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1、摘 要随着工业和办公自动化水平的不断提高，各行业出于提高供电可靠性、尽量缩短停电时间和减轻劳动强度以及减少不必要的停电损失等目的，选用电源自动切换装置实现电源自动转换的做法越来越多。本论文主要针对地震局智能控制后备发电机自动切换系统进行设计。本论文通过单片机编程实现市电与后备发电机之间的自动切换，有市电时采用市电，市电停电后，后备发电机延迟几分钟起动，并自动运行；市电来电后，后备发电机延迟几分钟自动停机，切换到市电。另设计充电电路给蓄电池自动充电，并定期检测蓄电池是否有电，出现故障自动报警。本论文采用AT89C51单片机作为系统的控制器，对自动切换系统的总体功能进行分析，提出了硬件的各组成模块
2、及详细的硬件模块设计方案，并论述了方案的可行性以及各模块之间的联系。软软件设计采用模块化方法分析、设计。最后对所设计的系统从实时性、安全性、稳定性等几个方面进行了比较测试，测试结果表明该控制系统软、硬件性能优良，工作可靠。 关键词：电源自动切换；AT89C51；单片机编程AbstractAlong with the continuous improvement of the industrial and office automation, and for increase reliability, reduced power failures as far as possible to re
3、duce labor intensity and time and reduce unnecessary loss of power failures and other purposes, optional power supply to achieve automatic switching devices automatically switch More and more the practice. This paper mainly Seismological Bureau intelligent backup generators automatically switch cont
4、rol system design. This disquisition through the MCU programming electricity and backup generators automatically switch between, electricity use electricity, electricity blackouts, the emergency generators in a few minutes late starting, and automatically run; City Xinhua calls, emergency generators
5、 automatic shutdown delayed a few minutes, switch to electricity. Another charge circuit designed to recharge the battery automatically, and periodically testing whether an electric battery, failure of automatic alarm. We use AT89C51 SCM as a system controller, the automatic switching systems overal
6、l function analysis, the hardware components of the module and the detailed design of the hardware module, and discussed the feasibility of each module and the The link between. Soft modular software design analysis, design. Finally, the system designed by the real-time, security, stability, and sev
