【正文】 1. 獨(dú)立式按鍵 單片機(jī)控制系統(tǒng)中，往往只需要幾個(gè)功能鍵，此時(shí)，可采用獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)。由于非編碼鍵盤幾乎不需要附加硬件邏輯，因此 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中被普遍使用。這種鍵盤使用十分方便，但價(jià)格相對(duì)較高， 因此 一般的單片應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。編碼鍵盤本身除了按鍵外，還包括產(chǎn)生鍵碼的硬件電路。 因此本設(shè)計(jì)中選用 LM385 的輸出做為基準(zhǔn)。 LM385 指定工作于 0176。 非常低的工作電流使這些器件非常適合用于微功率電路，如便攜儀器、穩(wěn)壓器和其他需要擴(kuò)展電池壽命的模擬電路。通過片內(nèi)微調(diào)可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的電壓誤差。 LM385 為微功率二端帶隙穩(wěn)壓二極管， 設(shè)計(jì)工作于 10uA 到 20mA 的寬電流范圍。 本設(shè)計(jì)中采用 抬高 基準(zhǔn)的方法來實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣 信號(hào) 的去負(fù)值操作。 MSP430 單片機(jī)的各引腳圖 310如下： 30 圖 MSP430F149 引腳圖 3. 單片機(jī)最小系統(tǒng) 最簡單的最小系統(tǒng)是由電源、晶振、復(fù)位電路、單片機(jī)夠成。 系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)備提供必要的邏輯控制信號(hào)。 目前 MSP430 所有系列單片機(jī)的總線都不對(duì)外開放，所以端口就成為用戶可以利用的重要資源。 MSP430 系統(tǒng)中沒有專門的輸入 /輸出指令，輸入 /輸出操作都是通過傳送指令完成的，端口 P0～ P6 都是可以位 尋址的，也就是說端口的每一位都可以單獨(dú)配置。系列型號(hào)包括： —— MSP430F133+:8KB 閃速存儲(chǔ)器， 256B RAM —— MSP430F135+:16KB 閃速存儲(chǔ)器， 512B RAM —— MSP430F147+:32KB 閃速存儲(chǔ)器， 1KB RAM —— MSP430F148+:48KB 閃速存儲(chǔ)器， 2KB RAM —— MSP430F149+:60KB 閃速存儲(chǔ)器， 2KB RAM 29 178。片內(nèi)比較器 178。定時(shí)器 _B：帶有 7 個(gè)俘獲 /陰影比較寄 存器的 16 位定時(shí)器 178。 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)， 125ns 指令周期 178。 5 種節(jié)電方式 178。特低功耗 —— 等待方式： A —— RAM 保持關(guān)閉方式： A 178。 1. MSP430 系列單片機(jī)特點(diǎn) 178。內(nèi)部的定時(shí)器使得這些配置很適合于工業(yè)控制應(yīng)用，例如紋波計(jì)數(shù)器、數(shù)字馬達(dá)控制、 EE 儀表、手持式儀表等。其內(nèi)部配置了 8 路 12 位 A/D 轉(zhuǎn)換通道 、 兩個(gè) 16 位定時(shí)器、 一個(gè)通用串行同步 /異步通信接口（ USART），有 48 個(gè) I/O 引腳 ， 能更好地滿足各種不同的應(yīng)用場 合 【 12】 。 具有 16 位 RISC 結(jié)構(gòu)， 運(yùn)算 和處理 速度有了很大的提高， CPU中的 16 位寄存器和常數(shù)產(chǎn)生器，使 MSP430 能具有最高的代碼效率。 