煤矿供电系统的保护设计软件设计.doc

摘要 单片微型计算机简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器、 CPU、随机存取存储器 RAM、只读存储器 ROM、I/O 接口电路、定时器/计数器以及 串行通信接口等制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机主要应 用于控制领域，由于其具有可靠性高、体积小、价格低、易于产品化等特点，因而在 智能仪器仪表、实时工业控制、智能终端、通信设备、导航系统、家用电器等自控领 域获得广泛应用。 煤矿供电系统保护是整个煤矿安全的重要组成部分，做好煤矿供电系统保护工作 是做好煤矿安全工作的保障之一，对避免和减少煤矿井下重大安全事故的发生具有十 分重要的作用。 在煤矿生产中，井下煤矿的供电系统的保护大多采用继电保护装置，随着计算机 技术、微电子技术、信息技术、网络通信技术的不断发展，智能保护系统已经研制成 功，这使得使整个系统的可靠性有很大提高，从而保证了生产质量。 关键词：单片机 AD 转换器、DA 转换器 Abstract II Abstract Single chip computer chip referred to. It is composed of the microcomputer functional components: the central processor, the CPU, random access memory (ROM, RAM and read- only memory I/O interface circuit, timer/counter and serial communication interface chip in a piece of integration, constitute a complete micro computer. SCM is mainly applied to control field, since it has high reliability, small volume, low price, easy to prod in intelligent instrument, industry control, real-time intelligent terminals, communication equipment, navigation, household appliances automation field widely used. Coal is the power system protection is an important part of coal mine safety in coal power system protection, ready to work is the guarantee of coal mine safety work, to prevent and reduce the colliery safety accidents of major plays a very important role. In coal mine production in coal mine, the power system protection relay protection device is used mostly, along with the computer technology, microelectronics technology, information technology, network communication technology unceasing development, intelligent protection system has been developed, which makes the whole of the reliability of the system has greatly improved, so as to ensure the quality of production. Keywords: MCU ；A D converters； D/A converter 目录 目录 摘要摘要I ABSTRACTABSTRACTII 1 1 绪论绪论.1 1.1 引言.1 1.2 煤矿供电系统保护概述1 1.2.1 井下常用的保护方法1 1.2.2 煤矿供电保护装置.2 1.2.4 漏电保护3 1.2.5 过载保护3 1.2.6 短路保护4 1.2.7 绝缘监视5 1.3 软件设计要求及特点.5 1.4 单片机的概述和发展.5 1.5 煤矿供电系统保护框图8 2 2 控制系统相关软件的设计控制系统相关软件的设计.9 2.1 方案简介.9 2.2 汇编语言简介.9 2.2.1 优点与缺点.9 2.2.3 应用10 2.3 程序代码及程序流程图11 2.3.1 主程序.11 2.3.2 AD 转换13 2.3.3 D/A 转换16 2.3.4 液晶显示17 2.3.5 防止按键抖动的软件设计21 3.3.