【文章內容簡介】 OM存儲器，可以在系統(tǒng)掉電時保護重要數(shù)據(jù)。7．多達20個中斷源，每個中斷有獨立的中斷向量入口地址。8．2個8位定時/計數(shù)器，1個16位定時/計數(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，超強的抗干擾能力。每個IO口可負載40mA的電流，總電流不超過200mA。11．可選片內/片外RC振蕩、石英/陶瓷晶振、外部時鐘、更具備實時時鐘（RTC）功能；片內RC振蕩可達8MHZ，頻率可校調到精度；片外晶振振蕩幅度可調，以改善EMI性能。12．內置模擬量比較器。13．可以用熔絲開啟、帶獨立振蕩器的看門狗，看門狗溢出時間分8級可調。14．內置上電復位電路和可編程低電壓檢測（BOD）復位電路。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單片機封裝圖．復位電路Atmega16單片機的外部復位由外加于RESET引腳的低電平產生。當復位低電平持續(xù)時間大于最小脈沖寬度時即觸發(fā)復位過程，即使此時并沒有時鐘信號在運行。當外加信號達到復位門限電壓時，延時一段時間后MCU即啟動。復位電路設計圖如圖432所示，由開關S1給MCU提供一個手動復位。當開關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復位；當開關S1斷開時，RESET引腳外加一個能達到復位門限電壓的高電平且持續(xù)一段時間，MCU啟動。圖432　復位電路圖．濾波電路系統(tǒng)5V源經過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部AVcc，電容C2并接在AREF與地之間，從而進一步地提高參考電壓的穩(wěn)定性[14]。．SPI下載接口利用SPI下載接口來實現(xiàn)對ATMEGA16單片機進行串行編程，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，同時可以方便地實現(xiàn)I/O口的共用，是最常用的下載方式。．聲光報警電路用單片機的定時器0的快速PWM模式產生一個脈沖來使蜂鳴器抱緊，并點亮對應的發(fā)光二極管，以此來實現(xiàn)報警功能。聲光報警電路如圖44：圖44　聲光報警電路原理圖．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．聲音報警電路本設計采用ATMEGA16中的8位定時/計數(shù)器T/C0的快速PWM模式下由PB3口輸出矩形脈沖，并用PNP三極管來驅動蜂鳴器，使其發(fā)出警報聲。T/C0的主要特點如下[16]：1.　單通道計數(shù)器；2.　比較匹配清0計數(shù)器（自動重載特性）；3.　可產生無輸出抖動的、相位可調的脈寬調制（PWM）信號輸出；4.　頻率發(fā)生器；5.　外部事件計數(shù)器；6.　10位時鐘預分頻器；7.　溢出和比較匹配中斷源（TOV0、OCF0）；．光報警電路由于ATmega16單片機的I/O口輸出“0”時，可以吸收最大40mA的電流，因此本設計采用控制發(fā)光二極管負極進行設計。發(fā)光二極管的正端與限流電阻和系統(tǒng)電源相連，當與之相連的I/O口輸出為0時，發(fā)光二極管點亮；反之則熄滅。．驅動電路 利用驅動芯片來驅動繼電器，控制其閉合，從而達到控制氧化鋅避雷器脫扣。驅動電路如圖45所示： 圖45　驅動電路原理圖．ULN2074B簡介，其引腳圖和內部構造圖分別如圖4511和圖4512所示： 圖4511　ULN2074B引腳圖 圖4512　ULN2074B內部結構ULN2074B是由四個達林頓晶體管組成，其最大可承受電壓為50V,。C端與E端導通與否是由B端控制，當給B端輸入一個高電平時，C端與E端導通，當給B端一個低電平時，C端與E端截止。本設計將ULN2074B的B1端與B3端并聯(lián)并與單片機的一個IO口串聯(lián)；B2端與B4端并聯(lián)并與單片機的另一個IO口串聯(lián)。具體接法如圖45所示，當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B1端與B3端輸入低電平，B2與B4端輸入低電平時，ULN2074B全關；當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。 ．二極管保護電路二極管保護電路在系統(tǒng)中起到極性保護的作用，即一旦驅動芯片ULN2074B輸出端輸出負壓或者高于正電源電壓時二極管導通使輸出信號被嵌位在正電源和地之間。．穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路主要實現(xiàn)5V穩(wěn)壓功能。因單片機只需5V電壓，如果電壓太高會燒毀單片機，而單片機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轉換的結果，故用7805進行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7805一起構成了穩(wěn)壓核心電路。另外本電路還設計了一個采用電腦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S4起到選擇由哪個電源供電的問題，最后流經保險絲給整個電路供電。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．軟件設計在產品設計中，硬件電路是靠軟件來指導工作，實現(xiàn)設計者的設定功能；而軟件的編寫都是以硬件部分的設計為基礎的，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，相互相成的。程序要結構化，分成多個子程序，然后再對每個子程序細化編寫，這樣思路才清晰。而在調試過程中也不是一遍就能成功的，所以這樣的結構化同時也給了后期的調試處理提供了很大的方便。在本設計的系統(tǒng)軟件中，采用以ATmega16單片機為核心的C語言編程，具有模塊化結構，主要有系統(tǒng)初始化、AD轉換和安全報警程序。．程序流程圖 本設計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結果配置ADC 漏電流超標 N Y N 漏電流超標讀取該路的ADC轉換結果 Y脫扣并告警圖51　程序流程圖．程序設計．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）功能復用的[7]。其通用I/O端口具有如下的特點：1．雙向可獨立位控的I/O口。2．PushPull大電流驅動 (最大40mA)。3．可控制的引腳內部上拉電阻。4．DDRx可控的方向寄存器。本設計選用PA0PA3的復用功能AD轉換作為AD轉換輸入口，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)。 //設置PB3口為輸出口PORTB|=(13)。//PB3賦予初值1DDRC=0xff。 //設置PC口為輸出口PORTC=0xff。 //PC0賦予初值1．配置定時器0 ATmega16單片機不僅配備了更多的定時計數(shù)器接口，而且還是增強型的，如通過定時計數(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，即脈沖寬度調制輸出PWM信號，用于D/A、馬達無級調速控制、變頻控制等，功能非常強大。其一共配置了2個8位和1個16位，共3個定時計數(shù)器，它們是8位的定時計數(shù)器T/C0、T/C2和16位的定時計數(shù)器T/C1[7]。在T/C0中，有兩個8位的寄存器：計數(shù)寄存器TCNT0和輸出比較寄存器OCR0。其它相關的寄存器還有T/C0的控制寄存器TCCR0，中斷標志寄存器TIFR和定時器中斷屏蔽寄存器TIMSK。T/C0的計數(shù)器事件輸出信號有兩個，計數(shù)器計數(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對應的兩個相互獨立的中斷屏蔽控制位TOIE0、OCIE0[7]。T/C0共有普通模式（WGM0[1:0]=0）