7、eral other aspects of the comparison test results show that the control system software and hardware high-performance, reliable work. Key words: Power automatically switch; AT89 C51; MCU programming目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1电源自动切换系统概述11.2单片机概述21.2.1单片机的特点31.2.2单片机的应用31.3国内外发展研究概况41.4本论文研究的主要内容61.5小结6
8、2 总体设计方案72.1 系统功能72.1.1 系统的作用72.1.2系统转换过程及自动充电功能72.1.3系统性能指标72.1.4 电源转换控制器基本功能82.2系统实现方案选择82.2.1总体结构82.2.2核心控制芯片的选择103 系统硬件电路设计123.1单片机及外围电路123.2电源主回路223.3控制回路233.4本章小结234系统软件设计244.1软件的模块化思想概述244.1.1模块的藕合性244.1.2模块的内聚性254.1.3软件模块化的优势264.2系统软件的模块化设计264.2.1变量定义264.2.3定时器中断模块294.2.4 A/D转换模块314.2.5键盘扫描模
9、块324.2.6按键处理模块344.2.7消除抖动延时模块344.2.8充电模块354.3编译软件364.4软件抗干扰设计384.3.1对输入数据检查384.3.2看门狗方法384.3.3指令冗余384.4本章小结39可行性分析40致 谢41参考文献42附 录43科技文章摘译511 绪论1.1电源自动切换系统概述随着现代工业的发展和社会的进步，人们对供电持续性的要求已越来越高，如要求供电电源采用两路甚至两路以上，一路为常用电源(如外线电源)，另外的为备用电源(如内部的发电电源)。因此，需要一种能在电源之间进行自动切换的装置，以保证某路正在使用的电源在出现故障时能自动切换到另外的正常电源上，保证
10、供电不问断或间断时间在允许的范围内。该电源切换装置必须具有反应灵敏、工作可靠、功能齐全、声光指示等特点。传统的电源切换装置采用模拟信号处理方式的控制器，反应不灵敏，可靠性不高，且工作模式固定、单一。也有采用数字信号处理方式的控制器，但这种系统成本高，对工作环境要求苛刻。因此，设计出一种成本低、可靠性高、多工作模式、对工作环境没有特殊要求的电源自动切换控制器，具有重要的现实意义。国际电工委员会(IEC)于1989年6月发布了第一版自动转换开关电器标准(正C60947一6一l)，并于 1994年和 1997年9月分别进行了两次修正，第三次修正工作正在进行中。我国现行有关自动转换开关电器推荐标准(G
11、B厅14048.11)等同采用IEC60947一6一l(1998)标准，并于2002年10月发布，2003年4月开始实施。我国有众多的低压电器生产厂家，结合自己产品的特点开发出不同类型的自动转换开关，同时我国也是自动转换开关市场潜力最大的国家，这种需求主要受到三个方面的因素影响。第一，受对供电质量的要求不断提高的影响，随着家庭电气化的普及和企业自动化程度的提高，对电源的质量要求和连续供电的要求在不断提高;第二，受电力供应的供需矛盾的影响，虽然我国发电装机容量从1987年1亿KW到2006年6.2亿KW，但电力供需形势十分严峻。电力供应的供需矛盾迫使许多企业购买小型发电机来满足重要设备的用电需求
12、，由此刺激了自动转换开关的需求;第三，受重要公共建筑安全的影响，出于对重要公共建筑消防安全的考虑，相应的建筑规范中对消防设施的可靠供电有严格的规定。如高层民用建筑设计防火规范(GB50045一1995)、民用建筑电气设计规范(JGJ汀16一1992)以及供配电系统设计规范(GBSOO52一1995)中都对供电电源的数量有严格的规定:“一级负荷应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源不致同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除上述两个电源外，还必须增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统”。因此，在有双电源供电的场合，就必须使用转换开关。我国供配电系统设计规范中根据对供电可靠性
