Контролер двигуна змінного струму

ЗМІСТ

ВСТУП 7

1. АНАЛІЗ ОСОБЛИВОСТЕЙ КЕРУВАННЯ ДВИГУНОМ ЗМІННОГО СТРУМУ 15

1.1. Особливості алгоритму управління та принципи роботи двигуна 15

1.2. Побудова математичної моделі 17

2. ВИБІР ЗАСОБІВ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ КОНТРОЛЕРА 22

2.1.  Вибір апаратних засобів 22

2.2. Вибір програмних засобів 30

2.3. Розробка структурної схеми контролера 32

3. ПРОЕКТУВАННЯ КОНТРОЛЕРА ДВИГУНА ЗМІННОГО СТРУМУ 35

3.1. Розробка граф-схеми алгоритму програми управління роботою контролера 35

3.2. Розробка функціональної схеми контролера 36

3.3. Розробка електричної принципової схеми контролера 38

4.ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА 41

4.1. Техніко-економічна характеристика проектної розробки. 41

4.2. Визначення комплексного показника якості 41

4.3. Розрахунок лімітної ціни нового виробу 44

4.4. Визначення показників економічної ефективності проектних рішень 45

4.4.1. Умови економічної ефективності 45

4.4.2. Визначення собівартості і ціни спроектованого пристрою 47

4.4.3. Розрахунок терміну служби пристрою за амортизаційним терміном 48

4.4.4. Визначення економічного ефекту в сфері експлуатації 49

4.5. Підсумки до розділу 50

5. ОХОРОНА ПРАЦІ 51

5.1. Характеристики об’єкту дослідження 51

5.2. Ураження людини електричним струмом 51

5.3. Заходи і засоби електробезпеки. 54

5.4. Підсумки до розділу 56

ВИСНОВКИ 58

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 59

ДОДАТКИ

ДОДАТОК А. Лістинг  програми

ДОДАТОК Б. Контролер. Перелік елементів

• ВСТУП

Розвиток  нових науково-технічних напрямів включає в себе комплексну автоматизацію  промислових установок, програмне  управління виробничим обладнанням, автоматизовані системи управління технологічними процесами. Вони і визначили тенденції  в управлінні електроприводами. Завдяки використанню досягнень сучасної електронної технології, підсумком розробок систем автоматичного керування електроприводами, орієнтованих на розширення функцій і функціональних можливостей, підвищення надійності і точності роботи систем управління, з'явилися системи мікропроцесорного керування. Перехід від використання переважно аналогової техніки до включення мікропроцесорних пристроїв в системи керування технологічними процесами, дозволив забезпечити їм структурну гнучкість. Такі якісні показники, як висока точність, малий час регулювання, адаптація до постійно змінюваних параметрів електроприводу і зовнішнього середовища, великі функціональні можливості, які визначаються обсягом пам'яті і швидкодією - визначають необхідність застосування мікропроцесорів.

Електродвигун, або електричний двигун - це двигун, електрична машина, в якій електрична енергія перетвориться в механічну роботу. Потужність електродвигунів варіюється від десятих доль Вт до десятків Мвт. Режими роботи електричної мережі, від якої живляться електродвигуни, розрізняються, вони описані в ГОСТ 183-74 як режими S1-S6 [2]. Частота в мережі змінного струму 50 Гц, стандартна напруга в мережі - 220, 380 В. Відповідно, електродвигуни виготовляються під різні стандарти роботи електричної мережі. Живлення двигунів здійснюється постійним і змінним струмом.

Мікропроцесор – це пристрій, який здійснює прийом, обробку і видачу інформації.      Конструктивно        мікропроцесор         містить    одну     або    декілька інтегральних схем і виконує дії за програмою, записаною в пам’яті [3].

Мікропроцесорна система  – обчислювальна, контрольно-вимірювальна або  керувальна  система,  в  якій  основним  пристроєм  обробки  інформації  є мікропроцесор [3].