部分器件功能介绍部分器件功能介绍24 3.1 报警设备.24 3.2 光电耦合器都功能及简介.25 3.3 采样保持器27 目录 3.4 有缘滤波器28 3.5 硬件抗干扰措施.30 3.6 软件抗干扰措施.30 3.7 伟福仿真器的功能特点31 结论结论33 致谢致谢35 参考文献参考文献36 附录附录37 附录附录 A A.37 附录附录 B B.38 河北工程大学毕业设计说明书 1 1 绪论 1.1 引言 目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的 踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输， 工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC 卡，民用豪华轿 车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子 宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医 疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制 的科学家、工程师。 1.2 煤矿供电系统保护概述 在煤矿生产中，井下煤矿的电气设备和供电系统的保护大多采用继电保护装置， 随着计算机技术、微电子技术、信息技术、网络通信技术的不断发展，智能保护系统 已经研制成功，在硬件方面，采用具有强大数据处理能力的 DSP 微处理器，低功耗可 编程逻辑芯片和高集成度的专用芯片，使整个系统的可靠性有很大提高，从而保证了 生产质量。 1.2.1 井下常用的保护方法 由于井下的环境较特殊，电气设备分为矿用一般型电气设备和矿用隔爆型电气设 备，前者不具有防爆性能，适用于没有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所；后者具有防爆和 隔爆性能，适用于有瓦斯、煤尘爆炸危险的场所。同时，电气设备按工作电压高低分 为低压电气设备和高压电气设备，井下电气设备大多属一类负荷和二类负荷，工作时 的电流、电压都较大，对其保护是保证可靠性工作的关键。目前，过流保护、漏电保 护和接地保护是井下的三大保护。 （1）漏电保护 当电网绝缘电阻小于一定数值时，人触及后会产生触电危险，而且漏电不仅会使 设备进一步损坏，形成短路事故，同时还导致人身触电和漏电火花引爆瓦斯、煤尘的 危险。因此在井下供电系统中必须装设漏电保护装置实现绝缘监视、漏电保护以及补 偿流过人身的电容电流的作用。按其实现保护功能分为无选择性漏电保护和有选择性 漏电保护 有选择性漏电保护 采用零序电流保护原理。零序电流信号由零序电流互感器获得。当未发生漏电时， 一次侧三相电流对称，其电流相量和为 0，二次侧无电流输出；当发生漏电时，一次侧 三相电流不对称，其电流相量和不为 0，二次侧有电流输出。其装置与分路开关配合使 用，其优点是减少停电范围，易于查找故障线路，因此被广泛地使用。 河北工程大学毕业设计说明书 2 无选择性漏电保护 采用附加直流电源的保护原理。在包含对地绝缘电阻的检测回路中附加直流电源， 监视其直流电流的变化，达到监测绝缘电阻的目的。该装置需与低压自动馈电总开关 配合使用。其缺点是停电范围大，不易判断漏电线路，但结构简单、工作可靠；故仍 在使用。 （2）过流保护 电火灾产生的主要原因是电网的过电流，而过电流又是由短路、过载引起的，因 此防止电火灾方法就是防止过流的产生。所以过流保护包括短路保护和过载保护。 （3）过载保护 过载是指电动机的运行电流或电气设备工作电流大于其额定电流，但超过额定电 流的倍数小些，通常是额定电流的 1.5 倍以内。引起电动机或电气设备过载的原因很 多，如负载突然增加，断相运行以及电网电压降低等。若电动机或电气设备长期过载 运行，其绕组或电气设备的温升超过允许值使绝缘老化、损坏。过载保护的动作时间 与过载电流大小有关，其动作值设定小于短路保护的动作值。动作延时取决于过载程 度，过载程度越大，延时越短；过载程度越小，延时越长，此特性称为反时限特性。 延时环节由时间继电器构成，过载时，电流继电器动作，其触点接通时间继电器线圈， 经延时后时间继电器触点动作，使执行机构动作，切断主回路电源，同时发出过载信 号。过载保护可由电磁式继电器、电子式继电器和热继电器实现。 （4）短路保护 当电器或线路绝缘遭到损坏、负载短路、接线错误时将产生短路现象。短路时产 生的瞬时故障电流可达到额定电流的十几到几十倍，使电气设备或配电线路因过流而 产生电动力损坏，甚至因电弧引起火灾。短路保护的动作时间要短，其动作值设定较 大，在很短的时间内切断电源。电磁式继电器和电子式继电器均可实现短路保护。 （5）接地保护 在正常情况下，电气设备的金属外壳及架构不带电，但如果电气设备的绝缘损坏， 其金属外壳和架构就要带电。当人触及此电气设备时就会发生触电事故，而且我国规 定触电的安全极限交流电流值为 30mA，因此要通过接地保护限制通过人身的电流使其 在极限电流之内。保护接地的关键是将保护接地装置的接地电阻降低到规定的范围内， 就可以使流过人体的电流不超过安全极限电流，达到减少触电危险的目的。 1.2.2 煤矿供电保护装置 继电保护装置是一种能反应系统故障和不正常状态，并及时动作于断路器跳闸或 发出信号的自动化设备。熔断器、继电器和接触器等都可以用于保护装置，但由于煤 矿系统中正常工作电流和短路电流不断增大，熔断器已不能满足选择性和快速性的要 求，继电器和接触器是目前应用较广泛的保护装置。