微控制器范文第1篇

引 言

微控制器以其体积小、功耗低、使用方便等特点，广泛应用于各种工业、民用的嵌入式系统中；而随着互联网（Internet）的兴起与普及，使微控制器通过互联网传送数据就变得非常有意义。目前使微控制器上网的解决方案一般有两种：一种是采用微控制器驱动网卡，通过以太网连接Internet；另一种是使微控制器直接驱动调制解调器（MODEM）通过电话线向ISP拨号上网。这两种方案的缺点在于都要使用有线的网络，无法应用于在边远地区或可移动系统中。

    针对这一问题，本文提出一种基于GPRS的微控制器上网的解决方案，即在微控制器中实现PPP协议，并通过驱动GPRS模块经过GPRS无线网连接到Internet实现上网。这种方案的优点在于：① 覆盖面广，适用于广大偏远地区；② 无线上网，适用于可移动目标；③使用廉价的微控制器实现简单、成本低；④ 安装简便，维护方便。

1 GPRS技术及其特点

GPRS（General Packet Radio Service）是通用分组无线业务的简称，是在GSM基础上发展起来的一种分组交换的数据承载和传输方式。与原有的GSM比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势：通过多个GSM时隙的复用，支持的数据传输速率更高，理论峰值达115kb/s；不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源。这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用无线网络信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输，很好地适应数据业务的突发性特点；GPRS计费方式更加灵活，可以支持按数据流量来进行计费；与无线应用协议（WAP）技术不同，GPRS能够随时为用户提供透明的IP通道，可直接访问Internet中的所有站点和资源；采用信道复用技术，每一个GPRS用户都能够实现永远在线；另外，GPRS还能支持在进行数据传输的同时进行语音通话等等，而且相对于短消息等其它无线数据通信业务，GPRS的价格优势比较明显。目前，我国移动推出的GPRS上网业务最高每千字节也只有3分钱，而且用户可以根据自己的需要，以月租、包月等多种形式进一步降低GPRS通信的费用。

因此使用GPRS实现远程数据的传送是非常经济实用的，特别是对于不易架设有线网络的边远地区和可移动装置。

2 硬件连接和GPRS模块设置

通过GPRS网进行数据传输一般需要使用GPRS模块。目前，GPRS模块一般是指带有GPRS功能的GSM模块，可以利用GPRS网进行数据通信。其中比较流行的有法国Wave公司的WISMO系列和西门子公司的S系列等等。WAVECOM的WISMO模块接口简单、使用方便且功能非常强大，它与微控制器、SIM卡、电源之间的连接如图1所示。

其中GPRS模块与微控制器间是通过串行口进行通信的，通信速率最快可以达到115 200b/s。模块与控制器间的通信协议是AT命令集，其中大部分命令是符合协议“AT command set for GSM Mobile Equipment (ME) (GSM 07.07 version 6.4.0 Release 1997)”的，但也有一些是Wavecom自己定义的AT命令。除了串口发送（TX）、串口接收（RX）之外，微控制器与GPRS模块之间还有一些硬件握手信号，如DTR、CTS、DCD等。为了简化微控制器的控制，硬件设计时没有使用全部的硬件握手信号，而只使用数据载波检测（Data Carrier Detect, DCD）和终端准备（Data Terminal Ready, DTR）信号。DCD信号可以检测GPRS模块是处于数据传送状态还是处于AT命令传送状态。DTR信号用来通知GPRS模块传送工作已经结束。

硬件连接完成后，在进行GPRS上网操作之前，首先要对GPRS模块进行一定的设置。主要的设置工作有：① 设置通信波特率，可以使用AT+IPR=38400命令，把波特率设为38 400b/s或其它合适的波特率，默认的通信速度为9600b/s。② 设置接入网关，通过AT+ CGD CONT=1, “IP”, “CMNET”命令设置GPRS接入网关为移动梦网。③设置移动终端的类别，通过AT+CGCLASS=“B”设置移动终端的类别为B类，即同时监控多种业务；但只能运行一种业务，即在同一时间只能使用GPRS上网，或者使用GSM的语音通信。④ 测试GPRS服务是否开通，使用AT+CGACT=1,1命令激活GPRS功能。如果返回OK，则GPRS连接成功；如果返回ERROR，则意味着GPRS失败。这时应检查一下SIM卡的GPRS业务是否已经开通，GPRS模块天线是否安装正确等问题。

图2 软件层次结构

中国移动在GPRS与Internet网中间建立了许多相当于ISP的网关支持节点（GGSN），以连接GPRS网与外部的Internet网。GPRS模块可以通过拨“*99***1#”登录到GGSN上动态分配到Internet网的IP地址。其间GPRS模块与网关的通信要符合点对点协议（Point to Point Protocol, PPP），其中身份验证时用户名、密码都为空。使用PPP协议登录上之后，就可以通过GGSN接上Internet了。