Сучасні мікропроцесорні  великі інтегральні схеми містять  всі складові ЕОМ – мікропроцесор, пам’ять даних, пам’ять програм, інтерфейсні схеми та   ефективно   використовуються   в   системах   керування   промислового   та  побутового обладнання. Перспективним напрямком розвитку промисловості є мікропроцесорне керування електродвигунами, це актуально у робототехніці, автомобілебудуванні та інших галузях промисловості [3].

Змінний струм  періодично міняє напрямок, звичайно 50 раз у секунду. Деякі двигуни змінного струму мають ротор, на який струм подається через колектор, як у двигунах постійного струму. Але в багатьох двигунів цього типу взагалі немає з'єднань із ротором. Їхня дія заснована на принципі індукції. Минаючий через статор змінний струм створює обертове магнітне поле, як було б у випадку обертання постійного магніту. Це поле, що рухається, змушує струм текти в напрямку обмоток ротора, намагнічуючи його. У результаті ротор обертається, тому що його полюси змушує рухатися по колу обертове навколо ротора магнітне поле. Часто ротор складається з мідних або алюмінієвих стрижнів, кінці яких з'єднують два металеві кільця. Ротор у зборі схожий на клітку, і такі машини називають двигунами з "білячою кліткою", [2] або короткозамкненими двигунами.

Електродвигуни змінного струму поділяються на підвиди:

  -  Синхронні електродвигуни - електродвигуни змінного струму, ротор якого обертається синхронно з магнітним полем живлячої напруги.

-  Асинхронні електродвигуни - електродвигуни змінного струму, в якому частота обертання ротора відрізняється від частоти магнітного поля, що обертається, створюється живлячою напругою [2].

У синхронних двигунах ротор складається з одного або декількох постійних магнітів. Їх полюси притягаються до різнойменних полюсів обертового магнітного поля, тому вони обертаються з однаковою швидкістю. Іноді замість постійних магнітів у роторах використовуються електромагніти, але принцип роботи залишається незмінним. В іншому типі синхронних двигунів використовуються перегони змінного струму для створення магнітного поля, яке покроково обертає ротор із зубчастим колесом. Більшість електродвигунів створюють обертовий рух. Але в деяких з них обмотки статора відкриті й розташовані на одній лінії, завдяки чому створюється магнітне поле, що рухається лінійно разом із провідниковим матеріалом. Такі двигуни називаються лінійними асинхронними. Вони використовуються для відкривання розсувних дверей, транспортування багажу в аеропортах, у швидкісних поїздах [21].

Промисловість виготовляє однофазні, двофазні та трифазні асинхронні двигуни, але у силових електроприводах найбільш розповсюджені трифазні двигуни. Однофазні та двофазні двигуни випускають тільки з номінальною потужністю на валі до 500 Вт. Асинхронні двигуни найбільш розповсюджені електричні машини. Вони складають біля 90% від усього парку електродвигунів, які перебувають в експлуатації. Основна область застосування асинхронних двигунів – електроприводи механізмів, які не вимагають плавного регулювання швидкості. До них можна віднести вентилятори, компресори, транспортери, токарні та свердлильні верстати, штампувальні преси ліфти та інші [2]. Хоча сучасний розвиток мікроконтролерів дає можливість використовувати асинхронні двигуни в механізмах з плавним регулюванням швидкості.

Широке розповсюдження асинхронних  двигунів пояснюється перш за все  їх дешевизною та простотою експлуатації. Трифазні асинхронні двигуни з короткозамкненим (КЗ) ротором найбільш розповсюдженого діапазону потужностей від 10 до 20 кВт у 3-5 разів дешевші від двигунів постійного струму тих самих потужностей. Для того, щоби асинхронний двигун запрацював, його достатньо ввімкнути до трифазної мережі, яка є на кожному підприємстві, а для роботи двигуна постійного струму необхідно ще встановлювати перетворювач змінного струму в постійний [32]. Слід зазначити, що у зв’язку з розробкою надійних і відносно дешевих перетворювачів частоти, асинхронні двигуни спроможні успішно конкурувати з двигунами постійного струму і в регульованих електроприводах.

