第02部分--微机保护硬件系统---第2部分
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第七章 微机保护
采样中断服务程序并不只是进行周期性的数据采集 （即采样和A/D变换），通常还需完成通信数据收发、运行 自检、调试、启动检测及故障处理等任务。
采样中断服务程序首先进行数据采集处理，主要完成 各通道模拟信号的采样和A/D变换，并将采集的数据按各通 道和时间的先后顺序存入采样数据缓冲区，并标定指向最新 采样数据的地址方针。
1．微机保护装置软件的主流程及主循环
最后运行自检模块。若自检判定保护装置出错，则告警 并闭锁保护，然后等待人工复位；若自检通过则继续执行主 循环程序。自检任务由于处理量较大，需要通过分时和循环 执行程序来完成。
至此完成了一次主循环的过程，返回到通信任务处理， 然后周而复始。
2．采样中断服务程序的流程
我国在这方面的起步相对较晚，但进展却很快。1984 年上半年，华北电力学院研制的第一套以6809(CPU)为基 础的距离保护样机投入试运行。1984年底在华中工学院召 开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标志着我国 计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。进入90年 代，我国已陆续推出了不少成型的微机保护产品。
1．微机保护装置软件的主流程及主循环
执行数据采集初始化和启动定时采样中断模块主要是对 循环保存采样数据的存储区（称为采样数据缓冲区）进行地 址分配，设置标志当前最新数据的动态地址指针，然后按规 定的采样周期对控制循环采样的中断定时器赋初值并另其启 动，开放采样中断。从此定时器开始每隔一个采样周期循环 产生一次采样中断请求，由采样中断服务程序（后面介绍） 响应中断，周而复始地运转。
二、距离保护的软件流程
进入逻辑和时序处理程序段后，首先判别系统发生了静 稳破坏事故，若启动，则进入关闭短时开放保护功能，从而 使距离保护可立即并在下一次进入采样中断服务时可直接进 行振荡闭锁的处理；若不是启动，意味着保护是由短路故障 启动判据启动的，表明线路上已发生了短路故障，则检查是 否到达了短时开放时间：若未达到，表明可直接进行短路性 质和区域的判别；若已达到短时开放时间，表明系统随后可 能将要出现由内外部短路引起的系统振荡，未防止系统振荡 引起距离保护后续处理的误判断（误动），也需要进入关闭 短时开放保护功能，使距离保护进入振荡闭锁的处理。
采样中断服务程序首先进行数据采集处理，主要完成 各通道模拟信号的采样和A/D变换，并将采集的数据按各通 道和时间的先后顺序存入采样数据缓冲区，并标定指向最新 采样数据的地址方针。
1．微机保护装置软件的主流程及主循环
最后运行自检模块。若自检判定保护装置出错，则告警 并闭锁保护，然后等待人工复位；若自检通过则继续执行主 循环程序。自检任务由于处理量较大，需要通过分时和循环 执行程序来完成。
至此完成了一次主循环的过程，返回到通信任务处理， 然后周而复始。
2．采样中断服务程序的流程
我国在这方面的起步相对较晚，但进展却很快。1984 年上半年，华北电力学院研制的第一套以6809(CPU)为基 础的距离保护样机投入试运行。1984年底在华中工学院召 开了我国第一次计算机继电保护学术会议，这标志着我国 计算机保护的开发开始进入了重要的发展阶段。进入90年 代，我国已陆续推出了不少成型的微机保护产品。
1．微机保护装置软件的主流程及主循环
执行数据采集初始化和启动定时采样中断模块主要是对 循环保存采样数据的存储区（称为采样数据缓冲区）进行地 址分配，设置标志当前最新数据的动态地址指针，然后按规 定的采样周期对控制循环采样的中断定时器赋初值并另其启 动，开放采样中断。从此定时器开始每隔一个采样周期循环 产生一次采样中断请求，由采样中断服务程序（后面介绍） 响应中断，周而复始地运转。
二、距离保护的软件流程
进入逻辑和时序处理程序段后，首先判别系统发生了静 稳破坏事故，若启动，则进入关闭短时开放保护功能，从而 使距离保护可立即并在下一次进入采样中断服务时可直接进 行振荡闭锁的处理；若不是启动，意味着保护是由短路故障 启动判据启动的，表明线路上已发生了短路故障，则检查是 否到达了短时开放时间：若未达到，表明可直接进行短路性 质和区域的判别；若已达到短时开放时间，表明系统随后可 能将要出现由内外部短路引起的系统振荡，未防止系统振荡 引起距离保护后续处理的误判断（误动），也需要进入关闭 短时开放保护功能，使距离保护进入振荡闭锁的处理。
微机继电保护系统硬件构成教材课程
历史
