《斷路器動(dòng)作時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)》13000字（論文）

斷路器動(dòng)作時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u10203摘要 130283第1章緒論 2251531.1斷路器的背景及研究意義 210271.2測(cè)試方法的發(fā)展 2275211.3斷路器動(dòng)作時(shí)間的重要性 355421.4課題設(shè)計(jì)的功能指標(biāo) 424709第2章測(cè)試方法及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 588192.1斷路器的特性 5147802.2總體方案設(shè)計(jì) 5201182.3斷路器動(dòng)作時(shí)間測(cè)試方法 727160第3章硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 827673.1總體電路設(shè)計(jì)與元器件的選擇 827283.2A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) 16292013.3繼電器模塊設(shè)計(jì) 1782333.4顯示屏模塊設(shè)計(jì) 18238983.5單片機(jī)電路模塊設(shè)計(jì) 1812811第4章軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21100094.1主程序設(shè)計(jì)的流程圖 21263034.2顯示程序設(shè)計(jì)的流程圖 228912第5章系統(tǒng)調(diào)試 23141475.1調(diào)試方法 23130265.2測(cè)試方法 2372445.3測(cè)試結(jié)果 23301195.4結(jié)論 2327005參考文獻(xiàn) 24摘要由于我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，生活，工業(yè)等用電需求急劇增長，在這樣的社會(huì)需求背景下，國家電網(wǎng)不斷擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模，電網(wǎng)系統(tǒng)由高壓斷路器等核心部分構(gòu)成，高壓斷路器的運(yùn)作狀態(tài)對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行和供電質(zhì)量影響頗大，所以根據(jù)上述情況，我們要加大力度對(duì)高壓斷路器進(jìn)行管理，并且我們要隨時(shí)對(duì)高壓斷路器的使用情況以及發(fā)展?fàn)顩r采取細(xì)致的分析，進(jìn)而讓高壓斷路器的安全運(yùn)行有質(zhì)的提高。高壓斷路器也被叫做高壓開關(guān)，其本身的兩種主要功能是有效的滅弧功能與開斷不正常情況電路的能力，高壓斷路器能夠開斷或者閉合電路中的負(fù)載電流和空載電流，當(dāng)在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中電網(wǎng)系統(tǒng)突然出現(xiàn)故障，高壓電路器能夠最大程度防止事故的擴(kuò)大，縮小故障造成的停電范圍，其通過自動(dòng)裝置、保護(hù)裝置的配合高效安全的將故障電流截流，因此高壓斷路器對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行有相當(dāng)重要的作用。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器；高壓開關(guān)；運(yùn)行安全；減少故障第1章緒論1.1斷路器的背景及研究意義進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，我國各行各業(yè)發(fā)展十分迅速，工業(yè)產(chǎn)值成倍增長，人口增長并且生活質(zhì)量顯著提高，與此同時(shí)，人民對(duì)電力的安全和質(zhì)量也提高了。因此，為了防止電力供應(yīng)的短缺，我國加大了對(duì)電網(wǎng)的投資擴(kuò)大了電網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模。在增加電網(wǎng)密度和供電量的同時(shí)安全輸電也是相當(dāng)重要的，在任何時(shí)候都是安全第一，高壓斷路器在電力系統(tǒng)的保衛(wèi)安全中起著至關(guān)重要的作用[1]，因此整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電質(zhì)量與高壓電路器有很緊密的聯(lián)系關(guān)系。在高低壓電力系統(tǒng)中斷路器都是一個(gè)不可或缺的重要角色，它的實(shí)用性對(duì)我們用戶來說有很大的幫助。在低壓配電系統(tǒng)規(guī)劃中，斷路器能夠及時(shí)躲掉故障能夠使危害降到最小。在低壓配電系統(tǒng)中使用的斷路器通常為低壓斷路器[2]，低壓斷路器與高壓斷路器類似，兩者之間所能承受的電壓等級(jí)、各自的滅弧能力、絕緣要求不一樣。低壓斷路器也能開合正?；蛘哌^負(fù)荷電流，以及開合短路電流，在電力系統(tǒng)中通常起控制和保護(hù)的作用[3]。檢驗(yàn)斷路器的好壞其中一項(xiàng)就是斷路器的動(dòng)作時(shí)間，斷路器動(dòng)作時(shí)間過長將會(huì)導(dǎo)致電弧燃燒時(shí)間過長，甚至引起斷路器動(dòng)作失效，不能及時(shí)止損，擴(kuò)大范圍。因此斷路器的動(dòng)作時(shí)間直接影響到了電力系統(tǒng)的安全，以及其降低危害的能力。本課題畢業(yè)設(shè)計(jì)就是找到準(zhǔn)確方便測(cè)試斷路器動(dòng)作時(shí)間的方法，防止老化的、不合格的以及故障的斷路器對(duì)電力系統(tǒng)的安全造成威脅[4]。斷路器的作用是保護(hù)供配電系統(tǒng)，當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，斷路器就開始工作，它會(huì)自動(dòng)切除故障點(diǎn)最近的故障，但是電網(wǎng)中的其他斷路器不工作，所以斷路器能最大限度的降低電網(wǎng)故障帶來的損失，因?yàn)閿嗦菲髦粫?huì)切除最近的故障，所以其他的電路運(yùn)行不會(huì)受其影響[5]，所以斷路器對(duì)于安全供電有極大的作用。1.2測(cè)試方法的發(fā)展據(jù)網(wǎng)上搜索和資料查閱，了解到國外在對(duì)斷路器的監(jiān)測(cè)以及生產(chǎn)中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和方法，促使國外的斷路器的監(jiān)測(cè)技術(shù)越來越成熟。相對(duì)于我國，由于我國目前在某些領(lǐng)域還沒有發(fā)展到世界前列，在自主研發(fā)生產(chǎn)的斷路器以及監(jiān)測(cè)裝置在很多方面都存在一定的問題，導(dǎo)致我國斷路器的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展較為緩慢[6]。