【文章內(nèi)容簡介】 OM存儲器，可以在系統(tǒng)掉電時保護(hù)重要數(shù)據(jù)。7．多達(dá)20個中斷源，每個中斷有獨(dú)立的中斷向量入口地址。8．2個8位定時/計(jì)數(shù)器，1個16位定時/計(jì)數(shù)器，帶捕捉、比較功能，有四個通道的PWM。9．硬件USART、SPI和基于字節(jié)處理的接口。10．良好的電氣性能，超強(qiáng)的抗干擾能力。每個IO口可負(fù)載40mA的電流，總電流不超過200mA。11．可選片內(nèi)/片外RC振蕩、石英/陶瓷晶振、外部時鐘、更具備實(shí)時時鐘（RTC）功能；片內(nèi)RC振蕩可達(dá)8MHZ，頻率可校調(diào)到精度；片外晶振振蕩幅度可調(diào)，以改善EMI性能。12．內(nèi)置模擬量比較器。13．可以用熔絲開啟、帶獨(dú)立振蕩器的看門狗，看門狗溢出時間分8級可調(diào)。14．內(nèi)置上電復(fù)位電路和可編程低電壓檢測（BOD）復(fù)位電路。15．六種睡眠模式，擁有更低的功耗和更靈活的選擇。16．，工作頻率為016MHZ；17．32個IO口，DIPTQFP44封裝，其封裝如圖431所示：圖431　ATmega16單片機(jī)封裝圖．復(fù)位電路Atmega16單片機(jī)的外部復(fù)位由外加于RESET引腳的低電平產(chǎn)生。當(dāng)復(fù)位低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時即觸發(fā)復(fù)位過程，即使此時并沒有時鐘信號在運(yùn)行。當(dāng)外加信號達(dá)到復(fù)位門限電壓時，延時一段時間后MCU即啟動。復(fù)位電路設(shè)計(jì)圖如圖432所示，由開關(guān)S1給MCU提供一個手動復(fù)位。當(dāng)開關(guān)S1按下時，RESET引腳外加一個低電平且持續(xù)時間大于最小脈沖寬度，MCU復(fù)位；當(dāng)開關(guān)S1斷開時，RESET引腳外加一個能達(dá)到復(fù)位門限電壓的高電平且持續(xù)一段時間，MCU啟動。圖432　復(fù)位電路圖．濾波電路系統(tǒng)5V源經(jīng)過L、C2濾波后到AVcc，提高了AVcc的穩(wěn)定性。由于ADC的參考電壓源采用內(nèi)部AVcc，電容C2并接在AREF與地之間，從而進(jìn)一步地提高參考電壓的穩(wěn)定性[14]。．SPI下載接口利用SPI下載接口來實(shí)現(xiàn)對ATMEGA16單片機(jī)進(jìn)行串行編程，由于編程時占用比較少的外圍引腳，所以可以實(shí)現(xiàn)芯片的在線編程，不需要將芯片從PCB板上取下來。采用SPI方式編程，只需要一根簡單的編程電纜，同時可以方便地實(shí)現(xiàn)I/O口的共用，是最常用的下載方式。．聲光報(bào)警電路用單片機(jī)的定時器0的快速PWM模式產(chǎn)生一個脈沖來使蜂鳴器抱緊，并點(diǎn)亮對應(yīng)的發(fā)光二極管，以此來實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。聲光報(bào)警電路如圖44：圖44　聲光報(bào)警電路原理圖．主要芯片74LS08介紹74LS08為四組2輸入端與門，A與B腳為輸入端，Y腳為輸出端[15]。其表達(dá)式為Y=AB,引腳圖和真值表分別如圖441和圖442所示：圖441　74LS08引腳圖ABY000010100111圖442　74LS08真值表．聲音報(bào)警電路本設(shè)計(jì)采用ATMEGA16中的8位定時/計(jì)數(shù)器T/C0的快速PWM模式下由PB3口輸出矩形脈沖，并用PNP三極管來驅(qū)動蜂鳴器，使其發(fā)出警報(bào)聲。T/C0的主要特點(diǎn)如下[16]：1.　