高低電平報警電路設計方案比較研究

夏天 劉彥君 廖曉飛 何雨恒

摘 要：隨著信息技術的飛速發(fā)展？自動化儀表集成化 是繼數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化的又一目標相關文獻中指出微小化、集成化、 智能化是儀器儀表發(fā)展的重要方向。相關機構呼吁國內(nèi)高校加強基礎研究攻克關鍵技術作為電類專業(yè)日常用的數(shù)字電壓、電流表也有集成化、微小化的需求。

關鍵詞：電平檢測;報警電路;設計方案

一、總體方案設計

（一）方案比較

為此，我們有兩種方案，分別是使用AT89C51系列的單片機作為主控，判斷相關的電壓，并控報警和計數(shù)。第二種就是使用邏輯門電路和電壓比較器判斷電壓，通過比較器得到的信息控制報警和計數(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。其主要優(yōu)點為：

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

AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（00H -7FH為片內(nèi)RAM，80H-FFH為特殊功能寄存器SFR），32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，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。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(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硬件復位。

這里我們把AT89C51作為主控芯片，通過程序控制報警電路、計數(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）、控制驅動主電路HD44780及其擴展驅動電路HD44100，以及少量電阻、電容元件和結構件等裝配在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與單片機相連后即可正常工作。一般應用中只須往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引腳是液晶對比度調試端，通常連接一個10kΩ的電位器即可實現(xiàn)對比度的調整;也可采用將一個適當大小的電阻從該引腳接地的方法進行調整，不過電阻的大小應通過調試決定。LCD1602與單片機的連接有兩種方式，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

通過比較器，門電路控制器邏輯關系

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

二、方案論證

方案一采用AT89c51作為主控芯片，通過單片機的I/O口獲得電壓采集信號，判斷基礎信號信息。并且驅動LCD1602進行顯示，驅動蜂鳴器電路進行報警相關的信息。

方案二報警利用555定時器構成多諧振蕩器來實現(xiàn)，斷續(xù)聲音可以由一個頻率較低的的振蕩器去控制一個頻率較高的振蕩器來實現(xiàn)。根據(jù)這種構思組成的電壓超限指示和報警電路。計數(shù)通過74LS90極連組成一個DCD碼的計數(shù)器，時鐘觸發(fā)一次，就加一，也就是說，觸發(fā)一個報警就加一。這樣實現(xiàn)總共的報警次數(shù)。

三、方案選擇

本次設計要求利用電子技術知識設計一個高低電平報警電路。該高低電平報警電路具有的功能是，能夠對輸入電壓進行監(jiān)控，使日常生活中的電器設備只能在一定的輸入電壓范圍內(nèi)工作，以避免意外發(fā)生電器設備電壓在正常輸入電壓范圍內(nèi)不報警，在電壓超出此范圍時報警。因為不能使用單片機相關的東西。所系選擇方案二。