13、的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度对电力负荷进行分级，并应符合下列规定:（1）符合下列情况之一时，应为一级负荷:中断供电将造成人身伤亡时;中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如:重大设备损坏、重大产品报废、用重要原料生产的产品大量报废、国民经济中重点企业的连续生产过程被打乱需要长时间才能恢复等;中断供电将影响有重大政治、经济意义的用电单位的正常工作。例如:重要交通枢纽、重要通信枢纽、重要宾馆、大型体育场馆、经常用于国际活动的大量人员集中的公共场所等用电单位中的重要电力负荷。在一级负荷中，当中断供电将发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷
14、，应视为特别重要的负荷。（2）符合下列情况之一时，应为二级负荷:中断供电将在政治、经济上造成重大损失时。例如:主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等;中断供电将影响重要用电单位的正常工作。例如:交通枢纽、通信枢纽等用电单位中的重要电力负荷，以及中断供电将造成大型影剧院、大型商场等较多人员集中的重要的公共场所秩序混乱。（3）不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。由此可见，电源自动切换装置作为消防负荷和其他重要负荷的末端互投装置，在工程中得到了广泛的应用，正确合理的选择装置可以确保重要负荷的可靠供电，双电源自动切换装置在重要负荷的供电系统中是不可缺少和重
15、要的一个环节。本论文研究和设计了一种基于89C51单片机的电源自动切换装置，当常用电源由于某种原因失电后，只要条件满足，装置启动，投到备用电源，从而对用电设备迅速恢复供电。基于单片机的设处理系统数据处理速度快，具有良好的可计编程实时特性;硬件和软件接口方便，可以与其它数字系统或设备相互兼容;开发方便，可以灵活地通过软件对系统的特性和应用目标进行修改和升级;具有良好的系统健壮性，可靠性较高;易于实现系统集成，可以提供高度的规范性。由此使得该装置具有精度高、速度快、可靠性高、集成度高、接口方便、灵活性好等优点。1.2单片机概述单片机自20世纪70年代问世以来，以其极高的性能价格比，受到人们的重视和
16、关注，应用很广，发展很快。单片机是在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU），存储器（RAM，ROM，EPROM）和各种输入，输出接接口（定时器/计数器，并行I/O口，串行口，A/D转换器以及脉宽调制器PWM等）一块集成芯片具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，即单片机。1.2.1单片机的特点单片机结构上最大的特点就是把CPU，存储器，I/O接口电路等集成在一块超大规模的芯片上，单片机这种特殊的结构形式，使其具有多显著特点。 集成度高、体积小、可靠性高单片机将各功能部件集成在一块芯片上，内部采用总线结，减少了芯片间的连线，大量的数据传输在单片机内部进行，不易受外界干扰。另外，用单片机
17、构成的应用系统结构简单，体积小，极易对系统进行电磁屏蔽等干扰措施。所以，单片机应用系统具有较高的可靠性和抗干扰能力。 控制能力强单片机采用面向控制的指令系统，有很丰富的条件分支转移指令，有很强的位处理功能，可以直接对I/O接口进行输入/输出操作逻辑运算，特别适用于实时控制。 性能价格比高高性能、低价格是单片机最显著的特点之一，其应用系统具有印制电路板小、接插件少、硬件成本低、安装调试简单方便等特点，使单片机应用系统的性价比大大高二其它系统。 使用方便、容易产品化单片机选择范围宽，可以用通用单片机，也可以用专用单片机。单机系统扩展方便、硬件设计简单、开发工具完善、开发周期短，容易将单片机系统产品
18、化，很快投入实际应用。1.2.2单片机的应用单片机的应用提高了机电产品的技术水平和自动化程度，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了重要的推动作用。其应用领域已从工业控制、仪器仪表、机电一体化设备等迅速发展到了家用电器、办公自动化、汽车电子等广大领域。 仪器仪表在各种仪器仪表中引入单片机，使仪表数字化、智能化、微型化，可以提高仪器仪表的智能化程度和测量精度，可以简化仪器仪表的硬件结构。在仪器仪表中大量使用单片机已经是一种趋势，使仪器仪表智能化取得了令人瞩目的进展。 工业控制单片机广泛应用于各种工业控制系统中，如数控机床、工业机器人、温度控制等。 机电一体化机电一体化是机械工业的发展方向，机电
