【正文】 B0，并向DCLK輸出低電平脈沖；② 以同樣的方式，輸出讀取按鍵代碼命令的位數(shù)據(jù)B1～B11；③ 向LOAD輸出低電平脈沖，其中包括一個上升沿使CH447L加載串行數(shù)據(jù)，CH447L分析出是讀取按鍵代碼命令，立即在DOUT輸出按鍵代碼的最高位數(shù)據(jù)K6；④ 讀取一位數(shù)據(jù)，即從DOUT輸入按鍵代碼的最高位數(shù)據(jù)K6，并向DCLK輸出低電平脈沖；⑤ 以同樣的方式，輸入按鍵代碼的位數(shù)據(jù)K5～K0。當啟用鍵盤掃描功能后，DOUT用于鍵盤中斷和數(shù)據(jù)輸出，默認是高電平。當單片機I/O引腳資源緊張時，CH447L只需要獨占使用LOAD信號線，DIN和DCLK信號線可以與其它接口電路共用。LOAD用于加載串行數(shù)據(jù)，CH447L在其上升沿加載移位寄存器中的12位數(shù)據(jù)，作為操作命令分析并處理，無論移位寄存器中的12位數(shù)據(jù)是否有效，CH447L都會將其當作操作命令。DCLK用于提供串行時鐘，CH447L在其上升沿從DIN輸入數(shù)據(jù)，在其下降沿從DOUT輸出數(shù)據(jù)。DOUT在未啟用鍵盤掃描功能時作為串行數(shù)據(jù)輸出線，在啟用鍵盤掃描功能后作為鍵盤中斷和數(shù)據(jù)輸出線，默認是高電平。圖312 鍵盤芯片連接圖(3)四線串行接口CH447L具有硬件實現(xiàn)的高速4線串行接口，包括4個信號線：串行數(shù)據(jù)輸入線DIN、串行數(shù)據(jù)時鐘線DCLK、串行數(shù)據(jù)加載線LOAD、串行數(shù)據(jù)輸出線DOUT。CH447L所提供的按鍵代碼為7位，位2～位0是列掃描碼，位5～位3是行掃描碼，位6是狀態(tài)碼（鍵按下為1，鍵釋放為0）。如果CH447L檢測到有效的按鍵，則記錄下該按鍵代碼，并通過4線串行接口中的DOUT引腳產生低電平有效的鍵盤中斷，此時單片機可以通過串行接口讀取按鍵代碼；在沒有檢測到新的有效按鍵之前，CH447L不再產生任何鍵盤中斷。我所設計的鍵盤采用了8*1的鍵盤方式，為了防止鍵被按下后在SEG信號線與DIG信號線之間形成短路而影響顯示，要在CH447L的DIG0～DIG7引腳與鍵盤矩陣之間串接限流電阻，其阻值可以從1KΩ至10KΩ。各數(shù)碼管的陰極分別由CH447L的DIG0～DIG7引腳進行驅動并串接上二極管防止數(shù)碼管反向漏電。如圖311所示CH447L驅動4個數(shù)碼管和一組LED光二極管(共八個)。默認情況下，CH447L工作于不譯碼方式，此時8個數(shù)據(jù)寄存器中字數(shù)據(jù)的位7～位0分別對應8個數(shù)碼管的小數(shù)點和段G～段A，當數(shù)據(jù)位為1時，對應的數(shù)碼管的段就會點亮；當數(shù)據(jù)位為0時，則對應的數(shù)碼管的段就會熄滅。CH447L內部的8個8位的數(shù)據(jù)寄存器用于保存8個字數(shù)據(jù)，分別對應于所驅動的8個數(shù)碼管或者8組發(fā)光二極管。CH447L也可以連接88矩陣的發(fā)光二級管LED陣列或者64個獨立發(fā)光管二極管或者64級光柱。(1)顯示驅動CH447L對數(shù)碼管和發(fā)光管采用動態(tài)掃描驅動，順序為DIG0至DIG7，內部具有電流驅動級，可以直接驅動共陰極數(shù)碼管。