Принцип роботи будь-якого асинхронного двигуна полягає у створенні  його обмоткою статора обертового магнітного поля. Створення обертового магнітного поля обмотками, що живляться від двофазної мережі, в якій струми зсуненні по фазі на 90 градусів. Будова трифазного двигуна в основному збереглася і досі. На рис. 1 схематично зображена будова такого асинхронного двигуна з КЗ ротором [2].

Рис. 1. Будова асинхронного електродвигуна

Двигун має чавунну станину 1 з ребрами, до розточки яких запресований виготовлений з листів електротехнічної сталі циліндричний статор 2 з виштампованими у ньому пазами 3. У пази 3 закладають трифазну обмотку статора, лобові ділянки якої 4 видно на рис 1 б. Сумісно з пакетом сталі статора 2 за допомогою підшипникових щитів 5 в середині статора розміщено ротор 6, який являє собою шихтований з листів електротехнічної сталі циліндр, насаджений на вал 7. У тілі ротора виштамповані пази до яких вставлені мідні або алюмінієві стержні 8. Виступаючи по торцях ротора кінці стержнів з’єднані між собою відповідно мідними або алюмінієвими кільцями 9. Таким чином утворюється показана на рис. 2 короткозамкнена обмотка типу «білочної клітки». Часто короткозамкнену обмотку ротора виконують відливанням її з алюмінію.

Рис. 2. Короткозамкнена обмотка.

Якщо статорна обмотка утворює  магнітний потік Ф, силові лінії якого замикаються по вказаному шляху, і цей потік обертається із швидкістю w₀ за годинниковою стрілкою, то у провідниках ротора утворюється ЕРС. Напрям цих ЕРС, показаний на рис 1 а, можна визначити за правилом правої руки, прийнявши, що магнітне поле нерухоме, а провідники обертаються із швидкістю w₀ проти годинникової стрілки. Оскільки всі провідники в пазах ротора сполучені між собою по торцях кільцями, в провідниках за напрямом дії ЕРС потечуть струми. Застосовуючи до цих провідників із струмом, що перебувають у створеному  статорною обмоткою магнітному полі, правило лівої руки, визначимо напрям електромагнітних сил Fпр, що діють на провідники ротора. Як показано на рис 1 а, ці сили обертають ротор у напрямку обертання поля статора [7].

В даний час набули великого поширення  асинхронні електродвигуни з короткозамкненим ротором. Це викликано тим, що такі машини не мають щіткового вузла, їх ротор  зроблений з алюмінію і технологічно дуже простий, а значить, сама конструкція  виходить дуже надійною. Розглянемо кілька способів управління асинхронним електродвигуном.

Найбільш поширеним типом асинхронного однофазного електродвигуна є двигун з двома статорними обмотками. Перша  і друга обмотки ідентичні  за кількістю витків, але послідовно з однієї з обмоток включають  конденсатор. Конденсатор забезпечує зрушення фаз між обмотками для  утворення обертового магнітного поля для ротора.  

Основним способом управління таким  двигуном в даний час, є частотний спосіб. Цей спосіб реалізується за допомогою спеціальних приладів, які називаються ШІМ інверторами. Ці інвертори, у свою чергу, бувають однофазними і трифазними, що визначається кількістю пар силових виходів для управління обмотками двигуна. Для управління однофазним двигуном може бути застосований як однофазний, так і трифазний інвертор.

При керуванні однофазним ШІМ перетворювачем частоти обидві обмотки двигуна включені паралельно [7]. Два виходу інвертора підключаються до точок з'єднання обмоток. Інвертор формує напругу з різною частотою і з лінійною залежністю напруга до частоти. Регулювати частоту можна як вниз, так і вгору. Діапазон регулювання зазвичай не перевищує 1:10, тому що ємність конденсатора в одній з обмоток безпосередньо залежить від частоти.

