电力系统继电保护-第2章-继电保护的硬件构成

• 其次是CISC（Complex Instruction Set Computer， 复杂指令集计算机）处理器体系，我们所熟知的 Intel的X86处理器就属于CISC体系，CISC体系其实是 非常低效率的体系，其指令集结构上背负了太多包袱 ，贪大求全，导致芯片结构的复杂度被极大的提升。
嵌入式开发环境
3. 继电器的继电特性
继电特性——无论起动和返回，继电器的动作都是 明确干脆的，它不可能停留在某一个中间位置。
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1
1
6
2
当Ik Iop时 : 继电器根本不动作
当Ik Iop时 : 动作
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3
4
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I rek J
继电特性图
Iopk
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继电器能够突然迅速地 动作，稳定可靠输出低 电平或闭合其触点.
• 单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实 时工控、通讯设备、导航系统、家用电器等。各 种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级 换代的功效，常在产品名称前冠以形容词——“ 智能型”，如智能型洗衣机等
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经典51单片机配置
• 8位CPU·4kbytes程序存储器(ROM) (52为8K) • 128bytes的数据存储器(RAM) （52有256bytes的 RAM） • 32条I/O口线·111条指令，大部分为单字节指令 • 21个专用寄存器 • 2个可编程定时/计数器·5个中断源，2个优先级 （52有6个） • 一个全双工串行通信口 • 外部数据存储器寻址空间为64kB • 外部程序存储器寻址空间为64kB
• 嵌入式片上系统(System On Chip) ：
• SoC 就是System on Chip ，SoC嵌入式系统微处 理器就是一种电路系统。 • 它结合了许多功能区块，将多种功能做在一个芯 片上，如ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其他的 微处理器核心，以及通信接口单元，如USB、 TCP/IP、GPRS、GSM、IEEE1394、蓝牙模块接口等 等。 • SOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻 辑等应用领域中发挥重要作用。 • 成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内 嵌入操作系统的代码模块。 • 运用Verilog HDL等硬件描述语言进行系统设计， 直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，通 过仿真之后就可以直接下载到FPGA完成产品。
• 嵌入式处理器 • DSP（数字信号处理器） • PLC（可编程控制器）
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微处理器的选择原则：
• 速度 • 功能 • 通用性 • 工作环境
发展方向：
• 高性能（速度提高，精度提高，可靠提高）； • 全功能（集成A/D转换，存储器，通讯接口，定时器 等）
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一、单片机
• 单片机（Microcontrollers）是一种集成电路芯 片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处 理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读 存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计 数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调 制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路） 集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计 算机系统，在工业控制领域广泛应用。
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四、PLC可编程控制器
• 可编程逻辑控制器是种专门为在工业环境下应用而设计 的数字运算并直接操作强电设备的电子系统。 • 它采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运 算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令， 通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械 设备或生产过程。
处理器 Motorola ARM MIPS I960 X86 ……
位宽 4-bit 8-bit 16-bit 32-bit
全球份额 10亿 10亿 10亿 2.5亿 31.5亿 嵌入式处 理器 PC处理器
1.25亿
• 嵌入式处理器按功能分类：
嵌入式微控制器 MCU
嵌入式DSP处理器 DSP 嵌入式处理器 嵌入式微处理器 MPU
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51单片机的开发
外围电路开发，汇编/C语言开发
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二、嵌入式处理器
• 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅 助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初 的4位处理器，目前仍在大规模应用的8位单片机 ，到最新的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式 CPU。 • 源于单片机技术，性能与功能都比单片机高很多
3、控制能力强
单片机指令丰富，能充分满足。工业控制的各种要求。
4、低功耗，低电压
为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为 1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。
5、易扩展
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• 和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。概括 的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小 、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供 了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算 机原理与结构的最佳选择。
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三、DSP数字信号处理器
• 数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的 理论和技术。 • 数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信 号进行测量。因此在进行数字信号处理之前需要 将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数 转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变 换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。 • 数字信号处理器是针对某类特定数据做专门计算 处理的专用处理器（非通用。）
• 自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。
• 医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。 • 家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、 玩具与游戏等。 • 上述功能使用DSP可在硬件层面直接完成效率较高，若使用普通微处 理器也可完成，但只通过软件方式，效率低下。
当I k I re时 : 返回
继电器又能突然地返回原 位,稳定可靠输出高电平， 或触点重新打开.
返回电流与启动电流的比值称为继电器的返回系数
I re Kre I op
过量继电器返回系数<1，通常为0.85-0.95
欠量继电器返回系数>1，通常为1.02-1.05
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2.2 微处理器简介
• 单片机
嵌入式片上系统 SOC
• 嵌入式微控制器：
• 微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于 控制，是目前嵌入式系统工业的主流。 • 微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小， 从而使功耗和成本下降、可靠性提高。 • 嵌入式微控制器的典型代表是单片机，目前在嵌 入式设备中仍然有着极其广泛的应用。 • 单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总 线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、 脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等 各种必要功能和外设。
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• 嵌入式系统由软件结构和硬件结构组成：
应用程序
软件结构 操作系统
输入 存储器 处理器 输出
硬件结构
• 典型嵌入式硬件结构：
电源 模块
外围电路 微处理器
Flash
时钟
MPU 复位
RAM
ROM
外设 USB LCD Keyboard Other
• 嵌入式微处理器的特点：
• 对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且 有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内 核的执行时间减少到最低限度。 • 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系 统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间 出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功 能，同时也有利于软件诊断。
• 从上世纪80年代，由当时的4位、8位单片机，发 展到现在的300M的高速单片机。
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单片机具有以下特点
1、有优异的性能价格比
目前国内市场上，有些单片机的芯片只有人民币几元，加上少量 外围元件，就能构成一台功能相当丰富的智能化控制装置。
2、集成度高，体积小，可靠性好
单片机把各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结构，减 少了各芯片之间的连线，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能 力。而且，由于单片机体积小，易于采取电磁屏蔽或密封措施， 适合于在恶劣环境下工作。
电力系统继电保护
第2章 继电保护的硬件构成
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2.1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
继电器
继电器的作用：是一种能自动执行断续 控制的部件
控制原理：当其输入量达到一定值时， 能使其输出的被控制量发生预计的状态 变化（翻转），如触点打开、闭合或电 平由高变低、由低变高等，具有对被控 电路实现“通”、“断”控制的作用。
1. 继电器的分类和要求
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实际应用：
• 语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、 语音储存等。 • 图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动 画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。 • 军事；保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台 、搜索和反搜索等。 • 仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。
• 可扩展的处理器结构，以能最迅速地开发出满足应用 的最高性能的嵌入式微处理器。
• 嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的 无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式 系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。
• 嵌入式微处理器比PC处理器应用更广泛：
• 全世界只有4%的计算机处理芯片用于计算机中：
电磁型
感应型
按照动作原理可分为：
整流型 电子型 数字型 电流继电器 电压继电器
按照反应的物理量可分为：
起动继电器
量度继电器 时间继电器
功率方向继电器
阻抗继电器 频率继电器
瓦斯（气体）继电器
按照作用可分为：
中间继电器
信号继电器
出口继电器
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晶体管时间继电器