湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的電力線路保護(hù)的設(shè)計(jì)DESIGN OF POWER LINE PROTECTION BASED ON SCM 學(xué)生姓名： 李文超學(xué) 號(hào)： 200841914717年級(jí)專業(yè)及班級(jí)： 2008級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化(7)班指導(dǎo)老師及職稱： 蔡培中 副教授學(xué) 部： 理工學(xué)部湖南長(zhǎng)沙提交日期：2012年5 月 39湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日 目 錄摘要1關(guān)鍵詞11 前言21.1電力系統(tǒng)電流保護(hù)的任務(wù)21.2繼電保護(hù)的基本要求21.2.1 選擇性21.2.2 速動(dòng)性31.2.3 靈敏性31.2.4 可靠性31.3 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介31.3.1 繼電保護(hù)的發(fā)展過程31.3.2 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)41.4.1 方案的總體思路及可行性分析42單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)52.1概述52.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)52.3模擬量輸入通道設(shè)計(jì)62.3.1電壓形成72.3.2 模擬低通濾波82.3.3 采樣保持92.3.4 A/D轉(zhuǎn)換112.4開關(guān)量輸出通道設(shè)計(jì)132.4.1開關(guān)量輸出通道132.5 單片機(jī)主系統(tǒng)設(shè)計(jì)142.5.1單片機(jī)的選型142.5.2 可編程I/O口8255A193顯示報(bào)警及電源電路設(shè)計(jì)213.1 LED顯示器213.2 報(bào)警器223.3 鍵盤233.4電源電路設(shè)計(jì)243.4.1 電源電路設(shè)計(jì)244 單片機(jī)保護(hù)的抗干擾措施254.1 單微機(jī)保護(hù)裝置的干擾來源254.2幾種抗干擾措施265 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)285.1 保護(hù)軟件流程285.1.1 主程序285.1.2采樣中斷服務(wù)程序295.1.3 事故處理程序30總結(jié)31致 謝33參考文獻(xiàn)34附錄（程序清單）35基于單片機(jī)的電力線路保護(hù)的設(shè)計(jì)學(xué) 生：李文超 指導(dǎo)老師：蔡培中(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)摘 要：本設(shè)計(jì)對(duì)采用單片機(jī)構(gòu)成結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，使用方便的電流保護(hù)方式，且對(duì)裝置的硬件結(jié)構(gòu)、軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了一種基于MCS-51單片機(jī)的輸電線路電流保護(hù)裝置。本設(shè)計(jì)重要包括三大部分的內(nèi)容。第一部分介紹了微機(jī)保護(hù)的相關(guān)知識(shí)；第二部分為單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)的硬件電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了模擬量輸入通道、單片機(jī)系統(tǒng)、開關(guān)量輸出通道以及鍵盤和顯示電路，并介紹了了AD7501、AD574、8051、8255等芯片；第三部分為單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)的軟件設(shè)計(jì)，包括軟件流程、保護(hù)算法以及數(shù)字濾波部分。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；繼電保護(hù)；電流保護(hù)；電流；輸電線路 Design of Power Line Protection Based On SCMAuthor: Li Wenchao Tutor: Cai Peizhong(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：This design studeies the hardware structure and software of the device. It designs a kind of electric current protection device according to a single-chip computer of MCS-51 of the power line road.This design include three parts. The first part introduced the protective and related knowledge of tiny machine;The second part carries out the power line road electric current protective hardware electric circuit , designing the Imitate quantity importation passage,the single-chip computer system,the switch quantity exportation passage,keyboards and manifestations electric circuit, and introduced the AD7501, AD574,8051 and 8255A etc;The third part carries out the protective software design of the power line road electric current , The third part carries out the protective software design of the power line road electric current for a machine, including the software process , protecting the calculate way and so on.Key words: single-chip computer;Protection; Current protects; Current; Transmission network 1 前言1.1電力系統(tǒng)電流保護(hù)的任務(wù)3 電力工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，是重要的支柱產(chǎn)業(yè)。