AT89S52的機(jī)載電氣盒測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。AT89S52使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，AT89S52擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。本文提出一種采用AT89S52單片機(jī)設(shè)計(jì)的機(jī)載電氣盒測(cè)試儀，該測(cè)試儀可測(cè)試機(jī)載電氣盒的保護(hù)功能，測(cè)量延遲保護(hù)時(shí)間。

　　2 系統(tǒng)組成與工作原理

　　該機(jī)載電氣盒測(cè)試儀硬件設(shè)計(jì)是由AT89S52單片機(jī)、顯示模塊、系統(tǒng)復(fù)位模塊、時(shí)鐘振蕩模塊、電源模塊、計(jì)時(shí)模塊、測(cè)試選擇模塊和接口電路組成(圖1)。其該系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)供電電網(wǎng)出現(xiàn)故障，接口電路發(fā)出一個(gè)控制信號(hào)將出現(xiàn)故障的電源引入電氣盒，同時(shí)接口電路給單片機(jī)一個(gè)信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)收到該信號(hào)后，控制計(jì)時(shí)模塊開始計(jì)時(shí)，顯示模塊顯示過壓、過過壓、欠壓、欠頻、欠欠頻、超頻、超超頻、逆序和差動(dòng)等故障的具體故障項(xiàng);經(jīng)過一段時(shí)間后，讀取計(jì)時(shí)模塊時(shí)間，判斷該時(shí)間是否在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)，若不在允許范圍內(nèi)或機(jī)載電氣盒未發(fā)出計(jì)時(shí)停止信號(hào)，則不能實(shí)現(xiàn)電氣盒的該項(xiàng)故障監(jiān)控及保護(hù)功能，說明電氣盒出現(xiàn)故障。

　　3.1 AT89S52單片機(jī)

　　AT89S52單片機(jī)是一款低功耗，高性能CMOS 8位微控制器，片內(nèi)有8 KB系統(tǒng)可編程flash的閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32條I/O端口線，看門狗定時(shí)(WDT)，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，3個(gè)16位定時(shí)，計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)晶體振蕩器及時(shí)鐘電路。

　　3.2 系統(tǒng)復(fù)位、時(shí)鐘振蕩模塊

　　系統(tǒng)復(fù)位模塊由S1、R1、R2和C3組成，其中S1為復(fù)位按鈕，C3為電解電容，R1、R2為精密電阻;而時(shí)鐘振蕩模塊由晶振Y1、C1和C2組成。

　　3.3 顯示模塊

　　圖2中9個(gè)LED發(fā)光二極管用于顯示電氣盒正在測(cè)試具體故障。74LS154為4-16譯碼器，選通引腳G1、G2接地，A，B，C，D依次接單片機(jī)P1.0，P1.1，P1.2和P1. 3，通過向AT89S52的P1口寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)決定譯碼器選通的具體通道，譯碼器的輸出經(jīng)2片TTL7404非門反向后驅(qū)動(dòng)三極管，點(diǎn)亮相應(yīng)的LED。當(dāng)向P1口的低4位依次寫入0～8時(shí)，譯碼器輸出經(jīng)非門反向后驅(qū)動(dòng)三極管，分別點(diǎn)亮欠壓指示燈、過壓指示燈、過過壓指示燈、欠頻指示燈、欠欠頻指示燈、超頻指示燈、超超頻指示燈、逆序指示燈和差動(dòng)指示燈。當(dāng)P1口輸入均為高電平時(shí)，所有指示燈都熄滅。

　　3.4 計(jì)時(shí)模塊

　　計(jì)時(shí)模塊是由計(jì)時(shí)控制電路和計(jì)時(shí)器組成。其中，計(jì)時(shí)控制電路由2個(gè)NPN三極管和限流電阻組成;計(jì)時(shí)器是一個(gè)6位顯示的計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)可精確到毫秒級(jí)，引腳2為計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)控制端，當(dāng)該引腳是低電平時(shí)，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí);當(dāng)為高電平時(shí)，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。當(dāng)AT89S52收到由電氣盒發(fā)出并經(jīng)接口電路轉(zhuǎn)換的計(jì)時(shí)停止信號(hào)時(shí)，單片機(jī)將P0.3口置為高電平，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。這時(shí)可根據(jù)計(jì)時(shí)器讀數(shù)判斷延遲保護(hù)時(shí)間是否在允許范圍內(nèi)。按鈕開關(guān)S2為計(jì)時(shí)器的清零按鈕，按下S2計(jì)時(shí)器清零。