單通道計(jì)數(shù)器；2.　比較匹配清0計(jì)數(shù)器（自動重載特性）；3.　可產(chǎn)生無輸出抖動的、相位可調(diào)的脈寬調(diào)制（PWM）信號輸出；4.　頻率發(fā)生器；5.　外部事件計(jì)數(shù)器；6.　10位時鐘預(yù)分頻器；7.　溢出和比較匹配中斷源（TOV0、OCF0）；．光報(bào)警電路由于ATmega16單片機(jī)的I/O口輸出“0”時，可以吸收最大40mA的電流，因此本設(shè)計(jì)采用控制發(fā)光二極管負(fù)極進(jìn)行設(shè)計(jì)。發(fā)光二極管的正端與限流電阻和系統(tǒng)電源相連，當(dāng)與之相連的I/O口輸出為0時，發(fā)光二極管點(diǎn)亮；反之則熄滅。．驅(qū)動電路 利用驅(qū)動芯片來驅(qū)動繼電器，控制其閉合，從而達(dá)到控制氧化鋅避雷器脫扣。驅(qū)動電路如圖45所示： 圖45　驅(qū)動電路原理圖．ULN2074B簡介，其引腳圖和內(nèi)部構(gòu)造圖分別如圖4511和圖4512所示： 圖4511　ULN2074B引腳圖 圖4512　ULN2074B內(nèi)部結(jié)構(gòu)ULN2074B是由四個達(dá)林頓晶體管組成，其最大可承受電壓為50V,。C端與E端導(dǎo)通與否是由B端控制，當(dāng)給B端輸入一個高電平時，C端與E端導(dǎo)通，當(dāng)給B端一個低電平時，C端與E端截止。本設(shè)計(jì)將ULN2074B的B1端與B3端并聯(lián)并與單片機(jī)的一個IO口串聯(lián)；B2端與B4端并聯(lián)并與單片機(jī)的另一個IO口串聯(lián)。具體接法如圖45所示，當(dāng)B1端與B3端輸入高電平，B2與B4端輸入低電平時，電流由A端流向B端；當(dāng)B1端與B3端輸入低電平，B2與B4端輸入高電平時，電流由B端流向A端；當(dāng)B1端與B3端輸入低電平，B2與B4端輸入低電平時，ULN2074B全關(guān)；當(dāng)B1端與B3端輸入高電平，B2與B4端輸入高電平時，ULN2074B全通，會造成短路，這是所不被允許。系統(tǒng)就是由AB端提供給磁保持繼電器一個較大的電流來控制的其閉合。 ．二極管保護(hù)電路二極管保護(hù)電路在系統(tǒng)中起到極性保護(hù)的作用，即一旦驅(qū)動芯片ULN2074B輸出端輸出負(fù)壓或者高于正電源電壓時二極管導(dǎo)通使輸出信號被嵌位在正電源和地之間。．穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路主要實(shí)現(xiàn)5V穩(wěn)壓功能。因單片機(jī)只需5V電壓，如果電壓太高會燒毀單片機(jī)，而單片機(jī)的參考電源輸入端需要一個穩(wěn)定的5V電壓值，如果電壓值不穩(wěn)定會影響AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，故用7805進(jìn)行5V穩(wěn)壓。穩(wěn)壓電路的原理圖見圖46。U6是三端穩(wěn)壓器7805。外接電源從7805的1腳進(jìn)入，7805的2腳接地，3腳輸出5V電壓。 電容C13起穩(wěn)壓作用，它們和7805一起構(gòu)成了穩(wěn)壓核心電路。另外本電路還設(shè)計(jì)了一個采用電腦USB供電接口，470μF電解電容C16和100pf電容C15在此也起穩(wěn)壓作用，使得從電腦USB接口輸入的電壓更加穩(wěn)定。開關(guān)S4起到選擇由哪個電源供電的問題，最后流經(jīng)保險(xiǎn)絲給整個電路供電。電源指示燈起到指示電路是否通電的作用。圖46　穩(wěn)壓電路5．