它與國(guó)家的興盛和人民的安康有著密切的關(guān)系，因此，電力產(chǎn)品應(yīng)該是安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)的能源產(chǎn)品。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越復(fù)雜。在整個(gè)電力生產(chǎn)過程中，由于人為因素或大自然的原因，會(huì)發(fā)生這樣那樣的故障和出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)。一旦發(fā)生故障即會(huì)產(chǎn)生如下后果： （1）數(shù)值很大的短路電流通過短路點(diǎn)會(huì)燃起電弧使故障設(shè)備燒壞，燒毀。（2）短路電流通過故障設(shè)備和非故障設(shè)備時(shí)會(huì)發(fā)熱并產(chǎn)生電動(dòng)力作用，使設(shè)備受到機(jī)械損壞和絕緣損傷以至縮短設(shè)備使用壽命。 （3）電力系統(tǒng)中電壓下降，使大量用戶的正常工作遭受破壞或產(chǎn)生廢品。 （4）破壞電力系統(tǒng)各發(fā)電廠之間并行運(yùn)行的穩(wěn)定性，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，甚至造成整個(gè)系統(tǒng)瓦解癱瘓。 對(duì)于電力系統(tǒng)運(yùn)行中存在的這些故障隱患，要積極采取一些預(yù)防措施，如提高設(shè)備質(zhì)量，增加可靠性和延長(zhǎng)使用壽命。而從運(yùn)行管理角度出發(fā)，應(yīng)提高從業(yè)人員的安全意識(shí)和增強(qiáng)責(zé)任心，提高科學(xué)管理水平，增強(qiáng)安全措施以減少事故的發(fā)生。8 對(duì)于不可抗拒的事故發(fā)生應(yīng)做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并迅速有選擇地切除故障組件，隔離故障范圍，以保證系統(tǒng)非故障部分的安全穩(wěn)定運(yùn)行，盡可能減少停電范圍，保護(hù)設(shè)備安全。繼電保護(hù)是一種能反應(yīng)電力系統(tǒng)故障和不正常狀態(tài)，并及時(shí)動(dòng)作于斷路器跳閘和發(fā)出信號(hào)的自動(dòng)化設(shè)備。繼電保護(hù)一詞是指繼電保護(hù)技術(shù)或由各種繼電保護(hù)裝置單元組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)。其任務(wù)是：（1）自動(dòng)、迅速、有選擇地切除故障組件，使無故障部分恢復(fù)正常運(yùn)行，使故障部分設(shè)備免遭毀壞。（2）發(fā)現(xiàn)電器組件的不正常狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行維護(hù)條件動(dòng)作于發(fā)信號(hào)，減負(fù)荷或跳閘。1.2繼電保護(hù)的基本要求51.2.1 選擇性繼電保護(hù)動(dòng)作的選擇性指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障組件從電力系統(tǒng)中切除，使停電范圍盡量縮小。要滿足選擇性，必須從兩方面出發(fā)進(jìn)行考慮。一方面考慮哪個(gè)組件發(fā)生故障應(yīng)由該組件上的保護(hù)裝置動(dòng)作切除故障。另一方面，考慮到繼電保護(hù)或斷路器有拒絕動(dòng)作的可能性，需要考慮后備保護(hù)問題。1.2.2 速動(dòng)性當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，繼電保護(hù)裝置應(yīng)該能迅速動(dòng)作切除故障。快速切除故障可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低情況下的工作時(shí)間，縮小故障組件的損壞程度，還有利于電弧閃絡(luò)處的絕緣程度恢復(fù)，從而提高再送電的成功率。切除故障的總時(shí)間等于保護(hù)裝置和斷路器動(dòng)作時(shí)間之和。一般的快速保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.060.12s，最快的可達(dá)到0.020.04s；一般的斷路器的動(dòng)作時(shí)間為0.060.15s，最快的可達(dá)0.020.06s。41.2.3 靈敏性靈敏性指的是繼電保護(hù)裝置對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)的反應(yīng)能力，通常用靈敏系數(shù)來衡量。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)該是在事先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)部故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置，短路的類型如何，以及短路點(diǎn)是否存在過度電阻，都能敏銳感覺，正確反應(yīng)。1.2.4 可靠性可靠性指就保護(hù)裝置本身的質(zhì)量和運(yùn)行維護(hù)水平而言，要求在其規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了它應(yīng)該動(dòng)作的故障時(shí)，它不拒絕動(dòng)作；而在任何其他不應(yīng)該動(dòng)作的情況下，則不誤動(dòng)作。提高繼電保護(hù)裝置不誤動(dòng)可靠性和不拒動(dòng)可靠性的措施常是矛盾的，在選用和設(shè)計(jì)繼電保護(hù)裝置時(shí)，需要依據(jù)保護(hù)對(duì)象的具體情況，對(duì)兩方面的性能要求適當(dāng)?shù)挠枰詤f(xié)調(diào)。例如，對(duì)于傳送大功率的輸電線路保護(hù)，一般強(qiáng)調(diào)不誤動(dòng)作的可靠性；對(duì)于其它線路保護(hù)，則往往強(qiáng)調(diào)不拒動(dòng)的可靠性。2除了上述四個(gè)基本要求以外，選用保護(hù)裝置時(shí)還應(yīng)該考慮經(jīng)濟(jì)性。在保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的前提下，盡可能地采用投資少，維護(hù)費(fèi)用低的保護(hù)裝置。61.3 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介71.3.1 繼電保護(hù)的發(fā)展過程繼電保護(hù)的發(fā)展與世界工業(yè)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。