3 软件整体结构

   3.1 软件层次结构

程序中的所有代码都是由C语言编写的，并采用分层的结构，从底到上分别为：串口驱动层、GPRS模块驱动层、PPP协议层、IP协议层、UDP协议层与应用层。上层函数的实现需要应用到底层函数，而底层函数的任务就是为上层函数提供服务，最终完成应用层任务——传送数据。各层的主要函数如图2所示。

    3.2 驱动程序编写

首先是串行口驱动层。它实现打开串口（OpenComm）、关闭串口（CloseComm）、读串口数据（ReadComm）、写串口数据（WriteComm）等函数。例如WriteComm函数向串口发送一个字节的数据，而transmit函数向串口发送一个字符串的数据：

void WriteComm(char c){

ES = 0;

SBUF = c;

while(TI==0);

TI=0;

ES = 1;

}

void transmit (char *data) {

Delay (250);

while (*data) {

WriteComm (*data++);

}

}

然后，在这些串口函数的基础上编写GPRS模块的驱动函数。微控制器通过串行口控制GPRS模块，进行拨号、设置等操作。控制的方法是采用AT命令。在控制GPRS模块拨打移动梦网GGSN的登录号码“*99***1#”之后，GPRS模块就转入在线模式（On-Line）。此时微控制器向串行口发送的所有数据都透明地传送给了GGSN，同样GGSN的回答也传回单片机的串行口。当数据传送完成后，微控制器需要通知GPRS模块结束会话，并从在线模式转回普通的命令模式，这可以通过置高DTR线完成。同时，如果线路由于异常断开，CD线会回复到平常的低电平，所以处于在线模式下也要不断检测CD线是否处于高电平。根据这些操作，可以编写GPRS驱动函数：初始化GPRS模块函数(GPRSInit)、拨号函数(GPRSDial)、断开连接函数(GPRSHangup)、检测是否处于在线状态函数(GPRSOnline)。其中，GPRS的拨号和挂断代码如下：

BYTE GPRSDial (void) {

signed char delayCount = 80;

transmit ("ATV0"); // 要求返回数字表示的回答

if (!Waitfor ("0", 30)) { // 等待 OK 回答

return -1;

}

DTR_ON;

transmit ("ATD*99***1#"); // 拨GGSN的号码

GPRSBuffFlush (); // 清空buffer

// 等待回答

while ((!GPRSBuffNotEmpty()) && (--delayCount > 0)) {

Delay (250);

}

if (delayCount) {

return GPRSGetch (); // 返回回答的数字

}

return -1; // 没有返回，错误

}

void GPRSHangup (void) {

DTR_ON; // 置高DTR

Delay (40); // 保持一定时间

DTR_OFF; // 完成连接的断开

}

这些底层的驱动函数将会使上层协议的编写很方便，更重要的是，它为我们提供了一个驱动抽象层。当底层硬件做出改动的时候，只需要对底层的驱动函数进行改动，而上层函数的代码不变。

4 PPP协议的实现

由于移动梦网的GGSN与GPRS模块通信时遵循PPP协议，所以要在微控制器中也实现一部分PPP协议才能与之对话。GPRS模块在拨号后首先要与GPRS网关进行通信链路的协商，即协商点到点的各种链路参数配置。协商过程遵守LCP（Link Control Protocol）、PAP（Password Authentication Protocol）和IPCP（Internet Protocol Control Protocol）等协议。其中LCP协议用于建立、构造、测试链路连接；PAP协议用于处理密码验证部分；IPCP协议用于设置网络协议环境，并分配IP地址。协商机制用有限状态机的模型来实现。一旦协商完成，链路已经创建，IP地址已经分配就可以按照协商的标准进行IP报文的传输了。根据应用的不同，IP报文中可以携带UDP报文，也可以是TCP或ICMP报文。本系统正是采用UDP报文传送数据信息的。数据传输完成之后，微控制器会向GGSN发送LCP的断开连接报文，以终止网络连接。

PPP协议的帧结构如图3（左）所示。微控制器的串口中断接收程序首先以包起始和结束符来判断是否有完整的PPP包，并对PPP包的内容进行校验，以确定数据包的完整性和正确性。然后，在主循环中进入PPP报文解析模块，解析过程如图3（右）所示。

5 登录GGSN的过程

系统的一个难点是微控制器登陆GPRS网关（GGSN）并与网关通过LCP、PAP、IPCP协议进行协商的过程。LCP、PAP与IPCP协议的帧结构大同小异，最常用的为请求（REQ）、同意（ACK）和拒绝（NAK）三种帧。微控制器与GGSN各为一方进行协商，任何一方都可以发送REQ帧请求某方面的配制，另一方觉得配置不能接受会回应NAK帧，如果可以则回应ACK帧。为了节省资源，我们只处理这三种数据帧，其它链路问题都由微控制器在程序控制下自己重新拨号解决。