继电保护装置分类繁多其基本结 河北工程大学毕业设计说明书 3 构主要包括以下几部分。 （1）现场信号输入装置 现场信号送入继电保护装置一般要进行必要的前置处理，如采用光电隔离技术， 消除干扰信号；电平转换电路使低信号变为强信号易于处理；低通波除高频信号及纹 波电压等，使继电器能有效地检测各现场物理量。 （2）测量装置 它是检测经现场信号输入电路处理后与被保护对象有关的物理量，并与已给定的 设定值或自动实时生成的判据进行比较，根据比较结果给出“是”或“非” ，即“0” 或“1”性质的一组逻辑信号或电平信号，经判断确定保护是否启动。 （3）逻辑判断装置 它是根据测量部分各输出量的大小、性质、逻辑状态、输出顺序等信息，按一定 的逻辑关系组合、运算，最后确定是否应该是断路器跳闸或发出信号，并将有关命令 传给执行部分。常用的逻辑一般有“与” 、 “或” 、 “非” 、 “延时” 、 “记忆”等功能。 （4）执行装置 它是根据逻辑判断部分送来的出口信号，完成保护装置的最终任务，主要负责保 护装置与现场设备的隔离、连接、电平转换、出口跳闸的功率驱动，以及现场设备状 态信息的返回等，以使继电保护装置能可靠地工作：电气设备和电力设备发生故障时 跳闸，不正常运行时发出信号，正常时不动作的理想状态。 1.2.3 欠压和过压 对所有的电器设备而言，都有一个额定电压，但在实际中，不能完全保证在额定 电压下工作，是在额定电压附近的一个范围，一般要求在15%。为了保护电器设备和 工艺质量，如果低于15%这个电压，就是“欠压” ，当工作电压下降到这个电压以下， 保护动作，切断电源。相反，如果高于15%这个电压，就是“过压” ，保护也动作切 断电源。当然，在不同场合使用的电器，这个电压要求略有不同，但保护原理是一致 的。 1.2.4 漏电保护 当被保护线路的相线直接或通过非预期负载对大地接通，而产生近似正弦波形并 且其有效值是缓慢变化的剩余电流，当该电流大于一定数值时，保护器切断该线路。 漏电保护器俗称漏电开关，是用于在电路或电器绝缘受损发生对地短路时防人身 触电和电气火灾的保护电器，一般安装于每户配电箱的插座回路上和全楼总配电箱的 电源进线上，后者专用于防电气火灾。 其适用范围是交流 50HZ 额定电压 380 伏，额定电流至 250 安。 低压配电系统中设漏电保护器是防止人身触电事故的有效措施之一，也是防止因 漏电引起电气火灾和电气设备损坏事故的技术措施。但安装漏电保护器后并不等于绝 河北工程大学毕业设计说明书 4 对安全，运行中仍应以预防为主，并应同时采取其他防止触电和电气设备损坏事故的 技术措施。 1.2.5 过载保护 防止主电源线路因过载导致保护器过热损坏而加装的过载保护设备。 电气线路中允许连续通过而不至于使电线过热的电流量，称为安全载流量或安全电流。 如导线流过的电流超过了安全载流量，就叫导线过载。一般导线最高允许工作温度为 65C。过载时，温度超过该温度，会使绝缘迅速老化甚至于线路燃烧。 在机械中，在轴超过所能承受的负载时，过载保护可以防止过载而造成的器械损 坏。 发生过载的主要原因： （1）有导线截面选择不当，实际负载已超过了导线的安全电流； （2）还有“小马拉大车”现象，即在线路中接入了过多的大功率设备，超过了配 电线路的负载能力。 在重要的物资仓库、居住场所和公共建筑物中的照明线路，有可 能引起导线或电缆长时间过载的动力线路，以及采用有延烧性护套的绝缘导线敷设在 可燃或难烧建筑构件上时，都应采取过载保护线路. 1.2.6 短路保护 短路保护就是保证当发生短路时，或接近于短路电流数值的电流出现时可以可靠 地切断电源。 电源的保护功能主要是过压、过流保护两种功能。过流保护与短路保护的的关系 为：任何一种电源在发生故障时，都有可能使输出电压或输出电流失去控制，为了使 用户的负载不致因此而损坏，我公司的电源一般都设有过压和过流保护。有些负载如 阻性负载，当电源有故障，负载上的电压有可能大幅上升，而电流的上升值不一定能 超过过流保护值。此种情况宜用过压保护，例如工作在 50V，可将电压保护值调至 55V，如果电源故障只要电压升至 55V 时，电源会自动切断电压输出。当有些负载是 容性负载时，由于大容量的电解电容器并联在一起，当 电源发生故障时，电流就可能大幅度上升，而电压的升值却不甚明显，这时电源内部 的过流保护部件会首先启动，电源会自动切断输出。 过压保护值在面板上有一只电位器，可以人工设定。而过流保护值是不能人工设 定的，机内巳经定死，一般为额定电流的 1.21.5 倍。需要说明的是，过压保护会立 即快速启动，过流保护则有一秒左右的延时。这是因为如电源正常工作时，如电源的 负载发生突然短路，此时电源输出的瞬间电流是数倍或数十倍的额定电流值，可以认 为是一个电流冲击，远远超过过流保护的数值，但这时并不希望过流保护起作用。而 希望短路解除后，电压自动恢复正常。因此在设计过流保护时，要避开突发短路时的 电流冲击，而仅考虑使输出过电流的时长达到一定的值才启动过流保护。 河北工程大学毕业设计说明书 5 过压、过流保护是针对机内故障的，因此既然发生，电源就不应自动恢复。如果 一定要再现，必须关机后重新开机。而短路保护、电流报警、短路报警功能是面对用 户的，如果电流巳经下降，短路巳经排除，相对的报警声就会自动解除，电压就会自 动恢复正常。 1.2.7 绝缘监视 对未接地电网络，如例如和或网络的绝缘监视方法和设备，其中存在 包括网络和地之间不可避免的欧姆性和电容性绝缘电阻的绝缘阻抗，特别是这种带有 被连接的整流器和或其他转换器的网络。