雖然最近幾年國內(nèi)外先后研發(fā)出的斷路器機(jī)械特性檢測(cè)儀，但仍然有許多問題不能解決。目前各廠家都在盡力研發(fā)軟件功能齊全、適用范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)、精度高、造價(jià)低的設(shè)備。在之前比較普遍的斷路器測(cè)試方法是利用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行測(cè)試，首先要測(cè)量出斷路器兩端點(diǎn)接地的動(dòng)作時(shí)間，當(dāng)場(chǎng)測(cè)試接線。測(cè)試前要將斷路器，電纜，電網(wǎng)還有開關(guān)連接起來并是他們導(dǎo)通，是否導(dǎo)通的依據(jù)是由斷路器的分合閘來決定的[7]。試驗(yàn)中，信號(hào)發(fā)生器用于發(fā)出交流信號(hào)，當(dāng)其中的通流體閉合時(shí)，將會(huì)在線圈中產(chǎn)生與之呼應(yīng)的感應(yīng)電流；若其通流體斷開的時(shí)候，其電流采樣器中就采集不到相應(yīng)的感應(yīng)電流，帶鐵心的電磁感應(yīng)模型其中的通電線圈是電流采樣器[8]。斷路器分合閘時(shí)刻相對(duì)于感應(yīng)電流出現(xiàn)和消失時(shí)刻，可從其測(cè)量得出。在試驗(yàn)中，鉗形電流傳感器比較普遍，實(shí)驗(yàn)采樣線圈中的感應(yīng)電流只在斷路器閉合狀態(tài)時(shí)才能檢測(cè)到，然而當(dāng)分閘時(shí)候，實(shí)驗(yàn)是檢測(cè)不到電流的。下一步為了得到實(shí)驗(yàn)想要測(cè)量出的波形，實(shí)驗(yàn)中必須對(duì)感應(yīng)電流進(jìn)行高速采樣濾波。一旦當(dāng)電流波形成，就代表觸頭導(dǎo)通，但是當(dāng)波形突然消失時(shí)，就代表觸頭斷開[9]。目前常用的測(cè)試方法有電秒表或周波計(jì)數(shù)器測(cè)量，通過開關(guān)的分合閘帶來的電氣的信號(hào)變化，來測(cè)量動(dòng)作時(shí)間。雖然電秒表測(cè)試動(dòng)作時(shí)間過程簡單，但電秒表本身具有啟動(dòng)時(shí)間以及電源開關(guān)不同步，測(cè)量結(jié)果分散性大，誤差較大[10]。傳統(tǒng)測(cè)試方法較為繁瑣，所用的儀器較多，每一步的操作不能出現(xiàn)錯(cuò)誤，給測(cè)量帶來不便。1.3斷路器動(dòng)作時(shí)間的重要性就傳統(tǒng)和目前的測(cè)試方法來說，其方法有的測(cè)試不夠準(zhǔn)確，有的需要儀器太多，步驟太為繁瑣，現(xiàn)在需要更為準(zhǔn)確和簡便的方法，能夠及時(shí)簡便的測(cè)試出斷路器動(dòng)作時(shí)間，及早檢測(cè)出斷路器性能的優(yōu)劣，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定做出貢獻(xiàn)。斷路器在電力系統(tǒng)中充當(dāng)著保衛(wèi)者的身份，當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，需要斷路器能夠安全、可靠、迅速、靈敏的切除故障，其中斷路器的速動(dòng)性也是至關(guān)重要的[11]。在本課題畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們測(cè)試其出動(dòng)作時(shí)間，從而可以判斷出其性能的優(yōu)劣以及該斷路器是否還能繼續(xù)使用。如果斷路器本身動(dòng)作時(shí)間過長甚至不動(dòng)作，不對(duì)其進(jìn)行檢修，仍讓其工作，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，很可能會(huì)引起不能及時(shí)切除故障而造成人員的傷亡，甚至引起重要地區(qū)（一級(jí)負(fù)荷）電力系統(tǒng)崩潰，會(huì)對(duì)國民生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、國防軍事造成威脅，造成社會(huì)的恐慌。因此，測(cè)試斷路器的動(dòng)作時(shí)間不僅僅對(duì)于電力系統(tǒng)會(huì)有影響，可能還會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響，測(cè)試斷路器的動(dòng)作時(shí)間是非常有必要的[12]。1.4課題設(shè)計(jì)的功能指標(biāo)本課題研究內(nèi)容是對(duì)斷路器現(xiàn)狀和測(cè)量斷路器分合閘時(shí)間方法的闡述和研究。其系統(tǒng)包括繼電器，單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換芯片，顯示屏，晶振開關(guān)，PNP三極管，信號(hào)發(fā)生器等器件。此次設(shè)計(jì)完善了斷路器動(dòng)作時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)，并讓系統(tǒng)時(shí)間測(cè)量更為精確地在顯示屏上顯示出來。本設(shè)計(jì)的斷路器動(dòng)作時(shí)間測(cè)試系統(tǒng)是利用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)C語言的編程從而來實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)間的精確計(jì)時(shí)。利用繼電器模擬斷路器的動(dòng)作。其中A/D模塊通過通信線和供電線接到單片機(jī)上，顯示屏通過供電線和數(shù)據(jù)總線接到單片機(jī)上，通過信號(hào)發(fā)生器發(fā)出脈沖模擬分閘命令，控制斷路器分閘，實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器進(jìn)行分閘時(shí)間的測(cè)試，并讓其分閘的時(shí)間在顯示屏上顯示出來。

第2章測(cè)試方法及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1斷路器的特性斷路器就是能夠用來關(guān)閉合閘，輸送和開斷正常導(dǎo)通的的電流并且能夠開斷在某段時(shí)間內(nèi)承載不正常導(dǎo)通電路內(nèi)電流的開斷裝置。行業(yè)內(nèi)一般根據(jù)電網(wǎng)的高低將斷路器區(qū)分為高壓和低壓斷路器兩種，高壓低壓的劃分界限并不精確，但是業(yè)內(nèi)一般將大于3kV的電器的叫作高壓電器[13]。斷路器可以分配電能，當(dāng)個(gè)異步電機(jī)正常工作的時(shí)候，斷路器的保護(hù)作用很全面，其不僅能保護(hù)供電的電源還包括對(duì)線路還有電動(dòng)機(jī)也起到保護(hù)作用，但是當(dāng)發(fā)生意外情況時(shí)候，例如電路處于過負(fù)荷狀態(tài)或者短路狀態(tài)，以及當(dāng)電路處于欠壓狀態(tài)時(shí)，斷路器就會(huì)自動(dòng)斷開也就是分閘，換句話說，斷路器的工作特性綜合了熔斷式開關(guān)、過欠熱繼電器[14]。斷路器的另一個(gè)好處是，當(dāng)它工作分?jǐn)喾钦ｋ娏骱笪覀儾恍枰兏慵?。