微机继电保护系统的发展经历了从模拟式保护到数字式保护的演变，随着计算 机技术和通信技术的发展，微机继电保护系统的性能和功能得到了不断提升。
发展
未来，微机继电保护系统将朝着智能化、网络化、集成化的方向发展，进一步 提高电力系统的自动化和智能化水平。
微机继电保护系统的历史与发展
历史
微机继电保护系统的发展经历了从模拟式保护到数字式保护的演变，随着计算 机技术和通信技术的发展，微机继电保护系统的性能和功能得到了不断提升。
保护策略。
集成化
未来微机继电保护系统将更加集 成化，能够实现多种保护功能一 体化，减少设备数量，提高系统
的可靠性和稳定性。
微机继电保护系统的技术发展趋势
数字化
随着传感器技术和通信技术的发 展，微机继电保护系统的数字化 程度将进一步提高，能够实现更 快速、更准确的信息采集和传输。
智能化
人工智能和大数据技术的应用， 将使得微机继电保护系统具备更 强的自我学习和自我调整能力， 能够根据运行状况自适应地调整
硬件电路设计
主控电路
用于数据处理和控制逻辑的实 现。
信号输入/输出电路
实现与一次设备的信号交互。
人机交互电路
实现操作界面和显示功能。
电源电路
提供系统所需的各种电源。
元器件的选择与布局
元器件选择
根据需求选择合适的元器件，如微处理器、存储器、传感器等。
元器件布局
合理安排元器件的位置，确保信号传输的可靠性和稳定性。
硬件设计原则与流程
硬件设计原则
可靠性、稳定性、实时性、可扩 展性。
硬件设计流程
需求分析、方案设计、原理图设 计、PCB布线、样机制作与测试 。
硬件电路设计
微机继电保护系统的发展经历了从模拟式保护到数字式保护的演变，随着计算 机技术和通信技术的发展，微机继电保护系统的性能和功能得到了不断提升。
发展
未来，微机继电保护系统将朝着智能化、网络化、集成化的方向发展，进一步 提高电力系统的自动化和智能化水平。
微机继电保护系统的历史与发展
历史
微机继电保护系统的发展经历了从模拟式保护到数字式保护的演变，随着计算 机技术和通信技术的发展，微机继电保护系统的性能和功能得到了不断提升。
保护策略。
集成化
未来微机继电保护系统将更加集 成化，能够实现多种保护功能一 体化，减少设备数量，提高系统
的可靠性和稳定性。
微机继电保护系统的技术发展趋势
数字化
随着传感器技术和通信技术的发 展，微机继电保护系统的数字化 程度将进一步提高，能够实现更 快速、更准确的信息采集和传输。
智能化
人工智能和大数据技术的应用， 将使得微机继电保护系统具备更 强的自我学习和自我调整能力， 能够根据运行状况自适应地调整
硬件电路设计
主控电路
用于数据处理和控制逻辑的实 现。
信号输入/输出电路
实现与一次设备的信号交互。
人机交互电路
实现操作界面和显示功能。
电源电路
提供系统所需的各种电源。
元器件的选择与布局
元器件选择
根据需求选择合适的元器件，如微处理器、存储器、传感器等。
元器件布局
合理安排元器件的位置，确保信号传输的可靠性和稳定性。
硬件设计原则与流程
硬件设计原则
可靠性、稳定性、实时性、可扩 展性。
硬件设计流程
需求分析、方案设计、原理图设 计、PCB布线、样机制作与测试 。
硬件电路设计
电力系统继电保护应用技术02微机保护基础-文档资料
中性点电压传感器输出二次变换 母线电压传感器输出二次变换
合并单元
数字输出
电时 源钟
图 2.27 合并器的基本输入规模
22.2.2 GOOSE 报文的传送执行 当保护装置发现并判断故障出现在保护
区内时就应立即动作，与传统保护不同，将 跳闸GOOSE命令以数字帧的形式发送到通信网 络上，对应的智能一次设备接收到该GOOSE报 文命令后执2.行2.相2 应G的OO跳SE闸报操文作的。传送
第二章微机、数字化继电保护基础
2.1 微机继电保护的硬件构成原理 1）微型机系统 2）模拟数据采集系统 3）开关量输入和输出系统 4）人机对话微型机系统 5）电源系统：它是装置可靠工作的基础，
应满足精度，谐波系数、可靠性等指标要求。 常用3V, 5V，15V，24V多个电压等级。
硬件构成原理如下图所示。
数字化继电保护现场信息输入由电子式互 感器和合并器完成，为适应老站改造的需要， 目前大多数产品都保留了由传统电磁互感器引 入的模拟量通道模块。
图2.22 数字化继电保护现场信息采集输入系统 组成原理图
（1）电子式互感器 主要有高、低压耦合隔离，传感头，A/D 转换及数字量标准化输出等环节。
电子式是互感器、传感头的主要类型：
的构架。
工作站1
工作站2
远动站
站控层
间隔层 过程层
装置1
合并器单元
ECVT电子式互感器智接口以太网 IEC61850-8-1
装置n
光纤以太网 GOOSE +SMV
智能一次设备
图2.31 智能变电站通信网络
图2.32 线路保护中的SV网和GOOSE网
监控1
监控2
远动1
远动2
...
