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　　單片機即單片微型計算機的簡(jiǎn)稱(chēng)，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制成的，有些單片機還集成了模數轉換器(ADC)、脈寬調制模塊(PWM)、通訊接口等，使用者只需用少量的外圍電路就可組成各種應用系統。單片機可分為8位機和16位機，其中8位機在市場(chǎng)中占主導地位。生產(chǎn)單片機的半導體廠(chǎng)家很多，包括：INTEL、PHILIPS、SIEMENS、ADM、ATAIEL、MICROCHIP等。近年來(lái)，MICROCHIP公司生產(chǎn)的單片機以其簡(jiǎn)約的指令系統、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(guò)PIC16CXXX和PIC16FXXX系列的產(chǎn)品，覺(jué)得使用非常方便。
　　電動(dòng)機保護器實(shí)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(guò)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(guò)欠壓保護等。用傳統的模擬線(xiàn)路要實(shí)現如此綜合的功能，其線(xiàn)路將會(huì )變得非常復雜，整個(gè)裝置的體積也會(huì )非常龐大。因此目前一些模擬電子式電動(dòng)機保護器能實(shí)現的功能都比較單一。例如：過(guò)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(dòng)機保護器的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍，在智能化、功能多樣化、小型化、模塊化、性能可靠性等方面達到前所未有的水平。
　　用單片機系統實(shí)現電動(dòng)機保護的功能，在硬件方面主要由三相電流信號采樣、漏電流采樣、電壓信號采樣、鍵盤(pán)接口、顯示部分、控制輸出、報警輸出、通信接口等幾部分構成，下面分別對其中的關(guān)鍵部分作簡(jiǎn)要分析。
　　一、三相電流采樣部分
　　這部分設計直接關(guān)系到電流的采樣精度。因此，必須通過(guò)理論分析、反復實(shí)驗方能確定。這部分線(xiàn)路可采用整流線(xiàn)路，也可采用直接交流比例變換電路，采用哪種線(xiàn)路則直接決定了程序是采用直流采樣還是交流采樣，程序設計將完全不同。
　　若采用直流采樣則線(xiàn)路需采用整流線(xiàn)路，整流線(xiàn)路包括半波整流、橋式全波整流、精密半波整流、精密全波整流等幾種形式，二極管半波整流和橋式全波整流都存在二極管的導通壓降影響整流線(xiàn)路線(xiàn)性的問(wèn)題，特別是在信號電壓較低的時(shí)候，影響更大。為了減小二極管導通壓降的影響，應選擇肖特基二極管作整流器件，如IN5819，但需要注意的是IN5819耐壓值較低(只有40V)，因而采樣電壓信號不宜過(guò)大。精密半波或全波整流線(xiàn)路在許多資料中皆有介紹，在此無(wú)庸贅述。這種線(xiàn)路的優(yōu)點(diǎn)是避免了整流二極管正向導通壓降的影響，但同時(shí)增加了線(xiàn)路的復雜程度，而且還需要為放大器**正負電源，增加了電源部分的成本。在實(shí)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(chēng)為采樣周期)連續實(shí)時(shí)采樣被測信號一個(gè)完整的波形(對于正弦波只需采樣半個(gè)周期即可)，然后將采樣得到的離散信號進(jìn)行真有效值運算，從而得到電流信號的真有效值，這樣就避免了被測信號波形畸變對采樣值的影響。交流采樣的關(guān)鍵技術(shù)有幾個(gè)方面：1.采樣周期應遠小于被測信號周期，這對于工頻電流信號是不成問(wèn)題的，因為目前單片機的處理速度已經(jīng)足夠。2.要從硬件上避免采樣信號畸變，這就需要從幾個(gè)方面來(lái)努力:①保證電流互感器在測量范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防止噪聲干擾，一般的做法是在單片機輸入口加一個(gè)高頻旁路電容。交流采樣線(xiàn)路中除去了阻容濾波電容，因而在響應速度方面比直流采樣有極大改善，特別對于那些對響應特性要求較高的隨動(dòng)系統非常有益。盡管交流采樣有很多直流采樣無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，但因其會(huì )增加軟件編程的難度并要占據較大的存儲空間而在一些較簡(jiǎn)單的小型系統中較少使用。
　　二、顯示部分
　　在工控儀表中常常使用LED數碼管作為用戶(hù)界面，其優(yōu)點(diǎn)是亮度高、驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單，但只能顯示有限的幾個(gè)字符，要想表達比較豐富的信息十分困難。目前，一些高檔儀表中開(kāi)始采用字符型液晶顯示器或圖形液晶顯示器，有的還含有中文字庫模塊，直接用中文顯示，從而使界面十分直觀(guān)，易于理解和操作。但同時(shí)增加了線(xiàn)路的成本，特別是圖形液晶顯示模塊價(jià)格太高，一般低價(jià)位的儀表無(wú)法接受。
　　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(lái)驅動(dòng)數碼管工作，設計不同的驅動(dòng)程序可實(shí)現不同的顯示方式。例如：數碼管閃爍、小數點(diǎn)位數自動(dòng)變換，特殊字符顯示等。為了減小數碼管的功耗，一般采用動(dòng)態(tài)驅動(dòng)方式，也就是在一個(gè)周期(T)內只在(1/3—1/2)T的時(shí)間內顯示，通過(guò)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(dòng)電壓不能太高，如果用+5V電源驅動(dòng)就需加限流電阻或降壓二極管。其中用降壓二極管較好，可防止因數碼管點(diǎn)亮的筆數發(fā)生變化而造成的電壓波動(dòng)，從而保證數碼管亮度穩定。
　　單片機與字符型LCD模塊接口的數據線(xiàn)仍可采用串行接口方式，而控制信號可直接由單片機I/O口控制。如果數據線(xiàn)采用并行方式，將占用單片機大量的資源，因而不宜使用。在編制驅動(dòng)程序時(shí)，在性能許可的情況下應注意盡量減小數據線(xiàn)和時(shí)鐘線(xiàn)的信號頻率，這樣可減小電磁干擾。
　　三、控制輸出
　　控制輸出部分可采用機電式繼電器或固體繼電器。前者價(jià)格便宜，市場(chǎng)產(chǎn)品豐富，驅動(dòng)線(xiàn)路也比較簡(jiǎn)單，但可靠性和使用壽命有限，且在觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)會(huì )產(chǎn)生“火花”，嚴重時(shí)可影響系統的正常工作。因此，在PCB板布局時(shí)應將繼電器盡量遠離單片機并靠近儀表的輸出端口。另外，在繼電器線(xiàn)圈兩端應并聯(lián)續流二極管，否則在繼電器線(xiàn)圈斷電瞬間會(huì )產(chǎn)生較高的感應電壓，從而破壞電路。固態(tài)繼電器具有壽命長(cháng)、性能穩定，無(wú)火花等特點(diǎn)，隨著(zhù)其價(jià)格的逐漸降低和性能的完善已開(kāi)始被廣泛使用，但小功率的固態(tài)繼電器價(jià)格仍比普通繼電器高很多倍，因此，在電機保護器中絕大部分均采用普通繼電器。在很多應用場(chǎng)合，人們希望有兩個(gè)獨立的控制輸出，一個(gè)作為主回路控制輸出，另一個(gè)為輔助輸出，作為報警或其它功能的控制。
　　單片機系統中，軟件是一個(gè)非常重要部分，這部分能充分體現設計者的設計思想，通過(guò)程序可實(shí)現電機保護器的智能化控制以及遠程通訊等功能。

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