脉冲电压形式的测量电压被施加到网络和 地之间要被监视的网络。一开始，偏置电压被施加并被调节直到要被监视的网络 所固有的可能电压被补偿。所述测量电压的电压脉冲被施加到网络和地之间的所 述网络，且所得到的电流或者从其得出的变量被监视直到预定阶段被达到，例如基本 上平稳的值。所述所得到的电流或者从其得出的变量的值在该阶段被确定，且被用于 建立对网络的绝缘阻抗的评估。 1.3 软件设计要求及特点 在设计过程中我们采用了软件和硬件双结合的的设计方法，而软件的设计简化了 硬件要求。在本设计中软件主要有五个方面的应用，它们分别为：数据采集 程序， AD 转换程序，LCD 液晶显示程序和 DA 转换程序。数据采集主要完成 电压、电流信 号的采集和数据的处理， AD 转换则是把互感器采集来的模拟信号转换为单片机能够 识别的数字信号、显示则是提供错误提示，DA 转换则是把单片机发出的数字控制信 号转换为模拟信号，来控制继电保护设备动作，达到保护电路上供电设备以及保护电 路安全运行的功能。 程序编写时，首先需对用到的参数进行定义，和标号的定义一样，使用的字符必 须易于理解，可以使用英文单词和汉语拼音的缩写形式，这对今后自己的辨读和排错 都是有好处的。然后初始化各特殊功能寄存器的状态，中断口的地址区定义，数据存 储区的安排，根据系统的具体情况，估算中断、子程序的使用情况，预留出堆栈区， 和需要的数据缓存区，接下来就开始编写程序了。 现在的单片机程序还是以汇编语言为主，因为它以简洁、直观、紧凑仍被设计人 员乐于接受。高级语言（如 C 语言）也在单片机设计中发挥越来越重要的角色，性能 也越来越好，但不管是使用何种语言，最终还是需要汇编成机器语言，调试正常后， 通过烧录器固化到单片机或 ROM 中。 1.4 单片机的概述和发展 近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、 商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗 河北工程大学毕业设计说明书 6 能省、价格低、可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定句、汽车火花 控制、交通白动管理和微波炉等专用控制上。近几年来，单片机的发展更为迅速，它 已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。 单片机不求规模大，只求小而全。厂家在一个芯片上制成了 CPU 和一定容量的程 序存储器和数据存储器以及一定数量的输入/输出接口。在一个大规模集成电路芯片上 构造了完整的计算机结构，故称之为单片机 MCS-51 系列中的一片 8751 芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从 CPU、存 储器到输入输出端口，一应俱全。只要写入程序，就可完成中央控制或数据采集、处 理及通信传输的信息处理机，MCS-51 单片机指令系统中为适应控制的需要设有极强的 位处理功能，具有加、减、乘、除指令;CPU 时钟高达 12MHz，完成单字节乘法或除法 运算仅需要 4Ns;具有多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。 近年来，在国际上出现了 Mechanics 和 electronics 复合成 Mechtronics 这个新 词，我国译为“机电一体化“。这种机械和电子技术、信息技术紧密结合的新的学科领 域是先进制造技术研究和普及的结果。机电一体化产品要实现电器控制的实时性、高 可靠性、可编程和一定的人工智能。同时追求体积小、价格低，甚至低功耗等。正是 针对上述种种要求而设计的单片机白然成为机电一体化控制器的最佳选择。 单片机出现的历史并不长，它的产生与发展与微处理器的产生与发展大体上同步， 也经历了四个阶段。 第一阶段:19711974 年，4 位微处理器工 intel 4004 及 8 位微处理器工 intel 8008，这些计算机价格便宜、功能有限，只用于消耗类电子产品。 第二阶段:19741978 年，初级单片机阶段，以工 intel 公司的 MCS-48 为代表， 8 位单片机。 第三阶段:19781983 年，高性能单片机阶段。以工 Intel 公司的 MCS-51, Motorola 公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8 等为代表。这一阶段推出的单片机普遍带有 串行口，有多级中断处理系统、16 位定时器/计数器，有的片内还带有 A/D 转换器接口， 片内 RAM, ROM 容量加大，寻址范围可达 64K 字节。广泛应用于工业控制、外部设备控 制、宏观控制、局部网络及家用计算机中。 第四阶段:1983 年至今，8 位单片机巩固发展及 16 位单片机推出阶段。例如 Mostek 公司的 MK6800、Intel 公司的 MCS-96 等。MCS-96 集成度为 12 万只品体管/片， 寻址范围 64K 字节、5 个 8 位并行口、一个全双工串行口、4 个 16 位定时器、8 通道 10 位 A/D 转换器等，另外 MCS-96 指令能处理位、字节、字，有 16 位乘 16 位乘法、32 位除 16 位除法指令，一块单片计算机的功能可以和一台多片系统机相媲美。