合并单元
数字输出
电时 源钟
图 2.27 合并器的基本输入规模
22.2.2 GOOSE 报文的传送执行 当保护装置发现并判断故障出现在保护
区内时就应立即动作，与传统保护不同，将 跳闸GOOSE命令以数字帧的形式发送到通信网 络上，对应的智能一次设备接收到该GOOSE报 文命令后执2.行2.相2 应G的OO跳SE闸报操文作的。传送
第二章微机、数字化继电保护基础
2.1 微机继电保护的硬件构成原理 1）微型机系统 2）模拟数据采集系统 3）开关量输入和输出系统 4）人机对话微型机系统 5）电源系统：它是装置可靠工作的基础，
应满足精度，谐波系数、可靠性等指标要求。 常用3V, 5V，15V，24V多个电压等级。
硬件构成原理如下图所示。
数字化继电保护现场信息输入由电子式互 感器和合并器完成，为适应老站改造的需要， 目前大多数产品都保留了由传统电磁互感器引 入的模拟量通道模块。
图2.22 数字化继电保护现场信息采集输入系统 组成原理图
（1）电子式互感器 主要有高、低压耦合隔离，传感头，A/D 转换及数字量标准化输出等环节。
电子式是互感器、传感头的主要类型：
的构架。
工作站1
工作站2
远动站
站控层
间隔层 过程层
装置1
合并器单元
ECVT电子式互感器智接口以太网 IEC61850-8-1
装置n
光纤以太网 GOOSE +SMV
智能一次设备
图2.31 智能变电站通信网络
图2.32 线路保护中的SV网和GOOSE网
监控1
监控2
远动1
远动2
...
第二章 微机保护装置硬件原理
◆无源滤波器
构成：由无源器件R、C构成。 优点：结构简单、可靠性高，能耐受较大 的过载和浪涌冲击。 缺点：对谐波分量衰减过大。
二阶RC无源滤波器示意图 通常R=4.7kΩ，C=0.01μF
◆有源滤波器
构成：运算放大器等。 优点：滤波器特性比无源滤波器好。 缺点：元器件参数变化对特性影响较大。
19
有源滤波器示意图
继电保护装置的基本组成给出是非大于等逻辑信号判断保护是否启动给出是非大于等逻辑信号判断保护是否启动常用逻辑回路有或与否延时起动等确定断路器跳闸或发出信号常用逻辑回路有或与否延时起动等确定断路器跳闸或发出信号5微机保护装置一般采用如图所示的多cpu结构
电力系统微机保护
西南交通大学电气工程学院
1
第二章 微机保护硬件构成
寻找能够区分出三种运行状态的可测参量；
提取和利用可测参量在三种状态下的“差异”； 识别出发生故障和出现异常的元件； 完成继电保护任务。
3
4. 继电保护装置的基本组成
给出“是”、“非”、“大 于”等逻辑信号判断保护是 否启动
输入信号 测量部分 逻辑部分 执行部分 输出信号
整定值
常用逻辑回路有“或”、“与”、 “否”、“延时起动”等，确定断 路器跳闸或发出信号
11
功率消耗：
GB/T 18038-2000《电气化铁道牵引供电系统微机保护装置通用技术条件》
12
电流变换器的暂态特性（直流分量对变换器的影响）
输入电流： 基波1A
输入电流： 基波1A 直流分量0.2A
13
◆霍尔传感器
霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、（次 级线圈）和放大电路等组成从实现原理上可分为：直测式和 磁平衡式。 直测式霍尔电流传感器原理：
第二章 微机保护的硬件结构PPT课件
实际上目前大多数微机保护原理多是反映工频 量的，或反映某些高次谐波，故可以在采样之前将 最高信号波频率分量限制在一定频带内。
一般在采样前用一个低通滤波器（ALF）将高频 分量滤掉。
28
（二）模拟低通滤波电路
RC无源低通滤波器电路
29
（三）采样保持器
模拟信号进行A/D转换时，有以下实事：
从启动转换到转换结束输出数字量，需要一定的转换时间。 在这个转换时间内，模拟信号要保持不变。否则转换精度
保护 系统
保护 系统
11
RR—M结构
保护 系统
串行通信
人机交互或管理 系统
保护 系统
12
微机继电保护硬件系统的构成
• 对于一个具体的微机保护装置，通常将硬件电 路按功能分别布置在几个PCB板上——称为保护 的“插件”，各插件安装于一个机箱中，采用总 线把各插件联系在一起，构成一套完整的保护装 置。
第二章 继电保护的硬件结构
1
微型机继电保护
南京南瑞继保董事长 中国工程院院士 沈国荣（左一）
北京四方公司董事长 中国工程院院士 华北电力大学杨奇逊教授
2
微机继电保护硬件系统的构成
一、微机保护装置硬件按功能可分为五部分： 1)数据采集单元
包括电压形成和模数转换等功能块，将模拟输入 量尽可能准确地转换为数字量。 2）数据处理单元（微机主系统）
En A0 A1 A2 A3
译码/驱动
1
…
N
输出
公共端 U0
Ui1Uin
采样值输入
