1、1第二章第二章 數字式保護硬件系統數字式保護硬件系統一、硬件系統概述一、硬件系統概述二、數據采集系統二、數據采集系統 三、數據處理系統三、數據處理系統四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源2三、數據處理系統三、數據處理系統3三、數據處理系統三、數據處理系統電子計算機的組成電子計算機的組成微處理器微處理器4 數字式保護裝置硬件的核心是微處理器。數字式保護裝置硬件的核心是微處理器。微處理器的選擇遵循以下原則：微處理器的選擇遵循以下原則：1. 速度速度2. 功能功能3. 通用性通用性4. 工作環境的適應性工作環境的適應性51. 1. 往功能強的方向發展往功能

2、強的方向發展2. 2. 往功能全的方向發展往功能全的方向發展 在同樣的集成度下，不集成高功在同樣的集成度下，不集成高功能的快速的微處理器，而是把許能的快速的微處理器，而是把許多其它功能如多其它功能如A AD D轉換、通信接轉換、通信接口、定時器等集成在一個芯片上口、定時器等集成在一個芯片上6 繼電保護對可靠性、安全性要求很高，繼電保護對可靠性、安全性要求很高，且保護裝置工作環境惡劣。為了便于購買且保護裝置工作環境惡劣。為了便于購買和升級換代，一定要選擇大公司的主流工和升級換代，一定要選擇大公司的主流工業級芯片。目前，國內外數字式保護裝置業級芯片。目前，國內外數字式保護裝置所用的微處理器有兩大類

3、：所用的微處理器有兩大類：一類是單片機一類是單片機一類是數據處理芯片一類是數據處理芯片7單片機單片機CPU定時器計數器定時器計數器IO接口電路接口電路ROM或或EPROMRAM串行通訊接口串行通訊接口8單片機的發展階段單片機的發展階段第一階段（第一階段（1971-19741971-1974年）：年）：INTELINTEL公公司設計成集成度為每片上有司設計成集成度為每片上有20002000只晶體管只晶體管的的4 4位微處理器位微處理器 Intel 4004Intel 4004。19721972年又研年又研制成了功能較強的制成了功能較強的 8 8位微處理器位微處理器Intel Intel 8008

4、8008。9單片機的發展階段單片機的發展階段第二階段（第二階段（1974-19781974-1978年）：初級單片年）：初級單片機階段。以機階段。以INTELINTEL公司的公司的MCSMCS4848為代表：為代表：8 8位位CPUCPU、并行、并行I IO O口、口、8 8位定時器計數器，位定時器計數器，尋址范圍不大于尋址范圍不大于4K4K，且無串行口。，且無串行口。10第三階段（第三階段（1978-19831978-1983年）：高性能年）：高性能單片機階段。串行口，多級中斷處理系統、單片機階段。串行口，多級中斷處理系統、1616位定時器計數器、片內位定時器計數器、片內RAMRAM、ROM

5、ROM容量容量大，且尋址范圍可達大，且尋址范圍可達64K64K字節，典型芯片有字節，典型芯片有MCS-51MCS-51。單片機的發展階段單片機的發展階段11單片機的發展階段單片機的發展階段第四階段（第四階段（19831983年以后）：年以后）：8 8位單片位單片機鞏固發展及機鞏固發展及1616位單片機推出階段。此階位單片機推出階段。此階段主要特征是一方面發展段主要特征是一方面發展1616位單片機及專位單片機及專用單片機；另一方面不斷完善高檔用單片機；另一方面不斷完善高檔8 8位單片位單片機，改善其結構，典型芯片有機，改善其結構，典型芯片有MCS-96MCS-96。12單片機的應用單片機的應用單

6、機應用單機應用在一個應用系統中，只使用在一個應用系統中，只使用一片單片機，這是目前應用一片單片機，這是目前應用最多的方式。最多的方式。多機應用系統可分為功能集多機應用系統可分為功能集散系統、并行多機處理及局散系統、并行多機處理及局部網絡系統。部網絡系統。多機應用多機應用13單機單機應用應用l l）測控系統：用單片機可以構成各種工業控制系統、）測控系統：用單片機可以構成各種工業控制系統、自適應控制系統、數據采集系統等。自適應控制系統、數據采集系統等。2 2）智能儀表。單片機能促進儀表向數字化、智能化、）智能儀表。單片機能促進儀表向數字化、智能化、多功能化發展。通過采用單片機軟件編程技術，使測量多