Основні переваги цього методу - це простота введення в експлуатацію, не вимагає переробки конструкції  двигуна; надійна робота, тому що частотний  перетворювач спеціально розроблений  для управління такими типами двигунів; хороші характеристики (ПІД-регулятор, встановлені швидкості, низький  пусковий струм, захисні функції  і т.д.) [13].  

До недоліків відносяться: тільки односпрямоване обертання; більш висока вартість і дефіцит однофазних перетворювачів у порівнянні з трифазними, з причини  їх малого випуску. 

При управлінні трифазним перетворювачем частоти обмотки двигуна включають послідовно. Виходи трифазного перетворювача підключають до середньої точки і до кінців обмоток електродвигуна. Конденсатор при цьому зі схеми виключають (потрібна деяка переробка двигуна). Так як обмотки двигуна зрушені на 90 градусів, а інвертор дає зрушення фаз на 120 градусів, то поле не буде ідеально круговим і це негативно позначиться на параметрах регулювання. Поле буде пульсуючим. Оскільки порядок комутації висновків інвертора можна змінювати програмним шляхом, то легко домогтися зміни чергування напруг на обмотках, отже, змінювати напрямок обертання ротора двигуна. 

До переваг слід віднести: доступність  на ринку і порівняно низьку ціну; можливість реверсивної роботи звичайного нереверсивного двигуна; більш широкий, ніж у однофазного перетворювача  діапазон регулювання; можливості програмованих  функцій як у однофазного інвертора  або навіть ширше за рахунок більшої  кількості комутованих виходів. 

Недоліки це: знижений і пульсуючий момент однофазного двигуна; підвищений його нагрівання; не всі стандартні перетворювачі готові для такої  роботи, тому що деякі виробники  прямо забороняють використовувати  свої вироби в такому режимі.

Фазове управління за допомогою  симісторного регулятора (диммера) є найстарішим, це обумовлено відсутністю, до недавнього часу, в широкому продажі частотних регуляторів і їх відносно високою ціною. При такому управлінні обмотки двигуна залишаються включеними паралельно. Одна з обмоток включена послідовно з фазозміщуючим конденсатором. До точкам паралельного з'єднання обмоток підключається семісторний регулятор [15].

На виході цього регулятора формується однофазна напруга з постійною  частотою (50 Гц) і регульованим середньоквадратичним значенням. Це відбувається за рахунок  регулювання напруги відкривання семистора, тобто змінюється час відкритого стану семистора за період проходження мережевої напруги.

Момент на валу двигуна, при такому регулюванні, буде знижуватися пропорційно  напрузі, критичне ковзання буде незмінним. 

Основні переваги: ​​виняткова простота пристрою керування; можливість зібрати  і полагодити такий пристрій будь-яким радіоаматором; на порядок або навіть кілька порядків нижча ціна в порівнянні з частотними приводами [31].  Основні недоліки це: регулювання оборотів тільки на зниження; діапазон регулювання лише 2:1; стабільність швидкості тільки задовільна; допустиме навантаження різко знижується зі зменшенням швидкості; перегрів двигуна на низьких швидкостях, тому що не вистачає продуктивності вбудованого вентилятора двигуна; необхідність завищення потужності двигуна.  

Виходячи з усього перерахованого вище, необхідно настійно рекомендувати  застосування частотних приводів для  управління асинхронними двигунами. Такі приводи (ШІМ перетворювачі частоти) крім безсумнівних зручностей у керуванні, дозволяють отримати високий ККД установок і досягти зростання коефіцієнту потужності (cos фі) до 0.98, тобто реалізувати програму енергозбереження [32].

Перетворювачі частоти самі по собі не здатні керувати роботою електродвигуна. Необхідний пристрій, який здатний  в реальному часі реагувати на всі зміни в електродвигуні та в електромережі і широко імпульсним сигналом через перетворювач частоти  за певним алгоритмом керувати електродвигуном.

Мікроконтролери завдяки малій  споживаній потужності, дешевизні, швидкодії, габаритам, простоті в розробці і  налагодженні є актуальними рішенням для керування електродвигуном.