协商过程大致描述如下：在拨号成功连接后，GGSN首先会返回一个PAP REQ数据帧。我们发送一个空LCP REQ帧，以强迫进行协议协商阶段。随后，GGSN发送LCP设置帧，我们拒绝所有的设置并请求验证模式。GGSN选择CHAP或PAP方式验证，我们只接受PAP方式。然后，进行PAP验证用户名和密码过程，在GPRS中用户名与密码都为空，如果成功，GGSN会返回IPCP报文分配动态IP地址。此时，就完成了与GGSN的协商过程。协商过程的状态转换如图4所示。

协商完成后进入IP数据报通信阶段。此时，微控制器向GGSN发送的所有包含IP报文的PPP报文都会被传送给Internet网中相应的IP地址；而远端所有向微控制器IP地址发送的报文也都会经GPRS网传送到微控制器上，从而完成微控制器与远程主机通过互联网的数据传输。

注：PPP报文解析程序和协商过程程序见本刊网站dpj.com.cn。

微控制器范文第2篇

1 概述

tfPIC12C509AF是Microchip公司推出的单片集成内嵌射频无线数据发射器的8位CMOS微控制器。芯片具有高性能的RISC中央处理器，33条12位字长的指令，8位字长的数据；内置4MHz RC振荡器，运行速度1μs指令周期；7个特殊功能的硬件寄存器，2级硬件堆栈，直接、间接和相对寻址方式；1024×12bit可编程EPROM，41字节数据RAM；在线串行编程（In-Circuit Serial ProgrammingTM,ICSP TM），内部RC振荡器的频率可编程校准（独立于发射器的石英晶体振荡器基准），8位可编程定时器/计数器；上电复位，看门狗定时器，低功耗睡眠模式，可编程编码保护，5个通用I/O等功能；工作电压2.5～5.5V，低拉耗睡眠模式电流0.2～4μA。内嵌的UHF ASK/FSK发射器，射频频率范围为310～480MHz，可调节的输出功率+2～12dbm，ASK数据发射速率0～40Kbps，FSK数据发射速率0～20Kbps，PLL锁相，集成的晶体振荡器和VCO电路仅需少量的外部元件。

可用于遥控无键入口（RKE）发射器、车库门开门器、遥测（轮胎压力，水、电、气表、贵重物品跟踪）、无线安防系统、无线电遥控等领域。

2 引脚排列及功能

rfPIC2C509AF采用20脚SSOP封装，各引脚功能如下。

1（VDD）：逻辑电路和I/O端品/石英振荡器输入/外部时钟输入（GPIO仅在内部RC模式，在其它振荡器模式下为OSC1）。当GPIO时TTL输入，在外部RC振荡器模式时ST输入。

3（GP4/OSC2）：双向I/O端品、石英晶体振荡器输出。在石英晶体振荡器模式连接晶振或谐振器。

4（GP3/MCLR/VPP）：输入端口/用户清除（复位）输入/编程电压输入。当构成MCLR时，此脚是低电平有效，实现器件复位。在设备进入正常的运行和编程模式时，MCLR、VPP上的电压不能超过VDD，并且能够通过软件编程改变引脚状态来唤醒睡眠状态。

5（XTAL）：发射器晶振，连接到考比慈（COPITTS）型晶体振荡器上。

6（RFENIN）：发射器和时钟输出使能，内部下拉。

7（CLKOUT）：时钟输出。

8（PS/DATAASK）：功率选择和ASK数据输入。

9（VDDRF）：发射器正电压端。

10（ANT1）：差分功率放大器的输出端连接到天线，集电极开路输出。

11（ANT2）：差分功率放大器的输出端连接到天线，集电极开路输出。

12（VSSRF）：发射器接地参考端。

13（NC）：空脚。

14（LF）：连接外部回路滤波器。VCO转换输入和充电泵输出的共用点。

15（DATAFSK）：FSK的数据输入。

16（FSKOUT）：FSK晶振的输出。

17（GP2/T0CKI）：双向I/O端口，能构成T0CKI。

18（GP1）：双向I/O端口/串口编程时钟，能通过软件编程改变引脚状态来唤醒睡眠状态。这个缓冲器在串口编程模式下为施密特触发器输入。

19（GP0）：双向I/O端口/串口编程数据，能通过软件编程改变引脚状态来唤醒睡眠状态。这个缓冲器在串口编程模式下为施密特触发器输入。

20（VSS）：逻辑电路和I/O脚的参考地。

3 基本结构和特性

rfPIC12C509AF内部结构包括一个完整的8位CMOS微控制器电路和发射器电路，以下介绍发射器电路。发射器电路方框图如图1所示。

发射器是一个完整的集成UHF ASK/FSK发射电路，由石英晶体振荡器、锁相环电路（PLL）、集电极开路的输出功率可变放大器PA（Power Amplifier）和模式控制逻辑（mode control logic）所组成。外接元件有旁路电容、晶振和PLL回路滤波器，能实现ASK和FSK的操作。