单片机己 经进入一个崭新的阶段。 步进电动机上个世纪就出现了，它的组成、动作原理和今天的反应式步进电动机 河北工程大学毕业设计说明书 7 没有什么本质区别，也是依靠气隙间的磁导变化来产生电磁转矩。80 年代以后，由于 廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。 原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装 复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电 路，不利于系统的改进升级。基于微型计算机的控制系统则通过软件来控制步进电机， 能够更好地发挥步进电机的潜力，因此，用微型计算机控制步进电机已经成为了一种 必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。步进电机控制技术和普通电动机控制技 术的不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。早期的步进电机靠一种叫环形分配器 的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。 由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流与直流电源接通后，就会在间隙 中形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着接通切换频率的增高， 转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关，现在比较常 用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进 电机等。 步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在使用数控机床的生 产制造中，因为步进电机不需要 A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移， 所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满 足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的 发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比 如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机 可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数 控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也应 用在其他方面，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可 以应用在打印机和绘图仪中等等。 微电子技术的飞速发展，带动了机械加工技术的飞速发展。而在其发展过程中， 最显著的特点是机械制造将越来越密切地依赖于电子技术、检测技术、自动控制技术、 计算机技术、系统论、信息论等现代科学技术。 随着现代电子科学的不断发展与进步，电子计算机已深深介入机械制造的各个领 域，诞生了一系列机、电、计算机一体化的新产品。 同时微电子技术的不断发展，数控系统也在不断地更新换代，先后经历了电子管 （1952 年） 、晶体管（1959 年） 、小规模集成电路（1965 年） 、大规模集成电路及小型 计算机（1970 年）和微处理机或微型计算机（1974 年）等五代数控系统。前三代数控 系统是属于采用专用控制计算机的硬接线（硬线）数控系统，一般称为普通数控系统， 简称 NC。70 年代初，随着计算机技术的发展，使小型计算机的价格急剧下降，采用小 河北工程大学毕业设计说明书 8 型计算机代替专用控制计算机的第四代数控系统，不仅在经济上更为合算，而且许多 功能可用编制的专用程序来实现，将它存储在小型计算机的存储器中，构成所谓控制 软件，提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统又称为软接线（软线）数控， 即计算机数控系统，简称 CNC。1974 年制成以微处理机为核心的数控系统，称为第五 代微型机数控系统，简称 MNC。 随着机电产品对负载精度要求的提高，原有的 PLC 控制系统的步进电机已很难满 足不断发展的机电产品的要求。PLC 控制系统的步进电机存在成本高，工作方式单一和 人机交互不便等缺点。为解决此问题，我们研制了一种能代替 PLC 控制系统的新的控 制系统-基于单片机的步进电机控制系统。本文论述了基于单片机的步进电机控制系 统的设计方法和研制过程，包括:硬件设计、软件设计、可靠性设计等方面。硬件电路 用凌阳 16 位 SPCE061A 单片机、先进的接口技术和大规模集成电路设计而成。软件程 序用 SPCE061A 汇编语言写成。 