• 1. АНАЛІЗ ОСОБЛИВОСТЕЙ КЕРУВАННЯ ДВИГУНОМ ЗМІННОГО СТРУМУ

• 1.1. Особливості алгоритму управління та принципи роботи двигуна

На сьогодніший день при аналізі різних параметрів електродвигунів одним найбільш перспективним, є частотно регульований електропривід асинхронних двигунів з короткозамкненим ротором.

Новим напрямком  в області розробки високоякісних  систем управління асинхронними приводами є системи з прямим управлінням моментом (DTC – direct torque control). Такі системи простіші в реалізації в порівнянні з класичною системою векторного управління, в якій необхідне пряме і зворотне перетворення координат електродвигуна, застосування регулятора складових струмів статора, формування при керуванні по напрузі сигналів, компенсуючих внутрішні перехресні зворотні зв’язки об’єкта.

Фірма АВВ [3] запропонувала метод прямого управління моментом. Основна ідея керування полягає в тому що на кожному кроці розрахунку визначається оптимальний стан інвертора напруги, яке викликає зміну моменту, так і потокощеплення в необхідному напрямку. В результаті досягається розділення каналів управління моментів і потоком асинхронного двигуна.

В основу роботи системи DTC покладено рівняння електромагнітного  моменту асинхронного двигуна:

 ϑ

де ϑ - просторовий кут між векторами потокощеплення статора ψ₁ і ротора ψ₂. Якщо модулі векторів |ψ₁| = ψ_1m і |ψ₂| = ψ_2m підтримувати постійними, то величиною моменту можна керувати маючи кут ϑ.

Алгоритм роботи системи DTC будується  таким чином. Спочатку якимось чином  визначають вектор потокозчеплення  статора ψ₁ і електромагнітний момент АД m. Потім модуль вектора і моменту порівнюють із заданим значенням, після чого з допомогою компараторів названих релейними регуляторами, формуються логічні сигнали помилки d_ψ і d_m. Опираючись на ці сигнали і знаючи розташування вектора потокощеплення на площині базових векторів можна вибрати, таку комбінацію станів ключів перетворювача частоти, при якій буде сформований базовий вектор напруги мінімізуючий відхилення від заданих значень. Таким чином, в результаті роботи системи модуль потокощеплення статора і електромагнітний момент АД будуть постійно знаходитись в зоні допустимого відхилення від заданого значення, визначеного величиною гістерезису відповідного регулятора. Вибір базового вектору мінімізуючого помилку регульованих величин в залежності від сектора, в якому в даний момент знаходиться вектор ψ₁, проводять за допомогою таблиці перемикань (Optimal Vector Selection Table) [3]. Таблиця перемикань складається із оцифрованих сигналів розбіжностей по потоку (1,0) і моменту (1,0 - 1) і інформації, в якому секторі системи координат, зв’язаної зі статором, знаходиться вектор потоку статора асинхронного двигуна. За допомогою таблиці перемикань вибирається оптимальний вихідний вектор напруги, який треба подати на статорні обмотки асинхронного двигуна щоб забезпечити мінімальне відхилення регульованих величин від заданих значень. Вибір оптимального вектора напруги проводиться із восьми можливих базових векторів напруги.

Основним завданням, від вирішення  якого залежить справність системи  прямого керування кутом, є ідентифікація  потокощеплення статора, оскільки ця величина використовується в усіх наступних  обчисленнях. Вона визначається інтегруванням, а ця операція і принципі призводить до накопичення помилок. В даному випадку джерелом появи помилки  є неточність визначення активного  опору статора r₁ і його зміни під впливом нагрівання в процесі роботи АД.

