【正文】 都集 成在同一塊芯片上，完成整個系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)“系統(tǒng)單片機”。 其最基本特征是體積小、功耗低、運行可靠和價格低廉，使其得到了廣闊的應用前景及更強的生命力。近些年來，單片機發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出了許多高性能新型機種。在智能機器人、數(shù)控車床、工業(yè)控制、智能儀表儀器、信息通信、交通、航運、家電、汽車等諸多領域中取得了廣泛的應用。幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的足跡。特別是單片機嵌入 (隱藏或埋藏之意 )式系統(tǒng)的開發(fā)與應用，標志著計算機技術發(fā)展史上又一個新的里程碑。 通過本章的學習應熟 悉計算機中的數(shù)制和編碼，了解 80C51 系列單片機的概念、特點、發(fā)展及應用領域，理解典型單片機系列的基本情況。 單片機及其應用系統(tǒng) 單片機是指集成在一個芯片上的微型計算機，也就是把組成微型計算機的各種功能部件，包括 CPU (Central Processing Unit )、隨機存取存儲器 RAM ( Random Access Memory ) ,只讀存儲器 ROM (ReadOnlyMemory) 、基本輸入 /輸出(Input/Output)接口電路、定時器 /計數(shù)器等部件都制作在一塊集成芯片上，構成 一個完整的微型計算機，從而實現(xiàn)微型計算機 的基本功能。 單片機應用系統(tǒng)是以單片機為核心，配以輸入 /輸出、顯示、控制等外圍電路和軟件，能實現(xiàn)一種或多種功能的實用系統(tǒng)。單片機應用系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成，硬件是應用系統(tǒng)的基礎，軟件則在硬件的基礎上對其資源進行調(diào)配和使用，從而完成應用系統(tǒng)所要求的控制任務，二者缺一不可。 單片機的分類 目前單片機品種很多，至少有五十多個系列、三百多個品種?？砂匆韵路绞竭M行分類 : 按字長分 NEC 公司的 UPD75XX 系列、 NS 公司的 COP400 系列、夏普公司 的 SMXX 系列；Intel 公司的 MCS48 系列和 MCS51 系列列、 Microchip 公司的 PIC 16CXX 系列PICI7CXX 系列以及 PIC1400 系列、 Motorola 公司的 M68HC05 系列和 M68HC 11 系基于單片機的漏電保護器的研究 8 列、 Zilog 公司的 z8系列； Intel 公司的 MCS96/98 系列、 Motorola 公司的 M68HC 16 系列、 NS 公司的 783XX 系列； Hitachi 公司的 SuperH(簡稱 SH)系列等等。 按控制要求分 (1) 通用型 —— 通用型單片機是一種基本芯片，它內(nèi)部資源比較豐富，性 能全面且適用 性 強，能覆蓋多種應用需求。用戶根據(jù)需要，可設計一個以通用單片機芯片為核心再配以其他外圍電路的測控系統(tǒng)。 (2) 專用型 —— 專門針對某些產(chǎn)品的特定用途而制作的單片機，例如，電度表和 IC 卡讀寫器上的單片機等。專用型單片機針對性強且數(shù)量巨大，對系統(tǒng)結構的最簡化、可靠性和成本的最佳化等方面都作了全面的考慮，所以專用單片機具有十分明顯的綜合優(yōu)勢。 按制造工藝分 (1) HMOS 工藝 — 高密度短溝道 MOS 工藝，具有高速度、高密度的特點。 (2) CHMOS(或 HCMOS)工藝 —— 互補的金屬氧化物的 HMOS工藝，是 CMOS與 HMOS的結合，具有高密度、高速度、低功耗的特點。 基于單片機的漏電保護器的研究 9 3 漏電保護器 簡介 漏電保護器，又稱剩余電流動作保護器，是指在規(guī)定條件下，當剩余電流達到或超過給定值時能自動斷開電路的機械開關電器或組合電器。