19、一体化产品是指集机械技术、通信技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品。单片机作为机电一体化产品中的控制器，能发挥其体积小、控制功能强的优点，使机电产品体积缩小，功能增强，提高机电产品的自动化、智能化程度。 家用电器家用电器普遍采用单片机取代伟统的控制电路，如洗衣机、电冰箱、空调、彩电、微波炉、电子玩具等。家电器配上了单片机后，功能增强、智能化程度提高、使用更加方便，倍受人们喜爱，同时也身价倍增。1.3国内外发展研究概况电源自动切换装置的历史悠久，在将电作为主要能源后，由于对重要负荷的供电存在不同电源间的转换问题，装置必然会得到应用。但由于需求有限，以往并未把它作为一种独立的或者说是某
20、一种特定的大类产品来看待。以往的电源自动切换装置一般都是由设计院设计、电气成套企业或用户直接用接触器、继电器、刀开关或由断路器、机械联锁、控制器构成双电源转换系统。伴随各种用户或用电系统对提高自动化程度的需求和新技术的应用，电源自动切换装置逐渐得到发展和应用。特别是20世纪80年代以后，国外公司推出的不同型式的转换装置纷纷进入我国市场。我国在20世纪90年代中期，针对国内市场需求，众多研究开发单位和生产制造企业开始专门研究开发和生产营销电源自动切换装置，使之得到了快速的发展，经历了以低压电器分立元件构成自动转换装置，以模拟电路应用为主的机电一体化产品，以高性能的新型电器元件为基础并采用以CPU
21、为核心的智能型专用控制器的发展历程。电源自动切换装置目前在我国经历了四个发展阶段，即两接触器型、两断路器型、励磁式专用转换开关和电动式专用转换开关。两接触器型转换开关为第一代，是我国最早生产的双电源转换开关，它是由两台接触器搭接而成的简易电源，这种装置缺点是线圈长期通电耗能易烧毁，产品的接通分断能力低，触头易抖动、熔焊，其产品可靠性很低，尤其是在带负荷转换时易出现爆炸性事故，因而在工程中越来越少采用，这类产品在国外已被淘汰并禁止使用。两断路器式转换开关为第二代，也就是我国国家标准和IEC标准中所提到的CB级自动转换开关，它是有两断路器改造而成，另配机械联锁装置，可具有短路或过电流保护功能，但是
22、机械连锁不可靠。励磁式专用转换开关为第三代，它是由励磁式接触器外加控制器构成的一个整体装置，机械连锁可靠，转换由电磁线圈产生吸引力来驱动开关，速度快，但触头灭弧系统是以分断一次电弧要求设计的，用在双电源电路切换，也存在不合理因素。电动式专用转换开关为第四代，是PC级自动转换开关，其主体为符合隔离开关，为机电一体式开关电器，转换由电机驱动，转换平稳且速度快，并且具有过0位功能，是目前国内外市场较理想的电源转换产目前国内的产品市场还不成熟，表现在:（1）行业内大多数用户，对电源自动切换装置还比较陌生，真正对其标准有深入了解、研究的制造商也不多，用熟悉的开关(接触器、断路器、隔离开关)，仅通过增加电
23、源检测和自动转换功能作为电源转换开关是许多厂商最快捷、开发成本最低的解决方案。而中国、国际电工委员会(IEC)、UL都为双电源自动转换开关制订了专门的标准，说明其他现有的开关不能完全满足自动转换开关特定的要求，它也应该像其他传统的开关一样，是一类有专门用途的开关装置，应该按照标准要求专门设计、制造。（2）名称不规范。国家标准的中文名称是:自动转换开关电器。既然有标准，名称就应该规范、唯一。（3）因为自动转换开关还没有实行CCC认证，全国已经有100多个品牌，还可以帖牌，产品质量参差不齐。自动转换开关在使用过程中不是经常动作的开关，所以，不同品牌的质量差异不宜区别，有质量问题的也不容易在短时间发
24、现，导致产品的质量、可靠性常常被忽视，而可靠性恰恰是最重要的指标，这是目前阻碍我国技术、质量提高的最大障碍。自动转换开关的工作性质，决定了其故障会带来重大的损失，所以，安全可靠性是设计、制造和选用最关键的指标。针对我国市场缺乏高性能自动转换开关的现状，法国、日本、新加坡、美国、韩国等的多个品牌的产品先后打入中国市场。以美国产品为代表的自动转换开关技术代表着当今世界的先进水平。因为，这类产品率先是在军工领域得到使用，如雷达、通讯、航天等领域，而美国在上述领域处于世界领先地位。因此，美国对自动转换开关产品有较高的要求，他们将此产品视为电源的一部分，为了提高其产品可靠性，不惜采用黄金作为触头材料。因
25、此，在产品开发、研制方面投入较大。目前美国生产这类产品规模较大的企业有三至四家，如ONAN、ASCO、GEZENIm，他们生产的产品除了基本型外，还有瞬时并联性、旁路一隔离型、延时转换型等。为了满足不停电电源要求，国外一些大公司推出以可控硅为主的电子式自动转换开关，额定工作电流1001200A，检测。它主要应用在电子商务网站、计算机数据中心、半导体芯片制造业及紧急救援中心等要害部门。电源自动切换装置的发展趋向主要包括两个方面，其一是开关主体，具备很高的抗冲击电流能力，并且可以频繁转换;具有可靠的机械联锁，确保任何状态下两路电源不能并列运行:不允许带熔丝或脱跳装置，以防止双电源开关因过载而造成输