圖310 CH447L與單片機及數(shù)碼管和鍵盤的連接因為CH447L的4線串行接口是由硬件實現(xiàn)的，單片機可以頻繁地通過串行接口進行高速操作，不降低CH447L的工作效率；而2線串行接口是由軟件與硬件共同實現(xiàn)的,不適合不間斷地頻繁操作,所以我采用了4線接口。它可通過4線或2線串行接口與單片機等交換數(shù)據(jù)，并且可以對單片機提供上電復位信號。由于市面上恰好有相關功能的芯片，因此為了節(jié)約時間，我直接采用了74HC00這個芯片。信號在進入三極管之前還必須由光耦消除干擾信號，相關電路如圖38所示：圖38 光耦抗干擾電路當電機啟動時，繼電器K2閉合，電機進入降壓啟動過程；當電流平穩(wěn)后，繼電器K3閉合，K2斷開，表示進入了全壓運行階段；當電機遇到危險時，繼電器K1會根據(jù)保護延遲時間閉合，進行保護動作。其中K1用來保護動作，KK3用于啟動，分別表示降壓啟動和啟動完成后全壓運行的兩個狀態(tài)。AREF給單片機提供基準電壓，它有兩種情況加上電阻R27時為5V，去掉R27時可以是5V，AVCC為模擬電壓（5V）。 圖35 多路選擇開關除了通用數(shù)字I/O功能之外，大多數(shù)端口引腳都具有第二功能。 AVR單片機系統(tǒng)模塊 圖34 ATmega16系統(tǒng)模塊（1）I/O 端口如圖34所示在本設計中PA0～PA3分別為IA、IB、IC、IABC的模擬輸入口，其中IABC為零序電流。經過互感器后再經一個整流橋圖中DDD6等，將交流電轉化為有紋波的直流，然后經過模擬濾波電路（由電阻、二級管、電容等組成）處理，電路圖如圖33所示。 硬件功能模塊的設計 三相模擬信號的預處理模塊本模塊主要處理的是將輸入的原始信號進行硬件濾波和整流。本設計采用了4線串行接口，它支持多個芯片級聯(lián)，時鐘速度從0到2MHz，DIN和DCLK信號線可以與其它接口電路共用，節(jié)約引腳。支持按鍵喚醒，處于低功耗節(jié)電狀態(tài)中的CH447L可以被部分按鍵喚醒。鍵盤中斷，可以選擇低電平有效輸出或者低電平脈沖輸出。鍵盤控制：芯片內置64鍵鍵盤控制器，本設計選擇42矩陣鍵盤掃描。掃描極限控制，支持1到8個數(shù)碼管，只為有效數(shù)碼管分配掃描時間。任意段位尋址，獨立控制各個LED或者各數(shù)碼管的各個段的亮與滅。數(shù)碼管的數(shù)據(jù)左移、右移、左循環(huán)、右循環(huán)?？蛇x數(shù)碼管的段與數(shù)據(jù)位相對應的譯碼方式或者BCD譯碼方式。它具有如下優(yōu)點：顯示驅動：內置電流驅動級，段電流不小于15mA，字電流不小于80mA。單次轉換的結果計算式如下：式中，為被選中的引腳的輸入電壓，為參考電壓。它有系統(tǒng)時鐘信號和一個可設定分頻比的分頻器提供頻率。ADC時鐘脈沖可以接受的頻率范圍為50～200kHz。ADC開放后第一次A/D轉換，將有一個使ADC初始化的轉換作為先導。數(shù)模轉換過程：在ADEN為1的情況下，再把ADC啟動位ADSC寫邏輯1，轉換將在ADC時鐘脈沖（ADC Clock）的下一個上升沿時啟動。ADC由AVCC引腳單獨提供電源。它是一個10位的逐次逼近型ADC，與一個8通道的模擬多路復用器連接，能對來自端口A的8路單端輸入電壓進行采樣。計數(shù)器的計數(shù)序列取決于寄存器TCCR1A和TCCR1B中標志位WGM13:0的設置。T/C可以由內部同步時鐘或外部異步時鐘驅動，如果沒有時鐘源T/C就不工作。每個端口引腳都具有三個寄存器位:DDxn、PORTxn和PINxn分別位于相應的寄存器。本設計主要采用了上電復位（開關機時）和看門狗復位（單片機故障時）。 