高压开关柜智能单元的设计（舒志刚）

毕 业 设 计 论 文

题 目 高压开关柜智能单元的设计

（院）系 电气与信息工程系

专业 电气工程及其自动化 班级0104学号 0101120437

学生姓名 舒志刚

导师姓名 黄绍平

完成日期 2005年6月15日

湖南工程学院

毕业设计（论文）任务书

设计（论文）题目： 高压开关姓名 舒志刚 系别 电气与信息工程系专业

电气工程及其自动化 班级 0104 学号101120437

指导老师 黄绍平 教研室主任 一、基本任务及要求：

在规定时间内，完成以下工作： 1．整体方案的确定； 2．智能单元硬件系统的设计； 3. 智能单元软件系统的设计; 4．单元电路与软件调试；

5．提交毕业设计论文和图纸。

柜智能单元设计

二、进度安排及完成时间：

（1）3月7日至3月26日：查阅资料；撰写文献综述和开题报告；确定总体方案.

（2）3月26日至4月9日：毕业实习.

（3）4月10日至4月25日：智能单元硬件系统的设计。

（4）4月25日至5月20日：智能单元软件系统的设计;

（5）5月21日至5月30日：单元电路与软件调试。

（6）6月1日至6月14日：撰写毕业设计论文

(7) 6月17日至6月20日:毕业设计答辩

目 录

摘 要……………………………………………………………………………………Ⅰ Abstract ???????????????????????????????Ⅰ 第1章 绪 论???????????????????????????1

1.1智能电器与电器智能化 ?????????????????????1 1.2智能电器的基本特点 ??????????????????????1 1.3智能监控单元的功能 ??????????????????????2 1.4电器智能化网络的现状与发展趋势 ????????????????3 1.5 本课题的主要设计任务 ?????????????????????3 第2章 智能高压开关柜的硬件系统 ???????????????????4

2.1智能单元的硬件结构 ??????????????????????4 2.2模拟量数据采集系统 ??????????????????????5 2.2.1模拟量输入电路的概述 ???????????????????5 2.2.2数据采集系统的组成 ????????????????????5 2.2.3主要器件的介绍 ??????????????????????6 2.2.4数据采集系统的工作原理?????????????????11 2.3开关量输入输出电路 ?????????????????????13 2.4串行通信接口 ????????????????????????14 2.5人机接口 ??????????????????????????15 2.5.1人机接口框图 ??????????????????????15 2.5.2硬件时钟电路???????????????????????15 2.5.3（看门狗）自复位电路 ???????????????????20 2.5.4键盘接口电路 ??????????????????????23 2.5.5液晶显示模块 ??????????????????????26 2.5.6打印机驱动电路 ?????????????????????35 第3章 高压开关柜智能单元软件设计 ??????????????????36

3.1高压开关柜智能单元的软件结构 ????????????????36 3.2测量与保护算法 ???????????????????????36 3.2.1测量算法 ????????????????????????36 3.2.2保护算法 ????????????????????????37 3.3电流保护 ??????????????????????????38 3.3.1电流保护类型的判别 ???????????????????39

3.3.2定时限电流保护 ?????????????????????39 3.3.3瞬时电流保护 ??????????????????????39 3.3.4报警系统 ????????????????????????39 3.4主程序流程图及工作原理 ???????????????????40 3.4.1判断上电或复位 ?????????????????????40 3.4.2系统初始化 ???????????????????????40 3.4.3全面自检 ????????????????????????41 3.4.4开放中断 ????????????????????????42 3.4.5自检循环 ????????????????????????42 结束语 ???????????????????????????????43 参考文献 ??????????????????????????????44 致 谢 ??????????????????????????????45 附录1流程图 ????????????????????????????46 附录2程序部分 ???????????????????????????51 附录3电路图 ????????????????????????????65

湖南工程学院毕业设计论文

高压开关柜智能单元设计

摘 要： 本课题探讨了串行通信技术、微机保护和状态监测、液晶显示技术在高压开关柜智能单元中的作用，分析了各种新技术的特点，展望了高压开关电器的智能化的发展趋势。本课题设计的是一种安装在高压开关柜仪表门上的智能单元。它以MCS-51单片机为核心，具有微机监测、微机保护等功能。可以测量电网电流、电压、有功、无功功率、功率因数等参数，并可记录、液晶显示、打印；可进行定值修改和故障记录；具有日历时钟和硬件“看门狗”功能，系统可靠性较高。

关键词： 高压开关柜；智能电器；串行通信；微机保护；液晶显示

Design of Intelligent Unit of The High

Voltage Switch Cubicle

Abstract：This topic inquiries into the functions of string correspond techniques, mircocomputer protection and the state monitor, the LCD display techniques in the high voltage switch cubicle intelligent unit, analyzes various new technical characteristics, prospects the development trend that the intelligence of the high voltage switch electric appliances.What this topic design is a kind of intelligent units which is installed on the door of the high voltage switch cubicle appearance .It take a computer of MCS-51 as the core, having the functions, such as mircocomputer monitor and mircocomputer protection...etc.It can measure the parameters,such as electrified wire netting and electric current,voltage,the meritorious power,the unmeritorious power and the factor of the power...etc, and it can record, the LCD display, print. ; It can modify the fixed values and record the hitchs;It has the calendar clock and the hardware\

Keyword：High voltage switch cubicle;Intelligence electric appliances;The string goes the correspondence;Tiny machine protection; the LCD display

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高压开关柜智能单元设计

第1章 绪论

随着人们生活水平的提高，对电力的需求越来越大，在传统开关电器中引入高新技术，对提升供配电系统的性能和可靠性具有重要意义。电器智能化是传统电器技术和现代电子技术、电力电子技术、微机控制技术、现代传感器技术、数字通信及计算机网络技术等多门类学科交叉和融合的结果。电器智能化是现代化社会生产和生活向开关电器领域提出的要求，也是电器学科的一个新的发展领域。

1.1 智能电器与电器智能化

智能电器是指智能化了的开关电器元件或成套开关设备，是一种具体有形的产品。

它是在传统的开关电器上安装一个以单片机或DSP为核心的智能单元。该单元集微机测量、微机保护、在线监测、通信等功能于一体。

(1)微机测量 智能化电器应具有测量各种电力参数和电能计量功能，并通过LCD显示出来，完全取代传统的电力仪表。〕

(2)微机保护 通过在一台计算机输入相应的程序来完成继电保护功能，达到代替传统的继电保护的目的。

(3)在线监测 高、中压电器的状态监测项目较多，例如机械性能、温度、凝露、电气绝缘性能等，可通过选择合适的传感器来实现这项功能。

(4)通信 这是智能化电器最重要的功能之一，也是全开放式电器智能化网络的基础。通信功能是保证控制中心远方运行现场的各类信息的自动交换，实现对整个系统中各现场设备的综合监控和管理。采用统一的通信协议或协议转换技术，可保证通信网络的开放性。

电器智能化是以智能电器这种有形产品为基础建立的相关学科知识及应用技术的系统集成。它是一种理念，一种方法，是电器学科发展进步过程。

1.2 智能电器的基本特点

智能化电器具有维护调试方便，可靠性高，动作准确率高，通过软件改变处理算法来获得附加的功能，操作简单，使用灵活等特点。根据智能电器的工作原理和方式，可以归纳出智能电器的基本特点。

(1)现场参量处理数字化

这是智能电器区别其他采用集成电路实现控制功能的电器设备的最重要标志。由于

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湖南工程学院毕业设计论文 采用微机处理和控制技术，电器设备运行现场的各种被测参量全部采用数字处理，不仅大大提高了测量和保护精度，减少产品保护特性的分散性，而且可以通过软件改变处理算法，不需修改硬件结构设计，就可以实现不同的保护功能。

