基于单片机C8051F060的智能功率柜
摘要：简要介绍了智能励磁功率柜的概念及C8051F060单片机的特点，详细论述了基于C8051F060的智能励磁功率柜的结构、原理以及与CAN总线通信的实现方法。该控制方案系统集成度高、硬件简单、工作可靠，具有很好的推广价值。１ 引言
随着发电机容量的不断增大，对励磁系统的要求越来越高。国内目前使用的各类励磁调节器都非常先进，但功率柜的制造水平却不尽如人意，这势必影响励磁系统整体性能的提高?进而妨碍整体发电系统性能的提高。
目前，国产的励磁功率柜普遍存在检测功能不全、信息传送技术、控制和检测技术落后等问题。为了解决这一问题，本文给出了通过采用高集成度单片机Ｃ８０５１Ｆ０６０实现的智能励磁功率柜与ＣＡＮ总线的通信方法，该方案具有完备的检测、控制和通信功能。
２ Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机的特点
Ｃ８０５１ＦＸＸ系列单片机是美国ＣＹＧＮＡＬ公司推出的一种与５１系列单片机内核兼容的单片机。仅就笔者对Ｃ８０５１Ｆ０６０的使用实践介绍一下其新特点：
（１）内核采用流水线结构，速度可达２５ＭＩＰＳ（２５ＭＨｚ晶振），比普通的５１单片机快１０倍；其指令与标准系列５１单片机兼容，因而掌握开发过程非常容易；该芯片的ＪＴＡＧ调试方式支持在系统、全速、非插入调试和编程，且不占用片内资源。
（２）片上集成有６４ｋＢ Ｆｌａｓｈ、４３５２Ｂ内部ＲＡＭ（２５６＋４ｋＢ，可外扩至６４ｋＢ）、５９个Ｉ／Ｏ口、 ２通道１６位１ＭＳＰＳ的可编程增益ＡＤＣ、８通道１０位２００ｋＳＰＳ可编程增益ＡＤＣ、２路１２位ＤＡＣ、３路模拟比较器、内部电压基准以及片内电源监视、降压检测和看门狗等功能。由于Ｃ８０５１Ｆ０６０的高集成度，因而无需外扩ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＡＤ、ＤＡ、ｗａｔｃｈｄｏｇ、可编程Ｉ／Ｏ口和ＥＥＰＲＯＭ（用片内Ｆｌａｓｈ实现），从而大大简化了硬件电路，并为构成以Ｃ８０５１Ｆ０６０为核心的单片机系统创造了条件，同时也提高了系统的可靠性。
（３）片内集成有２个ＵＡＲＴ、１个ＳＭ（兼容Ｉ２Ｃ）和１个ＳＰＩ。最为便利的是，Ｃ８０５１Ｆ０６０集成了ＣＡＮ总线控制器，这使得ＣＡＮ总线具有开发费用低廉、抗干扰性强、可适用于工业现场应用等特点，并可广泛应用于干扰环境非常严重的各种工业现场测控领域。Ｃ８０５１Ｆ０６０只需加上ＣＡＮ总线收发电路就可挂接到ＣＡＮ通信网络上，因而大大简化了通信系统的设计，减少了通信节点受干扰的概率。
（４）可编程的１６位计数器阵列?ＰＣＡ?有６个捕捉／比较模块和５个通用１６位计数器／定时器，这一为要求定时器／计数器具有较多的测控节点提供了方便。
（５）Ｃ８０５１Ｆ０６０能满足绝大多数工业测控节点的要求，能够形成以Ｃ８０５１Ｆ０６０为核心的单片机系统，如果配以外围测量单元，还可形成完整的测控节点。
３ 智能励磁功率柜的系统结构
智能功率柜系统原理框图如图１所示。功率柜中最关键的部件是三相全控桥，控制此桥的`核心参数为触发角度，该参数可由ＣＡＮ总线通过调节器送出，同时送达本地柜应发的电流值。经检测得到的输出电流与调节器的应发给定电流进行比较并完成ＰＩ运算，即可产生新的微调触发角度。该触发角度经ＰＣＡ形成触发脉冲继而驱动三相全控桥，从而实现柜间均流。与此同时，通过信号检测模块还可将柜内温度、晶闸管通断状态、输出电流值送入微控制器，以对各参数进行计算分析，并将其与设定的阈值进行比较，最后实时显示测量结果，同时报警。