圖32 晶體振蕩器連接圖晶振參數(shù)的設定:,因為該頻率不僅可以提供標準觸發(fā)信號而且可以降低功耗節(jié)約單片機內部資源及產生標準串行波特率。當保持CKOPT為未編程狀態(tài)時，振蕩器的輸出信號幅度比較小。熔絲位CKOPT用來選擇放大器模式，當CKOPT被編程時振蕩器在輸出引腳產生滿幅度的振蕩。該課題所選擇的是外部時鐘（外部晶體振蕩器）。（3）系統(tǒng)時鐘AVR ATmega16 的系統(tǒng)時鐘有CPU時鐘、I/O時鐘、異步定時器時鐘和ADC時鐘。這三個存儲器空間都為線性的平面結構。（2）AVR ATmega16的存儲器AVR有兩個主要的存儲器空間：數(shù)據(jù)存儲器空間和程序存儲器空間。（1）AVR CPU 內核AVR CPU 的主要任務是保證程序的正確執(zhí)行，它能夠訪問存儲器、執(zhí)行運算、控制外設以及處理中斷。VCC ——數(shù)字電路的電源。XTAL2——反向振蕩放大器的輸出端。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC連接。AVCC——端口A與A/D轉換器的電源。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。端口B（PA0PA7）、端口C（PA0PA7）和端口D（PA0PA7）與A口類似，不同之處在于它們的第二功能。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。如圖31所示，端口A（PA0PA7）做為A/D轉換器的模擬輸入端，亦可作為8位雙向I/O口，具有可編程的內部上拉電阻。另外片內ISP Flash 允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR內核之中的引導程序進行編程。我所選用的ATmega16是AVR眾多子系列中的一種。這種結構大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 AVR單片機ATmega16AVR 單片機是ATMEL公司推出的精簡指令集單片機系列，它內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。如果存在危險，由繼電器驅動電路來驅動一號繼電器進行保護動作，同時將控制信號傳入CH447L來驅動LED的故障顯示；如果沒有危險，繼電器不動作。重點是單片機ATmega16及鍵盤顯示芯片CH447L、繼電器驅動電路、鍵盤電路和數(shù)碼顯示電路的應用。單片機系統(tǒng)電路模塊包括AVR芯片與電源、外部晶振、下載接口ISP和仿真接口JTAG的連接；繼電器驅動控制電路模塊包括三個繼電器動作的邏輯控制電路、信號放大驅動電路和抗干擾電路等；讀寫顯示芯片（CH447L）控制電路模塊包括LED顯示、鍵盤以及CH447L芯片與各模塊元件的連接。三相模擬信號的預處理（包括整流，電平匹配）用自搭電路的形式完成。每一個方案都有其優(yōu)缺點，由于以前沒有獨立設計一個大項目的經驗，我選擇了相對簡單的直流采樣，但對我來說這也是第一次嘗試，我希望自己能夠盡力去做好。另外本課題我采用了直流采樣的信號處理方式，這也是本設計中我和同組同學的最大差異之處，相對交流采樣而言，直流采樣相對簡單些，涉及計算少，占用系統(tǒng)資源少。沒有硬件，軟件無法運行，沒有軟件，硬件則無法實現(xiàn)其功能。軟件部分主要采用分層和功能模塊化設計，第一層是基礎層包括：繼電器、鍵盤、顯示、A/D以及硬件濾波等；第二層主要是中斷，包括外部中斷和定時中斷，前者用于鍵盤功能模塊，后者用于