7、功能化發展。通過采用單片機軟件編程技術，使測量儀表中的誤差修正、線性化處理等難題迎刃而解。儀表中的誤差修正、線性化處理等難題迎刃而解。3 3）機電一體化產品。單片機與傳統的機械產品結合，）機電一體化產品。單片機與傳統的機械產品結合，使傳統機械產品結構簡化，控制智能化。使傳統機械產品結構簡化，控制智能化。4 4）智能接口。大型數據采集系統中用單片機對模數）智能接口。大型數據采集系統中用單片機對模數轉換接口進行控制不僅可提高采集速度，還可對數據進轉換接口進行控制不僅可提高采集速度，還可對數據進行預處理，如數字濾波、線性化處理、誤差修正等。行預處理，如數字濾波、線性化處理、誤差修正等。14多機多機應

8、用應用1 1）多功能集散系統。多功能集散系統是為了）多功能集散系統。多功能集散系統是為了滿足工程系統多種外圍功能要求而設置的多機滿足工程系統多種外圍功能要求而設置的多機系統。系統。2 2）并行多機控制系統。并行數據采集、處理）并行多機控制系統。并行數據采集、處理系統、實時圖像處理系統。系統、實時圖像處理系統。3 3）局部網絡系統。分布式測、控系統。）局部網絡系統。分布式測、控系統。15舉例舉例 隨著應用領域的擴展，隨著應用領域的擴展，MCSMCS5151以及以及MCSMCS9696系列仍然是單片機中應用的主流產品。系列仍然是單片機中應用的主流產品。但但8 8位單片機在很多場合下已經不能滿足工業

9、位單片機在很多場合下已經不能滿足工業控制的需要。控制的需要。MCS-96MCS-96系列的系列的1616位單片機是功位單片機是功能較強，性能優良的單片機能較強，性能優良的單片機, ,它在一個芯片上它在一個芯片上集成了集成了1313萬個晶體管，功能較強。尤其是該萬個晶體管，功能較強。尤其是該系列系列MCS-80C196MCS-80C196性能更好。國內很多繼電保性能更好。國內很多繼電保護裝置都采用此類單片機。護裝置都采用此類單片機。16(1)16(1)16位的位的 CPUCPU（中央處理器）（中央處理器）該該CPUCPU在結構上最大特點是：沒有采用老的在結構上最大特點是：沒有采用老的累加器結構，

10、改用累加器結構，改用“寄存器寄存器寄存器寄存器”結結構構。消除了一般結構中存在的累加器的瓶頸。消除了一般結構中存在的累加器的瓶頸問題，提高了操作速度和數據吞吐能力。問題，提高了操作速度和數據吞吐能力。1616位位CPUCPU支持位、字節和字操作，在部分指支持位、字節和字操作，在部分指令中還支持令中還支持3232位雙字操作位雙字操作，如，如3232位除以位除以1616位。位。單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點17(2)(2)高效的指令系統高效的指令系統典型指令有典型指令有1616位乘位乘1616位和位和3232位除以位除以1616位的乘除指令位的乘

11、除指令，有有數據規格化指令數據規格化指令（有利于浮點計算），很多指令既（有利于浮點計算），很多指令既可用可用雙操作數，也可用雙操作數，也可用3 3操作數操作數。后者包括。后者包括2 2個源操作數和個源操作數和 1 1個個目的操作數，這樣就大大提高了編程的效率。目的操作數，這樣就大大提高了編程的效率。單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點 當采用當采用 12MHz12MHz外接晶振時，外接晶振時，一條指令的最短執行一條指令的最短執行時間為時間為 1s1s，1616位乘位乘1616位乘法指令和位乘法指令和3232位除以位除以1616位除位除法指令的執行時