它可以同時完成三個功能，即檢測剩余電流、將剩余電流與基準值相比較、執(zhí)行機構斷開被保護電路。 漏電保護器的分類 漏電保護器經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一個品種非常齊全、非常龐大的產(chǎn)品系列， 下面將根據(jù)不同的方法將其進行分類。 （ 1）根據(jù)運行方式可分為：不用輔助電源的漏電保護器、用輔助電源的漏電保護器； （ 2）根據(jù)安裝型式可分為：固定安裝和固定接線的漏電保護器、帶有電纜的可移動使用的漏電保護器（通過可移動的電纜接到電源上）； （ 3）根據(jù)極數(shù)和電流回路數(shù)可分為：單極兩線、兩極、兩極三線、三級、三極四線、四極漏電保護器（其中單極兩線、二極三線和三級四線漏電保護器均有一根直接穿過檢測元件而不能斷開的中性線）； （ 4）根據(jù)保護功能分為：只有漏電保護功能的漏電保護器、帶過載保護的漏電保護器、帶短路保護的漏 電保護器、帶過載和短路保護的漏電保護器、帶過電壓保護的漏電保護器及多功能保護（例如欠電壓、斷相、過電流、過電壓等）的漏電保護器； （ 5）根據(jù)額定剩余動作電流可調(diào)性分為：額定剩余動作電流不可調(diào)的漏電保護器、額定剩余動作電流可調(diào)的漏電保護器； （ 6）根據(jù)接線方式分為：用螺釘或螺栓接線的漏電保護器、插入式漏電保護器； （ 7）根據(jù)脈沖電壓作用下防止誤動作的性能分為：在脈沖電壓作用下能動作的漏電保護器、在脈沖電壓作用下不動作的漏電保護器 (簡稱脈沖電壓不動作型漏電保護器 )； （ 8）根據(jù)結構分為：組合電器（如漏電繼電器與 低壓斷 路器或低壓接觸器組成的組合裝置）和機械開關電器（如漏電斷路器）； （ 9）根據(jù)故障信號的形式是漏電故障電流還是漏電故障電流在接地裝置或檢測元件上產(chǎn)生的電壓降， 可以將漏電保護器分為電壓動作型漏電保護器和電流動作型漏電保護器； 基于單片機的漏電保護器的研究 10 （ 10）根據(jù)剩余電流是否含有直流分量可分為： AC 型漏電保護器（對突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流能可靠脫扣）、 A 型漏電保護器（對突然施加或緩慢上升的交流正弦波剩余電流，脈動直流剩余電流和脈動直流剩余電流迭加 平滑直流電流均能可靠脫扣）。 漏電保護器的作用 防止人身觸電 漏電保護器對有致命危險的人身觸電提供間接接觸保護；額定剩余動作電流不超過 的漏電保護器在其他保護措施失效時，也可作為直接接觸的補充保護，但不能作為唯一的直接接觸保護。在發(fā)生觸電事故時，流過身體的電流越大，人體所能承受的時間越短；而觸電時間越長，所能承受的流過身體的電流越小。 為了分析觸電電流和觸電動作時間的規(guī)律，有人作了以下試驗 (用狗作為觸電對象 ): (1) 固定觸電時間為 秒、 秒、 秒、 秒，改變電流大小，電流從 10mA 起每次增加 10mA 試驗。結果是 : 秒時，電流達到 220mA 時，動物仍未有死亡危險； 秒時，電流達到 14OmA 時，動物就有心室纖顫和心跳過速； 秒時，電流達到 10OmA 時，就能使心室纖顫； 秒時，電流達到 10OmA 時，使動物心室纖顫，電流達到 16OmA 時即可使動物死亡。 (2) 固定觸電電流為 30mA、 80mA、 100mA、 140mA，時間從 秒起每次按倍時增加進行試驗。結果是 : 30mA 時，時間達 60秒； 80mA 時，時間達 12 秒； 100mA 時，時間達 6秒，對動物均無死亡危險； 140mA 時，時間達 秒就有心室 纖顫。 從上面試驗結果分析可以知道 :在發(fā)生觸電事故時，流過身體的電流越大，人體所能承受的時間越短。而觸電時間越長，所能承受的流過身體的電流越小。那么人體到底能承受多大的電流和作用時間呢 ？ 經(jīng)過反復試驗，國際電工委員會(IEC)明確規(guī)定 :人體能夠承受的最大電流時間是 30mA s(30 毫安 秒 )。德國柯賓（ ）的研究曲線 It=50mA s，即當通電電流在 50mA 以下時，通電時間的長短對人的安全幾乎沒有影響。 