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正文內(nèi)容

基于單片機的漏電保護器設計方案(編輯修改稿)

2025-05-30 22:33 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 用的推廣普及,微控制技術必將不斷發(fā)展和日趨完善,而單片機的應用則必將更加深人、更加廣泛。 PIC單片機是美國Microchip公司所生產(chǎn)的單片機系列產(chǎn)品型號的前綴。PIC系列單片機的硬件系統(tǒng)設計簡潔,指令系統(tǒng)設計精煉。在所有的單片機品種當中,它是最容易學習、最容易應用的單片機品種之一。對于單片機的初學者來說,若選擇PIC單片機作為攻入單片機王國的“突破口”,將是一條最輕松的捷徑,定會取得事半功倍的功效。 世界上有一些著名計算機芯片制造公司,其單片機產(chǎn)品是在其原有的微型計算機CPU基礎上改造而來的,在某種程度上自然存在一定的局限性。而Microchip公司是一家專門致力于單片機開發(fā)、研制和生產(chǎn)的制造商,其產(chǎn)品設計起點高,技術領先,性能優(yōu)越,獨樹一幟。目前,已有好幾家著名半導體公司仿照PIC系列單片機,開發(fā)出與之引腳兼容的系列單片機。例如,美同SCENIX公司的5X系列、臺灣EMC公司的EM78P系列、臺灣MDT公司的MDT系列等??梢哉f,PIC系列單片機代表著單片機發(fā)展的新動向。它具有以下優(yōu)點:a. 數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線結構。b. 只有35條指令的精簡指令集,而MCS51單片機的指令系統(tǒng)共有111條指令。c. PIC系列單片機只有4種尋址方式,而MCS51單片機則為7種尋址方68HC05單片機為6種。d. 代碼壓縮率高1K字節(jié)的存儲器空間,對于像MCS51這樣的單片機,大約只能存放600條指令,而對于PIC系列的單片機能夠存放的指令數(shù)可達1024條。e. 驅動能力強。I/O端口驅動負載能力較強,能夠直接驅動發(fā)光二極管LED、光電耦合器或者微型繼電器等。f. PIC系列單片機的程序、堆棧、數(shù)據(jù)三者各自采用互相獨立的尋址(或地址編碼)空間,尋址空間設計簡潔。g. PIC系列單片機內(nèi)集成了上電復位電路、I/O引角上拉電路、看門狗定時器等,可以最大程度地減少或免用外接器件。h. 開發(fā)方便。對于PIC系列中的任一款單片機的開發(fā),都可以借助于一套免費軟件綜合開發(fā)環(huán)境,實現(xiàn)程序編寫和模擬仿真,在用任意一種廉價的燒寫器完成程序的固化燒寫,便形成一套最經(jīng)濟實用的開發(fā)系統(tǒng)[16]。 PIC16F877單片機I/O腳分配選擇PIC微控制器芯片型號時要考慮到各個方面的因素,這些因素包括所需的I/O引腳的數(shù)目,所需的外圍設備(例如A/D轉換模塊、CCP模塊,USART等) ,記憶存儲空間的大小,控制器速度,芯片的實際尺寸(封裝形式等)[17]。選擇PIC微控制器時,還有一點需特別注意,就是造價和以上所列因素之間的平衡。我們希望能夠選擇到的芯片具有最少的I/O引腳,外圍,記憶存儲空間和速度。結合本課題的實際,根據(jù)上述因素,列出需求如下:計算所需I/O引腳的最少數(shù)目:l) 漏電檢測電路1個漏電電流采集的輸入端口。2) 相位同步電路1個方波輸入端口為漏電電流采集和檢測提供周期。3) 漏電動作電流設定電路通過開關量輸入,設定額定緩變動作電流值、額定突變動作電流值、額定直流動作電流值及額定動作延時時間。a. 緩變動作電流值:300mA、500mA;b. 突變額定動作值可設定為突變電流動作和突變電流不動作,當突變電流動作時,有:30mA、50mA、100mA;c. 額定動作延時時間:分非延時和延時兩種情況。在延時情況下。我們將上述四項分別由開關S1和開關SSS2的狀態(tài)控制。