12、間只有法指令的執行時間只有6 625s25s。18(3)10(3)10位位A/DA/D轉換器轉換器 在在 9696系列部分產品中，有一個系列部分產品中，有一個8 8通通道或道或4 4通道的通道的1010位位A AD D轉換器轉換器，使得這些，使得這些型號產品特別適用于多路數據采集系統、型號產品特別適用于多路數據采集系統、智能儀器等應用領域。智能儀器等應用領域。A/DA/D轉換周期為轉換周期為22s22s。單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點19(4)(4)脈寬調制輸出脈寬調制輸出 作為作為 D/AD/A轉換器輸出轉換器輸出，分辨率為，分辨率為8 8

13、位。位。9696單片機可以直接提供脈寬調制信號，某單片機可以直接提供脈寬調制信號，某些電機可以用它直接驅動。脈寬調制輸出些電機可以用它直接驅動。脈寬調制輸出信號經過積分就可以獲得直流輸出。信號經過積分就可以獲得直流輸出。單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點20(5)(5)全雙工串行口全雙工串行口 9696系列單片機具有與系列單片機具有與MCS-5lMCS-5l兼容的兼容的全雙工串行口全雙工串行口。這個串行口可方便地用。這個串行口可方便地用于于I/OI/O擴展、與擴展、與CRTCRT終端等設備進行通信終端等設備進行通信以及以及多處理機通信多處理機通信

14、。(6)5(6)5個個8 8位標準輸入位標準輸入/ /輸出口輸出口 9696系列單片機還有系列單片機還有5 5個個8 8位位I/OI/O口。口。單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點21(7)(7)高速輸入高速輸入/ /輸出器輸出器高速輸入器可以相對于內部定時器產生高速輸入器可以相對于內部定時器產生的實時時鐘，記下某個外部事件發生的時間，的實時時鐘，記下某個外部事件發生的時間，共可記下共可記下8 8個事件；而高速輸出器可以按規定個事件；而高速輸出器可以按規定的時刻去觸發某一事件，任何時候都可以存的時刻去觸發某一事件，任何時候都可以存儲起儲起8 8個事

15、件。個事件。“高速高速”意味著這些功能是意味著這些功能是自動地自動地（相對于定時器）實現的，無需（相對于定時器）實現的，無需CPUCPU的干預。的干預。 單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點22(8)8(8)8個中斷源個中斷源8 8個中斷源個中斷源對應有對應有8 8個中斷矢量，個中斷矢量，而有些中斷矢量又對應著多個中斷事而有些中斷矢量又對應著多個中斷事件，件，共對應共對應2020種中斷事件。種中斷事件。(9)(9)看門狗看門狗 軟硬件發生故障時，監視定時器軟硬件發生故障時，監視定時器（Watchdog timerWatchdog timer）將系統

16、復位，）將系統復位，提供了一種軟硬件故障的自恢復能力提供了一種軟硬件故障的自恢復能力。單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點23(10)(10)可動態配置的總線可動態配置的總線在運行過程中，在運行過程中，9696系列單片機的總線系列單片機的總線可以動態地配置成可以動態地配置成8 8位的或位的或1616位位的，以便適的，以便適應對外部寄存器進行字節操作或字操作的不應對外部寄存器進行字節操作或字操作的不同需求。同需求。單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點24(11)8K/16K(11)8K/16K字節的內部字

17、節的內部ROMROM9696系列單片機寄存器的空間為系列單片機寄存器的空間為64K64K字節，字節，在在帶內部帶內部ROMROM的芯片中，內部的芯片中，內部ROMROM的容量為的容量為8K8K字節或字節或16K16K字節。內部字節。內部ROM/EPROMROM/EPROM可以加密，可以加密，并并可在運行中對可在運行中對EPROMEPROM編程。編程。 單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點25單片機單片機(MCS-96(MCS-96系列系列) )的主要性能特點的主要性能特點2627CPU擴展并口EPROMRAM譯碼器EEPROM28DSPDSP（Di