與 AT89C系列相比， 德州儀器公司的 MSP430系列是一種特低功耗的混合信號(hào)微控制器（ Mixed Signal Microcontrollers）家族，其中包括幾種器件，它們是由針對(duì)各種應(yīng)用的不同的模塊組成的。 D D9 一方面對(duì) A、 B 起到保護(hù)作用防止負(fù)電壓對(duì)這兩個(gè)引腳造成隨壞，另一方面當(dāng)正常工作的時(shí)候可以保證 A、 B 之間至少有 700mV的 電壓差。 GND：電源地。 B：接受（發(fā)送）反向端。 DI：驅(qū)動(dòng)器輸入。 __RE ：接收器輸出使能，低電平時(shí) RO 有效。而在眾 多接口芯片中 MAX1487 改進(jìn)了設(shè)計(jì)使功耗降到很低最多可以再總線上掛 128 個(gè)控制器，所以通信接口我們選擇 MAX1487 芯片。 RS485 與 RS422 相比其輸出共模電壓要略高一些，其接收器的最小輸入阻抗也略大一些，所以 RS485 要比 RS422 的帶載能力強(qiáng)，所以在總線上最多可以接 32 個(gè)設(shè)備，而 RS422 最多可以接 10 個(gè)接點(diǎn)。其最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率為 10Mb/s。 RS232 是專門為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊而設(shè)計(jì)的 【 11】 。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 R2 的計(jì)算可以有下式計(jì)算： 26 samprefoutI VVR ??2 (47) R4 的作用是在光耦不工作的時(shí)候?yàn)?TL431 提供一個(gè)直流偏置電流， R1 的起到限流的作用。 ◆ TL431 的功能 圖 TL431內(nèi)部圖 正常工作時(shí)， 它需要一個(gè)最小為 1mA 的連續(xù)電 流輸入 到 輸出引腳 ，輸出信號(hào)就加到這個(gè)偏置電流上。 ◆特點(diǎn) ●全范圍溫度系數(shù)： 30ppm/℃ ● ●吸收電流能力： 1mA 至 100mA ●低輸出噪聲 ●可調(diào)輸出電壓： Vref 至 36V ●多種高密度封裝可供選擇：小型（ D） 圖 TL431圖 25 ◆ TL431 的外形 見圖 。有源輸出電路提供非常尖銳的導(dǎo)通特性，使器件成為許多應(yīng)用如片內(nèi)穩(wěn)壓、可調(diào)電源及開關(guān)電源中齊納二極管的良好替代品。輸出電壓可用兩個(gè)外部電阻設(shè)置至 Vref（約 ）和 36V 之間的任何值。此引腳最好不要懸空 。在 Y、 R和 F封裝中，頻率引腳與源極相連時(shí)開關(guān)頻率設(shè)置為 132 kHz的缺省值。此引腳也可用作兩種模式下的遠(yuǎn)程開／關(guān)控制和同步輸入。此引腳還可用于遠(yuǎn)程開／關(guān)控制及同步輸入。 線電壓檢測 (L)引腳通常用于線電壓檢測，通過一個(gè)電阻與經(jīng)整流的高壓直流總線連接，能設(shè)定過壓 (OV)／欠壓 (UV)和降低 DCMAX 的線電壓前饋。 （ 7） 采用缺省引腳及引線的封裝，可提供更大的漏極爬電距離。 24 （ 6） 遲滯過熱關(guān)斷功能確保器件在發(fā)生熱故障時(shí)自動(dòng)恢復(fù)。 （ 4） 采用較高的 132 kHz 開關(guān)頻率，可減少變壓器尺寸，并對(duì) EMI 沒有顯著影響。 （ 2） DCMAX 可達(dá) 78%，允許使用更小的輸入存儲(chǔ)電容，所需輸入電壓更低或具備更大輸出功率能力 。 TOPSwitchGX 增加了頻率、線電壓檢測和外部電流限制（僅限 Y、 R或 F 封裝）引腳或一個(gè)多功能引腳（ P或G 封裝），以實(shí)現(xiàn)一些新的功能。