19世紀(jì)末出現(xiàn)了直接作用于斷路器的電磁型電流繼電器，這可認(rèn)為是保護(hù)技術(shù)的開端。20世紀(jì)50年代，電子工業(yè)方面出現(xiàn)了半導(dǎo)體晶體管，隨后人們又將多個(gè)晶體管集成在一個(gè)半導(dǎo)體芯片上，就出現(xiàn)了集成電路。20世紀(jì)70年代后期，由于微機(jī)處理器技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)價(jià)格下降，出現(xiàn)了比較完善的微機(jī)保護(hù)樣機(jī)，并投入到電力系統(tǒng)中試運(yùn)行。20世紀(jì)80年代微機(jī)保護(hù)被一些國(guó)家廣泛應(yīng)用，這就是第三代的靜態(tài)繼電保護(hù)裝置，也叫數(shù)字型保護(hù)裝置。到了20世紀(jì)90年代，微機(jī)保護(hù)在我國(guó)開始大量應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，微機(jī)保護(hù)已經(jīng)成為繼電保護(hù)的主要形式。11.3.2 微機(jī)保護(hù)的特點(diǎn)微機(jī)保護(hù)主要由硬件和軟件兩大部分組成。硬件主要包括輸入信號(hào)的預(yù)處理系統(tǒng)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)和計(jì)算機(jī)向外輸出信息的輸入和輸出端口，打印機(jī)，鍵盤及調(diào)試整定設(shè)備等。軟件主要指用匯編語言編寫的計(jì)算機(jī)初始化程序，針對(duì)保護(hù)原理而設(shè)計(jì)的測(cè)量和判斷故障的程序，數(shù)字濾波程序，計(jì)算機(jī)硬件和軟件的自檢程序等。 微機(jī)保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)微機(jī)保護(hù)除了有保護(hù)功能外，同時(shí)還可以兼有故障濾波，故障測(cè)距或重合閘等功能。微機(jī)保護(hù)可以通過軟件設(shè)計(jì)而改變保護(hù)定值和特性以適應(yīng)電力系統(tǒng)運(yùn)行方式變化要求。微機(jī)保護(hù)由于有自動(dòng)檢測(cè)和自診斷能力，能自動(dòng)檢測(cè)出硬件的故障和對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行校錯(cuò)，使檢測(cè)監(jiān)視變得容易，從而使保護(hù)可靠性大大提高。同時(shí)，由于它的硬件和軟件的測(cè)試是自動(dòng)進(jìn)行的，所以不存在大量的調(diào)試工作。由于一套微機(jī)保護(hù)同時(shí)能具有保護(hù)，測(cè)距和濾波等多種功能；且它的體積小，耗電量少，維護(hù)工作量小，而微處理器價(jià)格也逐漸下降，這使用戶的投資成本降低。1.4方案可行性分析1.4.1 方案的總體思路及可行性分析通過電流互感器檢測(cè)LINE.1和LINE.2兩條線路的電流，電流互感器的接線方式是差接法，該方案主要是線路上的保護(hù)。電流互感器二次側(cè)額定電流為Id，為強(qiáng)電流，通過大功率電阻將其轉(zhuǎn)為電壓，再由強(qiáng)點(diǎn)轉(zhuǎn)弱點(diǎn)模塊轉(zhuǎn)為小電壓輸出，變成可以經(jīng)單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的弱電信號(hào)，再轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)后，單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理后在顯示器上可以顯示出線路的正常運(yùn)行工作值。同時(shí)，經(jīng)過邏輯判斷，若該值大于電流速斷值，則單片機(jī)迅速發(fā)出跳閘信號(hào)，由專門的IO口輸出至開關(guān)量輸出電路，繼電器動(dòng)作，自動(dòng)控制線路斷路器跳閘，若電流大于電流整定值而小于電流速斷值，則開始延時(shí)，進(jìn)行過電流保護(hù)，發(fā)出警示信號(hào)，超過延時(shí)電流任大于整定值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出跳閘信號(hào)。而通過以上幾節(jié)介紹分析可知，微機(jī)繼電保護(hù)裝置具有優(yōu)越的性能、合理的價(jià)格，幫采用以單片機(jī)為核心處理器的微型機(jī)繼電保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)于10kv配電線路繼電器保護(hù)。2單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)的硬件設(shè)計(jì)2.1概述微機(jī)繼電保護(hù)是以微型計(jì)算機(jī)為核心，配置相應(yīng)的外圍接口，執(zhí)行元件的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。根據(jù)保護(hù)裝置微處理器的多少可分為單處理器系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)。其硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Single Chip Microcomputer Transmission Line Current Protection Structure Diagram2.2系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的輸電線路電流保護(hù)裝置要求把輸電線路上的電流轉(zhuǎn)換變成數(shù)字量，利用單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行處理，判斷是否發(fā)生故障或不正常狀態(tài)，從而控制跳閘電路，達(dá)到保護(hù)輸電線路的作用。按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能的要求，初步確定設(shè)計(jì)系統(tǒng)由模擬量輸入通道，單片機(jī)系統(tǒng)，開關(guān)量輸入輸出通道以及鍵盤和顯示四個(gè)部分組成。其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)中，單片機(jī)系統(tǒng)主芯片使用的是美國(guó)Intel公司生產(chǎn)的8051芯片，8051是高性能單片機(jī)，它以8031為基礎(chǔ)，片內(nèi)又集成4KB的程序存儲(chǔ)器，是一個(gè)程序不超過4KB的小系統(tǒng)。