26、出端无电现象;具备O位功能，并且隔离距离大，以便能够承受更高的冲击电压 (8KV)以上;四级开关具备N级先合后分的功能，以防止在装置转换时，不同系统中N线上电位漂移，使电流走向不一致或分流，造成剩余电流保护装置误动作。其二是控制器，采用微处理器智能化产品，检测模块应具有较高的检测精度和宽的参数设定范围，包括电压、频率、延时时间等;具备良好的电磁兼容性，应能承受住主回路的电压波动，浪涌保护，谐波干扰，电磁干扰等;转换时间快，且延时可调;可为用户提供各种信号及消防联动接口，通信接口。1.4本论文研究的主要内容本论文的主要任务是设计出地震局智能控制中心后备发电机自动切换装置，使之具有高性能、高可靠性
27、、智能化和安全性等特点，该装置的硬件采用AT89C51单片机为核心，软件采用汇编语言和C语言编程，可以灵活设置各种运行方式及时间参数，在常用电源发生故障时，能根据设定的转换程序准确完成常用电源和备用电源之间的转换，定期检测后备发电机是否有电并对其充电，从而最大限度地保证供电的连续性。本论文的研究过程中，主要包括几个方面的工作:（1）研究后备发电机自动切换装置的技术现状，以及存在的问题和可发展的方面;（2）选取适合的芯片和开发工具，以及性能可靠、抗干扰性强的元器件;（3）确定本系统所采取的数据测量方法和数据处理算法，并确定系统整体方案设计;（4）设计满足系统功能要求的硬件电路;（5）利用汇编语言
28、开发软件;（6）工作总结及展望未来。1.5小结本论文为地震局智能中心设计后备发电机的自动切换装置，主要为软件系统的设计。地震局为重要场不能断电的场合，因此，对其电源自动切换的设计应当十分稳定可靠，保证不断电。设计其检测电路，转换电路，充电电路，看门狗等，并且进行软件编程调试，为地震局设计一套安全、可靠、稳定、操作性强的供电系统。2 总体设计方案2.1 系统功能2.1.1 系统的作用 电源自动切换系统定义是由一个或多个转换开关电器和其他必需的电器组成，用于监测电源电路、将一个或多个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的自动电器。后备发电机自切换系统有两路电源，一路是来自变电站的市电，一路是地震
29、局内部的后备发电机，这个系统的作用有：（1）监测两路电源；（2）两路电源的自动切换；（3）检测蓄电池是否有电或充电完闭；（4）定期每个月给后蓄电池充电。2.1.2系统转换过程及自动充电功能后备电源采用60KVA的发电机，转换电源期间中断向负载供电。系统指定一个常用电源位置，其操作程序由两个自动转换过程组成:（1）如果常用电源被检测到出现偏差，则启动延时程序，延时时间到，自动将负载从常用电源转换至备用电源;（2）如果常用电源恢复正常，则启动延时，延时时间到，自动将负载返回换接到常用电源。 自动充电功能由看门狗电路组成，每个月自动检测后备发电机是否有电，并且完成对其充电。2.1.3系统性能指标（1
30、）转换时间：触头转换时间从第一组主触头断开常用电源起至第二组主触头闭合备用电源为止的时间;转换动作时间主电源被监测到偏差的瞬间起至主触头闭合备用电源为止的时间(含机构动作时间)，不包括特意引入(控制器)的延时;总动作时间转换动作时间与特意引入(控制器)的延时之和;返回转换时间从常用电源完全恢复正常的瞬间起至一组主触头闭合常用电源的瞬间为止的时间加上特意引入的延时;断电时间从各相电弧最终熄灭的瞬时起至主触头闭合另一个电源为止的转换过程时间，包括特意引入的延时。（2）.额定接通和分断能力：额定接通和分断能力是制造厂规定的，在规定条件下足以能够接通与分断的电流值。对于交流，额定接通和分断能力用电流的
31、交流分量有效值表示。 （3）额定短时耐受电流：额定短时耐受电流是制造厂规定的，在国家标准GB厅14048.11一20032的8.3.4.3条规定的试验条件下，电器能够承载的短时耐受电流值。对于电流，额定短时耐受电流值用电流的交流分量有效值表示。 （4）额定短时分断能力：额定短时分断能力是指应能分断额定短路分断能力及以下的任何电流。在额定工作电压、额定频率与规定的功率因数(或时间常数)下，电器的短路分断能力值，用预期分断电流值表示。2.1.4 电源转换控制器基本功能（1）电压检测功能克服了以往电源自动转换装置只能检测常用、备用两路电源各一相的缺点，控制器对常用、备用电源各自的A、B、C三相电压进