額定緩變動作電流的值由開關S1的狀態(tài)決定,額定突變動作電流值和額定動作延時間對應的開關量由SSS2設定。開關量和額定動作值及延時時間的對應關系如表41,表42所示:所以共需4個開關輸入端口,由4個開關的狀態(tài)指示不同的設定值組合。表41 額定緩變電流值以及額定動作延時的開關量(S1, S2)設定緩變電流300/mA500/mA00000010非延時00010011表42 突變動作電流值以及額定動作延時的開關量(S4,S3,S2)設定突變電流30/mA50/mA100/mA不動作0100011010001010非延時01010111100110114) 漏電數(shù)字顯示電路漏電參數(shù)采用LM020L液晶顯示,需設7個I/O口。5) 動作執(zhí)行單元動作執(zhí)行單元需設1個I/O輸出控制端口本次設計選擇PIC16F877單片機,引腳圖見圖43:圖43 PIC16F877的引腳圖表43 PIC16F877引腳功能圖引腳名稱引腳號引腳類型引腳功能OSC113I時鐘振蕩器輸入端,也是晶體連接端OSC214O時鐘振蕩器輸出端,也是晶體連接端MCLR1I/P人工復位輸入端(低電平有效)/編程電壓輸入端RA0RA527I/O端口A是一個輸入/輸出可編程的雙向5線端口。全部引腳有第二功能,部分引腳有第三功能RB0RB73340I/O端口B是一個輸入/輸出可編程的雙向端口,做輸入時內(nèi)部有可編程的弱上拉電路,此外部分引腳有第2功能RC0RC71518,2326I/O端口C是一個輸入/輸出可編程的雙向端口此外還有第2第3功能RD0RD71922,2730I/ORD端口是一個輸入/輸出可編程的雙向端口;此外全部引腳都有第2功能RE0RE2810I/ORE端口是一個輸入/輸出可編程的雙向端口;此外全部引腳都有第2第3功能VSS12,31P接地端VDD11,32P正電源端 單片機接口按鍵設計按鍵部分用于設置動作電流和時間參數(shù),按鍵的硬件接口電路圖如圖44所示。當某個按鍵電位為低電位時,表示按鍵按下,此時進行相應的操作。圖44 按鍵電路原理圖 單片機復位電路設計 PICl6F87x系列單片機的復位功能設計得比較完善,導致單片機內(nèi)部復位的方式,或者說,引起單片機內(nèi)部復位的條件和原因可以大致歸納成以下5種:1) 上電復位:每次單片機加電時,上電復位電路都要對電源電壓VDD的上升過程進行檢測,就產(chǎn)生一個有效的復位信號,需經(jīng)72mS=1024個時鐘周期的延時。才會使單片機復位。2) 人工復位(單片機在執(zhí)行程序期間):無論是單片機在按頂先設定的正常順序遠行程序,還是出現(xiàn)單片機進入不可預知的某一個死循環(huán)(形成死機現(xiàn)象),都得認作單片機在執(zhí)行程序。單片機在執(zhí)行程序期間,只需在人工復位端MCLR加入一個低電平信號,就會令其復位。3) 看門狗復位:不論何種原因,只要沒有對看門狗定時器WDT進行周期性地及時地清0,WDT就會出現(xiàn)超時溢出,也就會引發(fā)單片機復位。依據(jù)單片機在看門狗超時溢出之前所處的狀態(tài)是在睡眠還是在執(zhí)行程序,又可以將看門狗超時溢出分為兩種情況。其實只有在單片機執(zhí)行程序期間,看門狗發(fā)出超時溢出,才會引發(fā)單片機的復位,而另一種情況對于PIC16F87X單片機而言則不會引發(fā)單片機的復位。4) 電源欠壓復位:在上電延時之后,該電路再提供1024個時鐘周期的延遲,目的是讓振蕩電路有足夠的時間產(chǎn)生穩(wěn)定的時鐘信號。為了滿足上述人工復位的需要,通常單片機都設置一個外接復位引腳,來接收外部輸人的人工復位信號,在PIC系列單片機的技術文檔中稱該腳為“MCLR”,英文原意是人工清除的意思。低電平有效。PIC16F877復位功能如圖45所示:按下按鍵低電平有效,單片機人工復位。圖45 PIC16F877復位電路原理圖
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