摘要：扼要介绍智能励磁功率柜的概念及C8051F041单片机的特色;具体论说依据C8051F041的智能励磁功率柜的结构、原理及CAN总线通讯的完结办法。该操控方案体系集成度高、硬件简略、作业牢靠，具有杰出的推行价值。 要害词：C8051F041 CAN 现场总线 励磁 跟着发电机容量的不断增大，对励磁体系的要求越来越高。某省12年的核算标明，励磁体系毛病仍是发电机毛病停机和非方案停运的首要原因，占发电机的非方案停运比大于50%。励磁体系呈现毛病，将影响发电体系全体牢靠性，可见励磁体系的牢靠性十分重要。国内现在运用的各类励磁调节器十分先进，但功率柜的制作水平还不尽善尽美，这必然影响励磁体系全体功用的进步，然后阻碍升发电体系的功用。 现在，国产的励磁功率柜普遍存在检测功用不全，信息传送、操控和检测技术落后等问题。本文介绍的依据C8051F041的智能励磁功率柜具有齐备的检测、操控、通讯功用。
1 C8051F041单片机特色 C8051FXX系列单片机是美国Cygnal公司新推出的一种兼容51内核的单片机。其结构较杂乱，限于篇幅，在这儿不再胪陈。以下仅就笔者对 C8051F041的运用介绍一下其新特色。 ①内核选用流水线结构，速度可达25MIPS(25MHz晶振)，比一般的51快10倍;指令与规范51系列兼容，把握开发进程十分简单;JTAG调试方法，支撑在体系、全速、非刺进调试和编程，不占用片内资源。 ②片上集成64KB Flash，4352B内部RAM(256+4KB，可外扩至64KB)，32个I/O口，12通道12位100ksps可编程增益ADC，8通道8位 500ksps可编程增益ADC，2路12位DAC，3路模仿比较器，内部电压基准，片内电源监督、降压检测、看门狗。因为C8051F041的高集成度，避免了外扩ROM、RAM、A/D、D/A、Watchdog、可编程I/O口、EEPROM(用片内Flash完结)，大大简化了硬件电路，为构成以C8051F041为中心的单片体系发明了条件，然后可进步体系的牢靠性。 ③片内集成2个UART，1个SM(兼容I2C)，1个SPI。最为便当的是，C8051F041集成了CAN总线操控器。CAN总线具有开发费用低、抗搅扰性强、适用于工业现场使用等特色，其在搅扰十分严峻各种工业现场测控范畴得到广泛使用。C8051F041只需加上CAN总线收发电路就可挂接到 CAN通讯网络上，大大简化了通讯体系的规划，一起可削减通讯节点遭到搅扰的概率。 ④可编程的16位计数器阵列(PCA)，有6个捕捉/比较模块，5个通用16位计数器/守时器。这为需求守时器/计数器较多的测控节点供给了便利。 ⑤C8051F041能够满意绝大多数工业测控节点的要求，能够构成以C8051F041为中心的单片体系;配以外围丈量单元，能够构成完好的测控节点，进步体系的牢靠性。 2 智能励磁功率柜的体系结构 智能功率柜体系原理框图如图1所示。
在功率柜中最要害的部件是三相全控桥。操控此桥的中心参数触发视点经CAN总线由调节器送出，一起送达本地柜应发的电流值。经检测得到的输出电流值与调节器的应发给定电流值进行比较，完结PI运算后产生新的微调触视点。该触发视点经PCA构成触发脉冲继而驱动三相全控桥，然后在电子级完结柜间均流。与此一起，经过信号检测模块将柜内温度、晶闸管通断状况、输出电流值送入微操控器，对各参数进行核算剖析，与设定阀值比较，实时显现丈量成果并可进行报警。 2.1 依据PCA模块完结的数字移相触发 三相晶闸管全控桥作业原理及6个晶闸管的触发脉冲相序联系如图2所示。 PCA包括6个依据同一16位计数器作为时基的捕捉/比较模块，每个模块可构成正沿捕捉、负沿捕捉、正负沿捕捉、软件守时器、高速输出、脉冲宽度调制器6 种方法。在本体系中，其被构形成高速输出形式，每逢PCA计数器与模块的16位捕捉/比较寄存器相匹配，相应模块的CEX引脚的逻辑电平产生变化，并引起相应中止。 触发信号从同步信号过零点计时，调节器经CAN网络发送给各功率框触发我的电视点值α、同步信号周期值TSYN、脉冲宽度W。同步信号采样电路如图3所示。同步信号过零产生中止时，使PCA计数器开端计数，并依据α、W、TSYN及PCA计数频率核算出α的对应值Tα1～Tα6和脉冲后沿的对应值 TW1～TW6，并将Tα1～Tα6写入6个模块的16位捕捉/比较寄存器。当捕捉寄存器的值与PCA计数器相符时，CEX引脚变为高电平，相应模块产生中止。在中止子程序中相应的TWN读写入16位捕捉/比较寄存器，其与PCA计数器值相符时，CEX引脚变为低电平，一路触发单脉冲产生，用门电路可将6 路单脉冲合为6路双窄脉冲。下式为Tα和Tw核算办法： TαN=TSYN[α+90(N-1)]/(360%26;#215;TCLK) TWN=TSYN[α+W+90(N-1)]/(360%26;#215;TCLK) N=1,2,…，6，TCLK为PCA计数器计数周期。