(2)电器设备的多功能化

采用微处理器或单片微机对电器设备运行现场的各种参量进行采样与处理，智能电器可以集成用户需要的各种功能。

(3)电器设备的网络化

智能电器监控单元以微处理器为核心，实际上就是独立的计算机控制设备，可以把它们当做计算机通信网络中的通信节点，采用数字通信技术，组成电器智能化通信网络，完成信息的传输，实现网络化的管理、设备资源的共享。

(4)真正实现分布式管理与控制 智能电器的监控单元能够完成对电器设备本身及其监管对象要求的全部监控和保护，使现场设备具有完善的、独立的处理事故和完成不同操作的能力，可以组建成完全不同于集中控制或集散控制系统的分布式控制系统。

(5)可以组成真正的全开放式系统 采用计算机通信网络中的分层模型建立起来的电器智能化通信网络，可以把不同生产厂商、不同类型但具有相同通信协议的智能电器互连，实现资源共享，不同厂商产品可以呼唤，达到系统的最优组合。通过网络互连技术，还可以把不同地域、不同类型的电器智能化通信网络连接起来，实现全国乃至世界范围内的开放式系统。

1.3 智能监控单元的功能

智能监控单元是监测和控制智能电器完成各种功能的设备，它可以实现对电器元件的保护和分、合功能，全面完成对控制对象的实时监控，并将其运行状态和数据向系统控制中心上传，接受中心下发的各类操作命令、功能投递和参数设置等信息。它一般有都具有以下功能：

(1)现场运行参量的监测 (2)保护 (3)故障诊断 (4)就地/远方调控

(5)被控开关运行状态监视及现场运行工况记录 (6)通信

(7)一次开关电器元件的监测

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高压开关柜智能单元设计 1.4 电器智能化网络的现状与发展趋势

电器智能化网络最普遍的结构形式是现场总线局域网和工业以太网。底层网络通过通信控制器和自己带有独立协议转换接口的现场智能设备，即可组成基于工业以太网的局域网。在现场总线局域网应用中，网络基本上采用的是主－从方式。各现场设备控制单元作为下位机，作为从设备；底层小型变电站、配电室中的监控、管理计算机为上位机，在网络中作为主设备。

现代电力系统综合自动化管理，要求对不同地区的电网、不同发电站的电能进行统一管理和调度，各地区电网的电能质量要进行集中监控。同时希望各地区电网的某些资源。随着计算机网络硬、软件技术的日臻完善，局域网不仅可以互连成覆盖范围很大的广域网，而且今年来已将网络互连技术引入电器智能化网络，不同类型的现场网络互连的问题也得到了根本解决。采用面向对象的软件设计模式来设计网络的系统软件，大大提高了网络的开放性、灵活性。

1.5 本课题的主要设计任务

本课题的主要设计的任务是设计智能单元的软硬件系统，完成其控制功能。这需要设计智能单元的数据采集系统、A/D转换、时钟电路、看门狗技术、串行通信技术，液晶显示和键盘接口技术。通过单片机编程实现微机保护的功能。

智能单元软件分为数据采集与处理、通信软件、处理显示、自检、控制和保护及故障诊断与报警软件组成。要完成以上的功能，需要微机保护，通过单片机编程实现。智能单元硬件系统由五个部分组成，即信号输入电路，单片机微机保护系统，人机接口部分，输入输出回路和电源部分。

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第2章 智能高压开关柜的硬件系统

2.1智能单元的硬件结构

智能化开关柜是在常规开关柜上安装一个智能单元。该智能单元以MCS－51单片机为核心，智能地实现保护功能的工业控制装置。高压开关柜智能单元通常由单片机系统、模拟量数据采集系统、开关量输入/输出、串行通信接口、人机对话以及电源等部分组成。其原理图如图2.1所示。

图2.1智能单元的硬件结构图

（1） 单片机系统

单片机系统是控制/保护智能单元的核心，它由CPU和RAM、EPROM、E2PROM等扩展芯片构成。对于智能型开关柜，可采用8位或16位的单CPU结构，本课题中使用的MCS－51单片机是8位单CPU结构。由于测量和保护的数值计算量大，并要记录故障发生前后的波形，所以外扩一片RAM6264。E2PROM用于存放保护定值和装置运行控制字等信息，可就地或远方调整修改。 （2） 模拟数据量采集系统

智能单元要采集的信息包括交流模拟量和开关量。模拟信号来自电流互感器（TA）和电压互感器（TV），为了提高系统的抗干扰性能，对开关量信号进行了必要的整形、

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高压开关柜智能单元设计 延时和光隔离处理。输入的电压和电流，是模拟量信号，要对它进行数字化处理，本系统采用12位的A/D转换芯片MAX197进行数模转换。 （3） 开关量输入/输出

开关量输入包括两类。一类是断路器等开关元件的辅助触点和继电器的节点，用来检测这些设备的工作状态；另一类是智能单元装置本身的一些接点。输出通道部分是控制断路器实现控制操作的出口通道。在出口通道里设有光隔离，以防止断路器对微机系统的反馈干扰。 （4） 人机对话系统

为了便于接受操作人员的干预，提高系统的智能化程度，本系统具有键盘、液晶显示、打印、时钟及信号灯、音响报警等装置，可进行整定值的输入，工作方式的变更，随时检查系统状态，显示、打印系统状态结果 （5） 电源部分

微机系统对电源的要求比较高，因此我们采用逆变电源，即将直流逆变为交流，再把交流整流为微机系统所需要的直流电压。它把变电所的强电系统的直流电源与微机的弱电系统电源完全隔离开。通过逆变后的直流电源具有极强的抗干扰水平，对来自变电所中因断路器跳合闸等原因产生的强干扰可以完全消除掉。

2.2模拟量数据采集系统

2.2.1 模拟量输入电路概述

模拟量包括电流和电压，模拟量输入电路是微机保护装置中很重要的电路，保护装置的动作速度和测量精度等性能都与该电路密切相关。模拟量输入电路的主要作用是隔离、规范输入电压及完成模数变换，以便与CPU接口，完成数据采集任务。

2.2.2 数据采集系统的组成

数据采集系统分为硬件部分和软件部分，硬件部分由互感器、放大器、滤波器（ALF）、采样保持器、A/D转换器组成，其结构图如图2.2所示。

传感器的作用是把非电的物理量转变为模拟电量（如电压、电流或频率）。目前电力系统中应用最多的是铁心电磁式电压（电流）互感器，他们都是最主要的电压和电流测量用传感器。

放大器用来放大和缓冲输入信号。由于传感器输出的信号较小，例如常用的热电偶输出变化，往往在几毫伏到几十毫伏之间；电阻应变片输出电压变化只有几个毫伏；人体生物电信号仅是微伏量级。因此，需要加以放大，以满足大多数A/D转换器的满量程

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湖南工程学院毕业设计论文 输入5～10V的要求，此外，某些传感器的内阻比较大，输出功率较小，这样放大器还起到了阻抗变换器的作用来缓冲输入信号。

图2.2数据采集系统的原理图

现场模拟参量在经过互感器和放大器转换成为相应的电压电流信号后，还必须经过滤波器，进行进一步的幅值调整和滤波处理。因为运行现场有各种干扰信号，如果不处理，就会直接影响中央处理模块的处理结果，造成测量不准确，甚至使开关电器误操作。

在数据采集系统中，往往要对多个物理量进行采集，即所谓多路巡回检测，这可通过多路模拟开关来实现。模拟开关之后是模拟通道的转换部分，它包括采样/保持和A/D转换电路。采样/保持电路的作用是快速拾取模拟多路开关输出的子样脉冲，并保持幅值恒定，以提高A/D转换器的转换精度，如果把采样/保持电路放在模拟多路开关之前，还可实现对瞬时信号进行同时采样。