斷路器作為?dāng)今電氣電子領(lǐng)域相當(dāng)重要的一個(gè)元器件在業(yè)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。2.2總體方案設(shè)計(jì)考慮到220V電壓過高會(huì)損害元器件，做實(shí)物相對(duì)來說比較困難，并且不安全，甚至?xí)鹦》秶９╇姡瑸橹苓呉约叭松戆踩紤]，所以我打算用0到5V的低電壓來模擬測(cè)試，通過Proteus里面的繼電器代替斷路器進(jìn)行仿真。以下是對(duì)于此次課題畢業(yè)設(shè)計(jì)的想法。方案一：當(dāng)測(cè)量值大于某個(gè)值時(shí)候表示短路產(chǎn)生，需要斷路器動(dòng)作，當(dāng)測(cè)量值恢復(fù)時(shí)，測(cè)量斷路器從開始動(dòng)作至此的時(shí)間則為斷路器動(dòng)作時(shí)間。所以設(shè)計(jì)只需測(cè)試時(shí)間就行。方案二：信號(hào)發(fā)生器發(fā)出脈沖當(dāng)做斷路器的分閘命令，當(dāng)接收到分閘命令開始計(jì)時(shí)，直到與之相關(guān)的電壓信號(hào)消失，計(jì)時(shí)結(jié)束，為斷路器動(dòng)作時(shí)間。如今電氣檢測(cè)技術(shù)越來越先進(jìn)了，在許多的電氣檢測(cè)與控制中單片機(jī)應(yīng)用越來越廣泛，可對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試斷路器動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行改進(jìn)。利用單片機(jī)接收并傳達(dá)信號(hào)發(fā)生器下達(dá)的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)相當(dāng)于分閘命令。利用A/D轉(zhuǎn)換器一直采集繼電器未動(dòng)作前的接地電阻電壓。當(dāng)命令下達(dá)，就會(huì)開始計(jì)時(shí)，單片機(jī)的一個(gè)特定控制引腳會(huì)出現(xiàn)電平變化，該引腳連接到PNP三極管的基極，發(fā)射極接電源，從而控制發(fā)射極與集電極的通斷。當(dāng)基極為低電平時(shí)，三極管的發(fā)射極與集電極就會(huì)導(dǎo)通，集電極接地，繼電器開始吸合處于另一側(cè)的繼電器刀閘。繼電器的吸合動(dòng)作，相當(dāng)于斷路器的分閘動(dòng)作。當(dāng)繼電器發(fā)生動(dòng)作，A/D轉(zhuǎn)換器一直采集的接地電阻上的電壓信號(hào)就會(huì)發(fā)生變化，該電壓信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸給單片機(jī)的接收引腳，單片機(jī)根據(jù)該引腳的狀態(tài)從而停止計(jì)時(shí)。所測(cè)試的時(shí)間將Proteus中顯示屏顯示出來。相比于傳統(tǒng)的示波器檢測(cè)，其觸頭接地電阻電壓信號(hào)記錄簡便又準(zhǔn)確，減小了人工處理波形數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的誤差。該試驗(yàn)方案簡單可行，該裝置性價(jià)比比較高，對(duì)于本課題設(shè)計(jì)容易實(shí)現(xiàn)?？傮w方案設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。圖1整體方案框圖因此選擇方案二，根據(jù)觸點(diǎn)電平變化情況判斷觸點(diǎn)動(dòng)作狀態(tài)。信號(hào)發(fā)生器發(fā)出脈沖當(dāng)做斷路器的分閘命令，當(dāng)接收到分閘命令開始計(jì)時(shí)，當(dāng)電平由高變?yōu)榈蜁r(shí)立即停止計(jì)時(shí)，此時(shí)可以讀出計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)，此時(shí)間即為相應(yīng)的分閘時(shí)間，同理可以得到繼電器的釋放時(shí)間。2.3斷路器動(dòng)作時(shí)間測(cè)試方法在本課題中使用的測(cè)試方法是利用單片機(jī)的中斷功能測(cè)試其動(dòng)作時(shí)間。在仿真軟件Proteus中利用繼電器模擬斷路器，利用信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的方波模擬分閘命令，用單片機(jī)接收下達(dá)分閘命令，從而控制繼電器的動(dòng)作。通過測(cè)試與繼電器動(dòng)作與否有直接關(guān)系的電壓信號(hào)，可通過繼電器不動(dòng)作之前的一側(cè)接一個(gè)大小為1K的接地電阻，測(cè)試其接地電阻的電壓信號(hào)用以判斷觸頭是否動(dòng)作。測(cè)試其分閘時(shí)間，就是指從信號(hào)發(fā)生器發(fā)出分閘命令到觸頭動(dòng)作的時(shí)間間隔。正常時(shí)，刀閘向左閉合，接地電阻電壓信號(hào)為高電平；當(dāng)信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的分閘命令下達(dá)，利用單片機(jī)的定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。當(dāng)PNP三極管發(fā)射極與集電極導(dǎo)通，刀閘向右閉合，接地電阻上的電壓信號(hào)消失，就代表觸頭斷開代表斷路器分閘，這時(shí)再利用單片機(jī)的中斷功能停止計(jì)時(shí)。測(cè)試時(shí)間間隔使用單片機(jī)定時(shí)器中斷功能計(jì)時(shí)，使該課題設(shè)計(jì)測(cè)試結(jié)果更為準(zhǔn)確。第3章硬件電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1總體電路設(shè)計(jì)與元器件的選擇本課題設(shè)計(jì)的測(cè)試方法已經(jīng)確定，整體電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。圖2整體電路設(shè)計(jì)圖主要元器件選擇：STC89C52RC單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換器，顯示屏，繼電器3.1.1單片機(jī)的選擇單片機(jī)的材料由半導(dǎo)體硅片組成，由基本組成有CPU和存儲(chǔ)器，其基本組成相當(dāng)于微型計(jì)算機(jī)，目前普遍應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域。同時(shí)還有其他功能，在本課題設(shè)計(jì)中應(yīng)用到了其定時(shí)器和中斷系統(tǒng)功能[15]。（1）目前市面上能買到的最通用的單片機(jī)由以下部件構(gòu)成，其中“心臟”是中央處理器他是單片機(jī)最重要的部件之一、另外有存儲(chǔ)量為4KB的只讀存儲(chǔ)器ROM、還有存儲(chǔ)量為128B的主存RAM、還包括兩個(gè)十六位定時(shí)或計(jì)數(shù)器、除此之外還有四個(gè)八位并行口、全雙工串口行口、ADC/DAC數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、SPI串行外設(shè)接口、I2C串行總線、ISP圖像信號(hào)處理器、IAP。