淺析三相異步電動(dòng)機(jī)的微機(jī)保護(hù)

電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)（Motor）是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線(xiàn)圈（也就是定子繞組）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并作用于轉(zhuǎn)子（如鼠籠式閉合鋁框）形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動(dòng)機(jī)按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)（電機(jī)定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速）。電動(dòng)機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線(xiàn)在磁場(chǎng)中受力運(yùn)動(dòng)的方向跟電流方向和磁感線(xiàn)（磁場(chǎng)方向）方向有關(guān)。電動(dòng)機(jī)工作原理是磁場(chǎng)對(duì)電流受力的作用，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

基本結(jié)構(gòu)

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，由定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成。

（一）定子（靜止部分）

1、定子鐵心

作用：電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。

構(gòu)造：定子鐵心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。

定子鐵心槽型有以下幾種：

半閉口型槽：電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線(xiàn)和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機(jī)中。

半開(kāi)口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過(guò)絕緣處理后再放入槽內(nèi)。

開(kāi)口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機(jī)中。

2、定子繞組

作用：是電動(dòng)機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

構(gòu)造：由三個(gè)在空間互隔120°電角度、對(duì)稱(chēng)排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個(gè)線(xiàn)圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。

定子繞組的主要絕緣項(xiàng)目有以下三種：（保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣）。

⑴對(duì)地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。

⑵相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。

⑶匝間絕緣：每相定子繞組各線(xiàn)匝間的絕緣。

電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)盒內(nèi)的接線(xiàn)：

電動(dòng)機(jī)接線(xiàn)盒內(nèi)都有一塊接線(xiàn)板，三相繞組的六個(gè)線(xiàn)頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線(xiàn)樁自左至右排列的編號(hào)為1（U1）、2（V1）、3（W1），下排三個(gè)接線(xiàn)樁自左至右排列的編號(hào)為6（W2）、4（U2）、5（V2），。將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號(hào)排列。

3、機(jī)座

作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。

構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動(dòng)機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開(kāi)有通風(fēng)孔，使電動(dòng)機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對(duì)流，以利于散熱。

（二）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）

1、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心：

作用：作為電機(jī)磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。

構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來(lái)安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來(lái)沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動(dòng)機(jī)（轉(zhuǎn)子直徑在300~400毫米以上）的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。

2、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組

作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。

構(gòu)造：分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子。

⑴鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱(chēng)籠型繞組。小型籠型電動(dòng)機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對(duì)于100KW以上的電動(dòng)機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。

⑵繞線(xiàn)式轉(zhuǎn)子：繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個(gè)對(duì)稱(chēng)的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線(xiàn)頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路聯(lián)接。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動(dòng)機(jī)廣泛。但通過(guò)集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動(dòng)機(jī)的起、制動(dòng)性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車(chē)、電梯、空氣壓縮機(jī)等上面采用。

（三）三相異步電動(dòng)機(jī)的其它附件

1、端蓋：支撐作用。

2、軸承：連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分。

3、軸承端蓋：保護(hù)軸承。

4、風(fēng)扇：冷卻電動(dòng)機(jī)。

注意事項(xiàng)

⑴在拆卸前，要用壓縮空氣吹凈電機(jī)表面灰塵，并將表面污垢擦拭干凈。

⑵選擇電機(jī)解體的工作地點(diǎn)，清理現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

⑶熟悉電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修技術(shù)要求。

⑷準(zhǔn)備好解體所需工具（包括專(zhuān)用工具）和設(shè)備。

⑸為了進(jìn)一步了解電機(jī)運(yùn)行中的缺陷，有條件時(shí)可在拆卸前做一次檢查試驗(yàn)。為此，將電機(jī)帶上負(fù)載試轉(zhuǎn)，詳細(xì)檢查電機(jī)各部分溫度、聲音、振動(dòng)等情況，并測(cè)試電壓、電流、轉(zhuǎn)速等，然后再斷開(kāi)負(fù)載，單獨(dú)做一次空載檢查試驗(yàn)，測(cè)出空載電流和空載損耗，做好記錄。

⑹切斷電源，拆除電機(jī)外部接線(xiàn)，做好記錄。

⑺選用合適電壓的兆歐表測(cè)試電機(jī)絕緣電阻。為了跟上次檢修時(shí)所測(cè)的絕緣電阻值相比較以判斷電機(jī)絕緣變化趨勢(shì)和絕緣狀態(tài)，應(yīng)將不同溫度下測(cè)出的絕緣電阻值換算到同一溫度，一般換算至75℃。

