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單片機協(xié)處理器在電力系統(tǒng)中的應用
摘要:單片機協(xié)處理器能分擔主處理器的部分工作,使電力測控系統(tǒng)在運行速度、功能需求等性能上有明顯的改善。關鍵詞:單片機協(xié)處理器 硬件略圖 軟件
前言
在電力測量及保護系統(tǒng)中,通常是由單片機構成數(shù)個乃至數(shù)十個前端處理器。它們通過串行通信與微機構成的中央處理器相連接,形成一個完整的系統(tǒng),以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的遙測、遙信、遙調、遙控等功能。
前端處理器的核心就是單片機,從目前的情況來看,以Intel公司的16位單片機80C196系列(KB、KC等)應用最廣。單片機要處理的問題很多。如I/O量、A/D模數(shù)轉換、鍵盤、通信、顯示等,處理一圈所花費的時間常稱之為前端處理器的運行周期。在整個系統(tǒng)中,前端處理器的數(shù)量較多,中央處理器對其進行巡檢時會花去較多的時間。若能將前端處理器的運行周期縮短,毫無疑問能提高整個系統(tǒng)的運行及處理速度,使系統(tǒng)的性能得以改善。
被處理的各量中,以模擬量的處理較為復雜且耗時較長。模擬量的處理內容較多,如模擬量周期(即工頻)的測定、模擬通道的選擇(多個模擬量同一時刻選通一個)、A/D轉換及存儲等,有時還須采樣/保持控制等。如能將模擬量交給一個協(xié)處理器去處理,勢必會減輕主處理器的負擔,縮短主處理器的運行周期,同時還能為增強某些功能需求創(chuàng)造條件。模擬量的計算通常是用傅氏算法,其精度又與模擬信號一周期內采樣點的多少有關。采樣點多,精度就高,但耗費的時間也多。若前端處理器采用單一的CPU,由于受到時間和模擬通道數(shù)量的限制,采樣點大約在12~24點。若采用協(xié)處理器,采樣點可多至30~36點,模擬通道多至16個,也同樣可正常工作。由于主處理器與協(xié)處理器的軟件各自獨立,使得在編制軟件思想清晰,容易理順。
一、硬件
圖1給出了前端處理器中采用協(xié)處理器的硬件略圖(只畫出有關部分)。它的主處理器仍采用了當前流行的16位單片機80C196KB(IC6),協(xié)處理器采用了W78E51單片機(IC3)。W78E51的指令及性能同89C51,只是它的工作頻率可以達到40MHz。由于有兩個CPU同時運行,而且它們之間還有數(shù)據(jù)交換,如何去協(xié)調它們的工作是至關重要的,這需要通過硬件和軟件的設計來加強保證。
圖1中,IC1是8選1的模擬通道芯片MAX338,若通道數(shù)量超過8,可選用MAX306,其通道數(shù)量可達16個。IC2為12位帶采樣保持功能的A/D模數(shù)變換芯片AD1674。IC4為地址鎖存片74LS373,IC5為RAM存儲芯片6264,它們附屬于IC3,作為IC3的片外數(shù)據(jù)存儲器。
硬件的工作過程是:工頻電壓或電流經(jīng)處理后(經(jīng)傳感器或者電壓/電流互感器、放大器、濾波器等處理)變?yōu)橄鄳哪M信號,分別從CI1的8個輸入端(IN1~IN8)輸入,具體選通哪路則取決于A0~A2的二進制數(shù)。而A0~A2又是由IC3的P10~P12決定。被選中通道的模擬量由IC1的OUT輸出,經(jīng)跟隨器后進入IC2進行A/D變換,由R/C、A0控制變換的過程,STA給出變換結束的信號,它們分別由IC3的P15~P17實施控制和測試。變換完成的數(shù)字量為12位,分兩次輸出,第一次為高8位(DB11~DB4),第二
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