　　3.5 測(cè)試選擇模塊

　　當(dāng)開關(guān)K1斷開時(shí)，三極管截止，單片機(jī)P0.0口為高電平，表明電氣盒對(duì)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護(hù)功能進(jìn)行測(cè)試;當(dāng)開關(guān)K1閉合時(shí)，三極管導(dǎo)通，單片機(jī)P00口的電平為低電平，表明電氣盒對(duì)地面電源參數(shù)的監(jiān)控與保護(hù)功能進(jìn)行測(cè)試。因?yàn)閱纹瑱C(jī)復(fù)位時(shí)。所有的I/O口為高電平，所以當(dāng)K1處于斷開狀態(tài)時(shí)，單片機(jī)復(fù)位即進(jìn)入電氣盒對(duì)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護(hù)功能的測(cè)試狀態(tài)。

　　3.6 接口電路

　　接口電路如圖3所示，當(dāng)?shù)孛骐娫闯霈F(xiàn)故障時(shí)，計(jì)時(shí)停止信號(hào)1通過電氣盒接地(0 V)，此時(shí)P0.1口為低電平，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí);當(dāng)電氣盒切斷地面電源向機(jī)載設(shè)備的供電時(shí)，計(jì)時(shí)停止信號(hào)1通過電氣盒接電源(24 V)，此時(shí)P0.1口為高電平，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。當(dāng)飛機(jī)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)出現(xiàn)故障，計(jì)時(shí)停止信號(hào)2通過電氣盒接電源(24 V)，此時(shí)P0.2口為低電平，計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí);當(dāng)電氣盒切斷發(fā)電機(jī)電網(wǎng)向機(jī)載設(shè)備的供電時(shí)，計(jì)時(shí)停止信號(hào)2通過電氣盒接電源(0 V)，此時(shí)P0.2口為高電平。計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。

　　以發(fā)電機(jī)電網(wǎng)過電壓故障為例，結(jié)合圖2、圖3，當(dāng)閉合K8時(shí)，三極管導(dǎo)通，電氣盒引腳通過電阻、二極管和三極管接地，此時(shí)，發(fā)電機(jī)電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓(由程控電源模擬)，P0.4口變?yōu)榈碗娖?，單片機(jī)控制P0.3為低電平，計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)向P1口寫數(shù)據(jù)，點(diǎn)亮過壓指示燈;單片機(jī)不停檢測(cè)P0.2口，經(jīng)一定延遲后，電氣盒切斷發(fā)電機(jī)電網(wǎng)向機(jī)載設(shè)備的供電。計(jì)時(shí)停止信號(hào)2使P0.2口變?yōu)楦唠娖?，一旦單片機(jī)檢測(cè)到P0.2口變?yōu)楦唠娖剑瑒t向P0.3口寫入高電平，計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，讀出計(jì)時(shí)器數(shù)據(jù)，判斷該時(shí)間是否在允許范圍內(nèi)。此時(shí)單片機(jī)不停檢測(cè)P0.4口，一旦斷開K8，P0.4口變?yōu)楦唠娖?，單片機(jī)向P1 口寫入數(shù)據(jù)，過壓指示燈熄滅。

　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　上電復(fù)位后，單片機(jī)首先查詢P0.0口，當(dāng)P0.0為高電平時(shí)，表明正在測(cè)試電氣盒對(duì)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)故障保護(hù)功能，當(dāng)P0.0為低電平時(shí)，表明正在測(cè)試電氣盒對(duì)地面電源故障保護(hù)功能。因?yàn)閺?fù)位后單片機(jī)I/O口均為高電平，所以復(fù)位后，測(cè)試儀自動(dòng)進(jìn)入電氣盒對(duì)發(fā)電機(jī)電網(wǎng)故障保護(hù)功能的測(cè)試，單片機(jī)循環(huán)查詢P0.0、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P2.7和P2.6當(dāng)檢測(cè)到P0.4、 P0.5、P0.6P0.7、P2.7和P2.6中任意一個(gè)為低電平時(shí)，進(jìn)入相應(yīng)的故障保護(hù)功能測(cè)試;而當(dāng)檢測(cè)到P0.0口為低電平時(shí)，測(cè)試儀進(jìn)入電氣盒對(duì)地面電源故障保護(hù)功能的測(cè)試，單片機(jī)循環(huán)查詢P0.0、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1當(dāng)檢測(cè)到P2.5、 P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1中的任意一個(gè)為低電平時(shí)，則進(jìn)入相應(yīng)的故障保護(hù)功能測(cè)試。圖4為電氣盒測(cè)試儀的程序流程。

　　5 結(jié)束語

　　測(cè)試儀采用金屬盒封裝切斷電磁干擾傳播路徑、電路板布線及元件布局帶來的串?dāng)_，并采用數(shù)據(jù)冗余保護(hù)與糾錯(cuò)在軟件上解決干擾問題。實(shí)際應(yīng)用表明，該測(cè)試儀具有測(cè)試準(zhǔn)確，性能先進(jìn)，工作可靠，操作方便，成本低等優(yōu)點(diǎn)，在日常機(jī)務(wù)維護(hù)和故障診斷中發(fā)揮著重要作用。