因此，在單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸電線路電流保護(hù)的單片機(jī)系統(tǒng)中，要對(duì)芯片進(jìn)行擴(kuò)展，根據(jù)需要，可以擴(kuò)展了一片32KB的片外程序存儲(chǔ)器27256和一片32KB的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器62256，以滿足在對(duì)輸電線路電流保護(hù)時(shí)單片機(jī)運(yùn)行的需要。8051本身具有很強(qiáng)的接口能力，對(duì)于8051組成的系統(tǒng)，P0-P3口均可作為I/O口用，共有32根I/O口線。但在應(yīng)用系統(tǒng)中往往是不夠的，需要對(duì)I/O接口電路進(jìn)行擴(kuò)展。8255是Intel公司生產(chǎn)的可編程的并行I/O接口芯片，它具有8位的并行I/O口，使用靈活方便，通用性強(qiáng)，可作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時(shí)的中間接口電路，這里選用8255A作為擴(kuò)展并行I/O口的芯片。 在開關(guān)量輸出通道中，為了提高抗干擾能力，經(jīng)過一級(jí)光電隔離，控制斷路器跳閘。顯示部分采用普通的共陰極LED數(shù)碼管，分塊如下：（1）模擬量輸入 模擬量輸入通常為電流、電壓信號(hào)。由于電流、電壓為隨時(shí)間變化的連續(xù)信號(hào)，而計(jì)算機(jī)只接收數(shù)字信號(hào)，因此，須將這種類型的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。完成模擬量到數(shù)字量的變換稱為模數(shù)變換。（2）數(shù)字量輸出 微機(jī)繼電保護(hù)裝置是通過數(shù)字量輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器等的控制。該輸出通道也需要光電隔離提高抗干擾能力。 （3）電源 電源的作用是將220V或110V直流電壓換成能滿足微機(jī)系統(tǒng)各部分要求的弱電電壓，有12V、+24V、+5V等。（4）單片機(jī)以8051(89C15)擴(kuò)展一個(gè)8255A為主，及一些信號(hào)轉(zhuǎn)換元件等。2.3模擬量輸入通道設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)要從被保護(hù)的電力設(shè)備和線路的電流互感器、電壓互感器上取得電流和電壓量，由于這些電流、電壓的數(shù)值范圍超過了微機(jī)系統(tǒng)所能承受的區(qū)域，因此，需要降低和轉(zhuǎn)換為微機(jī)保護(hù)中通常需要的輸入電壓范圍5V或10V。一般采用中間變流的方式將高電壓和大電流轉(zhuǎn)變?yōu)槲C(jī)系統(tǒng)能夠接收的信號(hào)。微機(jī)保護(hù)的模數(shù)變換方式主要有兩種：一種是ADC方式，另一種是VFC方式。對(duì)于中低壓電力系統(tǒng)這兩種方式都在使用，而高壓或超高壓的保護(hù)裝置，我國(guó)目前大都采用VFC變換方式。ADC方式是將模擬量直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的方式，而VFC是將模擬量先轉(zhuǎn)變?yōu)轭l變脈沖量，再通過脈沖計(jì)數(shù)變換為數(shù)字量的一種變換方式。ADC式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖2電流互感電壓形成ALFS/HA/DCPU 圖2 ADC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖Fig.2 ADC Data Acquisition System Flow Chart2.3.1電壓形成1模擬電流、電壓形成由于單片機(jī)的工作電壓在5伏15伏之間，因而必須匹配電壓值，完成強(qiáng)電向弱電的轉(zhuǎn)變。又由于單片機(jī)只能處理數(shù)字量，而要將模擬電流量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量比較煩瑣，但要實(shí)現(xiàn)模擬電壓量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換卻比較容易，所以我們還必須完成電流向電壓量的轉(zhuǎn)換。我們選用電流互感器（CT）和電壓互感器（PT）。電壓形成回路，本裝置采用交流采樣，共需6路模擬量，即：三相保護(hù)電流Ia、Ib、Ic，三相相電壓Ua、Ub、Uc。模擬信號(hào)分別由電流互感器（CT）和電壓互感器（PT）輸出，15 其原理圖見圖3。 圖3 模擬電流、電壓形成原理圖Fig.3 Simulation Current, Voltage Form Principle Diagram2電壓變換電流變換器UA由一個(gè)小容量輔助電流互感器TA及其負(fù)荷電阻構(gòu)成。電流變換器一次繞組接保護(hù)元件的電流互感器二次側(cè)繞組，將輸入電流變換成與其成正比的電壓，這里的作用是將輸入電流減小，其結(jié)構(gòu)和工作原理基本和電流互感器相同。變壓器的作用是用來降低輸入電壓或使之可以調(diào)節(jié)，其結(jié)構(gòu)和原理與電壓互感器相同。模擬信號(hào)分別由電流互感器（CT）和電壓互感器（PT）輸入，經(jīng)電流變換TA和電壓變換器轉(zhuǎn)換成與之成比例的5v的弱電信號(hào)。原理圖如圖4。圖4 電壓變換原理圖Fig.4 Voltage Transform Principle Diagram2.3.2 模擬低通濾波模擬低通濾波的作用是濾掉電流和電壓中的高頻分量以降低采樣頻率。分為無源和有源兩種，對(duì)要求動(dòng)作迅速的保護(hù)及裝置而言，為防止無源模擬低通濾波中電阻和電容對(duì)信號(hào)造成衰減和時(shí)間延遲，可以采用有源模擬低通濾波器；一般采用無源低通濾波器即可以。只要調(diào)整RC即可改變低通濾波器的截止頻率。截止頻率可設(shè)計(jì)為fs/2，這樣fs/2以上的高頻分量就可以被濾掉。之后，再對(duì)電流進(jìn)行采樣，可降低對(duì)模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的要求，節(jié)省購置芯片的投資。無源模擬低通濾波示意圖如5所示 圖5無源模擬低通濾波Fig.5 Passive Simulation Low Pass Filtering因?yàn)?(1)所以 又計(jì)算得 ， （2） （3）又，取所以 2.3.3 采樣保持通常要求輸入的模擬量應(yīng)保持不變，以保證轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確進(jìn)行。因此，采樣信號(hào)應(yīng)送至采樣保持電路（亦稱采樣保持器）進(jìn)行保持。采樣保持器對(duì)系統(tǒng)精度有很大影響，特別是對(duì)一些瞬變模擬信號(hào)更為明顯。采樣保持器通常由保持電容、輸入輸出緩沖放大器、模擬開關(guān)等組成。LF398價(jià)格低廉，在國(guó)內(nèi)應(yīng)用非常廣泛。它有8個(gè)引腳，結(jié)構(gòu)框圖和典型連線圖如圖6所示。