2.2.3 主要器件的介绍

2.2.3.1 MAX197简介

MAX197是美国美信公司（MAXIM）推出的多通道、多输入范围12位模数转换器。它只需单电源+5V供电，通过软件编程选择8个输入通道的一个进行模数转换。每个输入通道的模拟信号电平范围为：+10V～-10V、+5V～-5V、0～10V、0～5V，使用户非常方便地与输出信号为标准4～20mA的非电量变送器或由+5V～-5V和+12V～-12V电源供电的传感器接口。芯片内带采样保持器，转换时间为6μs，采样速率可达100ksps，可通过软件选择内部或外部时钟。

该芯片提供数据读取并行接口方式，可与任何标准的微处理器简便联接，因此广泛应用于工业控制系统、机器人、数据采集系统、医疗仪器及电信系统中。 （1）其主要特征如下： ①单电源供电：+5V；

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高压开关柜智能单元设计 ②分辨率：12位，线性误差：1/2LSB；

③可以软件选择输入信号电平范围：+5V～-5V、+10V～-10V、0～5V、0～10V； ④8个模拟输入通道；

⑤转换时间：6μs；采样速率：100kbps； ⑥内部或外部时钟；

⑦内部4.096V基准电压源或外部基准电压源； ⑧内部或外部采集控制；

⑨两种可编程的降低电源消耗的模式； （2）脚排列为28脚双列直插形式，如图2.3所示。

CLK——时钟输入端。在外部时钟模式，可选用TTL/CMOS电平兼容的时钟信号，在内部时钟模式，可在此引脚与地之间连接一电容来设置时钟频率，典型值为：选Cdk＝100Pf时，fclk＝1.56MHZ。

CS—— 片选信号。低电平有效。

在内部控制WR——当片选信号有效时，

获取方式下，WR的上升沿锁存控制字并启动

图2.3 MAX197管脚示图

一次转换，在外部转换控制方式下，WR的第一个上升沿使采用保持器开始采样，第二个上升沿（这时ACQMOD＝0）使采用保持器进入保持期并开始模数转换。

RD——当片选信号CS有效时，RD的下降沿将把转换结果放到数据总线上

HBEN——为高电平时，高4位转换结果放到数据总线上；为低电平时，低8位转换结果放到数据总线上。

SHDN——关闭，低电平时芯片进入全掉电工作模式。

D3/D11——三态数字I/O口，D3输出（HBEN＝0）或D11输出（HBEN＝1）。 D2/D10——三态数字I/O口，D2输出（HBEN＝0）或D10输出（HBEN＝1）。 D1/D9——三态数字I/O口，D1输出（HBEN＝0）或D9输出（HBEN＝1）。 D0/D8——三态数字I/O口，D0输出（HBEN＝0）或D8输出（HBEN＝1）。 D7～D4——三态数字I/O口。 AGND——模拟地。

CH0～CH7——模拟信号输入通道。

INT——当A/D转换结束且输出数据以准备好时，INT为低电平。

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湖南工程学院毕业设计论文 REFADJ——参考电压源调整端。 REF——参考电压端。 VDD——正电源电压端。 DGND——数字地。 （3）工作原理 ①控制字格式

表2.1 控制字格式

D7 PD1 D6 PD0 D5 ACQMOD D4 RNG D3 RIP D2 A2 D1 A1 D0 A0

PD1、PD0——用于选择时钟及掉电工作模式

ACQMOD——0表示内部获取模式，1表示外部获取模式 RNG、BIP——输入信号电平范围选择 A2、A1、A0——模/数转换通道选择 详见表2.2、2.3、2.4

②输出数据格式

单极性转换时，输入电压范围为：0～VREF31.22或0～VREF32.44，转换为二进制数为0000H～0FFFH；双极性转换时，输入电压范围为：±VREF31.22或±VREF32.44，转换为二进制数为：0～VREF31.22或VREF32.44对应0000H～07FFH，-VREF31.22或-VREF32.44～0V对应0FFFH～0800H。

③模拟信号采样保持及模数转换

在内部控制获取模式时采样保持器在信号的上升沿开始采样外部信号，6个时钟周期后，采样结束进入保持期并开始进行模数转换。在外部控制获取方式时，采样保持器在WR信号的第一个上升沿（ACQMOD＝1）开始采样外部信号，这种状态一直维持到第二个上升沿（这是ACQMOD＝0）来临时进入保持期，并开始进行模数转换。若这时ACQMOD仍等于1，则开始另一次不定时的采样过程。

④掉电工作模式

为节省功耗，可以在不使用该器件期间使它工作在低电流地关闭模式。关闭工作模式可由硬件或软件进行控制。硬件控制时，可使SHDN端为低电平，芯片便立即中止转换进入全掉电模式；软件控制时，可通过控制字的PD0、PD1两位编程选择是等待掉电模式还是全掉电模式。软件设置后，要等到本次转换结束后才进入相应的掉电模式，在所有掉电工作模式中，接口电路仍正常工作，转换结果也可以读出。器件在接下来的第

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高压开关柜智能单元设计 一个WR信号的下降沿返回到正常工作模式。

表2.2 时钟及掉电工作模式选择

PD1 0 0 1 1 PD0 0 1 0 1 工作模式 正常操作/外部时钟模式 正常操作/内部时钟模式 等待掉电模式/时钟不影响 全掉电模式/时钟不影响

表2.3 输入信号电平范围选择

BIP RNG 0 0 0 1 1 0 1 1 输入范围 0～5V 0～10V +5V～-5V +10V～-10V

表2.4 通道选择

A2 0 0 0 0 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 1 CH0 ★ CH1 ★ CH2 ★ CH3 ★ CH4 ★ CH5 ★ CH6 ★ CH7 ★

1 2.2.3.2 电压互感器GYV—7

（1）特点

①线性度优于0.1%，全树脂密封，隔离度高，耐冲击性强。 ②小巧轻便，能直接焊接在印刷线路板上。 （2）性能指标

输入电压：＜1000V （外接限流电阻调节） 输出电压：0～8V （外接标准电路调节） 线性度：优于0.1%

相 移：小于5° （经过补尝后） 隔离耐压：2000V AC

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湖南工程学院毕业设计论文 过载范围：二倍额定 匝数比：1：1 原边电阻：约100Ω 付边电阻：约100Ω 重量：15～16克 （3）使用方法

GYV—7是一种电流型电压互感器，典型应用电路如图2.4上图所示。输入电压经限流电阻R1，使经过GYV—7电压互感器初级（原边）的额定电流为1mA（或某个用户自定的合理值），次极（副边）会产生一个相同的电流。通过运算放大器的作用，用户可以通过调节反馈电阻R的值在输出端得到所要求的电压输出。而电容C及可调电阻r是用来补偿相移的。不需补偿相移的场合，电容C及可调电阻可以不接。运算放大器的电源电压通常取±12V或±15V，也可根据情况自定。图中反馈电阻R和限流电阻R1要求度优于1%，温度系数优于50PPM。推荐使用状态是1mA/1mA。 2.2.3.3 电流互感器GYA—7

（1）特点

①线性度优于0.1%，全树脂密封，隔离度高，耐冲击性强。 ②小巧轻便，能直接焊接在印刷线路板上。 （2）性能指标 输入电流：0～60A 输出电流：0～60mA 线性度：优于0.1%

相 移：小于5°（经过补尝后） 隔离耐压：2000V AC 过载范围：二倍额定 匝数比：1：1000 付边电阻：约100Ω 重量：15～16克 体积：26326320 （3）使用方法

GYA—7是一种精密电流互感器，典型应用电路如图2.4所示。输入额定电流为5A，副边会产生一个5mA的电流。用户可通过调节反馈电阻R的值在输出而电容C及可调电阻r用来补偿相移不需不需补偿相移的场合，电容C及可调电阻r可以不接。运算放大

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高压开关柜智能单元设计 器的电源电压通常取±12V或±15V，也可根据具体情况自定。图中反馈电阻R要求精度优于1%，温度系数优于50PPM。