1.5 煤矿供电系统保护框图 图 1-1 系统框图 河北工程大学毕业设计说明书 9 2控制系统相关软件的设计 2.1 方案简介 本软件设计是通过针对硬件电路的设计方案，来配合其各个部件的协调运行，来 实现最终的供电保护的目的。采集来的电压数据经 AD 转换后在单片机内与设定的初 始值进行比较处理，把处理完的结果用液晶显示屏显示出来，并且根据结果发出相应 的控制信号。本设计数据的采集主要是通过互感器，互感器采集的来的数据经过整流 和滤波后暂放在采样保持器中，单片机通过 P0 口发出脉冲信号是 AD 转换器开始转换 数据，待数据转换后单片机进行处理，把处理结果显示出来并通过 DA 转换后发出信 号做出相应的动作。 2.2 汇编语言简介 汇编语言(AssemblyLanguage)是面向机器的程序设计语言。在汇编语合中，用助 记符(Memoni)代替操作码，用地址符号(Symbol)或标号(Label)代替地址码。这样用符 号代替机器语言的二进制码，就把机器语言变成了汇编语言。于是汇编语言亦称为符 号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，要由一种程序将汇编语言翻 译成机器语言，这种起翻译作用的程序叫汇编程序，汇编程序是系统软件中语言处理 系统软件。汇编程序把汇编语言翻译成机器语言的过程称为汇编。 2.2.1优点与缺点： 汇编语言直接同计算机的底层软件甚至硬件进行交互，它具有如下一些优点： （1）能够直接访问与硬件相关的存储器或 I/O 端口； （2）能够不受编译器的限制，对生成的二进制代码进行完全的控制； （3）能够对关键代码进行更准确的控制，避免因线程共同访问或者硬件设备共享引起 的死锁； （4）能够根据特定的应用对代码做最佳的优化，提高运行速度； （5）能够最大限度地发挥硬件的功能。 同时还应该认识到，汇编语言是一种层次非常低的语言，它仅仅高于直接手工编 写二进制的机器指令码，因此不可避免地存在一些缺点： （1）很容易产生 bug，难于调试； （2）只能针对特定的体系结构和处理器进行优化； 河北工程大学毕业设计说明书 10 （3）开发效率很低，时间长且单调。 （4）编写的代码非常难懂，不好维护； 2.2.2 特点 汇编语言比机器语言易于读写、调试和修改，同时具有机器语言全部优点。但在 编写复杂程序时，相对高级语言代码量较大，而且汇编语言依赖于具体的处理器体系 结构，不能通用，因此不能直接在不同处理器体系结构之间移植。 汇编语言的特点: （1）面向机器的低级语言，通常是为特定的计算机或系列计算机专门设计的。 （2）保持了机器语言的优点，具有直接和简捷的特点。 （3）可有效地访问、控制计算机的各种硬件设备，如磁盘、存储器、CPU、I/O 端口等。 （4）目标代码简短，占用内存少，执行速度快，是高效的程序设计语言。 （5）经常与高级语言配合使用，应用十分广泛。 汇编语言由于采用了助记符号来编写程序，比用机器语言的二进制代码编程要方 便些，在一定程度上简化了编程过程。汇编语言的特点是用符号代替了机器指令代码， 而且助记符与指令代码一一对应，基本保留了机器语言的灵活性。使用汇编语言能面 向机器并较好地发挥机器的特性，得到质量较高的程序。 汇编语言是面向具体机型的，它离不开具体计算机的指令系统，因此，对于不同 型号的计算机，有着不同的结构的汇编语言，而且，对于同一问题所编制的汇编语言 程序在不同种类的计算机间是互不相通的。 汇编语言中由于使用了助记符号，用汇编语言编制的程序输入计算机，计算机不 能象用机器语言编写的程序一样直接识别和执行，必须通过预先放入计算机的“汇编程 序“的加工和翻译，才能变成能够被计算机识别和处理的二进制代码程序。用汇编语言 等非机器语言书写好的符号程序称为源程序，运行时汇编程序要将源程序翻译成目标 程序。目标程序是机器语言程序，它一经被安置在内存的预定位置上，就能被计算机 的 CPU 处理和执行。 汇编语言像机器指令一样，是硬件操作的控制信息，因而仍然是面向机器的语言， 使用起来还是比较繁琐费时，通用性也差。但是，汇编语言用来编制系统软件和过程 控制软件，其目标程序占用内存空间少，运行速度快，有着高级语言不可替代的用途。 2.2.3 应用 汇编语言作为最基本的编程语言之一，汇编语言虽然应用的范围不算很广，但重 要性却勿庸置疑，因为它能够完成许多其它语言所无法完成的功能。就拿 Linux 内核 来讲，虽然绝大部分代码是用 C 语言编写的，但仍然不可避免地在某些关键地方使用 河北工程大学毕业设计说明书 11 了汇编代码，其中主要是在 Linux 的启动部分。由于这部分代码与硬件的关系非常密 切，即使是 C 语言也会有些力不从心，而汇编语言则能够很好扬长避短，最大限度地 发挥硬件的性能。 （1）70%以上的系统软件是用汇编语言编写的。 （2）某些快速处理、位处理、访问硬件设备等高效程序是用汇编语言编写的。 （3）某些高级绘图程序、视频游戏程序是用汇编语言编写的。 汇编语言是理解整个计算机系统的最佳起点和最有效途径，人们经常认为汇编语 言的应用范围很小，而忽视它的重要性。其实汇编语言对每一个希望学习计算机科学 与技术的人来说都是非常重要的，是不能不学习的语言。所有可编程计算机都向人们 提供机器指令，通过机器指令人们能够使用机器的逻辑功能。所有程序，不论用何种 语言编制，都必须转成机器指令，运用机器的逻辑功能，其功能才能得以实现。机器 的逻辑功能，软件系统功能构筑其上，硬件系统功能运行于下。汇编语言直接描述机 器指令，比机器指令容易记忆和理解。