第02章 微处理器简介.pptVIP

微机型继电保护基础第二章 微处理器简介 天津大学 微机保护装置硬件的核心是微处理器。微处理器的选择遵循以下原则： 为了便于购买和升级换代，一定要选择大公司的主流芯片。由于继电保护对可靠性、安全性要求很高，再加上保护装置工作环境恶劣，所以，要尽可能选择工业级的嵌入式微处理器。目前，国内外微机保护装置所用的微处理器有两大类： §2.1 单片机简介 单片机 §2.2 数据处理芯片（DSP） DSP（Digital Signal Processor）数字信号微处理器。DSP芯片专门用于完成各种实时数字信息处理。 它建立在数字信号处理的各种理论和算法的基础上。 DSP器件不仅使数字信号处理从理论研究发展到实际应用，还从信号处理领域拓宽到系统控制领域，从而诞生了一大批新型的电子产品。 数字信号处理的发展历程： 50～60年代：在通用计算机上进行算法的研究和处理系统的模拟与仿真。 70年代：快速付氏变换FFT、数字滤波、频谱分析，可采用通用计算机实现。 80年代：现代DSP。采用哈佛结构，即将程序指令与数据的存储空间分开，各有自己的地址与数据总线。 90年代：先进的流水线、并行指令。 二．DSP的性能特点 1） 在单个指令周期内完成乘法/累加运算； 2） 速度达到101～103MIPS(每秒百万指令million instruction per second)的定点运算； 5）并行性：DSP可在每个周期内可以完成多个操作。 6）DSP在片上设置仿真模块或仿真调试接口。TI在TMS320系列芯片上设置了符合IEEE 1149标准的JTAG标准测试接口及相应的控制器。接通JTAG接口，就可以在PC上运行一个软件去控制它，不但能控制和观察多微处理器中每一个处理器的运行，还可以用这个接口来装入程序。 * * 概述 电子计算机的组成 微处理器 1. 速度 速度选择以能在两个相邻采样间隔内完成必要的工作为准。 2. 功能 3. 通用性 4. 工作环境的适应性 1. 往功能强的方向发展 2. 往功能全的方向发展 在同样的集成度下，不集成高功能的快速的微处理器，而是把许多其它功能如A／D转换、通信接口、定时器等集成在一个芯片上 微处理器的发展方向 一类是单片机 一类是数据处理芯片 CPU 定时器／计数器 I／O接口电路 ROM或EPROM RAM 串行通讯接口 结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故称单片微控制器，又称单片微型计算机。 Single Chip Microcontroller Single Chip Microcomputer 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。 下面举一个以80c196KB为CPU的保护系统加以说明。 应用80C196的保户CPU板工作原理说明如下： 总线驱动器 EEPROM EPROM CPU 译码器 RAM 并行接口 74LS245 74LS2864 74LS27256 MCS80C196 74LS139 74LS62235 74LS8255 CPU 扩展并口 EPROM RAM 译码器 EEPROM 3）指令中有循环寻址、位倒序等指令； 4）数据交换达到每秒数百兆字节的传输速率，主要是受片外存储器速度的限制； 用单片机较强的输入、输出接口实现保护的信号、跳闸和控制功能。 DSP 单片机 微机保护硬件系统 ＋ ＝ DSP强大的运算能力进行保护的数据处理和快速进行复杂运算的能力实现复杂的保护原理。 DSP 应 用 DSP 以DSP为核心，通过对ADC的控制实现模拟量转换，然后完成预定的保护算法的运算，同时，在数据计算结果满足出口跳闸条件的情况下，控制开关量的输出，以实现对外部回路的实时控制。 单 片 机 应 用 单片机 单片机外围扩展电路较多，而其I/O口资源有限。I2C总线是一种两线制的串行总线，它通过一根时钟线SCL和一根数据线SDA实现总线上挂接器件之间的两两通讯。在设计中只要占用51单片机的两个I/O口用于模拟I2C总线操作，即可实现对总线上所有符合I2C总线协议的器件进行控制，而且单片机作为总线上唯一的主器件控制总线操作，不存在总线冲突的问题，数据传输的可靠性较高。可见，这种方案不但节省了51单片机的I/O口资源，也简化了电路，这在外围电路扩展较多而数据传输速率又不要求太高的场合十分适合。