2腳接1k電阻，用于調(diào)節(jié)漂移電壓，7腳和8腳是兩個(gè)控制端，控制開關(guān)的關(guān)斷。7腳接參考電壓，8腳接控制信號(hào)。參考電壓應(yīng)根據(jù)控制信號(hào)的電平來選擇。如7腳接地，則8腳接控制信號(hào)大于14V時(shí)，LF398處于采樣狀態(tài)；如8腳為低電平， 則LF398處于保持狀態(tài)。6腳外接保持電容，它的選取對(duì)采樣保持電路的技術(shù)性能指標(biāo)至關(guān)重要，大電容可使系統(tǒng)得到較高精度，但采樣時(shí)間加長(zhǎng)。小電容可提高采樣頻率，但精度較低。同時(shí)，電容的選擇應(yīng)綜合考慮精度要求和采樣頻率等因素。LF398的其它幾個(gè)參數(shù)為：Ri=，R0=0.5，漂移電壓2mV，供電電壓值在518V間選擇。圖6 LF398連接框圖Fig.6 LF398 Connection Diagram采樣電路總圖如下：圖7 采樣電路圖Fig.7 Sampling Circuit Diagram對(duì)采樣保持電路的相關(guān)計(jì)算 為了計(jì)算簡(jiǎn)單化，可將采樣一塊示為電阻R0，則電路圖可化簡(jiǎn)為：由LM324N的參數(shù)：P0=570Mw,U05V此處U0暫取5V 則 R0U0/P0=44因電流互感系數(shù)為10，線路電流暫定50A,則IA=50A/10=5A而 R6=10K有: (R0+R6)U0/R0=R5(IA-U0/R0)則 R5=(R0+R6)U0/R0(IA-U0/R0)代入數(shù)據(jù) 得： R5233.3 則R5可取200當(dāng)R5=200時(shí)，逆向計(jì)算得： U04.3V2.3.4 A/D轉(zhuǎn)換1 A/D轉(zhuǎn)換器的接口任務(wù)）發(fā)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)一般A/D轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換是受外界控制的，所以必須從外部加一轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。取回轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)以此信號(hào)作為查詢數(shù)據(jù)的依據(jù)，或作為中斷請(qǐng)求或DMA請(qǐng)求信號(hào)。）讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 用查詢方式或中斷方式讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)存，也可在DMAC控制下利用DMA方式直接讀到內(nèi)存。 ）進(jìn)行通道尋址 對(duì)多通道A/D轉(zhuǎn)換器，應(yīng)能尋址選擇通道進(jìn)行輸入。 ）發(fā)S/H（采樣保持）信號(hào) 當(dāng)模擬信號(hào)的變化速度比轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度快時(shí)，一般都需要加采樣保持器，以保證轉(zhuǎn)換精度。 AD574為12位A/D轉(zhuǎn)換器，并具有三態(tài)輸出緩沖器。可作為12位轉(zhuǎn)換器，也可作為8位轉(zhuǎn)換器使用，轉(zhuǎn)換速度：25S。112 引腳R/C：讀數(shù)/轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，輸出。=0啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，為邊沿啟動(dòng)；=1讀數(shù)。CS：片選信號(hào)。低電平有效。CE：輸出允許。高電平有效。12/8：=1時(shí)，一次輸出12位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；=0時(shí)，分兩次輸出，若采用左對(duì)齊數(shù)據(jù)格式，則，先輸出高8位，后輸出低4位，并右補(bǔ)4位0。A0：兩個(gè)作用，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)前，=1表示進(jìn)行8位轉(zhuǎn)換；=0表示進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，若12/8=0時(shí)，=1讀低字節(jié)，=0讀高字節(jié)。STS：轉(zhuǎn)換狀態(tài)信號(hào)。=1時(shí)，表示轉(zhuǎn)換期間；=0表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。AD574的控制信號(hào)的作用如表表1AD574的控制信號(hào)真值表Table 1 AD574 Control Signals True Value Table CE CS R/C 12/8 A0 AD574操作0 X X X X 不允許轉(zhuǎn)換X 1 X X X 未接通芯片1 0 0 X 0 啟動(dòng)1次12為轉(zhuǎn)換1 0 0 X 1 啟動(dòng)1次8位轉(zhuǎn)換1 0 1 高電平 X 1次輸出12位1 0 1 低電平 0 輸出高字節(jié) 1 0 1 低電平 1 輸出低字節(jié)根據(jù)AD574的控制信號(hào)真值表與控制時(shí)序，可以設(shè)計(jì)AD574和8051單片機(jī)的接口電路，如圖圖8AD574和8051單片機(jī)的接口電路Fig.8 AD574 And 8051 Single Chip Microcomputer Interface Circuit此時(shí)AD574采用的是單極性輸入，輸出是三態(tài)瑣存器，因而可以直接和8051單片機(jī)數(shù)據(jù)總線接口。該電路是12位向左對(duì)齊的數(shù)據(jù)輸出格式，AD574的高8位DB4-DB11，接到8051的P10-P17上;低4位DB0-DB3接到8051的P14-P17上,可分兩次讀取,第一次讀高8位,第二次低4位。CE受8051的WR和RD與非控制，所以無論讀寫都為有效。將8051的P21-P22換成P26-P27來分別控制R/C、A0，CS由譯碼器Y4控制。142.4開關(guān)量輸出通道設(shè)計(jì)2.4.1開關(guān)量輸出通道開關(guān)量輸出主要包括保護(hù)的跳閘出口以及本地和中央信號(hào)等。一般都采用并行接口的輸出口來控制有接點(diǎn)繼電器（干簧或密封小中間繼電器）的方法，16 但為提高抗干擾能力，最好也經(jīng)過一級(jí)光電隔離如圖9所示。只要由軟件使并行口的PA0輸出“0”，PA1輸出“1”,便可命名與非門H1輸出低電平，光敏三極管導(dǎo)通，繼電器J被吸合。 在初始化和需要繼電器J返還時(shí)，應(yīng)使PA0輸出“1”，PA1輸出“0”。設(shè)置反相器及與非門，而不是將發(fā)光二極管直接同并行口相連。