江晓辉毕设中期报告

河北工业大学本科毕业设计（论文）中期报告

河北工业大学2013届本科毕业设计（论文）中期报告

毕业设计（论文）题目：基于PIC单片机的智能电容器设计

适用专业：自动化专业 学生信息：学号：102955 姓名：江晓辉 班级：自动化103 指导教师信息：教师号：05119 姓名：孙曙光 职称：副教授 报告提交日期： 2014年4月21日

一、芯片选型与系统的整体设计方案

1、单片机的选型与功能确定

PIC32MX系列单片机是一款具有低功耗、运行速度高、代码压缩率高、外围电路简洁等高性能的32位内核单片机，其最高的频率可达80MHz。单片机内部带有片内低功耗RC振荡器的可配置看门狗定时器，5路捕捉输入，5路比较/PWM输出，最多16路通道的10位模数转换器（最高可达1000 ksps的转换速度），单周期乘法单元和高性能除法单元，用在需及时响应的功率补偿系统中非常的适合。PIC32MX320F系列单片机还具有以下共同特征：

1、带5级流水线的MIPS32M4K32位内核，采用国内单单片机很少使用的哈佛结构，有单周期的乘法单元和高性能的除法单元。

2、运运行速度高，其最高频率可达80MHZ，并且采用哈佛结构，使得其运行速度更加的快速。 3、具有集成32 KB至512 KB的闪存，同时还配备了8 KB至32 KB的SRAM存储器。

4、最多具有84路通用I/O口，其具备以下特性：可单独使能、禁止输出引脚的漏极开路；可单独使能、禁止输入引脚的弱上拉；监视选择性输入并在检测到引脚电平状态发生变化时产生中断；可在CPU休眠和空闲模式下继续工作；可使用CLR、SET和INV寄存器进行快速位操作。

5、5个16位定时器/计数器 （两个16位定时器对组合可构成两个32位定时器）

6、2个编程和调试接口双线接口，可与应用程序进行非抢占式访问和实时数据交换，是4线MIPS标准增强型JTAG接口。

7、5个外部中断引脚，该款单片机采用一个同步、 异步16位定时器，它可作为自由运行的时段定时器使用，且支持以下四种模式：同步内部定时器、同步内部门控定时器、 同步外部定时器和异步外部定时器。

8、PIC32系列的SPI模块与Motorola的SPI和SIOP接口兼容，还具有以下特性：支持主/从模式、4种不同的时钟格式、支持帧SPI协议、标准和增强型缓冲模式 （增强型缓冲模式并非在所有器件上都可

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用）、用户可配置的8位、16位和32位数据宽度、PI接收和发送缓冲区是FIFO缓冲区，在增强型缓冲模式下为4/8/16级深、针对每个8位、16位和32位数据传输的可编程中断事件和音频协议接口模式。

PIC32MX系列单片机的A/D转换口在引脚AN0-AN15（也就是RB口的RB0-RB15），最多有16路通道的10位模数转换器。模拟采样包含两个步骤：采集和转换 。在采集期间，模拟输入引脚将与采样、保持放大器 （SHA）连接。对引脚进行足够时间的采样之后，采样电压将等于输入电压，引脚会与SHA断开，以便为转换过程提供稳定的输入电压。然后，转换过程会将模拟采样电压转换为二进制表示形式。采集时间可以手动或自动控制。在用户软件中，采集时间可以通过将SAMP位（AD1CON1<1>）置1来手动启动，并通过清零SAMP来手动结束。采集时间也可以通过A/D转换器硬件自动启动，并通过转换触发源自动结束。采集时间通过SAMC位（AD1CON3<12:8>）进行设置。