通过学习和使用汇编语言，能够感知、体会、 理解机器的逻辑功能，向上为理解各种软件系统的原理，打下技术理论基础；向下为 掌握硬件系统的原理，打下实践应用基础。学习汇编语言，向上可以理解软件，向下 能够感知硬件，是我们理解整个计算机系统的最佳起点。 2.3 程序代码及程序流程图 2.3.1 主程序 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INTA ORG 0013H LJMP INTB ORG 0030H ;初始化 MAIN : MOV SP,#60H MOV A,#00H ;清零 MOV:30H,A MOV:31H,A MOV:32H,A MOV:33H,A MOV:34H,A MOV:35H,A 河北工程大学毕业设计说明书 12 MOV:36H,A MOV:37H,A MOV:38H,A MOV:39H,A MOV:40H,A MOV:41H,A MOV:42H,A MOV:43H,A MOV:44H,A ;单元清零处理 MOV 36H,#01H ;电压信号高八位 MOV 40H,#09H ;电压信号低八位 MOV 39H,#100 ;电压上限值 MOV 40H,#70 ;电压下限值 CLR RS0 CLR RS1 ;选择工作寄存器组 R0 LP3: LJMP LP1 LJMP LP2 ;跳入子程序 SJMP $ END 河北工程大学毕业设计说明书 13 图 2-1 主程序流程图 2.3.22.3.2 ADAD 转换 数据采集程序： LP1： MOV OPTR，#7FFFH MOV R1，#31H MOV R7，#04H ；设置通道数 AD 转换程序： LOOP： MOVX DPTR，A ；启动 AD 转换器 MOV R6，#20H DJNZ R6，$ ；延时等待 DLAY： JB P3.3，DLAY ；查询 EOC，EOC=1 则等待转换结束 河北工程大学毕业设计说明书 14 MOVX A，DPTR ；读取转换结果 MOV R1，A ；转存在片内 RAM 当中 INC DPTR ；指向下一通道 INC R1 ；修改数据指针，指向下一存储单元 DJNZ R7，LOOP ；判断是否采集完毕 MOV A，31H ；数据转换 MOV B，#05H MUL AB MOV 31H，A ；低 8 位放入 31H MOV 30H，B ；高 8 位放入 30H MOV R0，32H MOV R2，#03H LOOP1：MOV B，#05H MOV B，#05H MOV A，R0 MUL AB MOV R0，A INC R0 DJNZ R4，LOOP1 CLR C ；数据比较 MOV A，36H CJNE A，30H，LOOP2 LOOP2： JB C，LOOP3 MOV A，37H SUBB A，31H JB C， LOOP3 MOV A，31H SUBB A，38H JB C，LOOP3 LJMP LOOP4 LOOP3： MOV P2 LOOP4： MOV RET 河北工程大学毕业设计说明书 15 图 2-2 数据采集及 AD 转换 本设计采用 AD 转换型号为 ADCO8O9。 ADCO8O9 是一种较为常用的 8 路模拟量输入，8 位数字量输出的逐次比较式 ADC 芯 片。芯片的主要部分是一个 8 位的逐次比较式 AD 转换器。为了能实现 8 路模拟信号 的分时采集，在芯片内部设置了多路模拟开关及通道地址锁存和译码电路，因此能对 多路模拟信号进行分时采集和转换。转换后的数据送入三态输出数据锁存器。ADCO8O9 的最带不可调误差为+_1LSB,典型时钟频率位 640kHz，时钟信号应由外部提供。每一个 通道的转换时间约为 100us。 ADCO8O9 的引脚排列图，各引脚的功能如下： IN0IN7 8 路模拟输入量输入端。 D0D7 数字量输出端。 START 启动脉冲输入端。脉冲上升沿复位 0809，下降沿启动 AD 转换。 ALE 地址锁存信号。高电平有效时把 3 各地址信号送入地址锁存器，并经地址 译码得到地址输出，用以选择相应的模拟输入通道。 河北工程大学毕业设计说明书 16 EOC 转换结束信号。转换开始时变低，转换结束时变高，变高时降低转换结果 打入三态输出锁存器。如果将 EOC 和 START 相连，加上一个启动脉冲则连 续进行转换。 OE 输出允许信号输入端。 CLOCK 时钟输入信号，最高允许值为 640kHz。 VREF (+) 正基准电压输入端。 VREF(-) 负基准电压输入端。通常将 VREF (+)接+5V, VREF (-)接地。 Vcc 电源电压，可从+5V-15V。 图 2-3 ADC0809 引脚结构图 2.3.3 D/AD/A 转换 D/A 转换相关程序： MOV R0，#30H MOV DPTR，#0DFFFH ；指向 1#0832 MOV A，R0 MOVX DPTR，A ；送数据到 1#0832 MOV DPTR，#0BFFFH ；指向 2#0832 INC R0 MOV A，R0 MOVX DPTR，A ；送数据到 2#0832 MOV DPTR，#07FFFH ；同时选中两片 0832 的 DAC 存储器 MOVX DPTR，A ；启动两路 DA 同时转换数据 河北工程大学毕业设计说明书 17 DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价 格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A 转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。 * D0D7：8 位数据输入线，TTL 电平，有效时间应大于 90ns(否则锁存器的数据会出 错)； * ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； * CS：片选信号输入线（选通数据锁存器） ，低电平有效； * WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。由 ILE、CS、WR1 的逻辑组合产生 LE1，当 LE1 为高电平时，数据锁存器状态随输入数据 线变换，LE1 的负跳变时将输入数据锁存； * XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效； * WR2：DAC 寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。由 WR1、XFER 的 逻辑组合产生 LE2，当 LE2 为高电平时，DAC 寄存器的输出随寄存器的输入而变化， LE2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入 DAC 寄存器并开始 D/A 转换。 * IOUT1：电流输出端 1，其值随 DAC 寄存器的内容线性变化； * IOUT2：电流输出端 2，其值与 IOUT1 值之和为一常数； * Rfb：反馈信号输入线，改变 Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度； * Vcc：电源输入端，Vcc 的范围为+5V+15V； * VREF：基准电压输入线，VREF 的范围为-10V+10V； * AGND：模拟信号地 * DGND：数字信号地 图 2-4 DAC0832 引脚图 河北工程大学毕业设计说明书 18 2.3.4 液晶显示 初始化 在使用 LCD 液晶显示模块时，用户所编写的显示程序，开始必须进行初始化，否则模 块无法正常显示。下面介绍两种初始化的方法： （1）利用模块内部的复位电路进行初始化 LCM 有内部复位电路，能进行上电复位。复位期间 BF 为 1，在电源电压 VDD达 4.5V 以 后，此状态可维持 10ms，复位时依次执行下列命令： *清楚显示。 *功能设置，DL=1，为 8 位数据长度借口；N=0，单行显示；F=0，为 5*7 点阵字符。 *开/关设置，D=0，关显示；C=0,关光标；B=0,关闪烁功能。 *进入方式设置，I/D=1,地址才用递增方式；S=0，关显示移位功能。 （2）软件初始化 初始化程序： LCD_INIT: ACALL DELAY5MS ；延时 15MS ACALL DELAY5MS ；等待 LCD 电源稳定 ACALL DELAY5MS MOV A,#38H ；16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据 ACALL LCD_CMD_NC ；不进行 LCD 忙检测 ACALL DELAY5MS MOV A,#38H ；16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据 ACALL LCD_CMD_NC ；不进行 LCD 忙检测 ACALL DELAY5MS MOV A,#38H ；16*2 显示，5*7 点阵，8 位数据 ACALL LCD_CMD_NC ；不进行 LCD 忙检测 ACALL DELAY5MS MOV A,#08H ；显示关 ACALL LCD_CMD ；进行 LCD 忙检测 MOV A,#01H ；清除屏幕 ACALL LCD_CMD ；进行 LCD 忙检测 MOV A,#06H ；移动光标 ACALL LCD_CMD ；进行 LCD 忙检测 MOV A,#0CH ；显示开，关光标 ACALL LCD_CMD ；进行 LCD 忙检测 河北工程大学毕业设计说明书 19 RET 软件初始化流程图如下： 图 2-5 LCD 初始化流程图 LCD 液晶显示程序 程序目的在 LCD 第一行显示出“线路里有” ，第二行显示“故障” 。 汉子代码：线 CFDF 路 C2B7 里 COEF 有 D3D0 故 B9CA 障 D5CF START：MOV DPTR，#8000H ；命令口地址 8000H 送 DPTR MOV A，#01H ；清屏并置 AC 为 0 MOVX DPTR，A ；输出命令 ACALL F_BUSY ；等待直至 LCM 不忙 MOV A，#30H ；功能设置，8 位接口，2 行显示，5*7 点阵 MOVX DPTR，A ACALL F_BUSY MOV A，#0EH ；开显示及光标，不闪烁 河北工程大学毕业设计说明书 20 MOVX DPTR，A ACALL F_BUSY MOV A，#06H ；显示？，AC 为增量 MOVX DPTR，A ACALL F_BUSY MOV DPTR，#C000H ；数据口地址送 C000H 送 DPTR MOV A，#0CFDFH ；“线”的 ASCII 码为 0CFDFH MOVX DPTR，A ；第一行第一位显示“线” ACA