（2）單片機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，第一單片機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)造簡單，第二當(dāng)人使用起來時(shí)非常的便捷，第三使用者可以很輕松的實(shí)現(xiàn)模塊化操作；（3）單片機(jī)有很強(qiáng)的穩(wěn)定性和持續(xù)性，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)單片機(jī)可以連續(xù)運(yùn)行10^6~10^7小時(shí)；（4）單片機(jī)的執(zhí)行速度較快同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)處理能力較強(qiáng)。（5）單片機(jī)的適配電壓低，所用能耗也低，所以很容易生產(chǎn)出小巧易搬運(yùn)的產(chǎn)品（6）單片機(jī)有很強(qiáng)的控制功能（7）單片機(jī)可以適應(yīng)多種極端的實(shí)驗(yàn)環(huán)境單片機(jī)是美國和日本人1971年發(fā)明的，總體上可將其分為三個(gè)發(fā)展階段，即SCM、MCU、SoC，在單片機(jī)剛誕生時(shí)候SCM單片機(jī)只有四位或者八位。但是在初期階段INTEL的8031因?yàn)樾阅軆?yōu)越成為當(dāng)時(shí)最成功的單片機(jī)但是隨著需求質(zhì)量和性能的提升人們將8031經(jīng)過提升發(fā)明了MCS51系列MCU系統(tǒng)。以MCU系統(tǒng)為基礎(chǔ)的單片機(jī)系統(tǒng)沿用至今。但是隨著科技的發(fā)展，當(dāng)前單片機(jī)的性能已經(jīng)不能滿足工業(yè)控制領(lǐng)域的需求了，所以科研人員只能研發(fā)更加先進(jìn)的16位單片機(jī)，但是缺點(diǎn)是這種單片機(jī)價(jià)格高昂，性能并沒有線性的提高所以到目前為止還沒有普及應(yīng)用。時(shí)間轉(zhuǎn)向90年代，九十年代是電子產(chǎn)品高速發(fā)展創(chuàng)新的十年，所以在巨大需求量的背景下，單片機(jī)在那十年得到了飛速的發(fā)展。INTELi960系列就是那時(shí)候的產(chǎn)物后來又有了ARM系列但是由于后者的性能更加優(yōu)越所以得到了市場(chǎng)的認(rèn)可，由此，32位單片機(jī)因?yàn)槠鋸?qiáng)大的性價(jià)比一舉擊破16位單片機(jī)并鞏固了其的的高端地位，并且在控制領(lǐng)域得到廣泛使用。但是傳統(tǒng)的8位單片機(jī)仍然在市面上流通，但是通過調(diào)教和改良它的處理能力已經(jīng)比八十年代第一代的八位單片機(jī)提高百倍以上，現(xiàn)在市面上普通的型號(hào)的單片機(jī)出廠價(jià)已經(jīng)不足一美金，而最高端的單片機(jī)也降到了十美金左右。初始階段在單片機(jī)發(fā)展的最早階段即SCM“單片微型計(jì)算機(jī)”階段，那個(gè)時(shí)期我們的主要目的是能夠?qū)崿F(xiàn)單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)完成最理想的結(jié)構(gòu)體系?？蒲腥藛T創(chuàng)新式的搭建了這一結(jié)構(gòu)并獲得成功，這為SCM單片機(jī)與電腦完全不同的發(fā)展道路奠定了基礎(chǔ)。Intel公司為嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展做出了開創(chuàng)式的貢獻(xiàn)，早期的芯片如圖3所示。圖3PIC13F8720芯片中期階段在SCM階段嵌入式系統(tǒng)的成功搭建后，為了滿足人們嵌入式應(yīng)用的需求，MCU即“微控制器”誕生了，它通過與外部的電路和接口的無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)了智能化的控制能力。由于MCU單片機(jī)的功能領(lǐng)域都和系統(tǒng)對(duì)象相關(guān)，因此只有電氣電子公司才有能力和職責(zé)去開發(fā)MCU。在這樣的技術(shù)背景下，Intel公司退出了歷史舞臺(tái)。Philips公司接過INTEL公司的重棒對(duì)MCU的發(fā)展上做出了巨大的貢獻(xiàn)?？梢哉f單片機(jī)嵌入式應(yīng)用方面的推廣者是Philips公司，其將MCS單片機(jī)發(fā)展到SCM微控制器系統(tǒng)。因此，在單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的發(fā)展歷史中，Intel公司和Philips公司是具有里程碑式的貢獻(xiàn)的。當(dāng)前趨勢(shì)隨著控制領(lǐng)域的發(fā)展以及社會(huì)需求的變化，SCM單片機(jī)已經(jīng)不能滿足時(shí)代的發(fā)展，SoC嵌入式登上了歷史舞臺(tái)，由MCU階段和SCM階段過渡發(fā)展，旨在通過芯片幫助系統(tǒng)解決最大的問題，因此，控制化專用單片機(jī)向SOC單片機(jī)方向發(fā)展。隨著微型電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、集成電路設(shè)計(jì)、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具的發(fā)展，SoC單片機(jī)的開發(fā)系統(tǒng)由此迅速發(fā)展。本次課題中的畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的是STC89C52RC單片機(jī)，STC89C52RC由\t"/item/STC89C52/_blank"STC公司開發(fā)，它具有低功耗、高性能的優(yōu)勢(shì)，并且是CMOS八位微控制器，STC89C52RC的存儲(chǔ)量很大，最大存儲(chǔ)量達(dá)到了8K字節(jié)。STC89C52的內(nèi)核很經(jīng)典是MCS-51型芯片，但是開發(fā)人員對(duì)STC89C52RC進(jìn)行了重新的設(shè)計(jì)和改造，通過新的設(shè)計(jì)和改造STC89C52RC芯片增加了許多新的功能。STC89C52RC的芯片升級(jí)最為明顯，它可以通過直接編程存儲(chǔ)程序，而且它還擁有八位的中央處理器，硬件上比上一代提升不少，由于升級(jí)改造后的STC89C52單片機(jī)有了更大的優(yōu)勢(shì)，所以極大的方便了嵌入式控制系統(tǒng)的運(yùn)行。STC89C52RC的參數(shù)如下所示：其可以存儲(chǔ)大約8k字節(jié)的Flash，RAM的存儲(chǔ)量有512字節(jié)，I/O口線32位，STC89C52RC包含的EEPROM，MAX810復(fù)位電路為4KB，另外包括三個(gè)十六位位\t"/item/STC89C52/_blank"定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，四個(gè)外部中斷，一個(gè)七向量四級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工\t"/item/STC89C52/_blank"串行口。