小功率交流电动机综合保护器设计 - - 毕业论文(6)

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道，可以将微处理器的保护决策送至继电器、断路器等电气设备完成低电压控制高电压的工作。

(6)通信模块。将电动机及电动机保护器的状态信息送到PC机上，便于技术人员实时监控和进行历史数据分析。

3.2 中央处理模块

处理器模块采用STC90C58AD单片机。STC90C58AD单片机是宏晶科技生产的高速／低功耗／超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，但速度快8～12倍，内部集成MAX810专用复位电路。4路PWM，8路高速十位AD转换器，针对电机控制，强干扰场合。 3.2.1 STC90C58AD单片机的主要特点

（1）增强型8051内核，指令代码完全兼容传统8051；

（2）工作电压范围：5.5V-3.3V(5V单片机)/3.6V-2.0V(3V单片机)；

（3）工作频率范围：0-40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz；

（4）片上集成256+4096字节RAM；

（5）通用I/O(35/39个)，复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉；P0口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻；

（6）ISP（在系统可编程）/IAP(在应用可编程)，无需专用编程器，无需专用仿真器可通过串口（RXD/P3.0，TXD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成；

（7）内部集成MAX810专用复位电路，增强系统抗干扰性能； （8）共3个16位定时器/计数器. （9）8路10位A/D转换；

（10）工作温度范围：-40～+85?C(工业级)/0～75?C（商业级）； 3.2.2 处理模块电路设计

根据前面的分析，控制器处理模块电路图设计如图3.2所示。

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图3.2处理模块硬件电路图

3.3 键盘、显示模块

人机接口是本电动机保护器的重要组成部分，通过它可以实现人机交互，进行电动机参数设定，显示电动机运行状态以及报警等功能。

3.3.1 键盘设计

键盘是典型的输入设备，其功能是为了输入数据、命令以及查询系统的工作状态，实现简单的人机通信。键盘由选择键和功能键组成。

本装置键盘采用2 x 3矩阵式非编码键盘，共6键，分别为：

（1）1～2为左键（在定制输入确认键按下后作为数字的减小键)和右键(在定制输入确认键按下后作为数字的增大键)；

（2）3～4为上下选择键，用于选择菜单以及在输入设定数据时用于选择数据位的位置；

（3）5为功能选择（返回）键，6为确认键。

P2口的低3位作为输入口，P2.4，P2.5口作为输出口。

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确定矩阵式键盘上何键被按下运用“行扫描法”。行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，

1、判断键盘中有无键按下将全部行线key1，key2，key3置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与3根行线相交叉的3个按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。

2、判断闭合键所在的位置：在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。

键盘的设计电路如图3.3所示：

图3.3 键盘设计电路

3.3.2 显示设计

本装置中人机接口的显示采用点阵式液晶显示模块，带中文字库图形液晶模块 12864 控制器7920，带中文字库的图形点阵液晶模块克服了以往装置采用数码管显示器存在的显示功能少，不美观和功耗高等缺点。

（1）液晶显示原理

液晶显示器(LCD)是一种新型的低功耗显示器，其基本原理是：在正常情况下，液晶对光具有旋光作用，使光的偏振方向旋转90。，当光线通过两个偏振片和液晶盒后，能沿原路经反射极返回，此时液晶盒呈透明状态；当液晶盒的电极上加一定的电压后，电极连接部分的液晶就失去旋光性，导致不能通过两个偏振片，从而显示黑色。按不同需要组合液晶电极通电方式或把液晶电极做成各种需要的形状，就能实现功能多样、形态各异的显示。

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（2）液晶显示器的特点

LCD作为电子信息产品的主要显示器件，相对于其它类型的显示部件来说，有其自身的特点：

①低电压微功耗：LCD的工作电压一般是3～5V，每平方厘米的液晶显示屏的工作电流为微安级，所以液晶显示器件是要求低功耗设备的首选显示器件。

②平板型结构：LCD的基本结构就是由两片玻璃组成的很薄的盒子。这种结构具有使用方便，生产工艺简单等优点，特别是在生产上，适宜采用集成化生产工艺，通过自动生产流水线可以快速大批量生产。

③防止紫外线照射、防静电等，同时注意使用温度，LCD可以使用很长一段时间。 ④被动显示：对LCD来说，环境光线越强显示内容越清楚。人眼所感受的外部信息的90％以上是外部物体对光的反射，而不是物体本身发光，所以被动显示更适合人的视觉习惯，更不容易引起疲劳。这在信息量大、显示密度高、观看时间长的场合更显得重要。

⑤显示信息量大且易于彩色化：LCD和CRT相比，由于LCD没有荫罩限制，像素可以做的很小，这对于高清晰电视是一种理想的解决方案。同时，由于液晶易于彩色化，因此方法也很多，特别是液晶电视的色彩可以做的十分逼真。

⑥无电磁辐射：CRT工作时，不仅会产生电磁辐射，还会产生有害的X射线，影响环境，而LCD不会有这类问题。

（3）LCD 12864液晶显示器

LCD器件按照其采光方式分类，分为带背光源与不带背光源两大类。不带背光源的LCD显示是靠背面的反射膜将射入的自然光从下面反射出来完成；带背光源的LCD显示器内部集成光源，可以在较差的光线条件下实现显示。考虑到本电动机保护器需要24小时工作，而且可能被安装到各种无光源条件的工作环境中，所以本保护器选用带背光型LCD。

综合考虑显示效果、显示信息量以及价格等因素，并参考了其它设计案例，最终决定选用LCD12864液晶显示器。

12864汉字图形点阵液晶显示模块，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字（16X16点阵）、128个字符（8X16点阵）及64X256点阵显示RAM（GDRAM）。

主要技术参数和显示特性:

①电源：VDD 3.3V~+5V(内置升压电路，无需负压)；

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②显示内容：128列× 64行 ③显示颜色：黄绿 ④显示角度：6：00钟直视 ⑤LCD类型：STN

⑥与MCU接口：8位或4位并行/3位串行 ⑦配置LED背光

⑧工作温度(Ta)：0～60℃(常温) / -20～75℃（宽温）

⑨多种软件功能：光标显示、画面移位、自定义字符、睡眠模式。 液晶显示模块接口电路如图3.4所示：

图3.4液晶显示模块接口电路

3.4 电源模块

本系统需四路供电电源，即+5V的单片机主电源和模拟参考电压以及相关芯片的电源电压、运算放大器+15V和-15V直流电源。本装置都是通过三端集成稳压器获得各路直流电源，如图3.5所示：

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