单片机协处理器在电力系统中的应用

工作过程简述如下：当P13电位下跌时，周期测试开始，到第二次P13下跌时，周期测试结束（区间为AA～AD）。两次下跌的时间间隔即为工频的周期，具有准确的跟踪特性。在周期测试开始后4μs，T0溢出产生中断，执行中断子程序，总共32次。中断子程序都是在AD～AC间执行的，也即在第一周期内所有需要测量的量都已测出。从AD往后便是第二周期，主要用来计算Ta、Tb的值，并将IC5内的数据传送出去。由此可见，协处理器的运行为2个周期，约40ms。应说明的是：在上电的第一个周期内，因周期值还未测出，故须对Tb值先行设置。图3是中断子程序软件框图。

8个通道的A/D转换数据是先存入片内的RAM。这样来得快，以减少通道之间的相差（邻近通道之间的相差约为0.4°），之后，再一次性地由片内RAM转存于片外RAM。执行一次T0中断子程序的时间约为256μs。当采样点为32时，时间间隔为625μs，绰绰有余。若将采样点增至36，通道增至16个，则采样点间隔约为555μs，执行中断子程序的时间约为445μs，仍有足够的余量。

　　软件可以用汇编语言ASM51编写，也可以用对应的高级语言PL/M51或C51编写，但前者代码率高一些。

　　结束语

　　以上是协处理器的一般用法，在此基础上是否能进一步缩短运行周期和提高测量精度，是一个值得研究的课题。提高主处理器IC6和协处理器IC3的工作频率（如IC6采用16MHz，IC3采用36MHz）可以提高CPU的运行速度，以达到缩短运行周期的目的。但有两点需要注意：一是CPU的外围芯片的速度必须跟得上；二是频率提高后，辐射增强，交叉干扰变得明显。因面，在印刷电路板的设计上须谨慎处理。

提高测量精度可以从3个方面着手。一是提高A/D转换精度，采用14位A/D变换芯片。不过，位数越多，变换所需的时间也越长。这在单一CPU中因时间限制，效果不好，而在协处理器中却容易实现。这里还有一个附带的问题，目前大都采用开关式稳压电源，耗电量省，但工作频率高，噪波大，通常有5～10mV,这无疑限制了精度的提高。因而，必须有一套优良的电源滤波系统，将噪波滤到1mV以下。有时这部分的电源干扰采用串联式稳压电源，其噪波可以做到0.5mV以下。

　　二是采用同时式采样保持电路。在前述电路中，8个模拟通道的采样并不是同时进行而是按序进行的，后面的通道对前面的通道而言有一个时间上的滞后，这会给测量带来某些误差。常用的方法是将各模拟量的位置进行调整，将关系密切的量逐个紧排，以减少滞后带来的影响。当然，提高协处理器的速度和采用高速A/D变换器也有助于滞后的减小（可做到0.2°以内）。然而，最终解决这个问题的办法是采用同时式采样保持电路，也即在图1的IC1前加入8片采样保持芯片，并由IC3实施控制。

　　三是各模拟量输入通道（包括传感器或电压/电流互感器、放大器、滤波电路等）均会形成一定的附加相移。若各通道的附加相移相等，则对测量的精度不会有影响。输入工频三相电A，B，C，各相相差应为120°，由于附加相移不相等，显然会给测量带来影响，尤以测功率时明显。因而，应对各模拟通道的附加相移进行测量调整，使其尽可能相等。