PIC32MX系列单片机的定时器分为A类（带有门控功能的16位同步/异步定时器/计数器）和B类（带有门控和特殊事件触发功能的16位和32位同步定时器/计数器）两大类。大多数PIC32MX系列器件都至少包含一个A类定时器；通常为Timer1。A类定时器带内置振荡器的异步定时器/计数器、可在CPU Sleep（休眠）模式下工作、可通过软件选择1:1、1:8、1:64和1:256预分频比；B类定时器可由两个16位定时器构成32位定时器/计数器、可通过软件选择1:1、1:2、1:4、1:8、1:16、1:32、1:64和1:256预分频比、事件触发功能。每个定时器模块都是一个16位定时器/ 计数器，包含以下特殊功能寄存器：TxCON与定时器相关的16位控制寄存器、TMRx16位定时器计数寄存器和PRx与定时器相关的16位周期寄存器；此外，每个定时器模块还具有以下用于中断控制的相关位：TxIE中断允许控制位 （在IEC0中断寄存器中）、TxIF中断标志状态位 （在IFS0中断寄存器中）、TxIP<2:0>：中断优先级控制位 （在IPC1、IPC2、IPC3、IPC4和IPC5中断寄存器中）和TxIS<1:0>：中断子优先级控制位（在IPC1、IPC2、IPC3、IPC4和IPC5中断寄存器中）。

在智能电容补偿无功功率这个系统中，此款单片机主要发挥了下列几方面的应用：通信、数据采集、液晶显示、功率因数等运算。

2、FPGA的选型与功能确定

PROASIC3E是一款Flash FPGA（可编程门阵列），ProASIC3/E系列器件以非易失Flash技术为基础，支持3万到300万门密度和多达616个高性能I/O端口。ProASIC3/E内部主要分为三块：可编程逻辑单元（是由Flash RAM制成的4或6输入真值表，加一个D触发器构成）、可编程的连线和可编程的I/O模块。由于这款器件具有最低的单位成本、最低的整体系统成本、单一芯片，可实现在系统编程、等效系统门数可达3M个、运行频率可达350MHz、带FlashLock 设计保护功能和加密的ISP，带硬件布线的AES加密算法，所以其具有以下特性：

1、高性能：增强的高性能架构，工作频率高达350MHZ，逻辑门利用率可达95%。

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2、单芯片：在系统上电时需要额外配置发挥内存以载入器件配置数据，从而减低成本，增加了安全性和系统稳定性。

3、安全ISP：支持内置的AES解密引擎以及在业界处于领先地位的基于Flash的ASE-128密匙，以便设计人员可以利用加密位流通过公共网络来进行安全的远程现场控制。

4、用户非挥发内存：1024位片内用户可访问的非挥发FlasdROM(FROM)，可以满足不同系统应用的需求。

5、上电即行：大幅简化了系统设计，使得器件可以执行重要的系统初始化任务，并节省了Bom成本和PCB空间。

6、固件错误免疫：Flash单元配置元素不会被高能中子改变，因此PROASIC3E器件与基于SRAM的FPGA不同，它具有中子引发的固件错误免疫力。

7、低功率：极少出现加电浪涌电流和大电流转换，而这是许多FPGA器件经常出现的问题。此外PROASIC3E器件还具有很低的动态功耗。

8、固件安全性：利用128位FLASH-Lock技术和固有的Flash技术特性，为可编程逻辑设计提供最完备的安全解决方案。

FPGA主要有三个用途，（1）用在通信设备的高速接口电路设计；（2）数字信号处理方向或数学计算方向；（3）SPOC方向，利用FPGA搭建一个嵌入式系统的底层硬件环境，然后设计者主要是在上面进行嵌入式软件开发。

在智能电容进行无功补偿的系统中，其受PIC32MX系列单片机控制，完成智能电容器复合开关的投切工作。

3、智能电容器的整体设计方案

对于传统无功补偿装置来说，低压电器柜内主要是由一个控制器、电容器若干组和投切开关以及一些保护部件组装而成，其存在很多不足之处，如整柜元件多、体积大、安装接线复杂、可维护性差、各元件间单一连接等，且不能对整机进行自我诊断，起不到对每组电容器电流及温度的保护作用，可靠性低，安全性差，在实际的应用中不确定的安全因素很 …… 此处隐藏：3507字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……