2.2.4 数据采集系统工作原理

本系统采用ADC式数据采集系统，采用MAX197A/D转换器将模拟量转换为数字量。由于MAX197转换器自带采样保持器S/H，并可通过软件编程控制模拟输入通道，所以本系统只需电压形成回路、放大器、模拟低通滤波器（ALF）、模数变换器（MAX197）三个部分。

（1）电压形成回路（电路图如下）

图2.4电压电流互感器应用电路图

本系统采用交流采样，电压互感器二次侧的额定电压为100V，电流互感器二次侧额定电流范围为5A， 由于模数变换器MAX197的输入信号电压范围选择为：0～10V，所以主电路中电压或电流互感器二次侧的电压或电流量需经各种中间变换器来实现变换，以满足MAX197的要求。本系统采用电压互感器GYV—7、电流互感器GYA—7、运放电路将采样电压、电流转换成符合要求的模拟量信号。电压形成回路除起电量变换作用外还起到隔离作用。它使微机电路在电气上与强电系统相隔离，从而在较大程度上削减了来自高压系统的电磁干扰。

本系统中，由微型电压互感器GYV-7与运算放大器组成的电路的额定输入电压为100V，输出电压为5V，由微型电流互感器GYA－7与运算放大器组成电路的额定输入电流为5A，输出电压为5V，以满足MAX197对输入模拟信号的要求。要达到此目的，需确

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湖南工程学院毕业设计论文 定电压形成回路的电路参数。对于由微型电压互感器GYV－7与运算放大器组成的电路，选择初级额定电流为1mA，限流电阻R1＝100V/1mA＝100KΩ，选R1＝100KΩ，1/4W。此时实际初级额定电流I＝100V/100.1KΩ＝0.999mA（0.1KΩ为GYV－7的初级电阻）。初级额定电流的选择并不要求很精确。反馈电阻R＝5V/0.999 mA ＝5.005KΩ。为补偿相移，需确定补偿电阻r和补偿电容C的值。C选0.033μF，GYV－7上标的φC为15/，此时

r?95?22R??C?1?12?154K? (2.1)

对于由微型电流互感器GYA－7与运算放大器组成的电路，反馈电阻R＝5V/5mA＝1K?。C选0.033μF，GYA-7上标的φC为15，则。

r?95?22R/

??C?1?12?132K? (2.2)

具体参数如图2.5所示。 （2）低通滤波器（ALF）

图2.5低通滤波器原理图

经传感器转换和放大后的电信号，由于测量现场的电磁干扰，传感器本身以及放大电路等的影响，往往含有多种频率成分的干扰，而系统在故障的瞬态期间，电压和电流也含有较高的频率成分，本系统的微机保护原理是反映工频分量的，所以在采样之前应将最高信号频率分量限制在一定频带之内，即限制输入信号的最高频率，以降低采样频率fS，一方面降低了对硬件的速度要求，另一方面对所需的最高频率信号的采样不至于发生失真。本系统采用如图2.5所示的有源低通滤波器滤去fS/2以上的频率分量。

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高压开关柜智能单元设计 电路参数的确定：令R1＝R2＝R，C1＝C2＝C，则有

?C＝H0＝1RC?R4R3

(2.3)

(2.4) (2.5)

?R3?

1Q＝3－H0

本系统要采样的信号是电压和电流的工频信号，即f0＝50Hz，每周期采样12次，即采样频率?S＝12350Hz＝600Hz，所以ALF的截止频率 ?C＝300Hz，设品质因素Q＝2，则：

RC＝?fc2＝2.65?101Q?4

(2.6) (2.7)

H0＝3－＝2.5

若选C＝0.1μF，则R＝2650Ω，（R3＋R4）/R3＝2.5，可选取适宜的R3、R4值。具体参数如图2.5所示。 （3）模数转换电路

本系统采用MAX197完成模数转换，在本系统中，为节省功耗令其工作在等待掉电、内部获取模式，输入信号电平范围选择为0～10V，软件控制输入通道，所以其控制字为：90H～97H，MAX197是12位ADC，能分辨出满刻度的1/212或满刻度的0.0245%。则本系统中MAX197能分辨输入电压变化的最小值VR＝2.44310－3V。MAX197的具体接线参见电路图。

（4）数字滤波

由于本设计的软件系统所采用的半周积分算法不能消除直流分量的干扰，所以还需在程序中进行数字滤波。数字滤波主要是数据采集误差的软件抗干扰措施，数字滤波实际上是一种程序滤波，即通过一定的计算程序，对采样信号进行平滑加工，减少干扰在有用信号的比重。本设计采用程序判断滤波法，根据经验判断两次采样允许的最大偏差ΔY（由用户整定），若先后两次采样值的差值大于ΔY，则表明输入信号是干扰信号，应该去掉，而将上次采样值作为本次采样值；若差值小于ΔY，则本次采样值有效。

2.3 开关量输入输出电路

输入的开关量包括两类：一类是断路器，隔离开关等设备的辅助触点和有关继电器的接点，以检测这些设备的工作状态（开还是合）；另一类是智能单元装置的一些接点，

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湖南工程学院毕业设计论文 例如开关量输出电路的继电器接点和装置面板上的切换开关。输出的开关量包括断路器跳闸脉冲和信号。

图2.6跳闸出口电路

跳闸出口设计的关键是如何防止误动作。如图所示，并行输出端口8255A经过光电隔离控制有触点的继电器KCO。为了防止误动，在出口跳闸时，8255的两个并行口PB0和PB1安排不同的电平输出，PB0输出“0”；PB1输出“1”，使与非门输出“0”，驱动发光二极管。这样可以防止在拉合直流电源过程中继电器的短时误动。因为在拉合直流电源时，形同上电复位，PB0和PB1都是相同电平输出，不可能驱动发光二极管，从而防止了误动。

2.4 串行通信接口

控制/保护只能单元应有通信接口，可采用RS－485接口标准。RS－485标准采用平衡传输方式，使用双绞线，不用MODEM的情况下，在100Kbps的传输速率时，可传输的距离为1200米；当传输速率下降到9600bps则传输距离可达1500米。与其他接口标准相比，RS－485的优点在于它是一种多发送器的标准，允许一个发送器驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器组合单元。由于RS－485能在一对平衡传输线上连接32个发送器－接收器对，这使它在多点通信系统中得到广泛应用。此外，RS－485还有抗干扰能力强的优点。

按RS－485接口标准进行串行通信时，数据可以在两个通信站点或更多通信站点之间进行相互交换，根据传输通道上数据流的传送方向可以将数据传送模式分为全双工和

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高压开关柜智能单元设计 半双工。RS-485接口标准一般采用半双工工作方式。

RS－485一般采用终端匹配的总线型结构，不支持唤环型或星型网络。最好采用一条总线将各个环节串接起来，从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。

RS－485接口由于采用差分方式传输信号，所以并不需要对相对于某个参照点来检测信号系统，只需检测两线之间的电位差就可以了。但收发器只有在共模电压不超出一定范围（－7V～＋12V）的条件下才能正常工作。当共模电压超出此范围时，就会影响通信的可靠性甚至损坏接口。RS－485电气特性如下表所示：

表2.5 RS－485电气特性

项目 驱动器开路 输出电压 驱动器带载 输出电压 驱动器输出短路电流 驱动器输出上升时间 驱动器共模电压 接收器灵敏度 接收器共模电压范围 接收器输入电阻 条件 逻辑1 逻辑0 RL=100?，逻辑1 RL=100?, 逻辑0 最小值 1.5V -1.5V 1.5V -1.5V -7V 12k? 最大值 6V -6V 5V -5V ?250mA 每个输出对公共端 RL=54?,CL=50pF RL=54? 总周期的30％ ?3V ?200mV -7＜VCM＜12V +12V

