單片機即單片微型計算機的簡稱

，它是將CPU
、ROM、RAM
、TIMER/COUNTER以及輸入/輸出接口(I/O)等集成在一塊超大規模集成電路芯片上而製成的，有些單片機還集成了模數轉換器(ADC)、脈寬調製模塊(PWM)、通訊接口等，使用者隻需用少量的外圍電路就可組成各種應用係統。單片機可分為8位機和16位機，其中8位機在市場中占主導地位。生產單片機的半導體廠家很多，包括：INTEL、PHILIPS、SIEMENS、ADM

、ATAIEL、MICROCHIP等。近年來
，MICROCHIP公司生產的單片機以其簡約的指令係統、納秒級的指令周期
、強大的外圍接口功能深受電子工程師們的青睞

，筆者曾使用過PIC16CXXX和PIC16FXXX係列的產品
，覺得使用非常方便。

 

電動機保護器實現的功能主要包括：三相電流顯示
、聲音報警、故障脫扣、故障記憶、過載保護
、短路保護
、漏電保護、缺相保護、相失衡保護
、相序保護、過(guo)欠(qian)壓(ya)保(bao)護(hu)等(deng)。用(yong)傳(chuan)統(tong)的(de)模(mo)擬(ni)線(xian)路(lu)要(yao)實(shi)現(xian)如(ru)此(ci)綜(zong)合(he)的(de)功(gong)能(neng)，其(qi)線(xian)路(lu)將(jiang)會(hui)變(bian)得(de)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)，整(zheng)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)的(de)體(ti)積(ji)也(ye)會(hui)非(fei)常(chang)龐(pang)大(da)。因(yin)此(ci)目(mu)前(qian)一(yi)些(xie)模(mo)擬(ni)電(dian)子(zi)式(shi)電(dian)動(dong)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)能(neng)實(shi)現(xian)的(de)功(gong)能(neng)都(dou)比(bi)較(jiao)單(dan)一(yi)。例(li)如(ru)：過流保護器、缺相保護器、漏電保護器等，而單片機的出現

，使得電動機保護器的發展有了質的飛躍，在智能化、功能多樣化、小型化、模塊化
、性能可靠性等方麵達到前所未有的水平。

 

用單片機係統實現電動機保護的功能，在硬件方麵主要由三相電流信號采樣、漏電流采樣、電壓信號采樣、鍵盤接口、顯示部分
、控製輸出
、報警輸出

、通信接口等幾部分構成
，下麵分別對其中的關鍵部分作簡要分析。

 

 

這部分設計直接關係到電流的采樣精度。因此
，必須通過理論分析、反(fan)複(fu)實(shi)驗(yan)方(fang)能(neng)確(que)定(ding)。這(zhe)部(bu)分(fen)線(xian)路(lu)可(ke)采(cai)用(yong)整(zheng)流(liu)線(xian)路(lu)，也(ye)可(ke)采(cai)用(yong)直(zhi)接(jie)交(jiao)流(liu)比(bi)例(li)變(bian)換(huan)電(dian)路(lu)
，采(cai)用(yong)哪(na)種(zhong)線(xian)路(lu)則(ze)直(zhi)接(jie)決(jue)定(ding)了(le)程(cheng)序(xu)是(shi)采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)采(cai)樣(yang)還(hai)是(shi)交(jiao)流(liu)采(cai)樣(yang)，程(cheng)序(xu)設(she)計(ji)將(jiang)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)。

 

若采用直流采樣則線路需采用整流線路

，整流線路包括半波整流
、橋式全波整流、精密半波整流、精jing密mi全quan波bo整zheng流liu等deng幾ji種zhong形xing式shi，二er極ji管guan半ban波bo整zheng流liu和he橋qiao式shi全quan波bo整zheng流liu都dou存cun在zai二er極ji管guan的de導dao通tong壓ya降jiang影ying響xiang整zheng流liu線xian路lu線xian性xing的de問wen題ti，特te別bie是shi在zai信xin號hao電dian壓ya較jiao低di的de時shi候hou，影ying響xiang更geng大da。為wei了le減jian小xiao二er極ji管guan導dao通tong壓ya降jiang的de影ying響xiang，應ying選xuan擇ze肖xiao特te基ji二er極ji管guan作zuo整zheng流liu器qi件jian
，如ruIN5819，但需要注意的是IN5819耐壓值較低(隻有40V)，因(yin)而(er)采(cai)樣(yang)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)不(bu)宜(yi)過(guo)大(da)。精(jing)密(mi)半(ban)波(bo)或(huo)全(quan)波(bo)整(zheng)流(liu)線(xian)路(lu)在(zai)許(xu)多(duo)資(zi)料(liao)中(zhong)皆(jie)有(you)介(jie)紹(shao)
，在(zai)此(ci)無(wu)庸(yong)贅(zhui)述(shu)。這(zhe)種(zhong)線(xian)路(lu)的(de)優(you)點(dian)是(shi)避(bi)免(mian)了(le)整(zheng)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)正(zheng)向(xiang)導(dao)通(tong)壓(ya)降(jiang)的(de)影(ying)響(xiang)，但(dan)同(tong)時(shi)增(zeng)加(jia)了(le)線(xian)路(lu)的(de)複(fu)雜(za)程(cheng)度(du)，而(er)且(qie)還(hai)需(xu)要(yao)為(wei)放(fang)大(da)器(qi)**正負電源
，增加了電源部分的成本。在實際使用中應權衡利弊
，綜合考慮才能作出選擇。