STC89C52有很多的優(yōu)勢(shì)其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)是可以將靜態(tài)邏輯降至0Hz操作，第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是使用者可以選擇兩種軟件來切換到省電模式。在STC89C52RC處于空閑模式時(shí)候，中央處理器工作停止，但是RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷等保持不斷的運(yùn)行。當(dāng)斷電時(shí)候，開啟保護(hù)模式所有的數(shù)據(jù)被保存在磁盤上，RAM中存儲(chǔ)的內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)停止當(dāng)下的運(yùn)行，當(dāng)下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位開始時(shí)結(jié)束。STC89C52RC的最高運(yùn)作頻率為35MHz。STC89C52引腳圖、原理圖，如圖4所示：圖4STC89C52單片機(jī)引腳圖STC89C52單片機(jī)引腳具體介紹如下：（1）STC89C52的主電源有兩根引腳VCC是40號(hào)引腳也可以用字符Pin40表示，VCC可以連接電源為單片機(jī)供電我們一般接+5V電源來實(shí)現(xiàn)供電GND是20號(hào)引腳也可以用字符Pin20表示，GND其實(shí)是接地線（2）STC89C52單片機(jī)有兩根外接晶振引腳他們分別為：XTAL1是19號(hào)引腳也可以用字符Pin19來表示，XTAL1是片內(nèi)振蕩電路的輸入端XTAL2是20號(hào)引腳也可以用字符Pin20來表示，XTAL2是片內(nèi)振蕩電路的輸出端（3）STC89C52單片機(jī)有4根控制引腳RST/VPP是9號(hào)引腳也可以用字符Pin9來表示，RST/VPP是復(fù)位引腳，復(fù)位原理是利用2個(gè)機(jī)器周期的高電平來使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG是30號(hào)引腳也可以用字符Pin30來表示，ALE/PROG是地址鎖存允許信號(hào)的意思PSEN是29號(hào)引腳也可以用字符Pin29來表示，PSEN是外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)的意思EA/VPP是31號(hào)引腳也可以用字符Pin31來表示：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。（4）STC89C52單片機(jī)有三十二根可編程的輸入或者輸出的引腳STC89C52單片機(jī)的構(gòu)造包含四個(gè)八位的可以用來編程的I/O口，這四個(gè)I/O口我們用P0、P1、P2、P3來表示，這四個(gè)I/每個(gè)又各自有八根引腳共，所以STC89C52單片機(jī)一共有32根引腳。3.1.2A/D轉(zhuǎn)換器的選擇該課題畢業(yè)設(shè)計(jì)中除了單片機(jī)，最重要的就是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)值，模擬量定義為將標(biāo)準(zhǔn)量經(jīng)過比較處理后得到的量，然后下一步需要把模擬量轉(zhuǎn)換成以二進(jìn)制數(shù)值表示的離散信號(hào)，所以有時(shí)把模數(shù)轉(zhuǎn)換器又稱為ADC或者A/D轉(zhuǎn)換器。從標(biāo)準(zhǔn)量轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)量很容易形成誤差，所以精度是模數(shù)轉(zhuǎn)換器需要解決的最大問題，人們?cè)谠囼?yàn)中一般根據(jù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來計(jì)數(shù)。判斷模數(shù)轉(zhuǎn)換器優(yōu)劣的另一個(gè)指標(biāo)就是顯示數(shù)字信號(hào)位數(shù)的多少，數(shù)字信號(hào)的數(shù)量越多就代表該模數(shù)轉(zhuǎn)換器有越強(qiáng)的能力分辨信號(hào)[16]，換言之就表明該ADC性能越強(qiáng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換由四個(gè)分過程聯(lián)合完成第一步是采樣第二步是保持第三步是量化第四步是編碼。但是實(shí)際上這四個(gè)過程并不是獨(dú)立按順序完成的，比如采樣和保持被合并實(shí)現(xiàn)，量化和編碼也在同時(shí)是現(xiàn)的。模數(shù)轉(zhuǎn)換其實(shí)就是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過程，這種轉(zhuǎn)換在自控領(lǐng)域又被稱為A/D轉(zhuǎn)換，理所當(dāng)然實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電子元器件也被稱為A/D轉(zhuǎn)換器，或者在業(yè)內(nèi)稱它為ADC[17]。在實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，理論上先是由模擬信號(hào)通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，第二步則需要通過被放大然后被接入AD轉(zhuǎn)換器最終轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，這一步驟的處理由數(shù)字電路完成，緊接著ＤＡ轉(zhuǎn)換器需要還原成模擬量，最終來驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。由于對(duì)試驗(yàn)對(duì)于結(jié)果的準(zhǔn)確性有較高的要求，使用的時(shí)候必須保證AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器有足夠的轉(zhuǎn)換精度。另外，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中控制和檢測(cè)的速度可能很快，所以轉(zhuǎn)換速度對(duì)AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器來說也是至關(guān)重要的。因此，可以總結(jié)出轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度這兩點(diǎn)是衡量AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器性能優(yōu)劣最重要的兩個(gè)標(biāo)志[18]。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中，A/D轉(zhuǎn)換器在把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的時(shí)候會(huì)經(jīng)過兩個(gè)過程，叫做量化和編碼。