18、gital Signal ProcessorDigital Signal Processor）數字信）數字信號微處理器。號微處理器。DSPDSP芯片專門用于完成各種實時數字芯片專門用于完成各種實時數字信息處理。信息處理。 它建立在數字信號處理的各種理論和算法的它建立在數字信號處理的各種理論和算法的基礎上。基礎上。 DSPDSP器件不僅使數字信號處理從理論研究發展器件不僅使數字信號處理從理論研究發展到實際應用，還從信號處理領域拓寬到系統控制領到實際應用，還從信號處理領域拓寬到系統控制領域，從而誕生了一大批新型的電子產品。域，從而誕生了一大批新型的電子產品。29DSPDSP的發展階段的發展階段50

19、506060年代：在通用計算機上進行算法的年代：在通用計算機上進行算法的研究和處理系統的模擬與仿真。研究和處理系統的模擬與仿真。7070年代：快速傅氏變換年代：快速傅氏變換FFTFFT、數字濾波、數字濾波、頻譜分析，可采用通用計算機實現。頻譜分析，可采用通用計算機實現。30DSPDSP的發展階段的發展階段8080年代：現代年代：現代DSPDSP采用哈佛結構，即將采用哈佛結構，即將程序指令與數據的存儲空間分開，各有程序指令與數據的存儲空間分開，各有自己的地址與數據總線。自己的地址與數據總線。9090年代：先進的流水線、并行指令。年代：先進的流水線、并行指令。31DSPDSP應用應用(1)(1)通

20、用數字信號處理。數字濾波通用數字信號處理。數字濾波 、卷積算法、卷積算法、FFTFFT、希、希爾伯特變換、自適應濾波、窗函數、波形生成。爾伯特變換、自適應濾波、窗函數、波形生成。(2)(2)通信。高速調制解調器、編通信。高速調制解調器、編/ /解碼器、蜂房網移動電話、解碼器、蜂房網移動電話、數字留言機。數字留言機。(3)(3)聲音聲音/ /語音信號處理。語音信號處理。(4)(4)圖形圖形/ /圖象信號處理。三維圖形變換處理、模式識別、圖象信號處理。三維圖形變換處理、模式識別、圖象增強。圖象增強。(5)(5)控制。控制。 磁盤磁盤/ /光盤伺服控制、激光打印機伺服控制、光盤伺服控制、激光打印機伺

21、服控制、機器人控制、發動機控制、電機調速、無刷直流電機。機器人控制、發動機控制、電機調速、無刷直流電機。(6)(6)儀器。儀器。 譜分析、函數發生、波形發生、數據采集、暫譜分析、函數發生、波形發生、數據采集、暫態分析、模態分析等。態分析、模態分析等。32DSPDSP性能性能特點特點1)1)在單個指令周期內完成乘法在單個指令周期內完成乘法/ /累加運算；累加運算；2)2)速度達到速度達到101101103MIPS(103MIPS(每秒百萬指令每秒百萬指令million million instruction per second)instruction per second)的定點運算；的定點運

22、算；3)3)指令中有循環尋址、位倒序等指令；指令中有循環尋址、位倒序等指令；4)4)數據交換達到每秒數百兆字節的傳輸速率，主要數據交換達到每秒數百兆字節的傳輸速率，主要是受片外存儲器速度的限制；是受片外存儲器速度的限制；5)5)并行性：并行性：DSPDSP可在每個周期內可以完成多個操作。可在每個周期內可以完成多個操作。33 DSP DSP在片上設置仿真模塊或仿真調試接口。在片上設置仿真模塊或仿真調試接口。TITI在在TMS320TMS320系列芯片上設置了符合系列芯片上設置了符合IEEE 1149IEEE 1149標標準的準的JTAGJTAG標準測試接口及相應的控制器。接通標準測試接口及相應的

