 OUT输出，经跟从器后进入IC2进行A/D改换，由R/C、A0操控改换的进程，STA给出改换完毕的信号，它们分别由IC3的P15～P17施行操控和测验。改换完结的数字量为12位，分两次输出，第一次为高8位(DB11～DB4)，第2次为低8位(DB3～DB0，后加4个0)。这些数据经收拾后顺次存入数据存储器IC5中。IC3的P14是IC2的片选信号，P33是IC4、IC5的片选信号，一般为高电平，选不中。当进行A/D改换时，须先将 P14置低电平，选中该片，改换完结后，再置加高电平。当向IC5存、取数据时，须经过P33进行操控，进程同上。这样，能够避免A/D改换、IC5存取数据、IC3经过P0口向IC6传送数据这三者之间的彼此穿插搅扰。 周期值的丈量是由一模仿通道供给工频信号，经斯密特触发器至IC3的P13进行。P13相邻两次电平下降的时刻隔即可周期值。 IC3的P30、P31与IC6的P10、P11构成握手信号，将寄存IC5中的各量顺次取出，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、处理和操控。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%26;#215;32%26;#215;8+2=514字节。当少于200字节时，也即采样点、通道数较少时，如Rn=16，Rm=6，IC3可用W78E52替代。W78E52能够使用片内的256个RAM来存储数据而省去片外的数据存储器，在硬件上更为简练。 二、软件 图2是协处理器主程序软件框图。首要对有关的量进行阐明：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用来存储丈量出的周期值;
Ta存储两相邻采样点的时刻距离，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，用来发生T0中止。留意：以上诸量都须机器周期来表明，本例中选用24MHz晶振，一个机器周期的时刻为0.5μs。Rm是模仿通道数，规模是1～8。Rn是采样点数，规模是1～32。 作业进程简述如下：当P13电位跌落时，周期测验开端，到第2次P13跌落时，周期测验完毕(区间为AA～AD)。两次跌落的时刻距离即为工频的周期，具有精确的盯梢特性。在周期测验开端后4μs，T0溢出发生中止，履行中止子程序，一共32次。中止子程序都是在AD～AC间履行的，也即在第一周期内一切需求丈量的量都已测出。从AD往后就是第二周期，首要用来核算Ta、Tb的值，并将IC5内的数据传送出去。由此可见，协处理器的运转为2个周期，约 40ms。应阐明的是：在上电的第一个周期内，因周期值还未测出，故须对Tb值先行设置。图3是中止子程序软件框图。 8个通道的A/D转化数据是先存入片内的RAM。这样来得快，以削减通道之间的相差(附近通道之间的相差约为0.4%26;#176;)，之后，再一次性地由片内RAM转存于片外RAM。履行一次T0中止子程序的时刻约为256μs。当采样点为32时，时刻距离为625μs，捉襟见肘。若将采样点增至 36，通道增至16个，则采样点距离约为555μs，履行中止子程序的时刻约为445μs，仍有满足的余量。 软件能够用汇编言语ASM51编写，也能够用对应的高档言语PL/M51或C51编写，但前者代码率高一些。 完毕语 以上是协处理器的一般用法，在此基础上是否能进一步缩短运转周期和进步丈量精度，是一个值得研讨的课题。进步主处理器IC6和协处理器IC3的作业频率(如IC6选用16MHz，IC3选用36MHz)能够进步CPU的运转速度，以到达缩短运转周期的意图。但有两点需求留意：一是CPU的外围芯片的速度有必要跟得上;二是频率进步后，辐射增强，穿插搅扰变得显着。因面，在印刷电路板的规划上须慎重处理。 进步丈量精度能够从3个方面着手。一是进步A/D转化精度，选用14位A/D改换芯片。不过，位数越多，改换所需的时刻也越长。这在单一CPU中因时刻约束，作用欠好，而在协处理器中却简单完结。这儿还有一个顺便的问题，现在大都选用开关式稳压电源，耗电量省，但作业频率高，噪波大，一般有5～10mV, 这无疑约束了精度的进步。因此，有必要有一套优秀的电源滤波体系，将噪波滤到1mV以下。有时这部分的电源搅扰选用串联式稳压电源，其噪波能够做到 0.5mV以下。 二是选用一起式采样坚持电路。在前述电路中，8个模仿通道的采样并不是一起进行而是按序进行的，后边的通道对前面的通道而言有一个时刻上的滞后，这会给丈量带来某些差错。常用的方法是将各模仿量的方位进行调整，将关系密切的量逐一紧排，以削减滞后带来的影响。当然，进步协处理器的速度和选用高速A/D改换器也有助于滞后的减小(可做到0.2%26;#176;以内)。但是，终究处理这个问题的方法是选用一起式采样坚持电路，也即在图1的IC1前参加8片采样坚持芯片，并由%&&&&&%3施行操控。 三是各模仿量输入通道(包含传感器或电压/电流互感器、放大器、滤波电路等)均会构成必定的附加相移。若各通道的附加相移持平，则对丈量的精度不会有影响。输入工频三相电A，B，C，各相相差应为120%26;#176;，因为附加相移不持平，显着会给丈量带来影响，尤以测功率时显着。因此，应对各模仿通道的附加相移进行丈量调整，使其尽可能持平。