• 1.2. Побудова математичної моделі

Алгоритми прямого управління моментом DTC створювались як альтернатива векторним способам управління (FOC) [4]. Системи DTC дозволили нейтралізувати недоліки характерні для FOC систем: великий об’єм обчислень при прямому і зворотному перетворенні нерухомої і обертової системи координат, наявність запізнень у формуванні електромагнітного моменту. В той же час у класичному виконанні системи DTC базуються на релейному принципі керування. Такі структури відрізняються змінною частотою комутації силових ключів інвертора, наявність пульсацій в електромагнітному моменті і потокозчеплення при малих значеннях навантаження, що знижує точність регулювання, підвищує енергоспоживання і збільшує акустичний шум АД.

Усунути відзначені недоліки системи  прямого управління моментом можна  при використанні методів синусоїдної  широко імпульсної модуляції і просторово векторної широко імпульсної модуляції. Обидва методи дозволяють формувати  імпульси управління ключами інвертора  з постійною частотою комутації. Найбільш просто реалізується синусоїдна ШІМ. В системі Matlab/Simulink модуль PWM Generator виконує одночасно функції формувача і розподілювача імпульсів для трьохфазного мостового інвертора.

На рис. 1.2 наведено сигнали ініціалізації потокощеплення Flux і моменту Torque які сформовані регулятором швидкості і як наведено на рис. 1.3 надходять в блок DTC, який реалізує алгоритм прямого управління моментом.

Рис. 1.1 Функціональна схема модуля DTC в системі Simulink Matlab

На рис. 1.2 наведено визначення потокозчеплення ротора і статора, що проводиться наглядачем в якому використовується інформація про поточні значення струмів і напруг статора.

Рис. 1.2 Функціональна схема наглядача  станів в системі Matlab.

Фазні струми і напруги перетворюються в ортогональні проекції і в нерухомій системі координат по формулам[9]

Отримані вектори  і є основою для обчислення координат вектора ψ₁ і поточного значення моменту m згідно з формулами[9]:  

На виході наглядача формуються оцінки електромагнітного моменту  Torque, модуля потокощеплення Flux і поточного кута потокощеплення Angle.

Сигнали які задають момент модуля потокощеплення статора зрівнюються  з біжучими оцінками Torque i Flux. Після обрахування із сигналу завдання Torque*, отриманий сигнал помилки подається на регулятор моменту (Torque PI), на виході якого формується сигнал який задає поперечну складову струму статора i*_q.  Стабілізація потокощеплення здійснюється за допомогою регулятора потоку (Flux PI), який формує сигнал завдання повздовжньої складової струму статора i*_d.

Потрібно зауважити, що сигнали  які задають момент і потік  отримані в нерухомій системі координат. В нерухомій системі координат повздовжна і поперечна складові визначають амплітуду і фазу струму статора АД відносно до магнітного потоку статора. В результаті перетворення синхронної системи координат dq в нерухому αβ і наступного розкладання вектора струму на фазні проекції, утворюються синусоїдальні сигнали, які відповідають фазним струмам.

Рис. 1.3 Часові діаграми фазного струму статора.

Рис. 1.4 Часові діаграми швидкості  обертання ротора.

Рис. 1.5 Часові діаграми електромагнітного  моменту.

Рис. 1.6 Часові діаграми потокощеплення статора.

Отже основною задачею від якої залежить роботоздатність системи, є ідентифікація потокощеплення статора, так як ця величина використовується в усіх наступних обрахуваннях. Вона визначається інтегруванням, а ця операція в принципі призводить до накопичення  помилок. В даному випадку джерелом появи помилки є неточність визначення активного опору статора r₁ і його зміни під впливом нагрівання в процесі роботи АД [12].

Для керування двигунами переважно використовують мікроконтролери провідних фірм. Одним із найбільш універсальних процесорів які використовуються у даній сфері є SH7137 – фірми Renesas Electronics Corporation, він належить до сімейства SuperH™ [1].   Даний мікрокомп’ютер є RISC архітектури з 32-розрядним мікропроцесором SuperH™. На чіпі вбудована пам'ять ROM версії F-ZTAT™ (Flexible Zero Turn Around Time) яка включає флеш пам'ять. Флеш пам'ять можна перепрограмовувати використовуючи програмне забезпечення від компанії виробника.