引脚VDDRF和VSSRF分别是发射器电路的电源供给端和接地端。这些电源脚与微控制器的电源供给脚VDD和VSS是相互独立的。

发射器的石英晶体振荡器是一个考比慈振荡器，提供PLL的基准频率，并且与PIC微控制器的振荡器是相互独立的。XTAL脚上接外部振荡器或AC模拟基准信号。发射频率是由晶振频率确定的，公式如下：

ftransmit=fXTAL×32

考虑到发射频率的灵活选择，最终晶振频率可能不是标准值。晶振频率最小值为9.65～15MHz，负载电容10～15pF，并联电容7pF，等价串联阻抗60Ω。

rfPIC12C509AF晶体振荡器实现ASK操作电路如图2所示。电容器C1取值22～1000pF。

rfPIC12C509AF晶体振荡器实现FSK操作电路如图3所示。电容C1和C2通过拖动晶振来实现FSK调制。当DATAFSK=1时，FSKOUT为高阻抗，只有C1对晶振起使用，发射频率为fMAX；当DATAFSK=0时，FSKOUT与VSSRF接地，电容C1和C2并联，发射频率为fMIN。选择一组理想的C1和C2值为确定中心频率和频率偏差。电容C1确定fMAX而电容C1和C2的并联值确定fMIN。

C1取值22～1000pF，C2取值47～1000pF。

发射器中心频率（fc）：fc=(fMAX+fMIN)/2

发射器频率偏差：Δf=(fMAX-fMIN)/2

石英晶体振荡器有1个四分频（Divide by 4）电路，此电路通过时钟输出（CLKOUT）引脚输出时钟。CLKOUT时钟输出信号可作为微控制器的输入或其它电路的稳定基准频率。注意千万不要将CLKOUT信号连接到PIC微控制器的OSC1输入端，因为PIC微控制器没有时钟信号就不能工作，此时发射器的振荡器也不能工作。这时PIC微控制器需要从外部引入时钟或经过内部RC振荡器产生时钟。当应用中需要稳定的基准频率时，可将CLKOUT脚连接到GP2/T0CKI输入上，并且使用TIMER0模块。为了使干扰信号习尽可能小，应对CLKOUT有速率限制。CLKOUT的电压幅值由在CLKOUT脚上的充电电容决定（2VPP，5pF）。

锁相环电路（PLL）由相频检波器（phase frequency detector）、充电泵（charge pump）、压控振荡器VCO（Voltage Controlled Oscillator）和固定的32分频器（fixed divide by 32）组成。引脚LF连接1个外部回路滤波器。这个回路滤波器控制PLL的动态范围和起始锁定时间。

PLL的输出给功率入大器（PA）。集电极开路输出的不同值可直接驱动闭环天线（ANT1、ANT2）或经过1个阻抗匹配网络或平衡-不平衡变换器改变成单端口输出。引脚ANT1和ANT2为集电极开路输出，必须通过负载上拉到VDDRF。

PA的差动输出应该匹配1个1kΩ的负载电阻。当匹配不合理时会导致过度的干扰和谐波辐射。发射输出功率可以通过改变PS/DATAASK脚的电压调节成+2～-12dBm中的6个等分值。

在FSK的操作中，PS/DATAASK脚只能作为功率选择脚（PS）使用。1个20μA的内部电流源输出电流流入PS/DATAASK脚，通过电阻R2产生一个电压降，作为功率控制电压（VPS）控制发射输出功率。VPS控制PA的偏置电流，高的发射功率需要较大的偏置电流。

为了实现ASK操作，PA/DATAASK脚的功能是控制功率放大器PA导通或关断。分压网络上的R1和R2是为了确定VPS，以达到选择发射器输出功率的目的。假如要得到最大发射器输出功率，可以把引脚GP0和PA/DATAASK直接连接起来。

逻辑控制模引式脚RFENIN控制着发射器的操作。当RFENIN=1时，发射器和CLKOUT在工作模式；当RFENIN=0时，发射器和CLKOUT进入待机模式。在待机模式时，发射机产生很小的电流。REFNIN脚在内部有1个下拉电阻。

4 应用电路

微控制器范文第3篇

关键词：变频器应用于微机；控制电梯

中图分类号：TU85 文献标识码：A

引言

随着我国高层建筑的发展，对于电梯的要求也在不断的提高，从安全性到现在智能化的要求。电梯发展初始，电梯电气部分采用的是继电接触器控制系统，故障率高，乘坐舒适感较差，严重影响电梯运行质量。但是随着计算机技术的发展，控制变频器弥补了继电器控制的缺点。

零速满转矩――由ACS600带动的电动机能够获得在零时电动机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电机的反馈。而矢量控制变频器只能在接近零速时实现满力矩输出。这一特点应用在电梯行业优于其他品牌变频器。DTC提供的精确的转矩控制使得ACS600能够提供可控且平稳的最大起动转矩(最大起动转矩能达到200％的电动机额定转矩)。

精确速度控制――ACS600的动态转速误差在开环应用为0．4％，在闭环应用时为0．1％。而矢量控制变频器在开环时大于0．8％，闭环时为0．3％。ACS600变频器的静态精度为0.01％。