32、行监控，保证了转换条件的完整性和准确性。并指示常用、备用电源的状态及当前接入的电源状态。（2）故障电压阀值可设定不同的应用场合下对电压故障界定条件各不相同。本控制器将故障电压种类分为过压和失压，高于额定值的l巧%判为过电压，低于60一85%判为欠电压。而不同的欠电压阀值可以设定。（3）具有“自复”功能自复是指在转换至备用电源后，一旦常用电源供电恢复，控制器给出从备用电源转换至常用电源的信号。2.2系统实现方案选择概括的说，简单、可靠、安全就是此系统最基本的要求，可靠的分析转换是系统的核心。2.2.1总体结构从系统需满足检测、充电、转换方面的功能来讲，硬件原理总框图可作如下设计，如图2-1所示：
33、市电三相输入后备电源三相输入光电耦合光电耦合模数转换单片机分闸合闸控制功能状态选择声光显示继电器定期检测并充电图2 -1 硬件原理总框图光电耦合器将每相电压进行取样，然后送模入数转换器中，模数转换后的结果被单片机读入。单片机根据用户键入的功能命令，对采集到的三相电压与标准设定值进行智能判断，然后发出相应的分闸、合闸、延时指令(或声光报警指令)，经过接口电路，驱动继电器，使电源切换开关作相应的动作。如：某相电压超过(或低于)规定的电压值(简称过压或欠压)时，应有相应的指示及声光报警，以及根据用户设定的工作模式去自动切换电源，切换由继电器带动开关来实现。最后，单片机还应对切换后的开关进行检测，以确
34、定是否正常分闸或正常合闸，形成闭环控制回路，以免开关本身的故障造成系统不正常工作。此外，通过看门狗程序自动定期检测后备发电机是否有电，并对其进行充电。2.2.2核心控制芯片的选择系统的核心控制芯片选用ATMEL公司生产的AT89C51单片机，这种单片机的最大特点是片内含有FLASH存储器，在便携式、省电和特殊信息保存的仪器中十分有用，单片机的引脚功能图如图2-2所示：图2-2 89C51引脚图图2-2 AT89C51引脚图AT89C51是一种低功耗、高性能的的位单片机，片内带有一个4KB的FLASH可编程、可擦除只读器，它采用了CMOS工艺和ATMEL公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出
35、引脚和指令系统都与MCS-51兼容。片内的FLASH存储器允许在系统内改编序或用常规的非易失性可编程存储器来编程。AT89C51是用静态逻辑来设计的，其工作频率可下降到零，并提供两种可软件来选择的省电方式空闲和掉电方式。在空闲方式中，CPU停止工作，而RAM、定时/计数器、串行口和中断系统都继续工作。在掉电方式中，片内振荡器停止工作，由于时钟被“冻结”，使一切功能都暂停，故只保存片内RAM的内容，直到下一次硬件复位为止。AT89C51的主要工作特性：（1）8031CPU；（2）4KB的快速擦写FLASH存储器，用于程序存储，可擦写次数为了1000次；（3）256B的RAM其中高128B字节地址
36、被特殊功能寄存器SFR占用 ；（4）32根可编程I/O线；（5）2个可编程16位定时器；（6）具有6个中断源、5个中断矢量、2级优先权的中断系统；（7）一个数据指针DPTR；（8）1个可编程的全双工串行通信口；（9）具有“空闲”和“掉电”两种低功耗工作方式；（10）可编程的3级程序锁定位；（11）工作电源的电压为5（10.2）V；（12）振荡器最高频率为MHZ；（13）编程频率MHZ24MHZ，编程电流启动电流1mA，编程电压VPP为5V或12V。3 系统硬件电路设计单独一个89C51是无法工作的，它必须和其它相应的外围设备一起才能构成一个完整的系统。3.1单片机及外围电路复位电路复位是单片机
37、初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时，也需按复位键以重新启动。80C51的RST引脚是复位信号的输入端，复位信号是高电平有效，其有效时间应持续24个振荡周期（即两个机器周期）以上，若使用频率为6MHz的晶振，则复位信号持续时间应超过4S才能完成复位操作，复位电路如图3-1所示： RST 图3-1 复位电路此复位电路在RST端和正电源VCC之间接一个按纽，当按纽按下时，VCC的+5V电平就会直接加到RST端。即使按下按纽的动作较快，也会使按纽保持接通达数十毫秒，所以，
38、保证能满足复位的时间要求。时钟电路时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。本单片机的时钟电路如图3-2所示： X1 X2 图3-2 时钟电路 在80C51内部有一个高增益放大器，其输入端为芯片引脚X1，输出端为引脚X2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中对电容C11和C12的要求不是很严格，如使用高质的晶振，则不管频率多少，C11、C12一般都选择优取向30pF。晶体的振荡频率范围通常是1.2MHz12MHz