一方面是因?yàn)椴⑿锌趲ж?fù)載能力有限，不足以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管；另一方面因?yàn)椴捎门c非門后，要滿足兩個(gè)條件才能使J動(dòng)作，增加了抗干擾能力。9圖9 裝置開關(guān)輸出回路接線圖Fig.9 Device Switch Output Loop Connecting Diagram最后應(yīng)當(dāng)注意：圖9中的PA0經(jīng)一反相器，而卻不經(jīng)反相器，這樣接可防止拉合直流電源的過程中繼電器J的短時(shí)誤動(dòng)。因?yàn)樵诶现绷麟娫催^程中，當(dāng)5V電源處在某一臨界電壓值時(shí)，可能由于邏輯電路的工作紊亂而造成保護(hù)誤動(dòng)作，特別是保護(hù)裝置的電源往往接有大量的電容器，所以拉合直流電源時(shí)，無論是5V電源還是驅(qū)動(dòng)繼電器用的電源，都可能相當(dāng)緩慢地上升或下降，從而完全可能來得及使繼電器的接點(diǎn)短時(shí)閉合。采用圖9的接法后，由于兩項(xiàng)相反的條件的互相制約，可以可靠地防止誤動(dòng)作。其中繼電器型號(hào)選用CJ20-16,勵(lì)磁線圈直流額定電壓為24V,直流額定電流為1.5A.則ZJ=24/1.5，R=(3024)/1.5=4。2.5 單片機(jī)主系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.5.1單片機(jī)的選型51單片機(jī)選型：在51單片機(jī)中89C51內(nèi)含4KB內(nèi)存，外接可最大擴(kuò)展到64KB而且89C51不但可將程序“加載”到芯片內(nèi)的程序儲(chǔ)存器中而且只要以5V或12V電壓即可輕松、快速清除程序儲(chǔ)存器里的數(shù)據(jù)，這種芯片可重復(fù)寫入與清除達(dá)1000次以上，而本設(shè)計(jì)需要整定值可調(diào)整，重復(fù)寫入與清除較多，故選用89C51單片機(jī)。101 AT89C51的內(nèi)部資源（1）一個(gè)8位的微處理器（CPU）。（2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM（128B/256B），用于存放可以讀/寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。（3）片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM/EPROM（4KB/8KB），用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。（4）四個(gè)8位并行I/O接口P0P3，每個(gè)口既可以用做輸入，也可以用作為輸出。（5）兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可以設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用于對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可設(shè)置為定時(shí)方式，并可以根據(jù)計(jì)數(shù)或定時(shí)的結(jié)果實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。（6）五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。（7）一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。（8）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻為12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線相連接。2 AT89C51單片機(jī)引腳圖及其功能108051采用40腳雙列直插封裝方式，其引腳功能如下：(1) 電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：電源端，為+5V。Vss（20腳）：接地端。(2) 時(shí)鐘電路引腳XTAL1和XTAL2XTAL2（18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端； 在AT89C51片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需要采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在AT89C51片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，該引腳必須接地圖10 AT89C51引腳圖Fig10 AT89C51 Pin Figure(3) 控制引腳RST，ALE，PESN和EARST/VPD：RST是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。RST引腳的第二功能是，即備用電源的輸入端。ALE/（30腳）：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng)8051上電正常工作后，ALE引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。CPU訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出信號(hào)作為鎖存低8位地址的控制信號(hào)。此引腳的第二功能在對(duì)片內(nèi)帶有4KB EPROM的8751編程寫入時(shí)，作為編程脈沖輸入端。（29腳）：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。/VPP（31腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA接高電平時(shí)，CPU只訪問片內(nèi)的EPROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的指令，但當(dāng)PC（程序計(jì)數(shù)器）的值超過0FFFFH（對(duì)8051為4KB）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA接低電平時(shí)，CPU只訪問外部EPROM/ROM并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。（4）輸入/輸出端口P0，P1，P2和P3P0口：P0口是一個(gè)漏極開路的8位準(zhǔn)雙向I/O端口。作輸出端口時(shí)，每位可驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。作輸入時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器（80H）寫入全1。