ACs600变频器的应用使产品具有很宽的功率范围、优良的速度控制和转矩控制特性、完整的保护功能以及灵活的编程能力、结合上位机系统，构成一个适用于各种类型的应用产品，有6向位控制起升设备特殊需求的用户，可采用ACC600系列专用位势变频器。

系统总体构成及原理

1微机控制的电梯已逐渐取代老式的继电器控制的电梯，它适用于数字调速系统便于应用变频器，而且功能灵活多变，结构紧凑，免去了许多复杂的接线，提高了系统的可靠性。本系统主要由微机、变频器和拖动系统组成，系统结构如图1所示。

图l微机控制电梯控制框图

一般交流调速电梯速度不超过1.75m/s，采用ACS600系列变频器，电梯操作系统控制模块由工业控制计算机及接口组成，它是电梯逻辑运行的控制核心。采集电梯运行状态信号，以决定电梯运行方式，包括有／无司机、运行、检修、门锁保护、急停保护、消防运行及故障慢车运行等。它也采集各楼层的高速模型相结合使电机的呼梯信号及轿厢内选层信号，根据电梯所在位置决定电梯运行方向；它向ACS600变频器发出控制命令信号，包括速度信号和速上下行驶信号，保证电梯安全可靠运行。由变频器构成拖动模块，采用ABB生产的ACS600系列变频器。从控制模块接收速度信号和上下行驶信号，按内部设定运行曲线对电梯拖动系统实现速度控制，完成电梯的灵活调速、控制、高精度平层和提高乘坐舒适感等功能。

2．控制系统的硬件组成

控制模块采用总线结构。根据电梯运行原理及实现的功能，设计系统硬件，图2为模块结构图。它由CPU板，输入输出板，开关电源以及总线基架组成。其中CPU板由单片机、64K程序存储器、64K数据存储器、2路16位定时/计数器、2路RS-232接口、8路并行I／0接口组成。

该模块可通过RS-232接口实现与上序的离线或在线编辑、汇编、监控和调试，给程序的编写及现场调试带来很大的方便。微机的输入、输出信号的电平、传递速度、传递方式通常都有要求，这就需要接口电路来协调，以使接收控制信号可靠地控制继电器和接触器的工作。我们采用的是光电隔离32路开关输入、输出板，可以消除公共地线和电源的干扰，从而使工业设备和微机系统可靠工作。输入板是光电隔离32路开关量。

图2工作模块结构图

输入板STD5372板，它是一种带光电耦合器件的开关量输入板，可以实现总线与被测工业设备或数字仪器之间的光电隔离，32个开关量输入，占用4个连接的口地址，采用单端输入，工作模式为CPU扫描输入。输入板实现对各楼层上(下)行外呼梯信号的采集；实现对轿厢内选信号及电梯运行状态信号的采集；实现对电梯井道信号和保护信号的采集；及相应的输出信号；接口与总线的连接(见图3)。

图3接口与数据总线的连接

电梯的运行方向，楼层的信号，都由指示灯输出显示，我们使用的是发光三极管，因为它耗电少无需太大的驱动接口，配合矩阵方式可以减少元器件的个数。微机控制系统产生速度指令曲线比一般电梯要灵活的多。它采用数模转换器D/A，将微机送来的数字量转变为模拟量，构成速度指令曲线。只要微机给出的数字不同就可以得到不同的指令曲线，因此微机根据运行距离长短，速度快慢给出不同的数字就可以得到不同的指令曲线。控制电梯缓起、加速、缓停，

使乘梯人没有不舒适的感觉。

电脑电梯大多省去选层器，而电梯在运行中必须知道自己所处的位置，才能正确指层，正确选择减速点，正确平层。为此需要一个装置，能计算电梯行走的距离，再与内存中每一层的高度相比较就知道现在是在第几层，需要向什么方向行驶，要在第几层停止，以便发出相应命令。计算电梯运行距离的方法很多，较为简单的方法是采用光电码盘。这样只要用计数器计算出光码盘的脉冲数，就可知道电梯运行的距离。

3．制动单元的选择

在变频器应用中，当轿厢空载上升或重载下降时，拖动系统都存在位能负荷下放，电动机将处于再生发电制动运行状态，使从电动机回馈的能量通过逆变环节中并联的二极管流向直流环节充电，当回馈的能量较大时，会引起直流环节电压升高，对变频器逆变桥构成危险，发生故障；电动机急剧减速也会造成上述现象。解决的办法是在变频器直流环节上并接制动单元和制动电阻。

(1)制动单元

制动单元是变频器的一个可选组件，其内设有检测和控制电路，其工作时对变频器的直流回路电压在线检测，当电压值超过设定允许值时，滞环比较器翻转，经逻辑转换后触发制动晶体管导通，经过电阻释放能量使电压降低，维持变频器正常工作。一个制动单元并接几个制动电阻，需根据实际工况计算选择。

(2)制动电阻的选择

变频器在采用制动单元时，必须做到不同功率的制动单元与其相应功率的制动电阻相配合，以达到扩展制动功率的目的，在外接制动电阻进行制动的情况下，电阻应能在系统再生时吸取负载回馈电能的80％，其余20％可通过电动机以热能耗散。此时制动电阻值