39、，晶体振荡器频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也快。扩展电路 在设计89C51电路的时候，出现了I/O口不够的问题，需要进行扩展，本系统用一个8255芯片进行扩展，图面3-3是8255与89C51的接口电路： RST Q5图3-3 89C51扩展电路 8255内部的A组B组控制电路，根据CPU的命令控制8255的工作方式。每组从读/写控制逻辑接受各种命令，从内部数据总线接受控制字并发出适当的令到相应的控制PB口及PC口的低4位。8255内部读写控制逻辑用于管理所有的数据、控制字或状态字的传递，它接受来自CPU的地址及控制信号来控制各个端口的工作状态。其端口选择及其功能如表3-1所示：
40、表3-1 8255的端口选择及其功能A1A0RDWRCS功能说明00010A口数据总线01010B口数据总线10010C口数据总线00100数据总线A口01100数据总线B口10100数据总线C口11100数据总线控制寄存器1数据总线为三态11010非法状态110数据总线为三态AT89C51通过锁存器74LS373与扩展芯片8255连接，图中8255的和片选信号接到74LS373的Q5口，端口地址选择信号A1、A0由P0.1、P0.2经74LS373锁存后提供。显示电路该电路由红黄绿三个LED灯和电阻串联而成，主要用于单片机所监控的状态显示，状态及灯亮情况如表3-2：表3-2 LED灯状态显示
41、：电路工作状态亮灯正常绿灯异常黄灯报警红灯硬件显示电路图如图3-4： P2.0 P2.1 P2.2 图3-4 显示电路硬件看门狗电路看门狗如3-5所示： PB7（8255）RES（89C51）3-5 看门狗电路看门狗WATCHDOG有如下特征：（1）本身能独立工作，基本上不信赖于CPU。CPU只在一个固定的时间间隔内与之打一次交道，表明整个系统“目前沿属正常”。（2）当CPU落入死循环之后，能及时发现并使整个系统复位。报警电路图3-6所示为声音报警电路，其工作原理为：当系统故障时，给单片机的P2.4口置1使Q4导通，蜂鸣器发出声音报警。3-6 声音的报警电路充电及稳压电路此电路用于给单片机片内
42、外供电，同时给蓄电池提供充电电路，稳压。充电使用220V/12V变压器（型号），滤波后经稳压管7812和7805分别转换成+12V和+5V，其中+12V用于驱动后备发电机（即柴油发电机）起动，+5V用于为单片机及其外围电路提供电压。充电及稳压电路如3-7所示： PB6（8255）3-7 充电及稳压电路此电路通过三级管的基集与8255的PB6口相连，通过看门狗的程序定期为蓄电池充好电。键盘电路本系统键盘电路使用的是4*4矩阵式键盘，如图面3-8所示，每个按键开关位于行列的交叉处，采用逐行扫描的方法识别键盘。本次设计中键盘电路将实现以下功能：（1）MAX813L手动复位：MAX813L为硬件看门狗
43、，当1键按下时，使MR为0，实现手动清0；（2）继电器K2手动合闸：调试时若K2不能闭合，可用2键检测是否为硬件有问题，也可以在系统完成后作为手动合闸按钮；（3）二极管手动复位：若显示电路的二极管（主要是报警灯，即红灯或黄灯）在软件清0后仍亮，则可按3键将其清0；（4）蓄电池手动充电：若蓄电池电压低于最低值，则可按4键手动启动发电机给蓄电池充电；（5）蜂鸣器清0：清除警报解除后的蜂鸣器误响。（6）其余键盘用于以后功能扩展使用。3-8 键盘电路图信号调理电路当市电或后备电输入时，需经整流、变压、再检测，再将检测到的信号传给单片机进行处理。在信号进行AD转换之前必须对信号进行预处理才能接入AT89C51进行处理，因为ADC0809的引脚接口电压为+5V，如果输入的信号电压超过+5V则会烧毁芯片，所以，在进行采样之前必须对输入的模拟信号进行电平转换，将其调整到芯片可承爱的范围之内。A相电压检测电路如图3-9所示：3-9 A相电压检测电路A/D转换电路3-10 A/D转换电路ADC0809的各引脚功能如下：IN0IN7 8路模拟量输入端；D0D7 数字量输入端；START 启动脉冲输入端。脉冲上升沿复位0809，下降沿启动A/D0809转换；ALE 地址锁存信号。高电平有效时把3个地址信号送入地址锁存器，并经地址译码得到地址输出，用以选择相应的模拟输入通道 ；EOC