2.2 经过片内Flash在线修正参数 C8051F041的Flash的0x0000～0x007F的地址规模既可用于片内64KB Flash，也可用于附加的128B的扇区，这经过设置PSCTL寄存器的SFLE位完结。因为片内Flash有必要先擦除再写入，并且以512B一扇区进行，故附加的128B的扇我更适合用作非易失性数据存储。功率柜需在线修正的参数为PI调节器的P和I。下面以KEIL C51为例给出在线修正参数的程序。 WrRe_Flash(){ Unsigned int xdata *pwrite; Unsigned int code *pread; Unsigned char i; Unsigned char il; WDTCH=0xde; //制止看门狗 WDTCN=0xad; FLSCL|=0x09; //25MHz时钟的擦写频率 PSCTL|=0x02; //答应Flash扇区擦除
PSCTL|=0x05; //答应Flash扇区写 pwrite=0x0000; //0x0000指向128B扇区 *pwrite=0; //擦除Flash PSCTL%26;amp;=～0x02; //制止擦除Flash for(i=0;i2;i++) //将P和I参数写入 {*pwrite++=PI[i];} PSCTL%26;amp;=～0x01; //制止写Flash pread=0x0000; //读入当时值 for(il=0;il2;il++){PI[il]=*pread++;} } 3 CAN总线在励磁设备中的使用 CAN总线是首要的现场总线之一。因为其较低的开发费用、杰出的抗搅扰才干等特色，其在工业测控范畴得到广泛使用。关于CAN总线的基本概念、接口电路等方面的相关内容较多，这儿不再胪陈。本文要点介绍如何用C8051F041完结CAN总线通讯。 3.1 C8051F041的CAN操控器结构 C8051F041内部集成CAN操控器，不需外加CAN操控器(如SJA1000)，这关于需求杰出抗搅扰性的测控体系有很大优点;可将 C8051F041构成为集通讯与操控功用于一体的单片体系，大大简化硬件规划，然后进步体系抗搅扰才干。 图4给出C8051F041内部CAN结构图，MCU不能直接拜访信息RAM，有必要经过IF寄存器，然后由IF寄存器与信息RAM交流数据。信息RAM共可存32帧信息，IF寄存器分为IF1和IF2两组，可别离界说为接纳、发送功用，IF的CommandRequest寄存器界说拜访32帧信息的哪一帧，CommandMask界说将一帧信息的哪一部分传到信息RAM。 中止寄存器IR为0x0000，表明没有断产生;为0x0001～0x0020,表明32帧信息的哪一帧引脚中止;为0x8000，表明状况改动(发送完结、接纳完结、过错状况)引起中止。 3.2 CAN通讯 通讯的初始化进程与其它CAN操控器相似，不再胪陈。限于篇幅仅给出如图5所示的发送、信息RAM与IF通讯和接中止子程序的框图。
3.3 CAN总线在智能功率柜中的使用 CAN通讯体系由4个节点组成：1个调节器和3个功率柜。功率柜由C8051F041完结通讯功用，调节器由集成了CAN协议的网卡HT-1302B担任通讯。本体系由带屏蔽层的双绞线构成通讯介质，最大通讯间隔不超越150m，通讯速率可达250Kbps。调节器发送单柜应发电流值、触发角、同步信号周期、脉冲宽度给各功率柜，功率柜将各柜输出电流值、导通监督成果、柜内各点温度反应回调节器。 4 使用中的问题 ①在默许中止次序中，CAN的中止号高于INT1(优先级低)，应将CAN设为高中止优先级使其高于INT1，这样才干有正确的触发视点。 ②在线修正参数时，读、写指针的数据类型应分为code、xdata，擦除、写入Flash后应别离当即制止擦除、制止写入，参数写入后应将参数再读入 RAM中。 ③总线守时寄存器的设置极大影响了CAN功用的发挥。使用中，咱们选用16MHz晶振，BTR为1C01H，通讯速率为250Kbps，两点间最大通讯间隔为150m，通讯作用很好。 ④新推出的C8051C06X除具有C8051F04X的功用外，新增了16位ADC。这为需高精度丈量的使用场合供给了便利。