⑻測(cè)試吸收比K。當(dāng)吸收比大于1.33時(shí)，表明電機(jī)絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴(yán)重。為了跟以前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同樣要將任意溫度下測(cè)得的吸收比換算到同一溫度。

在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)辦公設(shè)備，還是在日常生活中的家用電器，都大量的是使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在有80%以上的動(dòng)力源來(lái)自于電動(dòng)機(jī)，我國(guó)生產(chǎn)的電能有60%用于電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)與人們的生活息息相關(guān)，密不可分。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展， 作為電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要工具， 電動(dòng)機(jī)在工業(yè)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了使電動(dòng)機(jī)安全可靠的運(yùn)行， 就需要提供高性能的保護(hù)裝置。電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置必須能準(zhǔn)確無(wú)誤地保護(hù)電動(dòng)機(jī)， 使電動(dòng)機(jī)在允許的極限負(fù)載范圍內(nèi)工作， 減少電動(dòng)機(jī)損壞事故的發(fā)生。電動(dòng)機(jī)和供電線(xiàn)路的短路必須能迅速檢測(cè)出來(lái)， 使得短路影響減小到最小。對(duì)于頻繁起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)， 要能準(zhǔn)確地模擬其發(fā)熱和散熱過(guò)程。傳統(tǒng)的第一代產(chǎn)品電磁式保護(hù)裝置以雙金屬片為敏感元件，雙金屬片受熱或機(jī)械碰撞易產(chǎn)生永久變形， 造成保護(hù)精度不高， 調(diào)試?yán)щy， 分散性大; 第二代產(chǎn)品電子式綜合保護(hù)裝置有了很大改進(jìn)， 它利用電阻電容的充放電模擬電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和散熱， 但精度也不高， 且沒(méi)有監(jiān)控、顯示功能。把單片機(jī)技術(shù)引入電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置， 大大提高了對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)特性， 保護(hù)范圍廣， 性能穩(wěn)定可靠， 顯示直觀、正確、操作方便。

1.2本課題的研究?jī)?nèi)容

電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部故障可以分為對(duì)稱(chēng)故障和不對(duì)稱(chēng)故障兩種。對(duì)稱(chēng)故障包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)、短路等;不對(duì)稱(chēng)故障包括斷相、逆相、相間短路、接地故障、三相不平衡等。根據(jù)稱(chēng)分量原理，當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)明顯的過(guò)流。因此，可以利用過(guò)電流檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)故障的診斷與保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，其定子電流可以分解為正序、負(fù)序和零序分量，其中負(fù)序和零序電流在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)沒(méi)有或很小，一旦出現(xiàn)必然表示出現(xiàn)了故障。因此利用電流中的負(fù)序和零序分量來(lái)鑒別各類(lèi)不對(duì)稱(chēng)故障具有很高的靈敏度和可靠性，再加之反應(yīng)對(duì)稱(chēng)故障的檢測(cè)電流幅值的方法，就可以構(gòu)成能涵蓋電動(dòng)機(jī)在各種運(yùn)行環(huán)境下所有類(lèi)型的故障診斷與保護(hù)。

本課題主要研究電動(dòng)機(jī)的漏電保護(hù)、斷相閉鎖保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、負(fù)序電流保護(hù)、電壓保護(hù)等。

第2章 電動(dòng)機(jī)故障類(lèi)型及微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)

三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用幾乎涵蓋了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類(lèi)生活的各個(gè)領(lǐng)域，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中電動(dòng)機(jī)常常運(yùn)行在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合（如高溫、高濕、塵埃、腐蝕等），導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的過(guò)流、短路、斷相、絕緣老化等事故頻發(fā)，據(jù)調(diào)查全國(guó)約有20%的電機(jī)因故障被燒毀，近30%的電動(dòng)機(jī)帶缺陷運(yùn)行，給日常生活和日常維護(hù)造成沉重負(fù)擔(dān)，特別是高壓電動(dòng)機(jī)、大功率電動(dòng)機(jī)，不僅造價(jià)高，更因?yàn)橥际菓?yīng)用于大型工業(yè)設(shè)備的重要場(chǎng)合，一旦發(fā)生故障所造成的直接或見(jiàn)解經(jīng)濟(jì)損失更為慘重。因而對(duì)大型電動(dòng)機(jī)的保護(hù)問(wèn)題被人們廣為高度重視。

2.1電動(dòng)機(jī)故障類(lèi)型分析

電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的故障可分為對(duì)稱(chēng)故障和不對(duì)稱(chēng)故障兩大類(lèi)。對(duì)稱(chēng)故障包括過(guò)載、堵轉(zhuǎn)和三相短路等，這類(lèi)故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害主要是熱效應(yīng)，使繞組發(fā)熱甚至損壞。此類(lèi)故障明顯特征是電流幅值的顯著變化。

不對(duì)稱(chēng)故障有：斷相、逆相、相間短路、匝間短路等。這類(lèi)故障是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中最常見(jiàn)的一類(lèi)故障。不對(duì)稱(chēng)故障對(duì)電動(dòng)機(jī)的損害不僅僅是引起發(fā)熱，更重要的是不對(duì)稱(chēng)引起的負(fù)序效應(yīng)能造成電動(dòng)機(jī)的嚴(yán)重?fù)p壞。此類(lèi)故障明顯特征是電機(jī)電流出現(xiàn)負(fù)序電流和零序電流。

電動(dòng)機(jī)在發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，應(yīng)用對(duì)稱(chēng)分量法可將三相電流分解為正序、負(fù)序和零序分量。電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序和零序分量沒(méi)有或很小，一旦發(fā)生不對(duì)稱(chēng)故障則將會(huì)大幅值出現(xiàn)，因此通過(guò)檢測(cè)過(guò)流幅值、負(fù)序和零序電流分量、電流不平衡率，母線(xiàn)電壓為基礎(chǔ)的故障判據(jù)具有很高的靈敏度和可靠性。

保護(hù)的影響。

2.2電動(dòng)機(jī)的微機(jī)保護(hù)類(lèi)型及特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)保護(hù)主要是通過(guò)輸入接口檢測(cè)、分析計(jì)算電力系統(tǒng)及設(shè)備的有關(guān)電量和判定系統(tǒng)設(shè)備是否發(fā)生故障，決定是否發(fā)出跳閘信號(hào)并通過(guò)輸出接口送至系統(tǒng)及設(shè)備。此外還有記錄故障信息，方便的人機(jī)對(duì)話(huà)等。與傳統(tǒng)的電磁型保護(hù)和晶體管保護(hù)相比較，微型計(jì)算機(jī)特別是單片微控制器以其方便、靈活、可靠、經(jīng)濟(jì)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，為理論研究和實(shí)際應(yīng)用提供了更先進(jìn)的手段；與傳統(tǒng)的保護(hù)裝置相比，微機(jī)保護(hù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

微處理器具有強(qiáng)大的運(yùn)算能力、判斷能力，能按要求快速準(zhǔn)確的計(jì)算，并能進(jìn)行邏輯判斷。并可將自適應(yīng)控制，隨機(jī)控制及模糊控制等引入保護(hù)。

良好的記憶存貯能力，可方便的獲取故障信息并在斷電情況保存故障信息及整定值。信息不丟失。

可與其他微型機(jī)組網(wǎng) ，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程診斷及分布式控制、信息網(wǎng)控制。

可靠性高。微機(jī)保護(hù)通過(guò)系統(tǒng)自檢，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)軟件和硬件故障。

通用性強(qiáng)。微機(jī)保護(hù)通過(guò)改變軟件設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)不同的微機(jī)保護(hù)，達(dá)到不同的特性，具有通用性。

體積小。與傳統(tǒng)的電磁型和晶體管式保護(hù)相比，體積要小的多。

經(jīng)濟(jì)性好。隨著大規(guī)模集成電路芯片的不斷發(fā)展，微處理器價(jià)格不斷下降，功能不斷增強(qiáng)，使經(jīng)濟(jì)性不斷提高。

更改整定值容易。微處理器通過(guò)外圍設(shè)備，使人機(jī)對(duì)話(huà)更加方便容易，可方便的就地或通過(guò)集控室更改整定值。

通過(guò)上面的分析看到傳統(tǒng)的保護(hù)裝置是無(wú)法達(dá)到微機(jī)保護(hù)所具有的這些優(yōu)勢(shì)。然而，作為一種新技術(shù)，它同樣也存在如下一些缺點(diǎn)。

對(duì)抗浪涌、干擾能力較弱。

硬件很快過(guò)時(shí)，更新、淘汰周期短。

盡管如此，微機(jī)保護(hù)的前景是光明的，它的發(fā)展趨勢(shì)是不可動(dòng)搖的。隨著技術(shù)的發(fā)展，相信這些問(wèn)題會(huì)逐漸得到解決。

第3章 單片機(jī)的介紹及電動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)

3.1 8X196KX概述

本系列主要芯片有8XC196KB、8XC196KC、8XC196KD，它們是Intel公司繼8X9X之后推出的16位嵌入式微控制器。Intel公司推出的MCS196系列單片機(jī)主要包括：HSI/O系列、Motor Control系列、EPA系列，本次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用HSI/ O系列；Intel80C 196KB是美國(guó)著名的Intel公司于九十年代推出的新一代單片機(jī)，是十六位微控制器。它在MCS-%基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)和功能又有了新的突破，是1%系列中功能較為卓著、應(yīng)用較為廣泛的一種。由于它性能好、功能全、價(jià)格低和用戶(hù)使用方便等特點(diǎn)，尤其是高效的處理能力，使其特別適合于工控領(lǐng)域191。同時(shí)它采用CHMOS工藝，功耗低，具有節(jié)電的工作方式。

3.1.1 Intel 80C 196KB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Intel 80C 196KB具有64KB字節(jié)的可尋址空間。它的主要部分包括CPU、存儲(chǔ)器、中斷、五個(gè)獨(dú)立I/0口和一些被嵌入的外設(shè)。這些被嵌入的外設(shè)包含：1個(gè)8通道A/I〕轉(zhuǎn)換器、1個(gè)數(shù)據(jù)處理器陣列（EPA）、兩個(gè)硬件定時(shí)器（定時(shí)器1和定時(shí)器2）和一個(gè)脈寬調(diào)制單元PWM.

（1）中央處理器CPU

Intel 80C 196KB的中央處理器CPU是由寄存器算術(shù)邏輯單元RALU和寄存器陣列組成，它最大的特點(diǎn)是：算術(shù)邏輯單元RALU沒(méi)有采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，其操作直接面向256字節(jié)寄存器空間（由232字節(jié)的寄存器陣列和24字節(jié)的專(zhuān)用寄存器構(gòu)成）。這種結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了累加器的瓶頸效應(yīng)，加速了數(shù)據(jù)交換和更新的能力，提高了CPU吞吐量。同時(shí)由于可通過(guò)專(zhuān)用寄存器來(lái)直接控制UO口，這就加速了輸入和輸出過(guò)程。

（2）中斷

Intel 80C 196KB具有靈活而高效的中斷處理系統(tǒng)，80C196KB共提供了28個(gè)中斷源，18個(gè)中斷向量。其中非屏蔽中斷NMI、軟件陷阱TRAP和非法操作碼中斷是3種特殊的中斷源，各占用1個(gè)專(zhuān)門(mén)的中斷相量;其余25個(gè)中斷源分享另外15個(gè)中斷向量。用戶(hù)可通過(guò)軟件修改中斷控制器的硬件優(yōu)先級(jí)，并可人為地屏蔽某些中斷。

（3） 80C196KB被嵌入的外設(shè)

Intel 80C I96KB單片機(jī)內(nèi)部提供了完成各種應(yīng)用的外設(shè)功能，CPU是通過(guò)被嵌入外設(shè)的特殊功能寄存器來(lái)對(duì)它們進(jìn)行管理的。外設(shè)的特殊功能寄存器是（SFR）能通過(guò)間接方式或窗口方式尋址，因此它們又可看作是CPU的“累加器”。Intel 80C196KB單片機(jī)的片內(nèi)外設(shè)功能較為強(qiáng)大和完善，除SFR外還設(shè)有定時(shí)器和事件處理器陣列（EPA）、脈寬調(diào)制單元（PWM）。 A/D轉(zhuǎn)換器。其中，脈沖調(diào)制輸出（PWM）可提供脈寬調(diào)制信號(hào)，作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸出，直接驅(qū)動(dòng)某些電機(jī);Intel 80C 196KB還具有方便可靠的A/D轉(zhuǎn)換功能，它具有一個(gè)8通道的A/D轉(zhuǎn)換器，能完成十位或八位的高速A/D轉(zhuǎn)換。本測(cè)控系統(tǒng)就采用Intel 80C196KB單片機(jī)自帶的AID轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬量的轉(zhuǎn)換，這樣可節(jié)省硬件開(kāi)支。

（4） 1/O端口

Intel 80C 196KB具有5個(gè)獨(dú)立的1/O端口，其中PO口是輸入口，與A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端共享引腳;P1口是總雙向口;P2口是多功能口;P3和P4可作雙向口或系統(tǒng)總線(xiàn)。此外，高速輸入口和高速輸出口（HSI/HSO ）與時(shí)間有關(guān)的特征未利用上時(shí)，也可以作額外的110口用。高速輸入/輸出器（HSVHSO）無(wú)需CPU干預(yù)，它可自動(dòng)地同時(shí)記錄8個(gè)事件，并能記憶事件發(fā)生的時(shí)刻;而高速輸出器可以按預(yù)先規(guī)定的時(shí)刻去觸發(fā)某一事件，任何時(shí)候，都可以懸掛起8個(gè)事件。

（5）豐富的定時(shí)單元

系統(tǒng)共有2個(gè)16位硬件定時(shí)器和4個(gè)軟件定時(shí)器，其中軟件定時(shí)器可以以定時(shí)器1或定時(shí)器2作為定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)軟件定時(shí)器還可以復(fù)用，可以方便地應(yīng)用于系統(tǒng)多任務(wù)定時(shí)中，節(jié)省了硬件的開(kāi)支。同時(shí)80C 196KB還有一個(gè)16位的監(jiān)視器（Watchdog timer），它可以起到“看門(mén)狗”作用，使用極為方便。

3.1.2 指令概述

80C 196KB的指令系統(tǒng)是基于8096BH而形成的，它可以對(duì)帶符號(hào)數(shù)和不帶符號(hào)數(shù)進(jìn)行操作，該指令系統(tǒng)采用了多種尋址方式其中包括了用于8位、16位數(shù)據(jù)類(lèi)型的算術(shù)和邏輯運(yùn)算指令，它的數(shù)據(jù)類(lèi)型中還包括32位的數(shù)據(jù)類(lèi)型，即支持16位與16位的數(shù)據(jù)乘法操作，32位與16位的除法操作以及操作數(shù)的移位操作，剩下的32位操作由16位的指令來(lái)完成。80C 196KB共有110多條指令，指令系統(tǒng)極為豐富。另外該指令系統(tǒng)的很多指令既可以用雙操作數(shù)，也可以用三操作數(shù)，提高了編程效率。80196KB時(shí)鐘頻率可選擇在6MHz與16MHz之間。這個(gè)時(shí)鐘源可由外界晶體和內(nèi)部電路構(gòu)成的晶體振蕩器產(chǎn)生，也可由外部時(shí)鐘直接提供。80C196KB的狀態(tài)周期經(jīng)時(shí)鐘信號(hào)二分頻后獲得，它是芯片工作的基本時(shí)間單位。當(dāng)選用12MHz

為振蕩器頻率時(shí)，80C I 96KB的狀態(tài)周期為167ns，這樣，單片機(jī)完成一條指令所需的最短時(shí)間就是4個(gè)狀態(tài)周期。所以它的執(zhí)行速度快，當(dāng)在12MHz主頻下，完成16位乘法僅需要2.3us，完成32位除法也只需要4.Ous。

3.1.3 存儲(chǔ)空間分配

80C 196KB可尋址的儲(chǔ)存空間有64K字節(jié)，地址線(xiàn)為16位，每個(gè)單元存放一個(gè)字節(jié)的信息，除00001. 00FFH和1FFEH-2080H單元有專(zhuān)門(mén)用途外，其它單元都可用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，或用于按存儲(chǔ)器配置的外部設(shè)備。

3.1.4 存儲(chǔ)器的地址、數(shù)據(jù)總線(xiàn)

由于Intel 80C 186KB無(wú)內(nèi)部存儲(chǔ)器，所以測(cè)控系統(tǒng)需要擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，其中地址數(shù)據(jù)總線(xiàn)的使用可以采用3種方式：第一種是標(biāo)準(zhǔn)16位總線(xiàn)方式，即復(fù)用的16位地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)。第二種是8位方式，即使用16位地址線(xiàn)和8位數(shù)據(jù)線(xiàn)。第三種是動(dòng)態(tài)方式，即在16位和8位方式中隨機(jī)地選擇使用。本測(cè)控系統(tǒng)采用第一種方式，即16位標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)方式。

3.1.5 外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

根據(jù)系統(tǒng)要求，主控制板擴(kuò)展了兩片27128作為程序存儲(chǔ)器，兩片6264作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)采樣的數(shù)據(jù)以及根據(jù)一定的算法計(jì)算的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路如圖3-3所示。其中ICI和IC2為程序存儲(chǔ)器27128， IC3和IC4為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264，擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器的地址范圍是2000H-7FFFH，擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址范圍是8000H-BFFFH o與八位單片機(jī)不同的是，80C196KB可以按字或字節(jié)來(lái)訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器，但在讀外存時(shí)，把16位數(shù)據(jù)同時(shí)取入存儲(chǔ)器控制器，在控制器內(nèi)部根據(jù)情況選取1個(gè)字節(jié)或1個(gè)字，把不用的部分舍棄。因此/RD信號(hào)同時(shí)選通高位字節(jié)和低位字節(jié)，且AO不與存儲(chǔ)器相連。