P1口、P2口、P3口均可作為輸出/輸入口，每位可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。P3口除此之外，每個(gè)引腳還具有第二功能。3 時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，大多數(shù)單片機(jī)運(yùn)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。（1） 內(nèi)部時(shí)鐘方式 最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外接晶體 圖11 內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路Fig.11 Internal Clock Way Clock Circuit （陶瓷諧振器的頻率穩(wěn)定性不高）和電容組最常用的內(nèi)部時(shí)鐘方式是采用外接晶體（陶瓷諧振器的頻率穩(wěn)定性不高）和電容組成的并聯(lián)諧振回路。連接方法如圖11所示,AT89C51單片機(jī)允許的諧振晶體可在1.2MHZ24MHZ之間選擇，一般取11.0592MHZ。電容C1、C2可在20PF100PF之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30 PF，外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47 PF，取60 PF70 PF時(shí)震蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。成的并聯(lián)諧振回路。連接方法如圖所示8051單片機(jī)允許的諧振晶體可在1.2MHZ24MHZ之間選擇，一般取11.0592MHZ。電容C1、C2可在20PF100PF之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型取值為30 PF，外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為47 PF，取60 PF70 PF時(shí)震蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。（2）外部時(shí)鐘方式 VCCAT89C51XTAL2XTAL1VSS外部時(shí)鐘TTL門圖11 HMOS型單片機(jī)的外部信號(hào)源接入方法Fig.11 HMOS Type of Aingle Chip External Source Access Method浮空 AT89C51XTAL2XTAL1VSS外部時(shí)鐘帶上拉電阻的TTL或CMOSM門電路圖13 CHMOS型單片機(jī)的外部信號(hào)源接入方法Fig.13 CHMOS Type of Aingle Chip External Aource Access Method 外部時(shí)鐘方式是利用外部震蕩信號(hào)源直接接入XTAL1或XTAL2。圖11，AT89C51單片機(jī)的外部信號(hào)源接入方法，圖13為，AT89C51單片機(jī)的外部信號(hào)源接入方法。本次控制系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式。 4 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把PC值初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。在設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，必須了解單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)工作時(shí)，會(huì)經(jīng)常進(jìn)入復(fù)位的工作狀態(tài)。應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)與單片機(jī)的復(fù)位狀態(tài)是密切相關(guān)。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部的電路實(shí)現(xiàn)的。MCS-51單片機(jī)通常采用上電自動(dòng)復(fù)位和按鈕復(fù)位電路。當(dāng)晶體震蕩頻率為12MHZ（6MHZ）時(shí)，R、C的典型值為C=10F（22F），R=8.2K（1K）。通常因?yàn)橄到y(tǒng)運(yùn)行的需要，常常需要人工按鈕復(fù)位，如圖所示： 圖14 復(fù)位電路Fig.14 Eset Circuit除PC之外，復(fù)位操作還對(duì)其他一些寄存器有影響，它們的復(fù)位狀態(tài)如表2所示。表2 一些寄存器的復(fù)位狀態(tài)Table 2 Aome Register Reset Condition寄存器復(fù)位狀態(tài)寄存器復(fù)位狀態(tài)PCACCPSWSPDPTRP0P3IPIETMON0000H00H00H07H0000H0FFHXXX00000B0XX00000B00HTCONTL0TH0TL1TH1SCONSBUFPCON00H00H00H00H00H00H不定0XXXX000B2.5.2 可編程I/O口8255A 8255A是Intel公司設(shè)計(jì)的可編程并行接口芯片、具有功能強(qiáng)、與CPU接口方便、使用靈活等特點(diǎn)，廣泛微機(jī)單片機(jī)系統(tǒng)中，可作為打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、鍵盤、顯示器等各種外設(shè)的接口電路，而本設(shè)計(jì)需用到鍵盤輸入與顯示器，故擴(kuò)展選用8255A。1 8255A的基本特性11 1）8255A具有二個(gè)8位、二個(gè)4位的并行I/O端口的芯片； 2）8255A能以多種形式，在I/O端口與CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。如：程序直接傳送、應(yīng)答方式傳送和中斷方式傳送等。 3）有4個(gè)端口地址：A、B、C三個(gè)數(shù)據(jù)端口地址和控制口地址。一般情況下該芯片的A1、A0腳接系統(tǒng)總線的A1、A0，此時(shí)，A1A0=11時(shí)選擇的是控制口；A1A0=00時(shí)選擇的是A口；A1A0=01時(shí)選擇的是B口；A1A0=10時(shí)選擇的是C口； 4）8255A的工作方式選擇和C口按位操作控制字均利用控制口發(fā)布命令。傳送數(shù)據(jù)時(shí)用各數(shù)據(jù)口的地址。8255A有三種工作方式： 1）0方式：基本I/O方式。無須連接信號(hào)的直接I/O，三個(gè)8位口均可作此類I/O。無專用聯(lián)絡(luò)信號(hào)，不能采用中斷方式與CPU交換數(shù)據(jù)，輸出鎖存，輸入緩沖（有三態(tài)門）而無鎖存。 2）1方式：選通方式。只有A口、B口可作此方式使用，C口此時(shí)作為聯(lián)絡(luò)線或0方式使用； 3）2方式：雙向I/O。只有A口可以作為此方式使用，C口在此方式下有5條線作聯(lián)絡(luò)線，余下的做B口1方式的聯(lián)絡(luò)線。2 8255A芯片引腳圖158255A的引腳圖Fig.15 8255 A Pin Figure在與單片機(jī)接口的方向，8155A提供如下信號(hào)，引腳如圖14AD7 AD0 三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線。讀選通信號(hào)。寫選通信號(hào)。片選信號(hào)。RESET復(fù)位信號(hào)。復(fù)位后A、B、C口均置為輸入方式。A1-A0地址線，用來選擇8255A內(nèi)部端口。3 8255A與8051單片機(jī)的連接 圖16 AT89C51和8255A的連接圖 Fig.16 AT89C51 And 8255 A Connection Diagram根據(jù)需要對(duì)單片機(jī)8051芯片擴(kuò)展了I/O口，擴(kuò)展了一片8255A芯片，設(shè)計(jì)了8255A和8051的連接圖，如圖168051擴(kuò)展8255A，兩片8255A都工作在0方式。將A片PA口設(shè)置為輸入口，PB口設(shè)置為輸出口，CS由譯碼電路的Y6控制；將B片PA、PB口都設(shè)置為輸出口，PC口低4位設(shè)置為輸入口，CS由譯碼電路的Y7控制。3顯示報(bào)警及電源電路設(shè)計(jì)3.1 LED顯示器1.LED數(shù)碼顯示器的結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)中通常用4個(gè)7段LED構(gòu)成字型“8”，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)一定的邏輯運(yùn)算轉(zhuǎn)換為實(shí)際的運(yùn)行電流的大小值X，編程將X的千位數(shù)，百位數(shù)，十位數(shù)，個(gè)位數(shù)分別轉(zhuǎn)換為合適數(shù)碼管顯示的二進(jìn)制碼，程序選擇第一個(gè)數(shù)碼管顯示千位數(shù)據(jù)。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖15 所示。發(fā)光二極管的陽極連在一起的（公共端KO）稱為共陽極顯示器，陰極連在一起的（公共端KO）稱為共陰極顯示器。本系統(tǒng)中采用的是共陰極數(shù)碼管。 （1）共陰極數(shù)碼管 （2） 共陰極數(shù)碼管封裝圖圖17 共陰極數(shù)碼管Fig.17 Cathode Tube of Digital一位顯示器由7個(gè)發(fā)光二極管組成，其中，7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“8”的各個(gè)筆劃（段）a-g。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被損壞，需外加限流電阻。2. LED顯示方式靜態(tài)顯示： LED的亮度高，軟件編程也比較容易，但是它占用比較多的I/O口資源，常用于顯示位數(shù)不多的情況。11動(dòng)態(tài)顯示：它利用了人眼的“視覺暫留”效應(yīng)，占用資源少，動(dòng)態(tài)控制節(jié)省了驅(qū)動(dòng)芯片的成本，節(jié)省了電 ,但編程比較復(fù)雜，亮度不如靜態(tài)的好。11 本設(shè)計(jì)中用到了4位顯示，故選用動(dòng)態(tài)顯示方式。原理簡(jiǎn)介如下：在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，有一個(gè)8為I/O口控制。而共陰（或共陽）極公共端分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。由于所有位選線皆由一個(gè)I/O口控制，因此，在每一瞬間，幾位LED就會(huì)顯示相同的字符。要每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)字符段選碼（字型碼），而位選則控制I/O口在該顯示位送入選通電平（設(shè)LED為共陰，則應(yīng)送低電平），以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，是每位分時(shí)顯示應(yīng)顯示字符。段選碼，位選碼每送入一次后延時(shí)1ms，因?yàn)槿搜鄣囊曈X暫留時(shí)間為0.1s（100ms）,所以每為顯示的間隔不能超過20ms，并保持延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺暫時(shí)留效果，給人看上去每個(gè)數(shù)碼管總在亮。3.2 報(bào)警器電路中選用蜂鳴器作為報(bào)警器，功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，只要在程序判定電流為過載或速度電流時(shí)，編程使得驅(qū)動(dòng)IO口輸出高點(diǎn)平即可驅(qū)動(dòng)蜂鳴器工作，由于蜂鳴器的工作電流一般比較大，以致于單片機(jī)的I/O接口是無法驅(qū)動(dòng)的，所以要利用放大電路來驅(qū)動(dòng)，一般使用三極管來放放大電流就可以了。如下圖所示：圖18 報(bào)警電路圖Fig.18 Alarm Circuit Diagram選擇型號(hào)為CX9655SC-SM的蜂鳴器，額定電壓為30V，性噪比可達(dá)85db。以L1和L2的排列來顯示那條線路故障。其中，線路1的報(bào)警型號(hào)經(jīng)P20口輸出，線路2的報(bào)警信號(hào)P21口輸出其中，二極管起續(xù)流作用，保護(hù)三極管在斷開狀態(tài)時(shí)不被報(bào)警器的線圈電流擊穿，IN4148是一種小型的告訴開關(guān)二極管，開關(guān)比較迅速，且電流有50mA，能滿足對(duì)報(bào)警器的要求。3.3 鍵盤1. 矩陣式未編碼式鍵盤掃描原理如圖19 為44矩陣式未編碼式鍵盤結(jié)構(gòu)圖 圖19 44的矩陣式未編碼式鍵盤結(jié)構(gòu)圖Fig.19 4 x 4 Matrix Not Coding Pad Structure圖中鍵盤的行線（X0X1）與列線（Y0Y7）的交叉處不相連，而是通過一個(gè)按鍵來聯(lián)通，行線通過電阻接+5V。當(dāng)鍵盤上沒有鍵閉時(shí)所有的行線和列線都斷開，則行線都呈高電平。當(dāng)鍵盤上某一個(gè)鍵閉合時(shí)，則該鍵所對(duì)應(yīng)的行線和列線被短路。例如：6號(hào)鍵被按下閉合時(shí)，行線X1和列線Y5被短路，此時(shí)X1的電平由Y5的電位所決定。如果把行線接到單片機(jī)的輸入口，列線接到單片機(jī)的輸出口，則在單片機(jī)的控制下，先使列線Y0為低電平，其余七根列線都為高電平，讀行線狀態(tài)。如果X0、X1都為高電平，則Y0這一列上沒有鍵閉合。如果讀出的行線狀態(tài)不全為高電平，則為低電平的行線和Y0相交的鍵處于閉和狀態(tài)。如果Y0這一列上沒有鍵