R=U/CD21.047(TB一0.2TM)n1

式中UCD-----直流电压，对400V变频器取值760（V）；

TM-----电动机的额定转矩(N・m)；

TB一制动转矩(N・m)。

微控制器范文第4篇

逆变器是交流微电网的关键电气装备，其控制策略与微电网的安全、稳定、高效和经济运行密切相关。本论文主要从交流微电网逆变器存在的技术问题，针对微电网中单台逆变器的控制，从频域的角度，就基波和谐波功率的控制策略进行了分析和述评，并且就多台逆变器的管理控制进行了交流微电网逆变器控制策略的探析，希望为研究交流微电网逆变器的专家与学者提供理论参考依据。

【关键词】交流微电网 逆变器 控制策略

微电网技术实现了再生资源、电力网络系统融合，在提升资源利用效率的同时，带来较大的经济效益和技术效果，从而实现能源的节约管理。微电网技术分为交流微电网、直流微电网和直交混合微电网，这些不同的分类需要针对实际网路的用电情况进行调整。在进行交流微电网的管理中，逆变器是关键的组成部分，在整个微电网的管理中占据重要的份额，需要对逆变器进行管理，提升逆变器的管理技术和管理方法。

1 交流微电网逆变器存在的技术问题

交流微电网在管理的过程中可能存在较大的问题，这个是和其系统构架分不开的，微电网主要的组成部分是分布式的电源和储能式的单元，这些单元在运行中都需要逆变器来进行维护，对于逆变器的管理可能存在一定的问题，造成逆变器在管理的过程中，因为线路之间的复杂性，造成逆变器的管理达不到要求，技术性的难题较多。微电网运行需要满足相互之间各种模式的转换，并且在并网中进行离网的控制，在这两种情况下进行网络的切换本身技术难度较高，对于逆变器的要求更加明显。

从空间方面分析，微电网中的逆变器的数量较多，这些逆变器在管理的过程中也是需要关注的问题，相互之间的调控和管理等问题突出，为了使管理更加协调，需要重视对技术的控制。而且从频率的角度出发，需要将逆变器的高速开关等进行灵活的控制，掌握好相互之间的频率转换，这些都是需要研究的问题，也是在管理中将要面临的挑战。

2 逆变器的控制策略分析

2.1 单台逆变器基波的控制

如图1所示，单台逆变器在电网运行中主要是通过三相两电平电路对信号进行控制，合理的控制PCC处连的连接和电网的连接，从而实现逆变器和电网的管理，使得电网的控制更加的灵活。但是在进行管理的过程中需要将基波进行控制，合理的控制离网的位置，将离网运行中的不平衡功率进行控制，实现可再生能源逆变器做恒功率运行。

2.2 单台逆变器谐波控制策略

任何逆变器在管理的过程中都会产生一定的谐波，因此在进行微电网的管理中需要对谐波进行一定的控制，首先在电网中尽量不要增加一些辅助设备，尽可能的利用并网逆变器的闲置功率容量进行工作，这样可以改善微电网的电能质量。其次需要针对电网电压进行控制，对电网的电压和指令电流进行控制，防止因为电网电压不同步造成的谐波的产生。

3 多台逆变器的管理控制

微电网的运行是一个整体，在运行的过程中需要控制逆变器的运行，尽量的达到同步，但是逆变器在运行中不能像转子一样存在惯性，因此需要在其中增加一定的储能，实现负荷状态中的能量平衡，保证逆变器的运作，实现能量的平衡。同时，可以对微电网实行分散式的管理，提升对电网的控制力度，分散式的为电网管理，赋予每个逆变器本地控制的不同功能，单独的对逆变器进行控制，从而完成对微电网的各种优化控制和辅助服务。

相较于集中式的控制来讲，分散式控制最大的优势在于可以保证逆变器获得更多的信息，对数据通讯的要求也更低，系统在开放性方面更强，系统的运行也更加流畅，但是该系统在全局性方面较差，系统的整体决策变的困难，因此需要针对方面的问题及进行完善，将集中式和分散式的逆变器管理系统进行融合，进一步提升微电网的管理质量。

3 结语

综上所述，微电网的出现，在一定的程度上替代了传统逆变器的控制方式，但是在使用中需要进一步控制谐波等问题，并根据不同的需要对逆变器实行集中或者分散式的管理，将微电网的管理与实际进行结合，从而进一步增加管理的有效性，提升配电网管理的效率。

参考文献

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[5]钱照明，张军明，盛况.电力电子器件及其应用的现状和发展[J].中国电机工程学报，2014（29）.