23、控制器。接通JTAGJTAG接口，就可以在接口，就可以在PCPC上運行一個軟件去控制它，上運行一個軟件去控制它，不但能控制和觀察多微處理器中每一個處理器的不但能控制和觀察多微處理器中每一個處理器的運行，還可以用這個接口來裝入程序。運行，還可以用這個接口來裝入程序。34DSPDSP舉例舉例 目前國內已廣泛采用目前國內已廣泛采用DSPDSP為核心芯為核心芯片的數字式保護裝置。以片的數字式保護裝置。以TMS320F206TMS320F206為例介紹：為例介紹：3536(2)(2)存儲器存儲器192k192k1616bitbit可尋址存貯器空間（可尋址存貯器空間（64k64k的的程序，程序，64k64

24、k的數據，的數據，64k64k的的I/OI/O口空間）。口空間）。(3)(3)指令集指令集有單指令循環和塊循環操作；有塊存儲器有單指令循環和塊循環操作；有塊存儲器搬移指令，更便于程序和數據管理。搬移指令，更便于程序和數據管理。(4)(4)標準串行口標準串行口(5)16(5)16個中斷源個中斷源(6)(6)速度：單周期為速度：單周期為50ns50ns執行時間。執行時間。37DSP單片機單片機數字式保數字式保護硬件系護硬件系統統3839404142雙口RAMDSP單片機4344數據處理單元數據處理單元 當單片機用于實現保護功能時，首先需要就是存儲器當單片機用于實現保護功能時，首先需要就是存儲器的擴

25、展。單片機內部雖然設置了一定容量的存儲器，但這的擴展。單片機內部雖然設置了一定容量的存儲器，但這種存儲器一般容量較小，需要從外部進行擴展，配置外部種存儲器一般容量較小，需要從外部進行擴展，配置外部存儲器，包括程序存儲器和數據存儲器。存儲器，包括程序存儲器和數據存儲器。為了滿足繼電保護定值設置的需求，還配置了電可擦為了滿足繼電保護定值設置的需求，還配置了電可擦除的可編程只讀存儲器（除的可編程只讀存儲器（EEPROMEEPROM）存儲定值等。程序常駐）存儲定值等。程序常駐于只讀存儲器（于只讀存儲器（EPROMEPROM）中，計算過程和故障數據記錄所需）中，計算過程和故障數據記錄所需要的臨時存儲是由

26、隨機讀寫存儲器（要的臨時存儲是由隨機讀寫存儲器（RAMRAM）實現。）實現。處理器通過其數據線、地址線、控制線及譯碼器來與處理器通過其數據線、地址線、控制線及譯碼器來與存儲器部件進行通訊。根據不同保護功能的要求，一般還存儲器部件進行通訊。根據不同保護功能的要求，一般還要擴展一些并行口等。要擴展一些并行口等。 45一、硬件系統概述一、硬件系統概述二、數據采集系統二、數據采集系統 三、數據處理系統三、數據處理系統四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源第二章第二章 數字式保護硬件系統數字式保護硬件系統46（1 1）開關量輸入回路）開關量輸入回路四、開關量輸入

27、輸出系統四、開關量輸入輸出系統 數字式保護裝置的開關量輸入即接點狀態數字式保護裝置的開關量輸入即接點狀態（接通或斷開）。（接通或斷開）。 開光量輸入包括斷路器和隔離開關的輔助接開光量輸入包括斷路器和隔離開關的輔助接點或跳合閘位置繼電器接點，外部裝置閉鎖接點，點或跳合閘位置繼電器接點，外部裝置閉鎖接點，氣體繼電器接點。還包括某些裝置上壓板位置輸氣體繼電器接點。還包括某些裝置上壓板位置輸入等。入等。 47 當外部接點當外部接點K1K1接通時，有電流通過發光二接通時，有電流通過發光二極管回路，光敏三極管導通。因此三極管的導極管回路，光敏三極管導通。因此三極管的導通和截止反映了外部接點的狀態。通和截止

28、反映了外部接點的狀態。四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統（1 1）開關量輸入回路）開關量輸入回路48光電耦合芯片的兩個隔離光電耦合芯片的兩個隔離部分間分布電容僅是幾個部分間分布電容僅是幾個微微法，大大削弱干擾。微微法，大大削弱干擾。四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統（1 1）開關量輸入回路）開關量輸入回路由于一般光電耦合芯片發光二極管的反向擊穿電壓較低，由于一般光電耦合芯片發光二極管的反向擊穿電壓較低，為防止開關量輸入回路電源極性接反時損壞光電耦合器，為防止開關量輸入回路電源極性接反時損壞光電耦合器，圖中二極管圖中二極管V V對光隔芯片起保護作用。對光隔芯片起保護作用。 4