注：漏電保護器只對相與地間的觸電或漏電提供保護，而對人體的相與相間基于單片機的漏電保護器的研究 11 觸電、相與中性線間觸電不 提供保護。 防止漏電引起的火災 低壓配電系統(tǒng)線路的漏電、用電設備的漏電或者接地電流流過金屬焊縫發(fā)熱，都可能導致火災。一般錯誤的認為漏電電流不大，因而忽視了發(fā)生火災的可能性。實際上只要接觸發(fā)熱面積小，即使較小的漏電電流，熱能密度也會很大，就有發(fā)生火災的可能。此時若遇到易燃易爆品，將導致火災或爆炸事故的發(fā)生。一般來說，作為防止漏電引起火災事故的漏電保護器的額定動作電流的選擇應不小于100mA。 降低對保護接地電阻的要求 用電設備的保護接地電阻值按國家標準 GBJ65《工業(yè)與民用電力裝置 的接地設計規(guī)范》規(guī)定為 4Ω和 10Ω，這一要求在高土壤電阻率的地區(qū)是很難達到的。而安裝了漏電保護器之后，保護接地電阻的最大允許值變?yōu)椋罕Ｗo接地電阻 (Ω ) ≤ 安全電壓 (V)/額定漏電動作電流 (A) 例如，選定漏電保護器的額定動作電流 200mA，按安全電壓 50V 計算，則接地電阻為： 50V/=250Ω?？梢?，與安裝漏電保護器之前的 4Ω或 10Ω相比，保護接地電阻的要求大大降低了。 漏電保護器的工作原理 限于我們現(xiàn)有的物理知識，要詳細、準確地理解漏電保護器的工作原理，目前還有一定的困難，但粗略地、大概地了解它 的工作情況，以使我們能知道它銘牌上所標技術指標的含義還是可能的 。 圖 漏電保護器主體 框圖 如圖 ，虛線框所包圍的是漏電保護器的主體部分，它包括主開關、互感器、脫扣器三部分 。 正常工作時，火線、用電器和零線構成一個閉合電路 。 可以基于單片機的漏電保護器的研究 12 想象：火線中的電流和零線中的電流是大小相等、方向相反的，火線和零線對互感器所產(chǎn)生的效果完全抵消，互感器中沒有電流流過，脫扣器接在互感器上的線圈 “ 感覺 ” 什么事情都沒有發(fā)生，脫扣器不動作，開關保持接通狀態(tài) 。 圖 l 漏 電 脫扣器動作 框 圖 如圖 ，如果地面上的人觸摸到火線，就有電流從火線經(jīng)過人體流向大地 。這時互感器中火線和零線中電流的大小出現(xiàn)差異，使互感器上的線圈感應出電流（以后將會學到這方面的知識），這個電流使脫扣器動作，把開關斷開從而切斷了電路，保護了人身安全 。 觸電電流對人體的危害程度跟觸電電流的大小、觸電時間的長短等因素有關，觸電電流在 mA 以下時，人體沒有反應；觸電電流為 30 mA、觸電時間為 1s 以下時，不會造成死亡事故；觸電電流為 200 mA 時，即使觸電時間為 ，也有可能造成生命危險 。 因此，對漏 電保護器來說，多大的漏電電流就應該引起斷電保護動作以及動作時間是多少，這是兩個重要的技術指標 。 用于一般場所防止觸電事故的漏電保護器，當漏電電流達到 60 mA 時，通常要求漏電保護器必須在 內(nèi)斷開電路，當漏電電流為 250 mA 時，要求在 內(nèi)斷開電路 。 用于防止發(fā)生火災 的 漏電保護器的靈敏程度可以適當放寬，動作時間在 到 2s 之間 。 為經(jīng)常檢查漏電保護器的動作性能，漏電保護器上必須裝一個試驗按鈕，按下按鈕時，可以模擬一個漏電電流，以檢查漏電保護器的開關能否正常脫扣 。 基于單片機的漏電保護器的研究 13 4 漏電保護器的硬 件設計 圖 硬件電路主框 漏電保護器的硬件部分主要由供電電源電路、三相交流電電壓電流檢測電路、漏電檢測電路、單片機電路、液晶報警顯示電路、電機控制電路和按鍵設置電路組成 , 見圖 。 圖 電源電路 基于單片機的漏電保護器的研究 14 以下是各部分電路的簡要說明 : (1) 供電電源電路 電源電路主要是為電機控制電路、單片機控制、電壓電流漏電檢測電路、聲音報警和液晶顯示電路提供 +12V 和 +5V 電源 ， +12V 和 +5V電源由 220V 交流電經(jīng)過變壓器、整流濾波電路和 LM7812 和 LM7805 芯片產(chǎn)生 ， 電路框圖見圖 。 (2) 單片機電路 單片機是 漏電保護器的核心 , 完成 漏電保護器的控制功能 , 包括交流電