軟件設(shè)計(jì)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，硬件電路是靠軟件來指導(dǎo)工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)定功能；而軟件的編寫都是以硬件部分的設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的，它為硬件所用，使硬件電路按我們所想的方向工作，因此，它們是一一對應(yīng)，相互相成的。程序要結(jié)構(gòu)化，分成多個子程序，然后再對每個子程序細(xì)化編寫，這樣思路才清晰。而在調(diào)試過程中也不是一遍就能成功的，所以這樣的結(jié)構(gòu)化同時也給了后期的調(diào)試處理提供了很大的方便。在本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)軟件中，采用以ATmega16單片機(jī)為核心的C語言編程，具有模塊化結(jié)構(gòu)，主要有系統(tǒng)初始化、AD轉(zhuǎn)換和安全報(bào)警程序。．程序流程圖 本設(shè)計(jì)的軟件程序流程圖如圖51：配置定時器0配置IO口初始化比較漏電流值依次讀取四路ADC結(jié)果配置ADC 漏電流超標(biāo) N Y N 漏電流超標(biāo)讀取該路的ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果 Y脫扣并告警圖51　程序流程圖．程序設(shè)計(jì)．配置IO口ATmega16芯片有PORTA、PORTB、PORTC、PORTD（簡稱PA、PB、PC、PD）4組8位，共32路通用I/O接口，分別對應(yīng)于芯片上32根I/O引腳。所有這些I/O口都是雙（有的為3）功能復(fù)用的[7]。其通用I/O端口具有如下的特點(diǎn)：1．雙向可獨(dú)立位控的I/O口。2．PushPull大電流驅(qū)動 (最大40mA)。3．可控制的引腳內(nèi)部上拉電阻。4．DDRx可控的方向寄存器。本設(shè)計(jì)選用PA0PA3的復(fù)用功能AD轉(zhuǎn)換作為AD轉(zhuǎn)換輸入口，選用PC0PC7作為告警和脫扣輸出口，選用PB3口作為定時器0的PWM脈沖輸出口。 DDRB|=(13)。 //設(shè)置PB3口為輸出口PORTB|=(13)。//PB3賦予初值1DDRC=0xff。 //設(shè)置PC口為輸出口PORTC=0xff。 //PC0賦予初值1．配置定時器0 ATmega16單片機(jī)不僅配備了更多的定時計(jì)數(shù)器接口，而且還是增強(qiáng)型的，如通過定時計(jì)數(shù)器與比較匹配寄存器相互配合，生成占空比可變的方波信號，即脈沖寬度調(diào)制輸出PWM信號，用于D/A、馬達(dá)無級調(diào)速控制、變頻控制等，功能非常強(qiáng)大。其一共配置了2個8位和1個16位，共3個定時計(jì)數(shù)器，它們是8位的定時計(jì)數(shù)器T/C0、T/C2和16位的定時計(jì)數(shù)器T/C1[7]。在T/C0中，有兩個8位的寄存器：計(jì)數(shù)寄存器TCNT0和輸出比較寄存器OCR0。其它相關(guān)的寄存器還有T/C0的控制寄存器TCCR0，中斷標(biāo)志寄存器TIFR和定時器中斷屏蔽寄存器TIMSK。T/C0的計(jì)數(shù)器事件輸出信號有兩個，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)溢出TOV0和比較匹配相等OCF0。這兩個事件的輸出信號都可以申請中斷，中斷請求信號TOV0、OCF0可以在定時器中斷標(biāo)志寄存器TIFR中找到，同時在定時器中斷屏蔽寄存器TIMSK中，可以找到與TOV0、OCF0對應(yīng)的兩個相互獨(dú)立的中斷屏蔽控制位TOIE0、OCIE0[7]。T/C0共有普通模式（WGM0[1:0]=0）