29、9（2 2）開關量輸出回路）開關量輸出回路四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統 開關量輸出主要包括保護的跳閘出口信號開關量輸出主要包括保護的跳閘出口信號以及本地和中央信號等。一般都采用并行接口以及本地和中央信號等。一般都采用并行接口的輸出口來控制有接點繼電器（干簧或密封小的輸出口來控制有接點繼電器（干簧或密封小中間繼電器）的方法。中間繼電器）的方法。 但為提高抗干擾能力，最好也經過一級光但為提高抗干擾能力，最好也經過一級光電隔離。電隔離。50（2 2）開關量輸出回路）開關量輸出回路四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統軟件使并行口的軟件使并行口的PB0PB0輸出輸出“0 0”，P

30、B1PB1輸出輸出“1 1”，便可使與非門，便可使與非門輸出低電平，光敏三極管輸出低電平，光敏三極管導通。繼電器導通。繼電器K K被吸合。被吸合。設置反相器設置反相器B B及與非門及與非門H H而不是將發光二極管直接同并行口相連，一方而不是將發光二極管直接同并行口相連，一方面是因為并行口帶負載能力有限，不足以驅動發光二級管，另一方面面是因為并行口帶負載能力有限，不足以驅動發光二級管，另一方面采用與非門后要滿足兩個條件才能使采用與非門后要滿足兩個條件才能使K K動作，增加了抗干擾能力。動作，增加了抗干擾能力。51（2 2）開關量輸出回路）開關量輸出回路四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統

31、圖中的圖中的PB0PB0經一反相器，而經一反相器，而PB1PB1卻不卻不經反相器，這樣可防止拉合直流電經反相器，這樣可防止拉合直流電源的過程中繼電器源的過程中繼電器K K的短時誤動。的短時誤動。在拉合直流電源過程中，當在拉合直流電源過程中，當5V5V電源處在中間某一臨界電壓值時，可能電源處在中間某一臨界電壓值時，可能由于邏輯電路的工作紊亂而造成保護誤動作，特別是保護裝置的電源由于邏輯電路的工作紊亂而造成保護誤動作，特別是保護裝置的電源往往接有大量的電容器，所以拉合直流電源時，無論是往往接有大量的電容器，所以拉合直流電源時，無論是5V5V電源還是驅電源還是驅動繼電器用的電源動繼電器用的電源E E

32、，都可能相當緩慢的上升或下降，從而完全可能，都可能相當緩慢的上升或下降，從而完全可能來得及使繼電器來得及使繼電器K K的接點短時閉合，采用圖中的接法，兩個相反的條的接點短時閉合，采用圖中的接法，兩個相反的條件的互相制約，防止繼電器的誤動作。件的互相制約，防止繼電器的誤動作。 52（3 3）打印機并行接口）打印機并行接口四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統 打印機作為數字式保護裝置的輸出設備，打印機作為數字式保護裝置的輸出設備，在調試狀態下，輸入相應的鍵盤命令，數字式在調試狀態下，輸入相應的鍵盤命令，數字式保護裝置可將執行結果通過打印機打印出來，保護裝置可將執行結果通過打印機打印出來，以

33、了解裝置是否正常。在運行狀態下，系統發以了解裝置是否正常。在運行狀態下，系統發生故障后，可將有關故障信息，保護動作行為生故障后，可將有關故障信息，保護動作行為及采樣報告打印出來，為分析事故提供依據。及采樣報告打印出來，為分析事故提供依據。53（3 3）打印機并行接口）打印機并行接口四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統 由于繼電保護對可靠性要求特別高，而它由于繼電保護對可靠性要求特別高，而它的工作環境電磁干擾比較嚴重，打印機引線可的工作環境電磁干擾比較嚴重，打印機引線可引入干擾，因此，數字式保護裝置與打印機數引入干擾，因此，數字式保護裝置與打印機數據線連接均經光電隔離。據線連接均經光電隔