36
（四）多路转换开关
多路转换开关是一种多信号输入、单信号输出的电子切换开 关器件，可由CPU通过编码控制将多通道输入信号（由S/H送 来）依次与其输入端连接，而输出端与模数变换器输入端连接， 在CPU控制下逐一将各通道采样值变换成数字量。
一般在采样前用一个低通滤波器（ALF）将高频 分量滤掉。
28
（二）模拟低通滤波电路
RC无源低通滤波器电路
29
（三）采样保持器
模拟信号进行A/D转换时，有以下实事：
从启动转换到转换结束输出数字量，需要一定的转换时间。 在这个转换时间内，模拟信号要保持不变。否则转换精度
保护 系统
保护 系统
11
RR—M结构
保护 系统
串行通信
人机交互或管理 系统
保护 系统
12
微机继电保护硬件系统的构成
• 对于一个具体的微机保护装置，通常将硬件电 路按功能分别布置在几个PCB板上——称为保护 的“插件”，各插件安装于一个机箱中，采用总 线把各插件联系在一起，构成一套完整的保护装 置。
第二章 继电保护的硬件结构
1
微型机继电保护
南京南瑞继保董事长 中国工程院院士 沈国荣（左一）
北京四方公司董事长 中国工程院院士 华北电力大学杨奇逊教授
2
微机继电保护硬件系统的构成
一、微机保护装置硬件按功能可分为五部分： 1)数据采集单元
包括电压形成和模数转换等功能块，将模拟输入 量尽可能准确地转换为数字量。 2）数据处理单元（微机主系统）
En A0 A1 A2 A3
译码/驱动
1
…
N
输出
公共端 U0
Ui1Uin
采样值输入
36
（四）多路转换开关
多路转换开关是一种多信号输入、单信号输出的电子切换开 关器件，可由CPU通过编码控制将多通道输入信号（由S/H送 来）依次与其输入端连接，而输出端与模数变换器输入端连接， 在CPU控制下逐一将各通道采样值变换成数字量。
第二章微机保护装置硬件原理
第二章微机保护装置硬件原理微机保护装置是一种常见的电力系统保护装置，用于对电力系统进行监控、测量和保护。
它通常由硬件和软件两部分组成，其中硬件部分是保护装置的核心部分。
本章将介绍微机保护装置的硬件原理。
一、微机保护装置的硬件构成微机保护装置的硬件构成包括中央处理器、存储器、输入输出接口、时钟和定时器、外围电路等。
1. 中央处理器（Central Processing Unit, CPU）：中央处理器是微机保护装置的核心部件，它负责执行各种保护算法和逻辑控制，对电力系统进行监测和保护。
中央处理器中通常包含ALU（算术逻辑单元）、控制单元和寄存器等。
2. 存储器（Memory）：存储器用于存储程序、数据和中间结果等信息。
微机保护装置中的存储器通常包括主存储器和辅助存储器。
主存储器用于存储运行时的程序和数据，而辅助存储器用于存储长期保存的程序和数据。
3. 输入输出接口（Input/Output Interface）：输入输出接口用于与外部设备进行数据交换。
微机保护装置的输入输出接口通常包括模拟输入输出接口和数字输入输出接口。
模拟输入输出接口用于处理模拟量数据，如电流、电压等；而数字输入输出接口用于处理数字量数据，如开关状态、报警信号等。
4. 时钟和定时器（Clock and Timer）：时钟和定时器用于对微机保护装置进行时序控制。
时钟用于提供基本的时钟周期，定时器用于进行定时操作，如定时测量、关闭保护装置等。
5. 外围电路（Peripheral Circuit）：外围电路包括电源电路、输入电路和输出电路等。
电源电路用于为微机保护装置提供稳定的供电，输入电路用于对输入信号进行处理和转换，输出电路用于向外部设备输出信号。
二、微机保护装置的工作原理微机保护装置的工作原理主要包括数据采集、信号处理、判决逻辑和输出动作等。
1.数据采集：微机保护装置通过输入接口从电力系统中采集各种信号，如电流、电压、功率、频率等，并将它们转换为数字信号进行处理。
微机保护硬件原理教材课程
数据采集与处理
微机保护硬件可实时采集工业现 场的各种数据，进行处理与分析， 为工业自动化的监控与管理提供
有力支持。
故障预警与诊断
通过对工业现场数据的实时监测 与分析，微机保护硬件可实现故 障预警与诊断功能，及时发现潜 在故障并采取措施，避免生产事
故的发生。
微机保护硬件在工业自动化中的应用
设备保护与控制
数字信号处理技术
数字信号处理器（DSP）
专门用于进行数字信号处理的微处理器，可实现高速、实时的数 据处理。
保护算法
根据电力系统的特点和保护要求，设计相应的保护算法，如过流保 护、距离保护、差动保护等。
故障特征提取
利用数字信号处理技术提取故障时的特征量，如故障电流、故障电 压等，为故障识别和定位提供依据。
微机保护硬件原理教 材课程
目录
