高低電平報(bào)警電路設(shè)計(jì)方案比較研究

夏天 劉彥君 廖曉飛 何雨恒

摘 要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展？自動(dòng)化儀表集成化 是繼數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的又一目標(biāo)相關(guān)文獻(xiàn)中指出微小化、集成化、 智能化是儀器儀表發(fā)展的重要方向。相關(guān)機(jī)構(gòu)呼吁國(guó)內(nèi)高校加強(qiáng)基礎(chǔ)研究攻克關(guān)鍵技術(shù)作為電類專業(yè)日常用的數(shù)字電壓、電流表也有集成化、微小化的需求。

關(guān)鍵詞：電平檢測(cè);報(bào)警電路;設(shè)計(jì)方案

一、總體方案設(shè)計(jì)

（一）方案比較

為此，我們有兩種方案，分別是使用AT89C51系列的單片機(jī)作為主控，判斷相關(guān)的電壓，并控報(bào)警和計(jì)數(shù)。第二種就是使用邏輯門電路和電壓比較器判斷電壓，通過(guò)比較器得到的信息控制報(bào)警和計(jì)數(shù)。

1、方案一

采用AT89c51作為主控芯片。

方案一原理框圖如圖2-1所示。

AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。其主要優(yōu)點(diǎn)為：

與MCS-51 兼容、4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器、壽命：1000寫/擦循環(huán)、數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年、全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz、三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、128×8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路

AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（00H -7FH為片內(nèi)RAM，80H-FFH為特殊功能寄存器SFR），32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。

這里我們把AT89C51作為主控芯片，通過(guò)程序控制報(bào)警電路、計(jì)數(shù)和顯示。可以很直接的得到電壓的范圍。顯示部分也可以使用LCD1602進(jìn)行顯示。LCD1602液晶顯示器是廣泛使用的一種字符型液晶顯示模塊。它是由字符型液晶顯示屏（LCD）、控制驅(qū)動(dòng)主電路HD44780及其擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電路HD44100，以及少量電阻、電容元件和結(jié)構(gòu)件等裝配在PCB板上而組成LCD1602的8根數(shù)據(jù)線和3根控制線E，RS和R/W與單片機(jī)相連后即可正常工作。一般應(yīng)用中只須往LCD1602中寫入命令和數(shù)據(jù)，因此，可將LCD1602的R/W讀/寫選擇控制端直接接地，這樣可節(jié)省1根數(shù)據(jù)線。VO引腳是液晶對(duì)比度調(diào)試端，通常連接一個(gè)10kΩ的電位器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)比度的調(diào)整;也可采用將一個(gè)適當(dāng)大小的電阻從該引腳接地的方法進(jìn)行調(diào)整，不過(guò)電阻的大小應(yīng)通過(guò)調(diào)試決定。LCD1602與單片機(jī)的連接有兩種方式，一種是直接控制方式，另一種是所謂的間接控制方式。它們的區(qū)別只是所用的數(shù)據(jù)線的數(shù)量不同，其他都一樣。

2.1.2方案二

通過(guò)比較器，門電路控制器邏輯關(guān)系

方案二原理框圖如圖2-2所示。

電壓比較器可以利用利用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷續(xù)聲音可以由一個(gè)頻率較低的的振蕩器去控制一個(gè)頻率較高的振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。窗口比較器由兩個(gè)電壓比較器，兩個(gè)穩(wěn)壓二極管和電阻組成CJ393內(nèi)含兩個(gè)比較器，由其兩個(gè)比較器組成窗口比較器。當(dāng) 處于正常狀態(tài)時(shí)，A點(diǎn)，B點(diǎn)均為低電平，經(jīng)過(guò)02或非門后信號(hào)變?yōu)楦唠娖骄G色指示燈亮。此時(shí)86異或門輸出為低電平，此電壓送到第一片555定時(shí)器時(shí)的4腳（異步置零端 ），555定時(shí)器停振，不發(fā)出報(bào)警聲。計(jì)數(shù)模塊是使用74LS90進(jìn)行運(yùn)算，74LS90 可以獲得對(duì)稱的十分頻計(jì)數(shù)，辦法是將QD 輸出接到A 輸入端，并把輸入計(jì)數(shù)脈沖加到B 輸入端，在QA 輸出端處產(chǎn)生對(duì)稱的十分頻方波。然后使用BCD數(shù)碼管進(jìn)行顯示。

二、方案論證

方案一采用AT89c51作為主控芯片，通過(guò)單片機(jī)的I/O口獲得電壓采集信號(hào)，判斷基礎(chǔ)信號(hào)信息。并且驅(qū)動(dòng)LCD1602進(jìn)行顯示，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器電路進(jìn)行報(bào)警相關(guān)的信息。

方案二報(bào)警利用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)，斷續(xù)聲音可以由一個(gè)頻率較低的的振蕩器去控制一個(gè)頻率較高的振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)這種構(gòu)思組成的電壓超限指示和報(bào)警電路。計(jì)數(shù)通過(guò)74LS90極連組成一個(gè)DCD碼的計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘觸發(fā)一次，就加一，也就是說(shuō)，觸發(fā)一個(gè)報(bào)警就加一。這樣實(shí)現(xiàn)總共的報(bào)警次數(shù)。

三、方案選擇

本次設(shè)計(jì)要求利用電子技術(shù)知識(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)高低電平報(bào)警電路。該高低電平報(bào)警電路具有的功能是，能夠?qū)斎腚妷哼M(jìn)行監(jiān)控，使日常生活中的電器設(shè)備只能在一定的輸入電壓范圍內(nèi)工作，以避免意外發(fā)生電器設(shè)備電壓在正常輸入電壓范圍內(nèi)不報(bào)警，在電壓超出此范圍時(shí)報(bào)警。因?yàn)椴荒苁褂脝纹瑱C(jī)相關(guān)的東西。所系選擇方案二。