量化是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第一步驟，它的原理是先把模擬信號(hào)量程拆分成一些離散的量級(jí)，當(dāng)模擬信號(hào)拆分完成后，就能精確定位試驗(yàn)所輸入的信號(hào)符合哪個(gè)量級(jí)的要求。編碼是模數(shù)轉(zhuǎn)換的第二步驟，它的原理是先在量化的基礎(chǔ)上把模擬信號(hào)所分割成的離散量級(jí)對(duì)應(yīng)分配屬于他們特定的數(shù)字碼，當(dāng)數(shù)字碼被精確分配到每一個(gè)離散量級(jí)上后，使用者接下來要做的就是將與輸入信號(hào)所屬的代碼對(duì)照無誤。在模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，我們常用到的是二進(jìn)制碼，因?yàn)槎M(jìn)制只有０和１兩個(gè)數(shù)，所以理所當(dāng)然就有2的n次方個(gè)量級(jí),我們將得到的量級(jí)按順序依次排列。在試驗(yàn)中技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)了很多方法來實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，我們普遍使用的第一種方法是直接法，這種方法不需要經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換就能實(shí)現(xiàn)，直接完成電壓和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。完成電壓和模擬量直接轉(zhuǎn)換的電壓其實(shí)是一套基準(zhǔn)電壓，A/D轉(zhuǎn)換器將電壓從高到低依次排列然后將其與被測(cè)電壓多次進(jìn)行對(duì)較，比較使得電壓和被測(cè)電壓的數(shù)值幾乎一樣才停止?？刂七壿嫷淖饔檬悄軌蚩刂茖?duì)分的搜索，這種比較方法類似于用天平去稱重量。第一步先讓二進(jìn)制的最高位的Dn-1=1，第二步再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后會(huì)得到整個(gè)通路一半數(shù)值大小的電壓VS，接下來需要將VS與電路的輸入電壓Vin比較大小，然后會(huì)得到兩種情況，第一種是Vin>VS,那么我們要保留這一位，第二種情況是Vin<Vs，那么得到等式Dn-1=0。接下來令Dn-2=1,我們把這個(gè)結(jié)果和上一次得到的結(jié)果放一起再通過一次數(shù)模轉(zhuǎn)換，得到新的結(jié)果后，拿它再與Vin相比較,需要不斷的循環(huán)這一操作，除非當(dāng)D0=1才停止，下一步再將這個(gè)結(jié)果和Vin比大小,和上面的方法一樣，依舊是用過Vin是否大于VS來決定是否保留一位。在通過了無數(shù)次的轉(zhuǎn)換和比較之后，這無數(shù)位寄存器的狀態(tài)即為轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。這種直接法有利有弊，優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換的精確性很強(qiáng)，但是缺點(diǎn)是容易被干擾，其實(shí)也有方法來抑制這個(gè)缺點(diǎn)，那就是換用高性能的數(shù)據(jù)放大器。目前普遍使用的第二種方法叫做間接法，與直接法不同的是，這不是直接通過電壓和數(shù)字的直接轉(zhuǎn)換來得到數(shù)據(jù)的，而是多了一個(gè)步驟，就是用一個(gè)中間量作為電壓和數(shù)字連接的橋梁，一般通過電壓和中間量的轉(zhuǎn)換得到一值，然后再把這個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換成我們最終要得到的數(shù)據(jù)。如果選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器會(huì)參考許多的參數(shù)，第一需要考慮輸入電平，第二還要再考慮輸出的形式，第三控制性質(zhì)和其所需要的速度也是很重要的考慮依據(jù)，最后，為了得到的數(shù)據(jù)較為理想，分辨率還有精度也尤為重要。老式的模數(shù)轉(zhuǎn)換器一般用分立式的元器件制，但是現(xiàn)如今自控領(lǐng)域發(fā)展很快，集成電路已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢(shì)，ADC被越做越小，越做越精致，現(xiàn)在直接被集成為一個(gè)很小的電子元器件。本次課題畢業(yè)設(shè)計(jì)中選擇的是PCF8591型號(hào)的數(shù)據(jù)采集器，其具有的優(yōu)點(diǎn)是功率低能耗小，而且只需要一個(gè)電源就能實(shí)現(xiàn)供電，它是一個(gè)八位的CMOS數(shù)據(jù)采集器件，實(shí)驗(yàn)中可以通過四個(gè)端口模擬輸入信號(hào)，另外PCF8591有1個(gè)模擬輸出端，而PCF8591能夠?qū)崿F(xiàn)通信依靠的是串行I2C總線接口。如圖5所示是PCF8591數(shù)據(jù)采集器的原理圖。圖5數(shù)據(jù)采集器PCF8591原理圖 在圖上能看到原理圖上的1234四個(gè)引腳，這4個(gè)引腳其實(shí)是采集器的四路模擬輸入端，右邊的567三個(gè)引腳是采集器的引腳是總線的硬件地址，引腳八代表數(shù)字接地用字符GND表示，九號(hào)引腳是I2C總線的SDA十號(hào)引腳是總線的SCL。十二號(hào)引腳代表時(shí)鐘的選擇引腳，時(shí)鐘可以接入任意高低電壓，但是高電平只能接入外部時(shí)鐘，低電平只能接入內(nèi)部時(shí)鐘，本次課題畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇的是內(nèi)部時(shí)鐘，因?yàn)檫x擇了低電平接入內(nèi)部時(shí)鐘，所以需要用十二號(hào)引腳接地，但是要保證十一號(hào)引腳懸空。當(dāng)在電路設(shè)計(jì)時(shí)，由于可能會(huì)有較為繁瑣的電路，所以需要注意布局，尤其是AGND部分，而且對(duì)于與GND的連接上其實(shí)還有很多的選擇可以參考。由于課題畢業(yè)設(shè)計(jì)較為簡單，因此可以直接把AGND和GND同時(shí)接在一起。在圖中使用的十四號(hào)引腳代表的是基準(zhǔn)源，十五號(hào)引腳代表的是DAC的模擬輸出量，十六號(hào)引腳就是平常最為熟悉的電源VCC。PCF8591的ADC是逐次逼近型的，轉(zhuǎn)換速率算是中速，但是它的速度瓶頸在I2C通信上。由于I2C通信速度較慢，所以最終的PCF8591的轉(zhuǎn)換速度，直接取決于I2C的通信速率。由于I2C速度的限制，所以PCF8591得算是個(gè)低速的AD和DA的集成，主要應(yīng)用在一些轉(zhuǎn)換速度要求不高，希望成本較低的場(chǎng)合，比如電池供電設(shè)備，測(cè)量電池的供電電壓，電壓低于某一個(gè)值，報(bào)警提示更換電池等類似場(chǎng)合。一般情況下Vref基準(zhǔn)電壓有兩種供壓方式。第一種方法原理很簡單，只需要直接連接VCC，但是由于VCC會(huì)受到整個(gè)線路的用電功耗情況影響，一來不是準(zhǔn)確的5V，實(shí)測(cè)大多在4.8V左右，二來隨著整個(gè)系統(tǒng)負(fù)載情況的變化會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，所以只能用在簡易的、對(duì)精度要求不高的場(chǎng)合。由于在課題中是使用Proteus仿真進(jìn)行的設(shè)計(jì)，所使用的的電源就是準(zhǔn)確的電源。第二種方法較為復(fù)雜，需要使用專門的基準(zhǔn)電壓器件來測(cè)量，比如TL431，它可以提供一個(gè)精度很高的2.5V的電壓基準(zhǔn)，這是目前通常采用的方法。3.1.3繼電器繼電器(relay)