2.5 人机接口

2.5.1 人机接口框架图

此微机保护系统的人机接口是指键盘、显示器、及CPU插件电路。这部分的主要作用是操作人员通过键盘和显示器完成人机对话任务、时钟校对及与各CPU插件通信和巡检任务。为了减轻CPU的负担，由可编程键盘、液晶显示模块控制器T6963C来完成键盘、液晶显示器与CPU的接口任务，时钟校对由MC146818独立完成，如图2.7所示。

2.5.2 硬件时钟电路

接口插件设置了一个硬件时钟电路，该时钟电路以RTC芯片MC146818时钟芯片为核心，配有COMS RAM，是智能式硬件时钟。其内部由电子时钟和存储器两部分组成，可设年、月、日、时、分、秒、星期；能处理闰年闰月；可将当前时间实时存储，以便人机接口CPU随时读取。该接口电源正常时，由装置+5V电源供电，导通，截止，通过对电池充电。当直流消失时导通，自动由电池对MC146818供电，以保证硬件时钟

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表2.10 X25045管脚功能 管脚符号 CS, 管脚的功能 片选信号输入脚，低电平有效 串行输出脚 EPROM的写保护输入脚 2SO WP VSS 电源地脚 电源输入脚 复位信号输出脚 串行输入时钟脚 串行输入脚 VCC RST SCK SI

（2）X25045的特性

X25045使用简单的三线总路线串行外设接口（SPI），对芯片的所有操作码、字节地址及写入的数据均从SI引脚输入，写入数据在串行时钟（SCK）的上升沿被锁存，从芯片读取的数据从SO引脚串行移出，并在串行时钟的下降沿输出数据。任何对X25045芯片的操作开始之前CS引脚上都要有一个由HIGH到LOW的跃变。

芯片的看门狗定时器和Vcc电压监视器都对微处理器提供独立的保护，当系统发生故障时，当CS引脚保持不论高电平还是低电平达到看门狗的超时时限，RESET引脚立即自动产生一个持续200ms的高电平复位信号，而引脚上的下降沿将清除看门狗内部计时器。当电源电压Vcc降至4.5V以下时，RESET引脚立即自动产生主电平复位信号，并一直保护到电源电压恢复正常。在系统电源上电或掉电时，RESET引脚也立即自动产生一个高电平复位信号。这样，就能有效地防止系统死机、数据误写及误操作等故障现象的产生。

X25045芯片内部有512字节的串行E2PROM，每个字节可以擦写10万次以上，内部数据可以保存100年以上。应用时，可以通过编程对指定的块进行锁定，以防止由于误操作等原因破坏保存的数据。

2.5.3.2 工作原理

（1）X25045的操作指令

X25045共有八条指令（见表2.11），对芯片的所有操作都需要通过对指令寄存器写命令来完成，所有的指令、地址、数据均以高位在前的方式（MSB）串行传送。

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湖南工程学院毕业设计论文

表2.11 X25045指令表 序号 1 2 3 4 5 6 7 READ 指令名称 WREN WEDI RDSR WRSR 指令码 0000 0110B（06H） 0000 0100B（04H） 0000 0101B（05H） 0000 0001B（01H） 0000 0011B（03H） 0000 1011B（0BH） 0000 0010B（02H） 0000 1010B（0AH） 功能 置位写使能寄存器（允许EEROM写） 复位写使能寄存器（禁止EEPROM写） 读状态寄存器 写状态寄存器 读E2ROM，地址＜256 读E2ROM，地址＞256 写E2ROM，地址＜256 写E2ROM，地址＞256

8 WRITE （2）X25045的内部寄存器功能及设置 ①写使能锁存器：

X25045内部有一个写使能锁存器，在进行写操作时，写使能锁存器必须被设置（SET），写周期完成以后，该锁存器被自动复位。WREN指令可以设置锁存器，而WRDI指令起复位锁存器的作用。如果WP变为低电平，锁存器被复位。

②状态寄存器：

X25045内有一个八位状态寄存器，在任何时候都可以通过RDSR指令来读取状态寄存器的内容，即使在写周期也如此。也可以通过WREN，SFLB，WRSR等指令来设置状态寄存器中的某些位。状态寄存器的格式如下：

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 / / WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP

a、 WIP位：是一个只读位，用于指示芯片是否正忙于内部非易失性的写操作； b、 WEL位：写使能锁存标志位，表示写使能锁存器的状态，只读的。它由WREN指令置位（WEL＝1），由WRDI指令或成功地完成了写周期后复位（WEL＝0）；

c、 BL0、BL1位：EEPROM块保护地址选择位，即设置BL0、BL1的值不同时，可以改变“块保护”的保护范围。BL0、BL1位由WRSR指令来设置X25045将内部的4096个存储位分为4段，每段1024bit，可以锁定保护范围是1个、2个或全部4个段。当某个段被保护时，该段内的数据位只读。

d、 WD0、WD1位：看门狗定时器时间常数设置位，由WRSR指令来设置。有四种定时时间可以选择，见下表2.12：

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高压开关柜智能单元设计

表2.12 块地址保护范围与看门狗定时周期 BL0 0 0 1 BL1 0 1 0 1 被保护阵列的地址范围 无 180H～1FFH 100H～1FFH 000H～1FFH WD1 0 0 1 1 WD0 0 1 0 1 看门狗定时周期/ms 1400 600 200 禁止

1 e、 X25045与单片机的接口

单片机的P1.0～P1.3口分别与SCK、SI、SO、CS管脚相连，控制数据的输入输出。单片机的RST与X25045的RST复位输出端连接，只要Vcc下降到低于检测电平时，RST就变为高电平，并保持高电平直到高于检测电平为止，即X25045监视总线。如果在看门狗定时器预置的时间周期内没有总线活动，它将提供复位信号输出。当WP保持高电平时，所有的功能包括E2PROM的写操作都正常；在CS变为低电平时，WP变为低电平将中断对X25045的写操作。如果内部写周期已经开始，WP变为低电平将不影响写操作。通常WP接高电平。

WPSCKSISOVSSCSP1.0P1.1P1.2P1.3VCCU1VCCRSTU2RST

X2504580C51P1.7INT0图2.10 X25045与单片机连接电路

2.5.4 键盘接口电路

键盘是一组开关的几何，是单片微型计算机系统中最常用的一种输入设备。提高系统的工作状态，以及向系统中输入数据，都要设置键盘。本课题采用了非编码的矩阵连接式键盘，按键的作用只是简单的实现接点的接通的断开，键的抖动，键的编码的识别等由软件来完成。

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湖南工程学院毕业设计论文 2.5.4.1 非编码矩阵式键盘的结构及工作原理

该键盘电路为8255的扩展I/O口组成的矩阵连接式键盘电路。键盘列线接C口。置C口为输出方式，输出列扫描信号。键盘行线一端接B口，另一端通过二个上拉电阻接＋5V电源。置B口为输出方式，输入行线状态。按键设置在行，列线脚点上，行列线分别接到按键开关的两端。

当键盘上没有键闭时，行列线之间是断开的，所有行线PB1～PB0输入全部为高电平。当某个键盘按下闭和时，则对应的行线和列线短接，行线输入即为列线输出。显然，4条列线均输出0电平时，只要有一键按下，从PB1~PB0口读入的信号中必有一为0电平。若无 一键按下，则二为均为电平。根据B口读入的状态信息，便可以判断出是否有键按下。

键盘中究竟哪一个被按下，是通过键盘扫描来确定的。所谓键盘扫描，就是各列线依次输出“０”电平，其他列线输出“１”电平，并读入每一列扫描的行信号，进行分析．列如，先令列线PC.4输出“０”电平，PC4～PC7全部输出为“１”电平，读入行信号（行线状态），如果读得某行线为“０”电平，则可以认为对应于该行线与列线PC0相交的按键被按下．如果读得的全为“１”电平，则PC0列上无键按下，接着再令PC1输出“０”电平，其他输出“１”电平．．．．．．，依次类推。当某次扫描中发现有键按下时，由读入的行信号和扫描的列信号便可以确定是哪一个键被按下。