作者简介

邹存芝（1980-），女，硕士研究生学历。现为哈尔滨石油学院信息工程学院讲师。研究方向为电机调速与控制、传感与检测技术。

微控制器范文第5篇

微控制器（microcontroller）自上世纪70年代出现以来，在将近30年的时间里得到了迅猛的发展和广泛的应用。随着微电子技术的飞速发展，微控制器以其性能好、体积小、价格优、功能齐全等突出优点被广泛应用于家用电器、计算和外设、通讯、工业控制、自动化生产、智能化设备以及仪器仪表等领域，成为科研、教学、工业技术改造最得力的工具。从最初采用普林斯顿结构的简单微控制器到现在普遍采用哈佛总线结构的risc微控制器，微控制器取得了飞速的发展。

8位微控制器目前应用数量最大的微控制器，也是目前最多公司致力耕耘的市场；其市场及价格竞争都极为激烈，各种多功能需求以及不同规格的产品推陈出新的速度也极为快速。随着集成电路和半导体工艺技术的快速发展，fpga和soc技术的不断竞争和融合，电子产品的设计逐渐向系统性能更好、功耗更小、成本更低、可靠性更高、开发更容易的方向发展。因此，迅速推出符合市场需求的高性价比、低功耗、高经济效益的8位微控制器芯片或ip core成为了现今不少公司竞争相逐的热点。

2.目前8位微控制器的更新和设计趋势

对于不同的微控制器（mcu）产品应用，不仅需要考虑不同厂家mcu的性价比，而且还需要考虑不同指令系统下mcu应用特点。针对不断涌现出来的新的智能化电子产品，们一直在开发适合于不同嵌入式系统应用的mcu新产品[2].不同厂家的mcu产品其指令集各不相同，特别是指令集系统架构的不同，如市场上广泛应用的mcs51系列和pic系列微控制器则分别采用cisc指令系统和risc指令系统。

微控制器按照指令系统可以分为cisc、risc、类risc（risc-like）等几种。传统的mcs51控制器属于cisc型，其代码密度高，但大多数指令需要多个时钟周期完成。risc型一般指令密度较低，但指令效率很高。类risc型则兼有cisc和risc的优点。risc和类risc之所以有如此高的指令效率，得益于小指令集带来的硬布线结构和流水线结构。简单的指令集可以用硬布线进行指令译码，而不需要用微码控制的方式，提高了译码的效率。流水线结构将指令分成几步完成，在流水线填满工作时，每条指令的平均执行时间（cpi）在1个时钟周期左右[3].一般来说，risc比同等的cisc要快50%——70%，同时更容易设计和纠错。

因此，目前对8位微控制器的产品开发和研究设计主要是以兼容市场上已被客户广泛采用的产品为前提，不断提高性能并降低功耗以适应市场竞争和技术发展。对于原先为cisc指令系统的微控制器产品，在层出不穷的更新系列中已经渐渐的融合进了risc思想；对于采用risc指令系统的微控制器来说，更多的做法仍然是针对高性能低功耗的需求对其整个体系架构不断地进行优化和改善，尤其是流水线结构的改进最为多见。本文正是在种形势下提出的，主要讨论risc体系架构的8位微控制器产品的设计技术。

3.risc微处理器的结构特征和设计原则

虽然现在业界对risc 处理器应该具有什么特征还有不同的看法，但是各种risc结构都有一些共性：（1）采用哈佛总线结构，大多数指令在一个时钟周期内完成以便于实现结构流水化；（2）采用独立且简单的装载/存储结构；（3）指令解码通常都是硬连线实现而不是微解码，以便加快执行速度；（4）多数指令具有固定格式，以简化指令编码和译码；（5）较小的指令集和少数几种寻址模式；（6）数据通道流水线化，使处理过程高度并行；（7）采用大容量高速寄存器堆（或称为寄存器文件），尽量避免与速度较低的系统ram交换数据。尽量将运算数据存放在寄存器中，从而减少访问内存的次数。根据以上的讨论，下文重点从体系架构的角度出发，就高性能、低功耗两方面对8位risc微控制器在设计中的关键技术进行了探讨研究。

4.关键技术

4.1 risc指令集的选取

控制器系统的使用跟软件编程与硬件设计之间的规格接口密切相关，这个接口就是微控制器的指令集。指令体系结构（isa）是进行微处理器软硬件协同设计的前提。指令集必须完备，使所有可计算的功能都在合理的程序空间内得以实现；而且指令集又必须是高效的，以便使常用的功能可以用相对少的指令实现。因此，提供给应用软件开发的微控制器系统必须有一个完备而高效的指令集。

指令集直接决定微控制器的内部硬件结构，同时也是用户程序编译生成目标代码的依据。指令集的最终确定与整个系统所需的程序存储器、数据存储器、寄存器变量及存储器寻址方式密切相关且相互制约。各个部件乃至具体的字节都应该有唯一的地址，以便指令集能够正确对各个部件或字节进行辨认操作。因此也就有了相应的一系列针对不同产品的不同措施： 1）从所需要的地址度和相应增加的寄存器来权衡指令的长度；2）对指令进行分类并分别确定各类的指令字节格式，以简化操作控制信号的译码逻辑；3）增加相应的寄存器以弥补指令字节长度的不足；4）指令字节格式分配应考虑到相应部件的结构复杂度及对应的寻址方式；5）存储器、寄存器、i/o口是否统一寻址。以上所列举的并不详尽也无先后顺序之分，应该同时进行分析。相应的措施所对应的性能、功耗、设计复杂度各不一样，应统一考虑。