屬于電控制器件，通常應(yīng)用于自動(dòng)化的控制電路中，當(dāng)受到的輸入量達(dá)到了規(guī)范的量，該器件就會(huì)發(fā)生一定的動(dòng)作，從而輸出量發(fā)生變化。也可以說其相當(dāng)于輸入回路與輸出回路的橋梁。繼電器有很多種類，不同的繼電器受到不同類型的輸入量的影響，可能受到電流、光、壓力、電壓、溫度、功率等不同類型輸入量的影響，繼電器有相應(yīng)的感應(yīng)機(jī)構(gòu)。繼電器也算是一種自動(dòng)開關(guān)，其可以用小電流電路控制大電流電路工作。其在電路中起著轉(zhuǎn)換電路、自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)等作用。在本課題中，所用的是仿真軟件Proteus中的繼電器，如圖所示，正常時(shí)開關(guān)刀片與左連接相當(dāng)于閉合，有外界分閘命令信號(hào)時(shí)開關(guān)刀片向右連接相當(dāng)于斷開。在本課題中利用該元件受外部信號(hào)控制開合的特性代替斷路器，測(cè)試其收到分閘命令到一側(cè)與其相連的接地電阻電壓信號(hào)消失（觸頭斷開）的時(shí)間。3.1.4顯示器本課題仿真系統(tǒng)中用到了單片機(jī)，點(diǎn)陣字符型液晶顯示器也經(jīng)常與單片機(jī)搭配使用，因此用顯示屏顯示出分閘時(shí)間。由于LCD顯示屏面板較為脆弱，生產(chǎn)廠家將其各組成部分用PCB連接了起來，向單片機(jī)內(nèi)寫出程序表達(dá)相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù)再傳輸?shù)絃CD顯示模塊就可以顯示指定的內(nèi)容。LCD1602是最常見的字符型液晶顯示模塊。在仿真軟件Proteus選擇器件中搜索并選擇LM016L即可。兩者工作原理完全一樣。LCD1602內(nèi)部具有字符庫ROM（CGROM），能顯示出192個(gè)字符（5×7點(diǎn)陣）。其顯示出的數(shù)字和字母的代碼，恰好是ASCII碼表中的編碼。單片機(jī)控制LCD1602顯示字符時(shí)，只需要將待顯示的字符 ASCII碼寫入內(nèi)部的顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM），所需的字符就會(huì)通過內(nèi)部控制電路顯示出來。模塊內(nèi)除有80字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)RAM外，使用者還可以由64字節(jié)的自定義字符RAM（CGRAM）自行定義8個(gè)5×7點(diǎn)陣字符。LCD1602的工作電壓為4.5~5.5V，典型工作電壓為5V，工作電流為2mA，它分為標(biāo)準(zhǔn)的14引腳（無背光）與16引腳（有背光）兩種，Proteus中LM016L沒有這兩個(gè)引腳，仿真里面不需要有無背光的選擇。其主要引腳包括8條數(shù)據(jù)線、3條控制線和3條電源線，要使LCD1602顯示字符，首先要把控制器設(shè)置成初始化狀態(tài)，還必須對(duì)有無光標(biāo)、光標(biāo)的移動(dòng)方向、光標(biāo)是否閃爍及字符移動(dòng)的方向等進(jìn)行設(shè)置，才能獲得所需的顯示效果。關(guān)于LCD1600的狀態(tài)和功能設(shè)置、顯示數(shù)據(jù)的指針設(shè)置等都是通過單片機(jī)向模塊寫入命令和數(shù)據(jù)，就可以選擇其顯示的方式和內(nèi)容。3.2A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)中用到的元器件有PCF8591T芯片，此模塊實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。該模塊在仿真中如圖6所示。圖6A/D轉(zhuǎn)換模塊VREF腳接電源；由于SCL、SDA這兩個(gè)引腳接的單片機(jī)的P2端口，單片機(jī)內(nèi)部含有電阻，所以不用接上拉電阻，SCL、SDA與P20、P21引腳連接用于兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸；12、13號(hào)引腳接地；5、6、7

這3個(gè)引腳端地址接地；8號(hào)引腳接地；1、2、3、4引腳作為4個(gè)模擬量輸入引腳，讓AIN0引腳接電阻R1的AIN0端口，AIN0將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸入，由于本課題判斷繼電器是否斷開是接地電阻R1上的電壓信號(hào)的有無，用不到其他模擬量輸入，所以讓可其他三個(gè)模擬量輸入引腳保持懸空。15引腳是D/A輸出端，在本次課題畢業(yè)設(shè)計(jì)中沒有用到，也讓其保持懸空。3.3繼電器模塊設(shè)計(jì)在仿真設(shè)計(jì)中用到了繼電器代替斷路器動(dòng)作，在設(shè)計(jì)中通過單片機(jī)來接收分閘命令，然后控制P22引腳的狀態(tài)，從而控制繼電器的動(dòng)作。繼電器模塊設(shè)計(jì)如圖7所示。圖7繼電器模塊信號(hào)發(fā)生器輸出的方波信號(hào)連接到單片機(jī)上P2口上的P2.4引腳用于下達(dá)分閘命令信號(hào)，由于PNP型三極管的E端發(fā)射極接的高電平，一直保持的高電位，正常時(shí)，單片機(jī)的P22口也是高電平，E端與C端之間不導(dǎo)通；當(dāng)單片機(jī)收到分閘命令，計(jì)時(shí)開始，我們使P22口變?yōu)榈碗娖剑?dāng)P22口變?yōu)榈碗娖胶?，E端和C端，也就是發(fā)射極和集電極之間導(dǎo)通，這樣繼電器開始工作，相當(dāng)于分閘，開關(guān)從左邊打到右邊，R1電阻上的電壓信號(hào)也就由高電平信號(hào)變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)，計(jì)時(shí)結(jié)束。3.4顯示屏模塊設(shè)計(jì)仿真系統(tǒng)用到的元器件為LM016L，其工作原理與顯示屏LCD1602完全一樣，該器件起顯示出分閘時(shí)間的作用。1腳VSS接地；2腳接5V邏輯電源；3腳VEE通過滑動(dòng)變阻器接地，用來調(diào)節(jié)顯示屏的亮度；4腳RS接單片機(jī)P35引腳，用于寄存器選擇，對(duì)于讀寫狀態(tài)/命令或者讀寫數(shù)據(jù)有不同的設(shè)置；5腳RW接單片機(jī)P36腳，用來控制讀寫的操作命令。