34、離。 對顯示器和鍵盤的控制，為調試、整定對顯示器和鍵盤的控制，為調試、整定與運行提供簡易的人機對話功能。與運行提供簡易的人機對話功能。54一、硬件系統概述一、硬件系統概述二、數據采集系統二、數據采集系統 三、數據處理系統三、數據處理系統四、開關量輸入輸出系統四、開關量輸入輸出系統五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源第二章第二章 數字式保護硬件系統數字式保護硬件系統55在微型計算機系統中，在微型計算機系統中，CPUCPU與外部的與外部的基本通信方式有兩種：基本通信方式有兩種：l并行通信并行通信數據各位同時傳送數據各位同時傳送l串行通信一數據一位一位順序傳送串行通信一數據一位一位順序傳送 五、通信

35、模塊與電源五、通信模塊與電源1. 1. 通信接口通信接口56五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源57 在并行通信中，數據有多少位就需要多少根數據在并行通信中，數據有多少位就需要多少根數據傳送線。串行通信只需要一對數據傳送線，故串行傳送線。串行通信只需要一對數據傳送線，故串行通信能節省傳送線，尤其是當數據位數很多和遠距通信能節省傳送線，尤其是當數據位數很多和遠距離數據傳送時，這離數據傳送時，這一一優點更突出。串行通信的主要優點更突出。串行通信的主要缺點是傳送速度比并行通信要慢。缺點是傳送速度比并行通信要慢。 并行通信的硬件連接及數據傳送比較簡單。并行通信的硬件連接及數據傳送比較簡單。基于串行通信

36、的特點，它常用于保護與上位機之基于串行通信的特點，它常用于保護與上位機之間的數據傳送。間的數據傳送。五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源58在串行通信中，有二種基本的通信方式：在串行通信中，有二種基本的通信方式：1 1）異步通信）異步通信異步串行通信規定了字符數據的傳送格式，即異步串行通信規定了字符數據的傳送格式，即每個數據以相同的幀格式傳送。每一幀信息由起始每個數據以相同的幀格式傳送。每一幀信息由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成。位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成。五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源59la. a. 起始位：在通信線上沒有數據傳送時處于邏輯起始位：在通信線上沒有數據傳

37、送時處于邏輯“ l l”狀態。當發送設備要發送一個字符數據時，首先發出一狀態。當發送設備要發送一個字符數據時，首先發出一個邏輯個邏輯“0 0”信號，這個邏輯低電平就是起始位。起始位信號，這個邏輯低電平就是起始位。起始位所起的作用就是表示字符傳送開始。所起的作用就是表示字符傳送開始。lb. b. 數據位：當接收設備收到起始位后，緊接著就會收到數據位：當接收設備收到起始位后，緊接著就會收到數據位。數據位的個數可以是數據位。數據位的個數可以是5 5、6 6、7 7或或8 8位的數據。在位的數據。在字符數據傳送過程中，數據位從最小有效位（最低位）字符數據傳送過程中，數據位從最小有效位（最低位）開始傳送

38、。開始傳送。lc. c. 奇偶校驗位：數據位發送完之后，可以發送奇偶校驗奇偶校驗位：數據位發送完之后，可以發送奇偶校驗位。位。ld. d. 停止位：在奇偶位或數據位（當無奇偶校驗時）之后停止位：在奇偶位或數據位（當無奇偶校驗時）之后發送的是停止位。可以是發送的是停止位。可以是1 1位或位或2 2位。停止位是一個字符位。停止位是一個字符數據的結束標志。數據的結束標志。五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源602) 2) 同步通信同步通信 在異步通信中，每一個字符要用起始位和停止位作為字符在異步通信中，每一個字符要用起始位和停止位作為字符開始和結束的標志，以致占用了時間。所以在數據塊傳送時，開始和結