• 课程介绍与背景 • 微机保护硬件基础 • 微机保护硬件的核心技术 • 微机保护硬件的应用与实践
目录
• 课程介绍与背景 • 微机保护硬件基础 • 微机保护硬件的核心技术 • 微机保护硬件的应用与实践
目录
• 微机保护硬件的发展趋势与挑战 • 课程总结与展望
目录
• 微机保护硬件的发展趋势与挑战 • 课程总结与展望
控制技术
微处理器控制技术
利用微处理器实现各种复杂的控 制功能，如保护逻辑判断、定值 管理、自检和互检等。
开关量输入输出通
道
实现微机保护装置与外部设备的 开关量信号交换，如断路器、隔 离开关的状态信号输入和跳闸、 合闸命令输出。
人机交互技术
提供友好的人机界面，方便用户 进行参数设置、定值整定、故障 信息查询等操作。
通信技术
通信接口
数据传输
继电保护 1微机保护基本硬件构成
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
3.采样保持
C 阻 抗 变 换 器 2 Uo
Ui
阻 抗 变 换 器 1
K
一个电子模拟开关K 保持电容器C
逻辑输入
两个阻抗变换器
开关K受逻辑输入端电平控制。在高电平时K闭合，此时， 电路处于采样状态，C迅速充电或放电到电容上电压等于该 采样时刻的电压值(Ui)。K的闭合时间应满足采样时间。
分振荡和短路，变压器差动保护如何识别励磁
涌流等。
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
（6）经济性好
计算机硬件的性能不断提高而价 格一直在下降。而且，微机保护是一 个可编程序的装置，它能实现多种功 能，使硬件种类大大减少。这样，在
经济性方面显然优于传统保护。
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
继技术精华 保电网平安
Electric Power System Relay Protection
电力系统微机保护
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
参考书目:
《微型机继电保护基础》 杨奇逊 黄少峰 《电力系统微机继电保护》 高 亮 《微型机继电保护原理》 张举 《微机继电保护原理》 陈德树 《RCS900系列超高压线路成套保护装置》
沈阳工程学院继电教研室
继技术精华 保电网平安
3.采样保持
C 阻 抗 变 换 器 2 Uo
Ui
阻 抗 变 换 器 1
K
逻辑输入
阻抗变换器I：输入端呈现高阻抗（使得输入电压全部降落在电容C
上），输出端呈现低阻抗（电容C上能迅速完成充电）；
阻抗变换器II：输入端呈现高阻抗（使电容C上电压具有保持能力）， 输出端呈现低阻抗（提高带负载能力）。 沈阳工程学院继电教研室
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A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 N.C RDY OE CE WE
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
11 12 13 15 16 17 18 19
DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7
+5
RD 62256.CS WR
第二部分 微机保护硬件系统
天津大学 李斌
1
本节主要内容
一、硬件系统概述 二、数据采集系统 三、数据处理系统 四、开关量输入输出系统 五、通信模块与电源
2
三、数据处理系统
微机保护硬件示意框图
3
三、数据处理系统
1.微处理器简介
程序/数据 输入设备 外 部 设 备 接 口 存储器 运算器
微处理器
输出设备
12
2.单片机
单片机的应用
在一个应用系统中，只使用
单机应用
一片单片机，这是目前应用 最多的方式。 多机应用系统可分为功能集
多机应用
散系统、并行多机处理及局 部网络系统。
13
2.单片机
l）测控系统：用单片机可以构成各种工业控制系统、自 适应控制系统、数据采集系统等。 2）智能仪表。单片机能促进仪表向数字化、智能化、多
18
(2)高效的指令系统 典型指令有16位乘16位和32位除以16位 的乘除指令，有数据规格化指令（有利于浮点 计算），很多指令既可用双操作数，也可用3 操作数。后者包括2个源操作数和 1个目的操 作数，这样就大大提高了编程的效率。 当采用 12MHz外接晶振时，一条指令的 最短执行时间为 1μs，16位乘16位乘法指令 和 32 位 除 以 16 位 除 法 指 令 的 执 行 时 间 只 有 6．25μs。