7到14引腳是數(shù)據(jù)總線，與單片機(jī)數(shù)據(jù)總線P1口8個(gè)引腳連接，用于與單片機(jī)數(shù)據(jù)交換。通過控制單片機(jī)P34、P35、P36這三個(gè)引腳置“1”或清零，可實(shí)現(xiàn)LCD1602的讀寫操作控制。顯示一個(gè)字符的操作過程為“讀狀態(tài)、寫命令、寫數(shù)據(jù)、自動(dòng)顯示”。在仿真中連接狀態(tài)如圖8所示。圖8顯示模塊3.5單片機(jī)電路模塊設(shè)計(jì)如圖9中所示是STC89C52單片機(jī)的接線圖，其中用到的有STC89C52單片機(jī)，電容，電阻，晶振片，復(fù)位開關(guān)，RST引腳連接復(fù)位電路；18、19引腳連接晶振電路；31引腳保持高電平，可讓其懸空或者接高電平，當(dāng)外部程序的存儲(chǔ)器訪問允許控制端；P10-P17口接顯示屏的數(shù)據(jù)總線，用于兩者之間的數(shù)據(jù)傳輸。圖9STC89C52單片機(jī)接線圖在本次課題設(shè)計(jì)中，使用到了單片機(jī)，時(shí)鐘電路相當(dāng)于單片機(jī)的“心臟”，要想使單片機(jī)能夠正常工作，就必須有正常工作的時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路模塊如圖10所示。圖10時(shí)鐘電路模塊此次設(shè)計(jì)使用了時(shí)鐘電路的內(nèi)部時(shí)鐘方式，XTALl和XTAL2兩個(gè)時(shí)鐘引腳讓單片機(jī)與晶振電路相連接，當(dāng)連接外部的晶振電路時(shí)，需要連接兩個(gè)22PF的電容和一個(gè)12MHz的晶振，這兩個(gè)負(fù)載電容的作用是把電能轉(zhuǎn)化為了其他樣式的能量，不能隨意互換。REST端口是單片機(jī)的復(fù)位端口，一般有兩種方式讓單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位，第一種是上電自動(dòng)復(fù)位，第二種是手動(dòng)按鍵復(fù)位。復(fù)位電路模塊如圖11所示。圖11復(fù)位電路模塊第一種上電復(fù)位的原理是：一旦在單片機(jī)通以電源后，復(fù)位端口會(huì)立即自動(dòng)完成復(fù)位操作；第二種手動(dòng)復(fù)位顧名思義不能自動(dòng)完成復(fù)位，因此必須借助外部接入的電容和電阻來完成復(fù)位操作。本次課題設(shè)計(jì)采用手動(dòng)按鍵復(fù)位方式來實(shí)現(xiàn)，但是與晶振電容相比，更需要采用電解電容，電解電容大小為10μf，電阻則選取了常用電阻，為圖中R4，大小為10K。電路就會(huì)實(shí)現(xiàn)復(fù)位，這就是復(fù)位電路。

第4章軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1主程序設(shè)計(jì)的流程圖本次課題設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖12所示。圖12主程序設(shè)計(jì)的流程圖在課題設(shè)計(jì)開始時(shí)要先給電路兩端加以某一數(shù)值的脈沖信號(hào)，電路中不斷采集脈沖信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)采集到高電平脈沖下發(fā)的分閘命令，計(jì)時(shí)開始，開啟定時(shí)器中斷，其中關(guān)鍵的一環(huán)是何時(shí)計(jì)時(shí)停止并顯示出來動(dòng)作時(shí)間多少。A/D轉(zhuǎn)換器一直采集接地電阻上的電壓信號(hào)并傳給單片機(jī)，一旦檢測(cè)到A/D轉(zhuǎn)換器采集到低電平信號(hào)，會(huì)有返回值0，接下來停止計(jì)時(shí)，也就是關(guān)閉中斷，然后把測(cè)試到的時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)降斤@示屏，顯示屏再顯示出來。4.2顯示程序設(shè)計(jì)的流程圖在課題中使用到了顯示模塊，要通過單片機(jī)對(duì)顯示屏LCD1602進(jìn)行控制需要一定的步驟，如圖13所示。圖13顯示程序流程圖首先要知道顯示屏的狀態(tài)是否允許對(duì)其進(jìn)行寫命令，如果程序中設(shè)置的標(biāo)志位為1，是不允許的狀態(tài)，則一直讀狀態(tài)等待；如果檢測(cè)到該標(biāo)志位為0，是允許的狀態(tài)，則插入寫命令的函數(shù)。當(dāng)進(jìn)行了寫命令這一步驟后，將本課題中想要顯示出的字符通過ASCII碼寫入顯示屏中的顯示數(shù)據(jù)RAM里。最后當(dāng)數(shù)據(jù)寫到顯示屏模塊后，其控制器將會(huì)自動(dòng)識(shí)別出字符庫ROM中的字型點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，送到液晶顯示屏上顯示出來。第5章系統(tǒng)調(diào)試5.1調(diào)試方法在本課題設(shè)計(jì)過程中，遇到了顯示屏?xí)粒恢睙o法顯示出所計(jì)時(shí)的時(shí)間的問題。本課題設(shè)計(jì)中控制什么時(shí)間停止計(jì)時(shí)的是AIN0引腳，也就是繼電器未動(dòng)作前一側(cè)接地電阻上的電壓信號(hào)，猜想是A/D轉(zhuǎn)換模塊引腳接收出現(xiàn)了問題。應(yīng)該測(cè)試AIN0引腳的電平，觀察其電平信號(hào)是否發(fā)生變化。檢查PCF8591的通信線是否正確地與單片機(jī)相連接。最后再檢查A/D轉(zhuǎn)換模塊程序是否正確。5.2測(cè)試方法（1）測(cè)試環(huán)境：仿真軟件Proteus中（2）測(cè)試儀器：VOLTAGE探針（3）測(cè)試方案：在仿真軟件中先讓模擬分閘命令的信號(hào)發(fā)生器不參與仿真，即沒有分閘命令，再用仿真軟件里面的探針模式里面的VOLTAGE探針連接AIN0，然后進(jìn)行仿真，查看該引腳的電壓為多少；再讓信號(hào)發(fā)生器參與信號(hào)發(fā)生器的仿真，利用VOLTAGE探針測(cè)試?yán)^電器刀閘動(dòng)作后該引腳的電壓為多少。再檢查A/D轉(zhuǎn)換器PCF8591的SDA與SCL兩個(gè)引腳是否與單片機(jī)相連接。5.3測(cè)試結(jié)果兩次電壓信號(hào)不一樣，即AINO引腳沒有問題。PCF8591的通信線也與單片機(jī)正確連接，電路連接沒有錯(cuò)誤。檢查A/D轉(zhuǎn)換模塊程序，檢查到中斷停止計(jì)時(shí)發(fā)生了一個(gè)小錯(cuò)誤，當(dāng)繼電器動(dòng)作后，AIN0腳返回的值應(yīng)該為0,結(jié)束計(jì)時(shí)，在程序中寫成了動(dòng)作后返回值為1，導(dǎo)致一直無法停止計(jì)時(shí)。5.4結(jié)論本課題畢業(yè)設(shè)計(jì)方案是基于單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行的，相比于傳統(tǒng)的示波器檢測(cè)，利用單片機(jī)接收到A/D轉(zhuǎn)換器傳輸?shù)降臄?shù)據(jù)，能夠檢測(cè)觸頭接地電阻電壓變化，由于該點(diǎn)電平要么