 

在一些比較高檔的儀器儀表中，人們普遍采用交流采樣。采樣方式是按一定周期(稱為采樣周期)連續實時采樣被測信號一個完整的波形(對於正弦波隻需采樣半個周期即可)
，然(ran)後(hou)將(jiang)采(cai)樣(yang)得(de)到(dao)的(de)離(li)散(san)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)運(yun)算(suan)

，從(cong)而(er)得(de)到(dao)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)的(de)真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)避(bi)免(mian)了(le)被(bei)測(ce)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)畸(ji)變(bian)對(dui)采(cai)樣(yang)值(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)。交(jiao)流(liu)采(cai)樣(yang)的(de)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)有(you)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)：1.采樣周期應遠小於被測信號周期，這對於工頻電流信號是不成問題的，因為目前單片機的處理速度已經足夠。2.要從硬件上避免采樣信號畸變，這就需要從幾個方麵來努力:①保證電流互感器在測量範圍內輸出的電壓信號波形失真小。②電流互感器的采樣信號到單片機輸入接口往往需要比例放大，這就要求信號變換電路失真要小。③防(fang)止(zhi)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)，一(yi)般(ban)的(de)做(zuo)法(fa)是(shi)在(zai)單(dan)片(pian)機(ji)輸(shu)入(ru)口(kou)加(jia)一(yi)個(ge)高(gao)頻(pin)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)。交(jiao)流(liu)采(cai)樣(yang)線(xian)路(lu)中(zhong)除(chu)去(qu)了(le)阻(zu)容(rong)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)，因(yin)而(er)在(zai)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)方(fang)麵(mian)比(bi)直(zhi)流(liu)采(cai)樣(yang)有(you)極(ji)大(da)改(gai)善(shan)，特(te)別(bie)對(dui)於(yu)那(na)些(xie)對(dui)響(xiang)應(ying)特(te)性(xing)要(yao)求(qiu)較(jiao)高(gao)的(de)隨(sui)動(dong)係(xi)統(tong)非(fei)常(chang)有(you)益(yi)。盡(jin)管(guan)交(jiao)流(liu)采(cai)樣(yang)有(you)很(hen)多(duo)直(zhi)流(liu)采(cai)樣(yang)無(wu)法(fa)比(bi)擬(ni)的(de)優(you)點(dian)，但(dan)因(yin)其(qi)會(hui)增(zeng)加(jia)軟(ruan)件(jian)編(bian)程(cheng)的(de)難(nan)度(du)並(bing)要(yao)占(zhan)據(ju)較(jiao)大(da)的(de)存(cun)儲(chu)空(kong)間(jian)而(er)在(zai)一(yi)些(xie)較(jiao)簡(jian)單(dan)的(de)小(xiao)型(xing)係(xi)統(tong)中(zhong)較(jiao)少(shao)使(shi)用(yong)。

 

在工控儀表中常常使用LED數碼管作為用戶界麵，其優點是亮度高
、驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)簡(jian)單(dan)，但(dan)隻(zhi)能(neng)顯(xian)示(shi)有(you)限(xian)的(de)幾(ji)個(ge)字(zi)符(fu)，要(yao)想(xiang)表(biao)達(da)比(bi)較(jiao)豐(feng)富(fu)的(de)信(xin)息(xi)十(shi)分(fen)困(kun)難(nan)。目(mu)前(qian)，一(yi)些(xie)高(gao)檔(dang)儀(yi)表(biao)中(zhong)開(kai)始(shi)采(cai)用(yong)字(zi)符(fu)型(xing)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)或(huo)圖(tu)形(xing)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)器(qi)，有(you)的(de)還(hai)含(han)有(you)中(zhong)文(wen)字(zi)庫(ku)模(mo)塊(kuai)，直(zhi)接(jie)用(yong)中(zhong)文(wen)顯(xian)示(shi)，從(cong)而(er)使(shi)界(jie)麵(mian)十(shi)分(fen)直(zhi)觀(guan)
，易(yi)於(yu)理(li)解(jie)和(he)操(cao)作(zuo)。但(dan)同(tong)時(shi)增(zeng)加(jia)了(le)線(xian)路(lu)的(de)成(cheng)本(ben)
，特(te)別(bie)是(shi)圖(tu)形(xing)液(ye)晶(jing)顯(xian)示(shi)模(mo)塊(kuai)價(jia)格(ge)太(tai)高(gao)
，一(yi)般(ban)低(di)價(jia)位(wei)的(de)儀(yi)表(biao)無(wu)法(fa)接(jie)受(shou)。