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7
10 9 8 7 6 5 4 3 25 24 21 23 2 26 27 22 20 1
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 OE CE VPP
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
11 12 13 15 16 17 18 19
7
2. 单片机
CPU RAM ROM或EPROM 定时器／计数器 串行通讯接口 I／O接口电路 结构与指令功 能都是按照工 业控制要求设 计的，故称单 片微控制器， 又称单片微型 计算机。
单片机
Single Chip Microcontroller Single Chip Microcomputer
26
1
2
3
4
5
6
SA3 8 4 2 1 A +5
R9 SIPR
CPU
D1 80C196 ACH0 ACH1 ACH2 ACH3 ACH4 ACH5 ACH6 ACH7 AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 ALE RD WR P1.0 P1.1 P1.2 P1.6 P1.7 XT AL 2 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 53 52 31 10 11 12 22 23 HL2 DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 A15 RD WR P1.0 P1.1 P1.2 HL1 65 64 66 63 2 1 67 P0.7 68 15 7 +5 4 5 62 8 9 28 CP 3 61 55 ANGND EA BUSWTH XT AL 1 HSI0 RESET VREF VPD NMI RXD TXD VPP
多机应用
散系统、并行多机处理及局 部网络系统。
16
举例说明
随着应用领域的扩展，MCS－51以及MCS －96系列仍然是单片机中应用的主流产品。但 8位单片机在很多场合下已经不能满足工业控 制的需要。MCS-96系列的16位单片机是功能较 强，性能优良的单片机,它在一个芯片上集成 了13万个晶体管，功能较强。尤其是该系列 MCS-80C196性能更好。国内很多继电保护装置 都采用此类单片机。
控制器
外存储器
电子计算机的组成
4
1.微处理器简介
微机保护装置硬件的核心是微处理器。 微处理器的选择遵循以下原则： 1. 速度 2. 功能 3. 通用性 速度选择以能在 两个相邻采样间 隔内完成必要的 工作为准。
4. 工作环境的适应性
5
1.微处理器简介
微 处 理 器 的 发 展 方 向 1. 往功能强的方向发展
10
2. 单片机
单片机的发展阶段 第三阶段（1978～83年）：高性能单 片机阶段。串行口，多级中断处理系统、 16位定时器／计数器、片内RAM、ROM容量 大，且寻址范围可达64K字节，典型芯片有 MCS-51。
11
2. 单片机
单片机的发展阶段 第四阶段（1983年以后）：8位单片 机巩固发展及16位单片机推出阶段。此阶 段主要特征是一方面发展16位单片机及专 用单片机；另一方面不断完善高档8位单片 机，改善其结构，典型芯片有MCS-96。
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2.单片机
1）功能集散系统。多功能集散系统是为了满 足工程系统多种外围功能要求而设置的多机系
多机 应用
统。 2）并行多机控制系统。并行数据采集、处理 系统、实时图像处理系统。 3）局部网络系统。分布式测、控系统。
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2.单片机
单片机的应用
在一个应用系统中，只使用
单机应用
一片单片机，这是目前应用 最多的方式。 多机应用系统可分为功能集
+5
B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8
RAM
18 17 16 15 14 13 12 11 AA0 AA1 AA2 AA3 AA4 AA5 AA6 AA7 A8 A9 A10 +5 A11 A12 RD WR DRAM.CS B32 5 V11 4