在正常工作情況下，功率 MOSFET 的占空比隨控制引腳電流的增加而線性減少， TOPSwitchGX 除了象三端 TOPSwitch 一樣，具有高壓啟動(dòng)、逐周期電流限制、環(huán)路補(bǔ)償電路、自動(dòng)重啟動(dòng)、熱關(guān)斷等特性，還綜合了多項(xiàng)能降低系統(tǒng)成本、提高電源性能和設(shè)計(jì)靈活性的附加功能。它也是初級(jí)控制電路的公共點(diǎn)及參考點(diǎn)。 P和 G封裝只能以 132 kHz 開關(guān)頻率工作。 連接至源極引腳則禁用此引腳的所有功能并使 TOPSwitchGX 以簡單的三端模式工作（如 TOPSwitchII）。 23 多功能 (M) 引腳： (僅限 P 或 G 封裝 ) 此引腳集 Y 封裝的線電壓檢測 (L)及外部流限 (X)引腳功能于一體。 外部流限 (X) 引腳： (僅限 Y、 R或 F封裝 ) 外部流限調(diào)節(jié)、遠(yuǎn)程開／關(guān)控制和同步的輸入引腳。 線電壓檢測 (L) 引腳： (僅限 Y、 R或 F封裝 ) 過壓 (OV)、欠壓 (UV)、降低 DCMAX 的線電壓前饋、遠(yuǎn)程開／關(guān)和同步的輸入引腳。與內(nèi)部并聯(lián)調(diào)整器相連接，提供正常工作時(shí)的內(nèi)部偏置電流。漏極電流的內(nèi)部流限檢測點(diǎn)。 圖 TOP243YN內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳功能描述 漏極 (D) 引腳： 高壓功率 MOSFET 的漏極輸出。 所有封裝形式的器件均具備如下相同特性：軟啟動(dòng)、 132 kHz 開關(guān)頻率（輕載時(shí)自動(dòng)降低 )、可降低 EMI 的頻率調(diào)制、更寬的 DCMAX、遲滯熱關(guān)斷及更大的爬電距離封裝。 TOP243YN 還集成了多項(xiàng)新功能，可以降低系統(tǒng)成本，提高了設(shè)計(jì)靈活性及效率 【 9】 。 18V 電壓是經(jīng) 78L12 將 20V電源穩(wěn)壓后得到的。二次繞組電壓 通過 78L05 穩(wěn)壓成 5V， C12 整流濾波，獲得 5V輸出電壓。 D1 和 D2 能將漏感產(chǎn)生的尖峰電壓鉗位到安全值，并能衰減振鈴電壓。電路圖如圖 32所示 。 該模塊采用一片 TOP243YN型三端單片機(jī)開 關(guān)電源，配光耦合器，和可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器 TL431，構(gòu)成 3 路隔離輸出式， PWM 反饋開關(guān)電源模塊。 電源電路的設(shè)計(jì) 根據(jù)需要，本系統(tǒng)需 和 5V 的直流電源進(jìn)行供電。 TL494 內(nèi)置一個(gè) 的基準(zhǔn)電壓源，使用外置偏置電路時(shí)，可提供高達(dá) 10mA 的負(fù)載電流，在典型的 0— 70℃ 溫度范圍 50mV 溫漂條件下，該基準(zhǔn)電壓源能提供 177。在單端工作模式下，當(dāng)需要更高的驅(qū)動(dòng)電流輸出，亦可將 兩功率管 并聯(lián)使用， 這時(shí)，需將輸出模式控制腳接地以關(guān)閉雙穩(wěn)觸 發(fā)器。如果工作于單端狀態(tài)，且最大占空比小于 50%時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別從晶體管取得。 當(dāng)比較器 CT放電，一個(gè)正脈沖出現(xiàn)在死區(qū)比較器的輸出端，受脈沖約束的雙穩(wěn)觸發(fā) 20 器進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)停止輸出管的工作。兩個(gè)誤差放大器具有從 到（ ）的共模輸入范圍。當(dāng)把死區(qū)時(shí)間控制輸入端接上固定的電壓（范圍在 0— 之間）即能在輸出脈沖上產(chǎn)生附加的死區(qū)時(shí)間。 控制信號(hào)由集成電路外部輸入，一路送至死區(qū)時(shí)間比較器，一路送往誤差放大器的輸入端。