39、束的標志，以致占用了時間。所以在數據塊傳送時，為了提高通信速度，常去掉這些標志，而采用同步傳送。同為了提高通信速度，常去掉這些標志，而采用同步傳送。同步通信不像異步通信那樣，靠起始位在每個字符數據開始時步通信不像異步通信那樣，靠起始位在每個字符數據開始時使發送和接收同步，而是通過同步字符在每個數據塊傳送開使發送和接收同步，而是通過同步字符在每個數據塊傳送開始時使收發雙方同步。始時使收發雙方同步。 五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源61同步通信的特點是：同步通信的特點是：l a a以同步字符作為傳送的開始，從而以同步字符作為傳送的開始，從而使收發雙方取得同步；使收發雙方取得同步；l b b每位

40、占用的時間都相等；每位占用的時間都相等；l c c字符數據之間不允許有空隙，當線字符數據之間不允許有空隙，當線路空閑或沒有字符可發時，發送同步字符。路空閑或沒有字符可發時，發送同步字符。五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源62 同步字符可由用戶選擇一個或二個特殊同步字符可由用戶選擇一個或二個特殊的的8 8位二進制碼作為同步字符。與異步通信位二進制碼作為同步字符。與異步通信收收/ /發雙方必須使用相同的字符格式一樣，發雙方必須使用相同的字符格式一樣，同步通信的收發雙方必須使用相同的同步同步通信的收發雙方必須使用相同的同步字符。字符。 異步通信常用于傳輸信息量不太大、傳異步通信常用于傳輸信息量不太

41、大、傳輸速度比較低的場合。在信息量很大，傳輸輸速度比較低的場合。在信息量很大，傳輸速度要求較高的場合，常采用同步通信。速度要求較高的場合，常采用同步通信。五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源63 波特率（波特率（Baud rateBaud rate）通信線上的字符數據是按位傳送的，每一位通信線上的字符數據是按位傳送的，每一位寬度（位信號持續時間）由數據傳送速率確定。寬度（位信號持續時間）由數據傳送速率確定。波特率即是對數據傳送速率的規定：單位時間內波特率即是對數據傳送速率的規定：單位時間內傳送的信息量，以每秒傳送的位（傳送的信息量，以每秒傳送的位（BitBit）表示，）表示，單位為波特。單位為

42、波特。 l l波特波特=1=1位秒（位秒（1bps1bps） 例如：電傳打字機最快傳送速率為例如：電傳打字機最快傳送速率為1010字符秒，字符秒，每個字符每個字符1111位，則波特率為：位，則波特率為： 1111位位1010字符秒字符秒=110=110位秒位秒=110=110波特波特五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源64在異步串行通信中，接收設備和發送設備在異步串行通信中，接收設備和發送設備保持相同的傳送波特率，并使每個字符數據保持相同的傳送波特率，并使每個字符數據的起始位與發送設備保持同步。起始位、數的起始位與發送設備保持同步。起始位、數據位、奇偶位和停止位的約定，在同一次傳據位、奇偶位和

43、停止位的約定，在同一次傳送過程中必須保持一致，這樣才能成功地傳送過程中必須保持一致，這樣才能成功地傳送數據。送數據。 實現串行通信方式的硬件電路稱為串行通實現串行通信方式的硬件電路稱為串行通信接口電路芯片。串行通訊接口電路至少包信接口電路芯片。串行通訊接口電路至少包括一個接收器和一個發送器。括一個接收器和一個發送器。五、通信模塊與電源五、通信模塊與電源65從本質上講，所有的串行接口電路都是以并從本質上講，所有的串行接口電路都是以并行數據形式與行數據形式與CPUCPU接口，而以串行數據形式與外部接口，而以串行數據形式與外部邏輯接口，它們的基本功能是從外部設備接收串邏輯接口，它們的基本功能是從外部設備接收串行數據，轉換成并行數據后傳送給行數據，轉換成并行數據后傳送給CPUCPU，或者從，或者從CPUCPU接收并行數據，轉變成串行數據后輸出給外部接收并行數據，轉變成串行數據后輸出給外部設備。過程為：數據的設備。過程為：數據的CPU CPU 輸出