D8 D7 G DIR A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 74LS245 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 18 17 16 15 14 13 12 11 AA8 AA9 AA10 AA11 AA12 RRDD WWRR CCSS 19 RD 1 DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 2 3 4 5 6 7 8 9 G DIR A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 74LS245 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 18 17 16 15 14 13 12 11
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2. 单片机
单片机的发展阶段 第一阶段（1971～74年）：INTEL公 司设计成集成度为每片上有2000只晶体管 的4位微处理器 Intel 4004。1972年又研 制 成 了 功 能 较 强 的 8 位 微 处 理 器 Intel 8008。
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2. 单片机
单片机的发展阶段 第二阶段（1974—78年）：初级单片机 阶段。以INTEL公司的MCS－48为代表：8位 CPU、并行I／O口、8位定时器／计数器，寻 址范围不大于4K，且无串行口。
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
10 9 8 7 6 5 4 3 25 24 21 23 2 26 1 22 20 27
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 OE CE WE
+5 SA2 R5 D15A 74LS32 1
WR2
10 9 8 7 6 5 4 3 25 24 21 23 2 26 1 22 20 27
单机 应用
功能化发展。通过采用单片机软件编程技术，使测量仪 表中的误差修正、线性化处理等难题迎刃而解。 3）机电一体化产品。单片机与传统的机械产品结合，使 传统机械产品结构简化，控制智能化。 4）智能接口。大型数据采集系统中用单片机对模／数转 换接口进行控制不仅可提高采集速度，还可对数据进行 预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等。
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(12)256字节的寄存器阵列和专用寄存器 (13)2个16位定时器 定时器 1 在系统中作实时时钟用，定时 器2根据外部引脚的触发信号而计数. (14)4个软件定时器 下面举一个以 80c196KB 为 CPU 的保护系统 加以说明。
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应用80C196的保户CPU板工作原理说明如下： CPU RAM EPROM EEPROM 译码器 并行接口 总线驱动器 MCS80C196 74LS62235 74LS27256 74LS2864 74LS139 74LS8255 74LS245
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(8)8个中断源 8个中断源对应有8个中断矢量， 而有些中断矢量又对应着多个中断事 件，共对应20种中断事件。 (9)看门狗 软硬件发生故障时，监视定时器 （Watchdog timer）将系统复位，提 供了一种软硬件故障的自恢复能力。
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(10)可动态配置的总线 在运行过程中，96系列单片机的总线 可以动态地配置成8位的或16位的，以便适 应对外部寄存器进行字节操作或字操作的不 同需求。 (11)8K/16K字节的内部ROM 96 系 列 单 片 机 寄 存 器 的 空 间 为 64K 字 节，在带内部ROM的芯片中，内部ROM的容量 为8K字节或16K字节。内部ROM/EPROM可以加 密，并可在运行中对EPROM编程。
DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7
+5 +5
R1
SA1 V0 R0 Z10 C0 SB D2 B2
3 4 7 8 13 14 17 18 1 11
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE