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1、第一章第一章 微机爱护的硬件原理微机爱护的硬件原理第一节第一节 概述概述 1.1.微机爱护的硬件系统包括以下三部分：微机爱护的硬件系统包括以下三部分：数据采集系统（或称模拟量输入系统）：数据采集系统（或称模拟量输入系统）：包括电压形成、采样保持、多路开关及包括电压形成、采样保持、多路开关及数模转换。数模转换。微型机（或微处理器）主系统：包括微处微型机（或微处理器）主系统：包括微处理器、程序存储器（理器、程序存储器（ROMROM）、数据存储器）、数据存储器（RAMRAM）、定时器、并串接口等。）、定时器、并串接口等。开关量输入输出系统：由微型机的并行接开关量输入输出系统：由微型机的并行接口、光电
2、隔离器件及有触点的中间继电口、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成。完成爱护须要的外部触点接器等组成。完成爱护须要的外部触点接入、出口跳闸、人机对话等功能。入、出口跳闸、人机对话等功能。图图1 11 1 示出了微机爱护硬件构成框图示出了微机爱护硬件构成框图第一节第一节 概述概述图11 微机爱护硬件构成框图第一节第一节 概述概述2.微机爱护用硬件特点微机爱护用硬件特点集成微处理器（集成微处理器（MPU）、只读存储器）、只读存储器(ROM)、随即存取存储器随即存取存储器(RAM)、定时器、模数转、定时器、模数转换器换器(AD)、并行接口、并行接口(PIO)、闪存单元、闪存单元(FLASH)、数字
3、信号处理器、数字信号处理器(DSP)、通信、通信接口等多种功能集成在一个芯片内的单片接口等多种功能集成在一个芯片内的单片机系统。机系统。把全部总线连同单片机都集成在一个芯片内的把全部总线连同单片机都集成在一个芯片内的总线不出片技术。总线不出片技术。不区分微机、单片机、微处理器不区分微机、单片机、微处理器其次节其次节 数据采集系统数据采集系统为模数转换（为模数转换（ADAD）做准备、转换模拟量）做准备、转换模拟量为数字量为数字量适应电力系统故障信号特点适应电力系统故障信号特点频谱分布宽广：从直流、衰减直流、工频谱分布宽广：从直流、衰减直流、工频基波重量到各次谐波（最高到数百频基波重量到各次谐波（
4、最高到数百千赫兹）在内的暂态信号千赫兹）在内的暂态信号动态范围宽广：从正常运行的几十安培动态范围宽广：从正常运行的几十安培到短路状态下的几万安培甚至几十万到短路状态下的几万安培甚至几十万安培安培第一章第一章 微机爱护的硬件原理微机爱护的硬件原理n适应继电爱护特点要求适应继电爱护特点要求n模拟量设置应满足继电爱护功能要求为准则模拟量设置应满足继电爱护功能要求为准则n典型的高压线路爱护须要：三相电流、零序电典型的高压线路爱护须要：三相电流、零序电流；三相电压、线路侧线间电压；流；三相电压、线路侧线间电压；n典型的三绕组变压器差动爱护须要：每一绕组典型的三绕组变压器差动爱护须要：每一绕组侧的三相电流
5、侧的三相电流n 因此，微机爱护是一个多模拟量输入系统因此，微机爱护是一个多模拟量输入系统第一章第一章 微机爱护的硬件原理微机爱护的硬件原理2 21 1 电压形成回路电压形成回路要求要求继电爱护所运用的电压、电流都是来自继电爱护所运用的电压、电流都是来自于电压互感器（于电压互感器（100100伏、线间电压）伏、线间电压）和电流互感器（额定电流和电流互感器（额定电流5 5安或安或1 1安，安，短路电流短路电流100100安）安）把把100100伏左右的电压变换为适合伏左右的电压变换为适合ADAD转换须转换须要的正负要的正负2.52.5伏、正负伏、正负5 5伏、正负伏、正负1010伏伏的电压；的电压
6、；把小于把小于1 1安安100100安的电流变换为适合安的电流变换为适合ADAD转换须要的正负转换须要的正负2.52.5伏、正负伏、正负5 5伏、正伏、正负负1010伏的电压伏的电压其次节其次节 数据采集系统数据采集系统变换器变换器电压变换器电压变换器 用于将一次电压变换成微机爱护模数转换用于将一次电压变换成微机爱护模数转换（ADAD）用的电）用的电压，一般变压器原理。压，一般变压器原理。电流变换器：用于电流电流电压电流变换器：用于电流电流电压 用于将一次电流变换成微机爱护模数转换用于将一次电流变换成微机爱护模数转换（ADAD）用的电）用的电压。一般变压器原理，把电流变换成电流，压。一般变压器
7、原理，把电流变换成电流，再把一个小电阻再把一个小电阻并联在该变压器的二次侧，形成电压。并联在该变压器的二次侧，形成电压。要求该变压器的铁心不饱和。要求该变压器的铁心不饱和。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统n电抗变压器：用于干脆获得电压电抗变压器：用于干脆获得电压n 它的原理结构、原理图及等值电路如图它的原理结构、原理图及等值电路如图1 12 2所所示示n n 图图1 12 2 电抗变压器的原理结构与电抗变压器的原理结构与等值电路图等值电路图其次节其次节 数据采集系统数据采集系统 它的铁心带有气隙、具有三个绕组的变压器。由于它的铁心带有气隙、具有三个绕
8、组的变压器。由于存在气隙，励磁电抗数值很小，相对而言很大的二次存在气隙，励磁电抗数值很小，相对而言很大的二次负载阻抗可忽视不及，故一次电流全部作为励磁电负载阻抗可忽视不及，故一次电流全部作为励磁电流。此时有以下关系：流。此时有以下关系：总体效果相当于总体效果相当于 因此电抗变能够将一次电流的基波重量成比例地转因此电抗变能够将一次电流的基波重量成比例地转换成二次侧电压。但放大了谐波重量，阻挡了直流和换成二次侧电压。但放大了谐波重量，阻挡了直流和低频重量。严格讲是失真变换。低频重量。严格讲是失真变换。电流变换器和电抗变压器的比较电流变换器和电抗变压器的比较电流变换器能够不失真地变换电流成为电压，但
9、是在电流变换器能够不失真地变换电流成为电压，但是在出现非周期重量、衰减直流重量时，简洁饱和，出现非周期重量、衰减直流重量时，简洁饱和，线性度差，动态范围小线性度差，动态范围小电抗变压器具有阻挡直流、放大谐波的作用，因此当电抗变压器具有阻挡直流、放大谐波的作用，因此当一次波形为非正弦时，二次将发生严峻畸变。但一次波形为非正弦时，二次将发生严峻畸变。但是它的动态范围宽广、铁心不易饱和、具有移相是它的动态范围宽广、铁心不易饱和、具有移相作用。在某些场合下还是有用的。作用。在某些场合下还是有用的。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统2 22 2 采样保持电路和模拟低通滤波采样保持电路和模拟低通滤波器
10、器采样保持电路的作用及原理采样保持电路的作用及原理n定义：定义：采样保持电路（采样保持电路（S/H,Sampling and S/H,Sampling and HoldingHolding）是在极短时间内测量模拟量在该时刻的）是在极短时间内测量模拟量在该时刻的瞬时值，并在模拟数字转换器进行转换的期间瞬时值，并在模拟数字转换器进行转换的期间保持输出不变的一个电路保持输出不变的一个电路其次节其次节 数据采集系统数据采集系统n组成：它由电子模拟开关组成：它由电子模拟开关ASAS、保持电容器及两个、保持电容器及两个阻抗变换器组成。阻抗变换器组成。ChCh的作用是记忆的作用是记忆ASAS闭合时刻的闭合时
11、刻的电压，并在电压，并在ASAS打开后保持该电压。阻抗变换器打开后保持该电压。阻抗变换器I I在在ChCh端供应低阻抗，使得端供应低阻抗，使得ChCh电压建立快速，而在输电压建立快速，而在输入端呈现高阻抗，以尽量削减对输入回路的影响；入端呈现高阻抗，以尽量削减对输入回路的影响；阻抗变换器阻抗变换器1111在在ChCh端供应高阻抗，使得端供应高阻抗，使得ChCh衰减缓衰减缓慢，而在后边呈现低阻抗以提高带负载的实力。慢，而在后边呈现低阻抗以提高带负载的实力。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统图13 采样保持电路及工作过程其次节其次节 数据采集系统数据采集系
12、统n工作过程：工作过程：微机采样定时器等间隔地产生采样脉冲微机采样定时器等间隔地产生采样脉冲进行采样，得到采样信号，采样后信号在下次采样进行采样，得到采样信号，采样后信号在下次采样脉冲到来之前应保持不变，形成稳定的阶梯状采样脉冲到来之前应保持不变，形成稳定的阶梯状采样保持信号，等待保持信号，等待A/DA/D转换。转换。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统对采样保持电路的要求对采样保持电路的要求ChCh上的电压依据确定的精度跟踪上的电压依据确定的精度跟踪UsrUsr，跟踪时，跟踪时间尽量短，以适应最小采样宽度要求间尽量短，以适应最小采样宽度要求TcTc保持时间要长，通常用下降率来表示保持实力保
13、持时间要长，通常用下降率来表示保持实力模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小电流要小 前两个指标取决于阻抗变换器和保持电容前两个指标取决于阻抗变换器和保持电容的性能，的性能，就捕获而言，越小越好；就保持而言越大越好。就捕获而言，越小越好；就保持而言越大越好。一般来讲，要求快速捕获，采样周期短，一般来讲，要求快速捕获，采样周期短，电容要小电容要小一些；一些；慢速捕获，采样周期长，电容大一些，稳慢速捕获，采样周期长，电容大一些，稳定性好，定性好，抗杂散电容影响实力强。抗杂散电容影响实力强。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统图14采样保持电路的性
14、能与电容Ch的关系曲线1保持下降率2保持跳变误差30.1误差的截获时间4充电速率5频带例子：若取Ch为0.01uf，则保持下降率为2mV/S，微机爱护采样速率高于2mS，没问题；而截获时间为20微妙，误差相当于工频0.36度，也没有问题。但是对于高频采集行波采集就不行了！须要提示的是：Ch常常须要外接其次节其次节 数据采集系统数据采集系统采样频率的选择和模拟低通滤波器的应用采样频率的选择和模拟低通滤波器的应用等步长采样和变步长采样等步长采样和变步长采样 对于电网频率波动小，采样精度要求不是很对于电网频率波动小，采样精度要求不是很高的场合，常接受等高的场合，常接受等步长采样步长采样 对于电网频率
15、波动大，采样精度要求高的场对于电网频率波动大，采样精度要求高的场合，须要变步长采合，须要变步长采样，变步长的采样间隔时间（采样脉冲发出时样，变步长的采样间隔时间（采样脉冲发出时间）要随时调整间）要随时调整采样定理采样定理 被采样信号的频率最高不超过被采样信号的频率最高不超过1/21/2采样频率，采样频率，否则会造成频谱混否则会造成频谱混叠。叠。合适的爱护采样频率选择合适的爱护采样频率选择 高采样频率要求高采样频率要求CPUCPU的处理和运算速度快；低的处理和运算速度快；低采样频率可能会造采样频率可能会造成频率混叠，因为电力系统故障后的电压电流成频率混叠，因为电力系统故障后的电压电流是一个宽频谱
16、信号。是一个宽频谱信号。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统n合适的爱护采样频率选择合适的爱护采样频率选择n 假如考虑目前的继电爱护主要是基于工频故障信假如考虑目前的继电爱护主要是基于工频故障信息构成的，那息构成的，那n么，高频故障信息应当么，高频故障信息应当/可以滤除，这样将降低对可以滤除，这样将降低对CPUCPU和采样速率的和采样速率的n要求。目前微机爱护普遍接受要求。目前微机爱护普遍接受600Hz600Hz（1.6671.667毫秒）、毫秒）、1kHz1kHz（1 1毫毫n秒）、秒）、1.8kHz1.8kHz（0.550.55毫秒）的采样频率，它们都能够毫秒）的采样频率，它们都能够满足
17、工频故障满足工频故障n信息和信息和3 3次、次、5 5次谐波的采样和辨别要求。但是高于次谐波的采样和辨别要求。但是高于300Hz300Hz、500Hz500Hz、n900Hz900Hz的故障信号怎么办呢？的故障信号怎么办呢？其次节其次节 数据采集系统数据采集系统n前置低通滤波器的设置前置低通滤波器的设置n 滤波器是一种能使有用频率信号通过，同时拟制滤波器是一种能使有用频率信号通过，同时拟制无用频率信号无用频率信号n的电路。低通滤波器是只让低于截至频率通过的滤波的电路。低通滤波器是只让低于截至频率通过的滤波器。器。n 前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器，广泛应用前置低通滤波器又称为抗混叠滤波器，广
18、泛应用于各种消费、于各种消费、n限制电路中的采样电路前，滤除高于限制电路中的采样电路前，滤除高于2 2倍采样频率的倍采样频率的信号，因此截信号，因此截n至频率被设置为至频率被设置为1/2fs1/2fs。n 低通滤波器可以接受有源的、也可以接受无源的。低通滤波器可以接受有源的、也可以接受无源的。无源滤波器无源滤波器n构成简洁，但电阻和电容回路对信号有衰减作用，并构成简洁，但电阻和电容回路对信号有衰减作用，并会带来时间延会带来时间延n迟，仅适用于对速度和性能要求不高的微机爱护迟，仅适用于对速度和性能要求不高的微机爱护n 有源滤波器抗冲击干扰实力差，但滤波性能好。有源滤波器抗冲击干扰实力差，但滤波性
19、能好。n 性能越好的滤波器延时越长，造成信号不同步的性能越好的滤波器延时越长，造成信号不同步的可能性越大。可能性越大。n 继电爱护常常接受一般的一阶（最高二阶的有源继电爱护常常接受一般的一阶（最高二阶的有源或无源）滤波或无源）滤波n器来限制接近工频重量的谐波信息混进来！器来限制接近工频重量的谐波信息混进来！其次节其次节 数据采集系统数据采集系统图15 二阶无源低通滤波器其次节其次节 数据采集系统数据采集系统图16 二阶无源低通滤波器2 23 3 模拟量多路转换开关模拟量多路转换开关继电爱护须要多的模拟量继电爱护须要多的模拟量数模转换器是珍贵的元器件数模转换器是珍贵的元器件电路布板希望少的芯片电
20、路布板希望少的芯片多路转换器是一个志向的、常常接受的多路转换器是一个志向的、常常接受的芯片芯片定义：是一个开关电路；接入很多模拟定义：是一个开关电路；接入很多模拟量；仅仅把其中的一路送给数模转换量；仅仅把其中的一路送给数模转换器去转换。器去转换。不同的模拟量通过不同的模拟量通过“分时分时”方式完成方式完成模数转换过程。模数转换过程。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统组成：包括选择接通路数的二进制译码电路和多路组成：包括选择接通路数的二进制译码电路和多路电子开关。电子开关。二进制译码电路确定哪个电子开关接通二进制译码电路确定哪个电子开关接通接入相接入相应
21、的待转换模拟量应的待转换模拟量多路电子开关起分断其它回路而仅仅接通待转换的多路电子开关起分断其它回路而仅仅接通待转换的哪一路模拟量作用哪一路模拟量作用1616路多路转换开关例路多路转换开关例A0A0A3A3是路数选择线是路数选择线接接CPUCPU，限制哪一路选通，限制哪一路选通A1A1A16A16是模拟量入是模拟量入AS1AS1AS16AS16是电子开关是电子开关EnEn是始能端是始能端图17 16路多路转换开关2 24 4 模数转换器模数转换器定义：是一个硬件电路，用于实现模拟定义：是一个硬件电路，用于实现模拟量到数字量的转换，也称为量到数字量的转换，也称为A/DA/D转换转换器。它是把模拟
22、量变成能让计算机识器。它是把模拟量变成能让计算机识别的数字量的桥梁。别的数字量的桥梁。应用范围及其宽广：随时间连续变更的应用范围及其宽广：随时间连续变更的模拟量、须要计算机来处理的都必需模拟量、须要计算机来处理的都必需经过这个环节。像电压、电流、温度、经过这个环节。像电压、电流、温度、压力速度等压力速度等分类：分类：干脆型：干脆把模拟量转换成数字代码干脆型：干脆把模拟量转换成数字代码间接型：首先把模拟量转换成某种变量间接型：首先把模拟量转换成某种变量（比如频率），再转换成数字代码输（比如频率），再转换成数字代码输出出其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统模
23、数转换器的一般原理模数转换器的一般原理 将输入的模拟量将输入的模拟量UsrUsr相对于模拟参考量相对于模拟参考量U UR R经编码电经编码电路转换成数字量路转换成数字量D D输出输出 D D可以表示为可以表示为 B1B1BnBn均为二进制码。均为二进制码。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统数模转换器，数模转换器，D/AD/A转换器转换器 数模转换器的作用是将数字量经解码电路数模转换器的作用是将数字量经解码电路变成模拟变成模拟电压或电流输出。每位数字量都有确定的权，电压或电流输出。每位数字量都有确定的权，不同的权不同的权就代表一个具体的数值。就代表一个具体的数值。图图18 4位数模转换器说明
24、图位数模转换器说明图其次节其次节 数据采集系统数据采集系统 电子开关电子开关K0K0K3K3分别受分别受4 4位输入数字量位输入数字量B1B1B4B4的限制。的限制。在某位为零时，开关合向左侧，即接地；为在某位为零时，开关合向左侧，即接地；为1 1时，合向右时，合向右侧，即接运放反相输入端。侧，即接运放反相输入端。流向运算放大器反相输入端的总电流反映了流向运算放大器反相输入端的总电流反映了4 4位输入位输入数字量的大小，经带有负反馈电阻的放大器放大后变换数字量的大小，经带有负反馈电阻的放大器放大后变换成电压输出。成电压输出。图中的特殊网络结构和参数选择使得各个电子开关所图中的特殊网络结构和参数
25、选择使得各个电子开关所接通的回路具有不同的接通的回路具有不同的“权权”值。值。所以，运放输入电流为所以，运放输入电流为其次节其次节 数据采集系统数据采集系统逐次靠近式模数转换器原理逐次靠近式模数转换器原理 将一待转换的模拟输入信号将一待转换的模拟输入信号UinUin与一推想与一推想信号信号UiUi相比相比较，依据推想信号大于还是小于输入信号来确较，依据推想信号大于还是小于输入信号来确定是增大还定是增大还是减小该推想信号，直至靠近输入信号为止。是减小该推想信号，直至靠近输入信号为止。推想信号由推想信号由D/AD/A转换器的输出获得。转换器的输出获得。图图19 模数转换器原理说明图模数转换器原理说
26、明图第一章第一章 微机爱护硬件原理微机爱护硬件原理小结小结简介了微机爱护基本硬件组成简介了微机爱护基本硬件组成介绍了电压形成回路介绍了电压形成回路介绍了采样保持电路介绍了采样保持电路介绍了多路转换开关介绍了多路转换开关介绍了逐次靠近式模数转换器原理介绍了逐次靠近式模数转换器原理习题习题写出逐次靠近式模数转换器工作原理和过写出逐次靠近式模数转换器工作原理和过程程 其次节其次节 数据采集系统数据采集系统逐次靠近式模数转换器原理逐次靠近式模数转换器原理 将一待转换的模拟输入信号将一待转换的模拟输入信号UinUin与一推想与一推想信号信号UiUi相比相比较，依据推想信号大于还是小于输入信号来确较，依据
27、推想信号大于还是小于输入信号来确定是增大还定是增大还是减小该推想信号，直至靠近输入信号为止。是减小该推想信号，直至靠近输入信号为止。推想信号由推想信号由D/AD/A转换器的输出获得。转换器的输出获得。图图19 模数转换器原理说明图说明图模数转换器原理说明图说明图其次节其次节 数据采集系统数据采集系统二分法：测试最大可能值，为二分法：测试最大可能值，为1 1，DADA偏小，有偏小，有效；为效；为0 0，偏大，置，偏大，置0 0。接着。接着ADAD的双极性连接抬起来，加偏置的双极性连接抬起来，加偏置其次节其次节 数据采集系统数据采集系统偏置结果变成单极性偏置结果变成单极性其次节其次节 数据采集系统
28、数据采集系统波形溢出波形溢出其次节其次节 数据采集系统数据采集系统w微机爱护对模数转换器的要求微机爱护对模数转换器的要求w转换时间转换时间w精度要求精度要求w微机爱护要承受微机爱护要承受100A电流，还要正确电流，还要正确辨别辨别10额定电流（精工电流）额定电流（精工电流）0.5安培。安培。w12位位AD可以满足要求。如接受可以满足要求。如接受16位更位更好好其次节其次节 数据采集系统数据采集系统2 25 VFC5 VFC型数据采集系统型数据采集系统nVFC-Voltage Frequency Converter,VFC-Voltage Frequency Converter,电压频率转换器电
29、压频率转换器n经电压形成回路后，经过经电压形成回路后，经过VFCVFC，将模拟电压变换为脉冲信号，将模拟电压变换为脉冲信号，由计数器进行计数。这样在采样间隔内的计数值就与采样对象由计数器进行计数。这样在采样间隔内的计数值就与采样对象的积分值成比例。实现了模数转换。的积分值成比例。实现了模数转换。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统nVFCVFC工作原理工作原理n它是一个电路，由一个运放、一个零电压比较器、一个单它是一个电路，由一个运放、一个零电压比较器、一个单稳触发器、一个电子开关及电阻电容组成。稳触发器、一个电子开关及电阻电容组成。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统前提前提直流输入信号
30、工作原理直流输入信号工作原理输入为输入为0 0，电容器电压为，电容器电压为0 0，单稳为，单稳为0 0，电子开关接地电子开关接地正直流信号时，正直流信号时，IRIR0 0，IcIc-Isr-Isr，UcUc有变负的趋势，这个变更被检测，单稳有变负的趋势，这个变更被检测，单稳输出正跳变并保持输出正跳变并保持T0.T0.电子开关切换到电子开关切换到-ERER在在T0T0期间，期间，RRRR上有电流，电容电流发生上有电流，电容电流发生了变更了变更 Ic Ic IR-Isr IR-Isr其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统在
31、在ToTo消逝时刻消逝时刻 Uc Uc达最大值达最大值To To 消逝后，电子开关接回地。电容放电，放电电压为消逝后，电子开关接回地。电容放电，放电电压为到到0 0时，再次被零电压监测器发觉，单稳状态翻转时，再次被零电压监测器发觉，单稳状态翻转过零时对应的时刻是过零时对应的时刻是t2 t2 周而复始，周而复始，Uc Uc 呈周期性变更，周期呈周期性变更，周期T T是是t2t2。其次节其次节 数据采集系统数据采集系统 因此，因此，电压和电压和频率成频率成正比，正比，对脉冲对脉冲个数计个数计数得到数得到电压求电压求和（积和（积分）分）其次节其次节 数据采集系统数据采集系统 其次节其次节 数据采集系
32、统数据采集系统沟通输入信号工作原理沟通输入信号工作原理首先增加一个正偏置，把信号变为单极性。首先增加一个正偏置，把信号变为单极性。正偏置电流取为正偏置电流取为I I偏偏IR/2IR/2ER/2RR,ER/2RR,这时最大沟通输入变为这时最大沟通输入变为其次节其次节 数据采集系统数据采集系统综合输入信号为（1）在0To期间是一上升的曲线其次节其次节 数据采集系统数据采集系统（2）当To消逝后，电子开关接回地其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统其次节其次节 数据采集系统数据采集系统VFCVFC数据采集系统特点数据采集系统特点低通滤波低通滤波抗干扰实力强抗干扰
33、实力强位数可调位数可调与微机接口简洁与微机接口简洁多微机共享多微机共享不适于高速采样不适于高速采样其次节其次节 数据采集系统数据采集系统第三节第三节 开关量输入及输出回路开关量输入及输出回路光电耦合器光电耦合器 把发光器件（发光二极管）和光敏器件（受光导通）组合，把发光器件（发光二极管）和光敏器件（受光导通）组合，可以实现光媒介的电信号传变，这种器件被称为光电耦合器可以实现光媒介的电信号传变，这种器件被称为光电耦合器 光隔离器光隔离器 光传感器光传感器 光敏集成块光敏集成块 常见光隔离器，二极管型、三极管型、达林顿型晶闸管型，常见光隔离器，二极管型、三极管型、达林顿型晶闸管型，驱动功率大小区分
34、驱动功率大小区分第三节第三节 开关量输入及输出回路开关量输入及输出回路开关量输入回路开关量输入回路装在面板上的接点装在面板上的接点5 5伏系统伏系统装在端子排上的接点装在端子排上的接点2424伏、伏、4848伏、伏、220220伏等，须伏等，须要光电隔离要光电隔离第三节第三节 开关量输入及输出回路开关量输入及输出回路开关量输出回路开关量输出回路爱护的跳闸出口、本地信号和中心信号爱护的跳闸出口、本地信号和中心信号 一般由并行输出口、逻辑与非门、光电隔离器、有一般由并行输出口、逻辑与非门、光电隔离器、有接点的继电器组成接点的继电器组成典典型型微微机机保保护护出出口口控控制制回回路路第三节第三节 开
35、关量输入及输出回路开关量输入及输出回路nK1K1为常闭接点（线圈不带电状况下闭合），是一个为常闭接点（线圈不带电状况下闭合），是一个闭锁告警信号闭锁告警信号nK2K2、K3K3、K4K4、KNKN为常开接点（线圈不带电状况下打为常开接点（线圈不带电状况下打开）开）nK2K2是故障启动信号是故障启动信号nK3K3、K4K4是跳闸出口接点是跳闸出口接点nV1V1V5V5是光隔是光隔n出口接点出口条件出口接点出口条件1 1）无告警信号）无告警信号2 2）启动继电器动作）启动继电器动作n出口继电器所在光隔导通计算机输出跳闸信号出口继电器所在光隔导通计算机输出跳闸信号小结小结多路转换开关多路转换开关逐次
36、靠近式模数转换逐次靠近式模数转换VFCVFC开关量输入输出开关量输入输出作业作业 1 1 图图1 13737中中K1K1的作用是什么？的作用是什么？2 VFC2 VFC电路中单稳态触发器的作用是什么？电路中单稳态触发器的作用是什么？第四节第四节 DSPDSP技术的应用技术的应用DSPDSP数字信号处理器（数字信号处理器（Digital signal Digital signal processorprocessor）是专用数字信号处理器芯片。特殊用于执行快速运是专用数字信号处理器芯片。特殊用于执行快速运算算内部接受哈佛结构，存储空间分为两个：数据存储内部接受哈佛结构，存储空间分为两个：数据存储
37、器和程序存储器。允许同时访问。器和程序存储器。允许同时访问。独立的硬件乘法器。独立的硬件乘法器。第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路5 51 1 问题的提出问题的提出主爱护、后备爱护、开出、主爱护、后备爱护、开出、开入、监控须要开入、监控须要CPUCPU多多CPUCPU工作，通过网络联起工作，通过网络联起来来5 52 2 网络化硬件电路网络化硬件电路CPUCPU插件；开入插件；开出插件；开入插件；开出插件；插件；CANCAN总线总线第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路5 53 CAN3 CAN总总线特点线特点接受短帧结接受短帧结构，传输构，
38、传输时间短时间短差分信号传差分信号传递方式，递方式，抗干扰实抗干扰实力强力强第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路当传递当传递“0”“0”信号时，差分电压差大；信号时，差分电压差大；当传递当传递“1”“1”信号时，差分电压差低。信号时，差分电压差低。差分电压凹凸取决于如下电路差分电压凹凸取决于如下电路第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路发送发送“0 0”时，时，V1V1导通，总线导通，总线V Vh h被钳位高电平；被钳位高电平；V2V2截至，总线截至，总线VlVl被置位低电平，压差大，总线呈现被置位低电平，压差大，总线呈现“0 0”发送发送“1 1”时，时，V1V1截至，总线截至，总
39、线V Vh h被钳位低电平；被钳位低电平；V2V2导通，总线导通，总线VlVl被置位高电平，压差小，总线呈现被置位高电平，压差小，总线呈现“1 1”VHVL第五节第五节 网络化硬件电路网络化硬件电路n接受非破坏性总线仲裁技术接受非破坏性总线仲裁技术n当几个节点同时送当几个节点同时送0000，0101，1010，1111时，首先时，首先0000，0101，0 0电平被接受；电平被接受；n然后再发送然后再发送0000，0101，其次位是，其次位是0 0的的 第一通路被选中第一通路被选中n不同的节点依据设定好的优先级工作不同的节点依据设定好的优先级工作n二进制表示时，数值越小，优先级越高二进制表示时
40、，数值越小，优先级越高n5 54 4 网络化硬件结构的特点网络化硬件结构的特点n 实现多实现多CPUCPU、多任务协调工作，牢靠性高、多任务协调工作，牢靠性高n 扩展性好扩展性好n 升级便利升级便利第一章第一章 微机爱护的硬件原理微机爱护的硬件原理本章小结本章小结n数据采集系统数据采集系统n开关量输入输出系统开关量输入输出系统n网络化硬件结构网络化硬件结构人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。