对isa进行功耗分析应该从指令代码容量和指令执行效率两方面考虑。指令集大小、寄存器变量、存储器寻址方式、流水线结构等技术的选定都和指令代码密度有紧密联系。研究发现，在risc的精简指令集中适当增加一些特定的复杂指令不失为提高代码密度、保证处理器高性能、低功耗的可行方法。因此能够产生高指令代码密度的指令集无疑是risc低功耗设计的首选。

4.2 具有共享区的寄存器堆的分页设计

risc设计思想的最主要特点是所有的操作都是面向寄存器的。利用寄存器——寄存器操作的指令进行数据传送，加快了速度，而且还简化了指令控制逻辑，缩小了硬布线逻辑构成的控制部件的芯片面积。

在指令中固定寄存器地址的位数必然限制寄存器的数量，但是引入高端处理器的分段、分页的设计思想就可以扩展寻址的范围。分段、分页的设计思想的根本出发点在于将存储器的线性地址分解成二维或多维地址；在指令中只表达最低维地址，而使用其它设施（如段号寄存器、页号寄存器）用来存放高维地址。一般将寄存器堆分成若干个页，每个页有固定的大小，在指令中只使用寄存器的页内地址。在系统专用寄存器中设置一个页号寄存器，通过改变其内容来切换对不同页寄存器的访问。

为克服单纯分页机制中的各种缺陷，通常采用具有共享区的分页设计，这样不仅减少了指令中寄存器逻辑地址的位数，而且在任何时候都能够访问系统寄存器，同时便于不同页寄存器之间通过共享区中的通用寄存器交换信息。当然还得有相应的逻辑地址到物理地址的映射的方法措施。

4.3 程序空间的分页设计

由于和寄存器堆同样的原因，在指令中若采用完整的程序空间地址，也会局限程序空间的大小，所以对程序空间通常也采用了分页的设计思想，同时在不同页内设置了公共程序区（若指令长度完全符合程序空间地址的要求，则无需此思想），其设计思想类同于具有共享区的寄存器分页设计，在此不再赘述。唯一与寄存器公共区不同的是：程序公共区是为程序在不同页之间跳转提供平台。

4.4 流水线技术

流水线设计与8位risc微控制器体系架构密不可分，是整个系统的设计核心，它的选用优劣直接影响到系统的性能和功耗。

流水线技术能最大限度地利用了微控制器资源，使每个部件在每个时钟周期都工作，大大提高了效率，但由于流水线的各个段之间存在很强的依赖关系。如果处理不当， 指令的运行将达不到预期的结果，因此必须熟知流水线的相关和转移问题。其一为资源冲突， 即同一时间内争用同一功能部件， 一般为同时访问存储器， 这就需要停顿一拍流水线； 其二为数据相关冲突， 有三种类型： raw、war、waw ， 解决该冲突使用内部直通结构或者延迟一拍流水线； 其三为控制转移冲突， 即对于条件跳转指令， 根据运算结果判断是否跳转， 才能确定新的pc值， 运算结果是在执行阶段后获得， 这使流水线丧失很多的性能， 一般采用增加硬件预先获得运算结果解决该冲突。

越是长的流水线，相关和转移两大问题也越严重：一方面导致硬件控制电路复杂程度大大增加， 另一方面， 由于流水线节拍的停顿， 导致cpi值的增大及系统性能的下降。所以，流水线并不是越长越好，找到一个速度与效率的平衡点才是最重要的。

在8位risc微控制器的流水线设计中，存在很多种方案。不同方案所对应的面积、速度与功耗各不相同。具体的选用则应该从多个方面融合考虑。首先应该由系统的工作速率要求和流水线级数、深度推导出多种具体的流水线结构方案及其所需要的严格时序；然后从系统的功耗、面积、性能及由流水线相关和转移问题引起的设计复杂度等方面考虑出发，判断各方案的优劣；最后折衷选择符合的最优方案。

4.5 低功耗技术

随着半导体工业的迅猛发展，集成电路进入深亚微米阶段，微处理器的时钟频率和芯片集成度不断提高，功耗已在很多设计领域成为了首要关注的问题，这点最为突出的即是高性能微处理器和便携电子设备产品。

在根据系统功能说明进行软硬件协同设计、确定指令体系结构时，不同的设计出发点所导致的设计功耗结果差别会很大。因此整个体系架构的确定无疑是低功耗问题应该考虑的首要问题，主要体现以下几个方面：1）尽可能根据功能需求优化指令集，简化系统的译码单元和执行单元；2）通过开发硬件的并行性以及功能单元的流水执行来实现低功耗的结构；3）合理设置确定存储器、寄存器的容量，减少所需的总线数目；4）系统硬件的各个子模块划分以及软件上设置不同的工作状态对功耗的优化非常重要。