2.5.4.1 按键引起的弹跳现象及消除方法

因为常用的键盘的键实际上就是一个机械开关结构，被按下时，由于机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合或断开的瞬间会出现电压抖动。当键按下，按键从开始接上至接触未定要经过数毫秒的弹跳时间。键松开时也有同样的问题，如图2.11所示。

图2.11按键被按下时的波形

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高压开关柜智能单元设计 弹跳会引起一次按键被读入多次的情况。消除弹跳可用硬件或软件的方法，通常在键数较少时，可用硬件去抖动，一般采用如下图所示的方法：键数较多时常用软件反弹跳，当检测出键闭合后，执行一个延时程序产生数毫秒的延时，让前沿弹跳消失后自检测键的闭合；当发现键松开后，也要给数毫秒的延时，待后沿弹跳消失后在检测下一次键的闭合。

2.5.4.2 键盘工作方式

矩阵连接式键盘的工作方式一般有两种方式：编码扫描方式和中断扫描。本设计采用了编码扫描方式 ，就是CPU每隔一段时间，调用键盘扫描子程序，查看是否有键按下，若有，则读起键盘，转去执行行键功能程序。显然，这种方法要做到无遗漏地读键盘值，每次调用键盘扫描

程序的时间间阁不能太长，如果CPU 要处理的事情过多，可是在处理当中多次调用。 键盘扫描程序，一般应有下述功能： 判断键盘上有无键按下。其方法为：B口输出全

扫描字00H，读C口状态，若PC4~PC7全为1，则无键按下，否则，有键按下。

（1） 除去键的抖动的影响。其方法为：在判断有键按下后，软件延时一段时间（一般为10ms左右），然后再读入

（2） C口状态判断是否有键按下，如果仍没为有键按下状态 则确认有键按下，否则按键抖动处理。

（3） 逐列扫描键盘，求出键值。每个键的键值为：它等于行首键值所在的行线值加键所在的列线号，如果第一行第3列上按键的键值为8，则它等于行首键值5加键所在行线号3。一个键盘的行线和列线就确定了。图中所示是一个234矩阵连接式键盘。0~1行各行的行首键值为0，4。按键所在的行和列确定后，按上述算法便可以求出键值。

（4） 判断闭合的键是否释放。为确定每一次键，只进行一次功能操作，必须等待释放后，程序才往下走，转入键功能操作。

（5） 8个键的功能如下所示：

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R2CS174LS14P1.0R1VCC图2.12 软件滤波消抖电路 ↑ ↓ ← → ＋ － ESC ENTER

湖南工程学院毕业设计论文 2.5.5 液晶显示模块

在中规模图形液晶显示模块中，内置T6963C控制器的液晶显示模块（LCM）是目前较为常用的液晶显示模块。本系统采用香港精电公司的产品——图形点阵式液晶显示模块MGLS240128T。其点阵数为2403128，是将LCD控制器T6963C与存储器芯片6264和LCD器件用PCB连接到一起的显示器接口卡，使用时只要向LCM送入相应的命令和数据就可以实现所需要的显示。这种显示模块因作成接口卡形式，具有PNP（即插即用），使用起来特别灵活方便。

在电路原理上，液晶显示驱动控制系统由三片T6A39列驱动器和两片T6A40行驱动器组成。模块的对外接口实质上是T6963C和一片8K存储器芯片6264组成，也是T6963C与计算机的接口，所以模块的电特性主要是T6963C与计算机接口的电特性。T6963C内部字符库是538点阵字符字模，内置有128种538点阵的ASCII字符字模库CGROM，字符代码为00H～7FH，并允许在显示存储器内开辟一个用户自定义字符838点阵CGRAM。在使用内部CGROM同时，T6963C也可以支持CGRAM，字符代码定义在80H～FFH。在PCB上有18个引线端，其引脚功能如下表所示，通过送入数据和指令可对显示方式和显示内容做出选择。

表2.13 T6963C引脚功能 引线号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ︰ 17 18 符号 FG GND VCC VO WR 名称 压框地 地 逻辑电源 写信号 读信号 片选信号 通道选择信号 复位信号 8位数据线 功能 用于消除静电/漏电 ＋5V 用于调节显示对比度 低电平有效 低电平有效 下降沿触发 C/D＝0为数据通道 C/D＝1为指令通道 将驱动用计数器和寄存器清零，并关显示 数据传输 FS＝0则设置成838点阵字体 FS＝1则设置成538点阵字体 RD CE C/D RST DB0 ︰ DB7 FS 字体设置

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高压开关柜智能单元设计 2.5.5.1 指令功能（FUNCTION INSTRUCTION）

表2.14 指令功能表 指令名称 读状态字 地址指针设置 显示区域设置 显示方式设置 显示状态设置 光标形状设置 数据自动读写设置 数据一次读写设置 屏读（一字节）设置 屏拷贝（一行）设置 位操作 数据写操作 数据读操作 控制状态 CD RD WR 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 指令代码 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 0 0 1 0 0 2 N1 N0 0 1 0 0 0 0 N1 N0 1 0 0 0 CG N2 N1 N0 1 0 0 1 N3 N2 N1 N0 1 1 0 0 0 N2 N1 N0 1 0 1 1 0 0 N1 N0 1 1 0 0 0 N2 N1 N0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 1 N3 N2 N1 N0 数据 数据 2.5.5.2 读状态字（STATUS READ） 格式

S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0 T6963C的状态字由七位标志位组成，它们是：

S0(STA0) 指令读写状态 1：准备好 0：忙 S1(STA1) 数据读写状态 1：准备好 0：忙 S2(STA2) 数据自动读状态 1：准备好 0：忙 S3(STA3) 数据自动写状态 1：准备好 0：忙 S4(STA4) 未用

S5(STA5) 控制器运行检测可能性 1：可能 0：不能 S6(STA6) 屏读/屏拷贝出错状态 1：出错 0：正确 S7(STA7) 闪烁状态检测 1：显示 0：关显示

这七个标志位各有各的应用场合，并非同时有效。在计算机 写指令或一次读/写数据时，S0和S1要同时有效，即“准备好”状态；当计算机使用自动读/写功能时，S2或S3将取代S0和S1作为忙标志位，此时计算机就要判别它是否有效；S6标志是考察T6963C屏读或屏拷贝指令执行情况的标志位。S5和S7表示控制器内部运行状态，在T6963C的应用上不会使用它们。

对T6963C的软件操作每一次之前都要进行判“忙”。只有仅有在不“忙”的状态下计算机对T6963C的操作才有效。

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湖南工程学院毕业设计论文 2.5.5.3 地址指针设置（REGISTER SET） 格式 D1 D2

0 0 1 0 0 N2 N1 N0 该指令为双参数（D1，D2）指令。指令代码中的N2，N1，N0取值“1”为有效，“0”为无效，而且不能同时为“1”，根据N的取值，该指令有三种含义，如下表所示。

表2.15 地址指针设置表

D1 D2 水平位置（低7位有效） 垂直位置（低5位有效） 偏置地址（低5位有效） 00H 高字节 低字节 指令代码 21H(N0=1) 22H(N1=1) 24H(N2=1) 功能 光标地址设置 CGRAM偏置地址设置 显示地址设置

（1）光标地址设置D1－D2－21H

T6963C的光标控制是独立于显示地址控制的，它专门有一个光标指针寄存器存放当前的光标地址，而且光标地址不会自动修改。该指令设置或称修改了光标在显示屏上的位置。光标的地址以二维坐标形式，以字符为单位设置。水平方向的位置由D1参数确定，取值范围在00H～4FH（1～80字符位），表示显示屏左起第几个字符位；垂直方向由D2参数确定，取值范围在00H～1FH（1～32字符行），表示显示屏上起第几个字符行。光标在双屏结构的显示屏上的垂直方向位置的规定为上半屏为00H～0FH,下半屏为10H～1FH。这个规定不考虑显示屏的实际点行数。

（2）CGRAM偏置地址设置D1—D2—22H

T6963C可以管理2K的CGRAM。在显示存储器内要划出2K的区域作CGRAM 使用，只需确定16位地址的高5位（ad15~ad11）即可。CGRAM偏置地址寄存器就是用来存储这个地址值的。用户可以通过将这个寄存器的内容与自定义字符代码值组合出显示存储器中该字符字模数组所在的首地址：

ad15 ad14 ad13 ad12 ad11 ad10 ad9 ad8 ad7 ad6 ad5 ad4 ad3 ad2 ad1 |←偏置地址值（5位）→+←字符代码值（8位）→| 0 0 0

ad2～ad0从至7指向将该字符8个字节的字模。

偏置地址的设置由参数D1的低五位值来实现，D2设置为00H。例如：

指令 03H－00H－22H设置字符代码为80H。那么该字符字模组在显示存储器的首地址为1C00H。字模存放在1C00H～1C07H单元内。

（3）显示地址设置D1－D2－24H

该指令将计算机所要访问的显示存储器的地址写入T6963C的地址指针计数器中。该地址指针计数器为16位字长，需要两个字节。D1为低8位地址，D2为高8位地址。

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高压开关柜智能单元设计 2.5.5.4 显示区域设置（CONTROL WORD SET）

格式 D1 D2

0 1 0 0 0 0 N1 N0 该指令是双参数指令，它将在显示存储器内划分出各显示区域的范围。它是由设定显示区域的首地址和宽度来确定该显示区域的范围，同时也确定了显示存储器单元与显示屏上各点象素的对应关系。该指令中N1,N0有四种组合，每个组合有不同的含义。具体功能如表2.16所示。

表2.16 显示区域指令功能 N1 N0 0 0 0 1 1 0 1 1 D1 低字节 字节数 低字节 字节数 D2 高字节 00H 高字节 00H 指令代码 40H 41H 42H 43H 功能 文本显示区首地址 文本显示区宽度 图形显示区首地址 图形显示区宽度

（1）文本显示区首地址设置D1－D20－40H

该指令设置了文本显示区在显示存储器中的起始地址。该地址对应显示屏上左上角的第一个字符位。定时间定间隔地修改这个地址将会产生显示画面地平滑滚动。参数D1为该地址的低8位，D2为该地址的高8位。

（2）文本显示区宽度设置D1－00H－41H

该指令规定了在文本显示区中作为一行显示所占的单元数。该数据与文本显示首地址一起确定了显示单元与显示屏上各点象素的对应关系。比如设文本显示区首地址为SAD，文本显示区宽度为CR, n为字符位数，则文本显示单元与显示屏上字符位的对应关系如图2.13所示。

字符行\\ 1 2 3 ?? n 字符位

SAD SAD+1 SAD+2 ?? SAD+CR-1 SAD+CR SAD+CR+1 SAD+CR+2 ?? SAD+2CR-1 图2.13 文本显示单元与显示屏上字符位的对应关系

当设置的显示区宽度草过了实际显示屏上显示所需的单元数，那么超出的部分不显示。但是要注意的是这里使用软件设置的显示区域宽度仅是T6963C作为计算每行显示数据传输的起始单元地址的参数，实际传输的字节数已由硬件引脚设置完成。比如MGLS240128T模块，通常为了计算地址方便，设置文本显示区域宽度为20H（32字节），但T6963C实际一行传输数据为40个字节，也就是朔T6963C将所设置的下一行单元的数据也作为这一行的数据传输了，只是由于屏点阵数小于所传输的数据量不显示而已。

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湖南工程学院毕业设计论文 但是T6963C在传输下一行数据时要使用这个宽度参数计算起始单元的地址，如上图所示那样。

（3）图形显示区首地址设置D1－D2－42H

该指令设置了图形显示区在显示存储器中的起始地址。该地址对应显示屏上左上角的第一个8点列象素。一个水平8点象素作为一个象素组由一个字节表示。定时间定间隔地修改这个地址将会产生显示画面地平滑滚动。参数D1为该地址地低8位，D2为该地址的高8位。

（4）图形显示区宽度设置D1－00H－43H

该指令规定了 在图形显示区中作为一行显示所占地单元（字节）数。该数据与图形显示首地址一起确定了显示单元与显示屏上各象素组（字节）的对应关系。比如设图形显示区首地址为SAD，图形显示区宽度为CR, n为象素点数，则图形显示单元与显示屏上象素组的对应关系如图2.14所示。

点\\ 1 2 3 ?? n/8 像素组 行\\ 1 - 8 9 - 16 17 - 32 33?? n-8 - n 像素点

SAD+1 SAD+2 ?? SAD+CR-1 SAD SAD+CR SAD+CR+1 SAD+CR+2 图2.14 图形显示单元与显示屏上显示像素的对应关系

?? SAD+2CR-1

当设置的显示区宽度超过了实际显示屏上显示所需的单元数，那么超出的部分不显示。但是要注意的是这里是用软件设置的显示区域宽度仅是T6963C作为计算每行显示数据传输的起始单元地址参数，实际传输的字节数已由硬件引脚设置完成。比如MGLS240128T模块，通常为了计算地址方便，设置文本显示区域宽度为20H（32字节），但T6963C实际一行传输数据为40个字节，也就是说T6963C将所设置的下一行单元阿数据也作为这一行的数据传输了，只是由于屏点阵数小于所传输的数据量不显示而已。但是T6963C在传输下一行数据时要使用这个宽度参数计算起始单元的地址，如图2.14所示那样

2.5.5.5 显示方式设置（MODE SET）

格式

1 0 0 0 CG N2 N1 N0 该指令为显示方式的设置，无参数。它的几个设置位功能如下： CG位 字符发生器选择位。

当CG＝0时，启用内部字符发生器CGROM,该字符库有128种字符，其码为00H～7FH；

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高压开关柜智能单元设计 同时可以建立128种838点阵的自定义字符发生器CGRAM,其字符代码规定在80H～FFH范围内；

当CG＝1时，禁止内部CGROM,字符显示完全取自自定义字符发生器CGRAM,该字符库为2K字节容量，字符代码为00H～FFH。

N2,N1,N0位为显示方式设置位，它们的组合所产生的显示方式如下表所示。 表2.17 显示方式表 N2 N1 N0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 显示方式 逻辑“或” 逻辑“异或” 逻辑“与” 文本属性 说明 文本与图形以逻辑“或”的关系合成显示 文本与图形以逻辑“异或”的关系合成显示 文本与图形以逻辑“与”的关系合成显示 文本显示特征以双字节表示 在设置了文本属性显示方式后，图形显示区将转换成文本属性区，用于存储字符的属性代码，其地址与显示屏上的对应关系与文本显示区相同。因此在显示屏上某位置上显示的字符时由双字节数据组成，第一字节位字符代码存储在文本显示区内，第二字节为属性代码存储在文本属性区内。这种表示方法与计算机的字符显示数据相似。在文本属性显示方式下，字符属性代码由一字节的低4位组成：

x x x x d3 d2 d1 d0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

其中 d3位是字符闪烁控制位。D3＝0为不闪烁；d3＝1为闪烁。

d2－d0组合功能如表2.17所示。

0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 表2.17

d2 d1 d0 显示效果 正向显示 负向显示 禁止显示（正向） 禁止显示（负向）

2.5.5.6 显示状态设置（DISPLAY MODE）

格式

1 0 0 1 N3 N2 N1 N0 该指令设置了当前的显示状态，无参数。该指令有4个设置位，每一位都代表一种显示状态的设置，它们可以同时有效，也可以部分有效，也可以都无效。这4个设置位的功能如下：

NO 光标闪烁设置开关 NO＝1为启用光标闪烁；N＝0为禁止光标闪烁。

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湖南工程学院毕业设计论文 N1 光标显示设置开关 NO＝1为启用光标显示；N＝0为禁止光标显示。 N2 文本显示设置开关 N0＝1为启用文本显示；N＝0为禁止文本显示。

N3 图形显示设置开关 N0＝1为启用图形显示；N＝0为禁止图形显示。 在文本显示与图形显示合成显示时，文本显示开关与图形显示开关应同时启用，在文本属性显示方式下，图形显示开关也应启用，只是特性不同。光标显示激光标闪烁功能的启用要在文本显示启用时进行，否则无效。

2.5.5.7 光标形状设置（CURSOR PATTERN SELECT） 格式

1 0 1 0 0 N2 N1 N0 该指令设置光标的显示形状。无参数补充。在指令中的三个设置位设置了光标点数。光标是以8点列3N行，行的取值由设置位N2,N1,N0组合完成。 2.5.5.8 数据自动读写设置（DATA AUTO READ WRITE）

格式

1 0 1 1 0 0 N1 N0 使用该指令将进入或退出数据的自动读或自动写方式。在自动读或自动写方式中，计算机可以连续地将显示数据写入显示存储器中或从显示存储器中读取数据。在每次读或写地操作后，显示地址自动加一。进入自动读方式或自动写方式时，状态位将由S2（自动读方式）或S3（自动写方式）代替S1或S0。在自动读或写方式完成时要输入退出自动读写方式指令。在自动读写方式中写入其他指令都是无效的。

该指令中有两位设置位N1，N0。这两位将产生三个子指令。

表2.18

N0 N1 0 0 0 1 1 * 指令代码 B0H B1H B2H/B3H 功能 进入自动写方式 进入自动读方式 推出自动读写方式 2.5.5.9 数据一次读写设置（DATA READ WRITE）

格式 D1

1 1 0 0 0 N2 N1 N0 该指令是一次读写数据操作指令。在每次读写数据操作后，显示地址都要根据指令代码的设置而修正：加一，减一或不变。该指令不带参数，直接写入指令代码，T6963C在接收到该指令后将显示地址计数器所指的显示存储器单元的内容送入接口部的数据栈内，紧接着计算机的数据操作将其读出。该指令有三个设置位N2,N1,N0。

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高压开关柜智能单元设计

2.5.5.10 屏读（一字节）设置（SCREEN PEEK）

格式

参数D1 数据 ― 数据 ― 数据 － N2 N1 N0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 表2.19 指令代码 C0H C1H C2H C3H C4H C5H 功能 数据写，地址加一 数据读，地址加以 数据写，地址减一 数据读，地址减一 数据写，地址不变 数据读，地址不变

所谓屏读是指把显示屏上显示的内容取出来作为数据提供给计算机使用，这个内容为一个字节的当前显示数据，他有可能是图形显示数据，也可能是文本显示的某一个字符上的某一行的字模数据，更多的是文本与图形合成显示的内容。屏读指令将使计算机能够直接获得显示屏上的数据，这是其他控制器所没有的功能。屏读指令要求当前显示地址指针指在图形显示区内，所以屏读指令只能在图形显示功能有效时才能使用。在屏读指令写入后要立即检查状态S6,判断该指令指向是否正确。如果执行正确，就可以读取数据。

该指令为无参数指令。不能应用在文本属性显示方式下。

由于屏读操作所得的数据是由T6963C驱动部数据合成后反馈产生的，所对应的单元地址与硬件引脚设置窗口长度有关，所以要求显示区域宽度 的软件设置与硬件显示数据传输量设置端MD3,MD2所设置的显示窗口长度相同才能正确的计算出对应单元的地址，屏读出正确的数据来。

2.5.5.11 屏拷贝（一行）设置（SCREEN COPY）

格式

1 1 1 0 1 0 0 0 所谓屏拷贝是指把显示屏上的某一行显示的内容取出来作为图形显示数据返写回图形显示区相应的显示单元内，这个内容为一行数个字节的当前显示数据，它有可能是图形显示数据，也可能是文本显示的某一个字符上的某一行的字模数据，更多的是文本与图形合成显示的内容。屏拷贝功能将当前显示屏上的显示内容拷贝到图形显示区内作为计算机的处理使用。这是其他控制器所没有的功能。屏拷贝指令要求当前显示地址指针指在图形显示区内，所以屏拷贝指令只能在图形显示功能有效时才能使用。在屏拷贝指令写入后要立即检查状态S6，判断该指令执行得是否正确。如果执行正确，就可以读

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湖南工程学院毕业设计论文 取数据。

该指令为无参数指令。不能应用在文本属性显示方式下，也不能应用杂双屏结构的液晶显示器件的控制上。

由于屏拷贝操作所得的数据是由T6963C驱动部数据合成后反馈产生的，所对应的单元地址与硬件引脚设置窗口长度有关，所以要求显示区域宽度的软件设置与硬件显示数据传输量设置端MD3,MD2所设置的显示窗口长度相同才能正确的计算出对应单元的地址，屏拷贝出正确的数据来。 2.5.5.12 位操作（BIT SET RESET）

格式

1 1 1 1 N3 N2 N1 N0 该指令可以对当前显示地址指针所指的显示单元中的数据的任一位写“0”或写“1”。操作位由N2,N1,N0确定，它们取值在0～7之间，对应着数据的D0～D7位。N3为写入的数据，是“1”表示该位将置“1”；是“0”表示该位将清“0”。该指令一次仅能操作一位。该指令无参数。

2.5.5.13 数据写操作（DATA WRITE）

格式

数 据 数据写操作是向数据通道里写数据，指令的参数也同样是这样操作。一次写数据或参数时，该数据将写入到数据栈中，再由紧接着写入的指令代码决定将该数据是作为数据写入当前的显示地址指针所指的单元内，还是作为参数写入相应的寄存器中。 2.5.5.14 数据读操作（DATA READ）

格式

数 据 数据读操作侍从数据通道中读取数据。在一次读数据操作时，度数据指令的写入将当前显示地址指针所指的单元的数据取出写入数据栈中，读数据操作将该数据提出送入数据总线上供计算机获取。在自动读操作是连续的读操作将连续地从显示存储器内读取数据，显示地址将自动加一。

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高压开关柜智能单元设计 2.5.6 打印机驱动电路

打印机在调试状态下，可打印CPU内部寄存器或外部数据存储单元的内容及打印出一些提示信息。在系统发生故障后可以打印故障报告。

打印机驱动电路由三部分组成；锁存器74LS373、光电隔离器件电路、控制与选通电路。锁存器74LS373用于锁存人机接口CPU传输给打印机的信息数据。由于打印机的速度远低于CPU的数据传输速度，因此计算机将数据锁存后，还可以完成其他工作，不必处于等待状态。

控制与选通电路包括打印机的BUSY ＝1忙线和STR选通线及选通器件IC。BUSY忙线经光隔输入接口CPU，在打印机期间BUSY＝1，向CPU通报打印机正忙着，CPU停止数据传送；当BUSY＝0时，通知CPU可以传送数据。选通器件IC完成选通锁存器及对打印机的选通；当译码线选通锁存器和CPU的WR低电平写有效时，通过IC使锁存器选中（G端“1”态）；当译码线选通打印机时，通过IC使T8光隔器件导通，STR线输出低电平，选通打印机，打印机立即响应。

打印机数据线八位，均通过光隔送入打印机。其中最高位D7通过T18光隔后向打印机送复位命令，以便在打印机受到干扰不能正确打印时，由此命令使打印机重新初始化。

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