第二章--数字式保护的硬件系统

译码器
62256.CS Y0 Y1 Y2 Y3 12 2864.CS 11 10 9 1 2 7 4L S08 8 25 5CS D1 0A 3 DRAM. CS
26
1
2
3
4
5
6
SA3
8 4 2 1 A
R9 SIPR
+5 D1 8 0C1 96 65 64 66 63 2 1 67 68 ACH0 ACH1 ACH2 ACH3 ACH4 ACH5 ACH6 ACH7
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
CPU
AD0 AD1 AD2 AD3 AD4 AD5 AD6 AD7 A8 A9 A1 0 A1 1 A1 2 A1 3 A1 4 A1 5 AL E RD WR 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 53 52 31 DT 0 DT 1 DT 2 DT 3 DT 4 DT 5 DT 6 DT 7 A8 A9 A1 0 A1 1 A1 2 A1 3 A1 4 A1 5
第二章 数字式保护硬件系统
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
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三、数据处理系统
数字式保护硬件示意框图
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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
控制器
外存储器
电子计算机的组成
2. 往功能全的方向发展
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1.微处理器简介
继电保护对可靠性、安全性要求很高，
且保护装置工作环境恶劣。为了便于购买
和升级换代，一定要选择大公司的主流工
业级芯片。目前，国内外数字式保护装置
所用的微处理器有两大类：
一类是单片机 一类是数据处理芯片
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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
D
+5 +5
R1 P0. 7
SA1 V0 R0 +5 Z10 4 5 62 8 9 28 CP 3 61 55 ANGND EA BUSW T H
XT AL 1 XT AL 2
DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7
15 7
HSI0 RE SE T VRE F VPD NMI RXD T XD VPP
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单片机(MCS-96系列)的主要性能特点
(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。
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单片机(MCS-96系列)的主要性能特点
(3)10位A/D转换器
在 96 系列部分产品中，有一个 8 通 道或4通道的10位A／D转换器，使得这些 型号产品特别适用于多路数据采集系统、 智能仪器等应用领域。 A/D 转换周期为 22μs。
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单片机(MCS-96系列)的主要性能特点
(4)脉宽调制输出 作为 D/A 转换器输出，分辨率为 8 位。 96单片机可以直接提供脉宽调制信号，某 些电机可以用它直接驱动。脉宽调制输出 信号经过积分就可以获得直流输出。
DAT A BUS
ADDRE SS BUS
EPROM
D2 7 4L S37 3 3 4 7 8 13 14 17 18 1 11 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE LE Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 2 5 6 9 12 15 16 19 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 A14 RD A15 +5 D3 2 72 56 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A1 0 A1 1 A1 2 A1 3 A1 4 OE CE VPP 10 9 8 7 6 5 4 3 25 24 21 23 2 26 27 22 20 1 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 11 12 13 15 16 17 18 19 DT0 DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 A12 A13 D4 6 22 56 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 A1 0 A1 1 A1 2 A1 3 A1 4 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 R5
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单片机(MCS-96系列)的主要性能特点
(5)全双工串行口
96 系列单片机具有与 MCS-5l 兼容的 全双工串行口。这个串行口可方便地用 于 I/O 扩展、与 CRT 终端等设备进行通信 以及多处理机通信。 (6)5个8位标准输入/输出口 96系列单片机还有5个8位I/O口。
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单片机(MCS-96系列)的主要性能特点
单机应用
一片单片机，这是目前应用 最多的方式。 多机处理及局 部网络系统。
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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、
单机 应用
多功能化发展。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
RD 62256.CS WR
RD 2864.CS 3
C0 SB
D2 B2
RD WR
P1. 0 P1. 1 P1. 2 P1. 6 P1. 7
10 11 12 22 23
P1. 0 P1. 1 P1. 2 HL 1
R2
+5
HL 2
R3
58
57
CRY
C
C2 1
C2 2
6
A14 A15
D9 A 7 4L S13 9 2 3 1 A B E Y0 Y1 Y2 Y3 4 5 6 7
结构与指令功 能都是按照工 业控制要求设 单片机 计的，故称单 片微控制器， 又称单片微型 计算机。
Single Chip Microcontroller Single Chip Microcomputer
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2. 单片机
单片机的发展阶段 第一阶段（ 1971-1974 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
行预处理，如数字滤波、线性化处理、误差修正等。
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2.单片机
1 ）多功能集散系统。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
多机 应用
系统。 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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举例
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 护装臵都采用此类单片机。
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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
单片机的应用
在一个应用系统中，只使用
8008。
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2. 单片机
单片机的发展阶段
第二阶段（ 1974-1978 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。
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2. 单片机
单片机的发展阶段 第三阶段（ 1978-1983 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。
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单片机(MCS-96系列)的主要性能特点
(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。
(12)256字节的寄存器阵列和专用寄存器
(7)高速输入/输出器 高速输入器可以相对于内部定时器产生 的实时时钟，记下某个外部事件发生的时间， 共可记下8个事件；而高速输出器可以按规定 的时刻去触发某一事件，任何时候都可以存 储起8个事件。 ‚高速‛意味着这些功能是‘自动地’ （相对于定时器）实现的，无需CPU的干预。