當(dāng)雙穩(wěn)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)才會(huì)被選通，即只有在鋸齒波電壓大 于控制信號(hào)期間才會(huì)被選通。 工作原理： 19 TL494 是一個(gè)固定頻率的脈沖寬度調(diào)制電路，內(nèi)置了線性鋸齒波振蕩器，振蕩頻率可通過外部的一個(gè)電阻和一個(gè)電容進(jìn)行調(diào)節(jié)，其振蕩頻率如 式 45 所示 ： TTosc CRf ?? （ 45） 輸出脈沖的寬度是通過電容 CT上的正極性鋸齒波電壓與另外兩個(gè)控制信號(hào)進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)。 ◆ 內(nèi)置功率晶體管可提供 500mA 的驅(qū)動(dòng)能力。 ◆ 內(nèi)止 5V 參考基準(zhǔn)電壓源。 ◆ 片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。 TL494 有 SO16和 PDIP16 兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場合的要求。 變送電路如圖 所示： Q19013104C1104C5104C6102C3D1LM3851KR15KR71KR61KR2R1150R910KR410KR31KR5R8U1PC817100pFC45VPWMINVinGNDGNDGNDGNDVREFC124VCTRTPWMVREFGNDGNDVinFeedbackGNDCTRT24VQ28550100R14FeedbackC15KR12R10PWMVREF104C2IOE210VCC12DT CON4OUT CON13RT6 IN 215+IN 216+IN 11 IN 12FB3GND7C18E19C211REF OUT14CT5U2TL494CNVREF VREF1234P15V PWMIN12P2Header 2 圖 變送電路 18 在 此 電路中，電壓變送的輸出電壓為（ 0～ 5） V；輸出電流為（ 4～ 20） mA。 I2 I1 N2 N1 A 17 CIA12 31雙二極U4VCCIA270RIASAIB1AIB2CIC12 31雙二極U9IC270RICSAIA1AIA2 VRVRGNDVCCGND510RA510RBT1TransT2Trans 圖 電流采樣電路 電壓、電流變送電路 變送電路是將 被測的交流電流或電壓 變換成與之成正比例的適合儀表測量的直流電流或直流電壓的電路。 為了 保護(hù) 單片機(jī)的 I/O 口 ，采樣信號(hào)端加雙二極管 予以 雙向鉗位 保護(hù)。而電流互感器，能使主回路和二次回路隔開，實(shí)現(xiàn)互感器二次側(cè)不帶強(qiáng)電，同時(shí)還提高了 數(shù)字式功率因數(shù) 表的抗干擾能力。 比較這兩中方案，前者具有較好的線性度和較小的溫度系數(shù)。 根據(jù)磁動(dòng)勢(shì)的平衡原理可以得到 1102211 NININI ?? (42) 式中 110NI — 勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。 電流互感器的原理如圖 所示 ： Rs 1 2 3 I u 16 圖 電流互感器原理圖 電流互感器的工作原理與普通變壓器的工作原理基本相同，其原理 如圖 所示，當(dāng)一次繞組中有電流流 1I 過時(shí)， 由一次繞組的磁勢(shì) 11NI 產(chǎn)生的磁通絕大部分通過鐵芯而閉合， 從而在二次繞組中感應(yīng)出磁動(dòng)勢(shì) 2E 。 電流分流器的原理如下圖 所示： 圖 電流分流器原理圖 如圖 所示的電流分流器的原理，分流電阻 Rs，當(dāng)大電流 I 流過時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的成正比的微弱的電壓 u。 考慮到電路板的面積和成本問題，在調(diào)理電壓時(shí)沒有使