 

單片機與LED數碼管接口一般采用串行通訊方式
，配接移位寄存器來驅動數碼管工作， 設計不同的驅動程序可實現不同的顯示方式。例如：數碼管閃爍、小數點位數自動變換，特殊字符顯示等。為了減小數碼管的功耗，一般采用動態驅動方式
，也就是在一個周期(T)內隻在(1/3—1/2)T的時間內顯示，通過調節占空比可改變數碼管的亮度。另外需注意數碼管的驅動電壓不能太高，如果用+5Vdianyuanqudongjiuxujiaxianliudianzuhuojiangyaerjiguan。qizhongyongjiangyaerjiguanjiaohao，kefangzhiyinshumaguandianliangdebishufashengbianhuaerzaochengdedianyabodong，congerbaozhengshumaguanliangduwending。

 

單片機與字符型LCD模塊接口的數據線仍可采用串行接口方式

，而控製信號可直接由單片機I/Okoukongzhi。ruguoshujuxiancaiyongbingxingfangshi
，jiangzhanyongdanpianjidaliangdeziyuan，yinerbuyishiyong。zaibianzhiqudongchengxushi，zaixingnengxukedeqingkuangxiayingzhuyijinliangjianxiaoshujuxianheshizhongxiandexinhaopinlv，zheyangkejianxiaodianciganrao。

 

 

控製輸出部分可采用機電式繼電器或固體繼電器。前者價格便宜，市場產品豐富，驅動線路也比較簡單，但可靠性和使用壽命有限，且在觸點動作時會產生“火花”，嚴重時可影響係統的正常工作。因此
，在PCB板(ban)布(bu)局(ju)時(shi)應(ying)將(jiang)繼(ji)電(dian)器(qi)盡(jin)量(liang)遠(yuan)離(li)單(dan)片(pian)機(ji)並(bing)靠(kao)近(jin)儀(yi)表(biao)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan)口(kou)。另(ling)外(wai)
，在(zai)繼(ji)電(dian)器(qi)線(xian)圈(quan)兩(liang)端(duan)應(ying)並(bing)聯(lian)續(xu)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)，否(fou)則(ze)在(zai)繼(ji)電(dian)器(qi)線(xian)圈(quan)斷(duan)電(dian)瞬(shun)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)較(jiao)高(gao)的(de)感(gan)應(ying)電(dian)壓(ya)，從(cong)而(er)破(po)壞(huai)電(dian)路(lu)。固(gu)態(tai)繼(ji)電(dian)器(qi)具(ju)有(you)壽(shou)命(ming)長(chang)、xingnengwending，wuhuohuadengtedian，suizheqijiagedezhujianjiangdihexingnengdewanshanyikaishibeiguangfanshiyong，danxiaogonglvdegutaijidianqijiagerengbiputongjidianqigaohenduobei
，yinci
，zaidianjibaohuqizhongjuedabufenjuncaiyongputongjidianqi。 在很多應用場合
，人們希望有兩個獨立的控製輸出
，一個作為主回路控製輸出，另一個為輔助輸出，作為報警或其它功能的控製。

 

單(dan)片(pian)機(ji)係(xi)統(tong)中(zhong)

，軟(ruan)件(jian)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)部(bu)分(fen)，這(zhe)部(bu)分(fen)能(neng)充(chong)分(fen)體(ti)現(xian)設(she)計(ji)者(zhe)的(de)設(she)計(ji)思(si)想(xiang)，通(tong)過(guo)程(cheng)序(xu)可(ke)實(shi)現(xian)電(dian)機(ji)保(bao)護(hu)器(qi)的(de)智(zhi)能(neng)化(hua)控(kong)製(zhi)以(yi)及(ji)遠(yuan)程(cheng)通(tong)訊(xun)等(deng)功(gong)能(neng)。