Рис 1.7. Граф схема мікропроцесора SH7137

В SH7137 розробники вдало поєднали переваги сигнального  процесора і RISC архітектури. Надійність, універсальність ось основні  переваги даного мікроконтролера [1].

Також компанія Freescale виробляє ряд мікроконтролерів в основному призначених для керування електродвигунами. А зокрема, S08MP (8-ми бітний мікроконтролер з 16 К Flash, низька вартість), 56F801X (32 МГц тактова частота, 16 К Flash, 4 Кб RAM), 56F8335_8135 (60 МГц тактова частота, 64 К Flash, 8 Кб RAM), МС56А800x (32 Мгц тактова частота, 16 К Flash, 2 Кб RAM), MCF51AC (Flexis™ 32-біт ColdFire® V1 мікроконтролери, 256 К Flash, контакти максимально сумісні із попередніми мікроконтролерами), PXS20 (архітектура забезпечує електробезпеку, 120 МГц тактова частота, два ядра) [29].

Звідси випливає, що вибраний мікроконтролер відповідати певним вимогам. Це зокрема швидкодія, розрядність, завадостійкість, мала споживана потужність, оптимальні масо-габаритні параметри, вартість.  

• 2. ВИБІР ЗАСОБІВ ДЛЯ РЕАЛІЗАЦІЇ КОНТРОЛЕРА

• 2.1. Вибір апаратних засобів

На основі описаних критеріїв вибору мікроконтролерів я вважаю, що для поставленого завдання доцільно використати недорогий мікроконтролер  AT89C2051-24PI фірми ATMEL. Це представник сімейства однокристальних мікроконтролерів.  Мікросхема виготовлена в стандартному DIP – корпусі і має 20 виводів. На рисунку 2.1 наведена конфігурація контактів мікропроцесора [7].

Рис 2.1 Конфігурація контактів AT89C2051

Основною  перевагою даного мікроконтролера  є сумісність по системі команд з  широко розповсюдженою мікросхемою  фірми Intel MCS-51 (радянський аналог 1816ВЕ51). Розробники ставили за мету створити мікросхему максимально сумісну зі своїм аналогом, але при цьому вона має менші габарити і більш зручніша в реалізації. Для цього вони відмовились від одного із портів вводу/виводу, відмовились від усіх режимів, вимагаючих зовнішніх мікросхем обв’язки, вбудували тактовий генератор в корпус контролера і застосували в якості команд пам’яті електрично перепрограмоване  ПЗП, що дозволило дуже швидко і легко перепрограмовувати мікросхему.

Застосування  системи команд популярного мікроконтролера дозволяє використовувати для створення і відлагодження програм уже існуючі інструментальні і програмні засоби. Програми для мікропроцесорів розробляються з використанням комп’ютера. При цьому використовуються другі програми які допомагають в розробці перших. Програму яку я розроблятиму називається прикладною програмою. А та програма за допомогою якої я це робитиму називається інструментальною. До переваг мікросхеми АТ89С2051 можна віднести наявність режиму захисту програми в пам’яті програм мікросхеми від несанкціонованого копіювання. На рисунку 2.2 наведена структурна схема мікроконтролера АТ89С2051. Розглянемо основні елементи схеми. Схема дуже нагадує типову схему мікропроцесорної програми. Але і є суттєві відмінності зв’язані з тим, що вся ця схема знаходиться всередині однієї мікросхеми [5].

Рис 2.2 Структурна схема мікроконтролера АТ89С2051

Для того щоб  виключити можливість несанкціонованого  читання інформації і незаконного  дублювання в мікросхемі застосована  дворівневе блокування пам’яті програм. За допомогою того ж програматора в будь-який момент можна перепрошити оди або два біти захисту. Після прошивки першого біта блокується можливість допрограмувати ППЗП програм. При прошивці другого біта робиться неможливим і читання. Повторити схему завжди можна. А ось програму прийдеться писати самому. Прочитати, потім тиражувати її не вдасться. Біти захисту анулюються в процесі стирання ППЗП програм.