直流系统接地检测电路设计

直流系统接地检测电路设计

摘 要

目前在我国电力系统中运行的直流接地检测装置，多是通过整定平衡电阻桥的门限来进行接地检测的，但其具有整定值不准确、不灵活、接地电压（接地电阻）无法检测等缺点；还有的是通过在母线或支线上加入交流信号来实现检测的，但这种检测方式精度很难保证，而且还会对直流系统造成影响。

本检测电路的工作原理是首先由漏电流传感器检测出母线各支路的进线与出线之间的电流差，然后经过A/D转换生成单片机能够识别处理的数字信号，再由单片机判断出是否有接地状态，若有则计算出接地电阻和接地电压。本设计采用了高精度漏电流传感器和单片机控制技术；并使用了汉字化液晶显示屏人机界面，可方便直观地了解系统运行状态；又通过键盘设定母线电压上下限报警值及母线接地电阻的报警值，以适应对各种特殊功能的要求；还应用了扩展I/O口和数据选择芯片来实现多路检测数据输入。当直流系统的某条支路发生接地故障时，本电路可迅速查出接地极性、路号、阻值和母线段号，同时由日历时钟芯片DS12887提供接地时间，通过面板红色指示灯及音响报警。

关键词：接地检测，漏电流传感器，单片机，液晶显示屏

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The Circuit Design of The Direct-current Grounding Detection System

Abstract

At present, in the domestic electric power system, most of the direct-current grounding detector work by setting up the threshold of the balance resistor bridge. But this way has its disadvantages, for instance, it can’t make the adjusted value correct, hasn’t agility and can’t check the grounding voltage (earth resistance) and so on. And some of the direct-current grounding detector work by joining the alternating-current signal in the busbar or the branch. But this way is hard to guarantee the precision and can affect the direct-current system.

This detecting circuit’s principle is to check the current difference between the input line and output line of each brand of busbar by the drain current sensor at first, and then through A/D converter, generate digital signal that can be distinguished and tackled by single-chip microcomputer, finally the single-chip microcomputer judges whether there’s the grounding state, and if the state is being, then calculates the earth resistance and the grounding voltage. This design adopts drain current sensor of high accuracy and the controlling technique of the single-chip microcomputer, and also adopts the man-machine interface of the Chinese-character LCD display to observe the working state of the system conveniently and visually, it can set up the maximum and minimum alarming value of the busbar resistance and voltage to fit all kinds of special function’s requirements. The system can finish multi-way detecting data inputs by adopting patulous I/O port and data selector chip. When there are faults in a certain spur track of the direct-current system, the circuit can find out the earthed pole, the mark of the spur track, the resistance and the mark of busbar section quickly, at the same time, can provide the time of the grounding by calendar clock chip DS12887, and alarm by the panel red LED and sounder.

Keywords: ground detection, drain current sensor, single-chip microcomputer, LCD

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目 录

摘 要 ......................................................................................................................................... I Abstract ..................................................................................................................................... II 1 绪 论 .................................................................................................................................. 1

1.1 引言 ............................................................................................................................ 1 1.2 工作原理 .................................................................................................................... 1

1.2.1 电路特点 .......................................................................................................... 1 1.2.2 主要功能 .......................................................................................................... 2 1.3 设计思路 .................................................................................................................... 2 2 硬件电路设计 ...................................................................................................................... 4

2.1 系统结构 .................................................................................................................... 4 2.2 信号采集电路 ............................................................................................................ 5

2.2.1 电压信号采集 .................................................................................................. 6 2.2.2 电流信号采集 .................................................................................................. 6 2.2.3 接地电阻阻值判断 .......................................................................................... 7 2.3 单片机电路 ................................................................................................................ 9

2.3.1 89C51简介 ...................................................................................................... 9 2.3.2 可编程外围并行接口8255 ........................................................................... 10 2.4 键盘电路 .................................................................................................................. 11 2.5 液晶显示电路 .......................................................................................................... 11

2.5.1 T6963C的介绍 .............................................................................................. 11 2.5.2 T6963C指令集 .............................................................................................. 11

3 软件设计 ............................................................................................................................ 13

3.1 主程序设计 .............................................................................................................. 13 3.2 液晶显示子程序 ...................................................................................................... 13

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结 论 ...................................................................................................................................... 20 致 谢 ...................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 .................................................................................................................................. 21 附 录A 外文文献 .............................................................................................................. 22 附 录B 中文译文 .............................................................................................................. 27 附 录C .................................................................................................................. 32

电路图 毕业设计（论文） 第 1 页

1 绪 论

1.1 引言

为了保障电力系统的安全运行，发电厂和变电所的控制及保护回路均采用直流电源供电。该电源采用对地绝缘的方式，当直流馈线发生一点接地时，不会影响系统的正常运行，但必须及时找出接地点，排除故障。否则，当第二点接地时，将造成严重事故。故在电力系统中往往要加入系统接地故障保护装置。

可是以前的检测装置多是通过整定平衡电阻桥的门限来运行接地检测的，存在整定值不准确，不灵活，误差大，接地电压（接地电阻）无法检测等缺点；或是因为检测装置是通过在母线或支线路上加入交流信号，检测各支路的电流互感器的输出值，来实现对接地支路的判断和接地电阻的检测，这种检测方式因受母线对地电容影响较大，故精度很难保证，而且还或多或少的对直流系统造成影响。 1.2 工作原理

在本设计中，母线电压信号采集是通过对母线的电势差进行采样来实现的，支路电流信号采集是通过对套在各支路上的漏电流传感器输出信号进行采样得到的。通过DC —DC电压传感器直接从母线上采集正母线与地之间的电势差和正母线与负母线之间的电势差，然后计算出负母线与地之间的电势差。通过套在各支路上的漏电流传感器得到各支路的电流信号。由于采集到的电压信号和电流信号都是模拟量，所以我采用了通过AD574A模数转换芯片把模拟信号转换成单片机能够识别的数字信号，然后由单片机根据这些参数计算出接地电阻值。通过单片机控制[1]可以实现对电压信号和电流信号进行自动巡回检测，也就是可以自动巡回检测出各支路的接地电阻值。当检测发现直流母线对地电阻阻值低于要求的标准时，通过面板上的红色指示灯闪烁和蜂鸣器鸣叫来报警，此时可以自动或手动进入支路对地漏电流的巡回检测状态，如果发现某条支路或某几条支路漏电流超越限定值，装置会自动定位报警，并通过大屏图形LCD全汉化显示漏电流越限的支路数、支路号和相应的支路对地漏电流（或接地电阻及接地极性），同时显示由日历时钟提供的报警时间。通过这些信息可以让工程人员尽快的排除故障。 1.2.1 电路特点

1、检测过程中无需在直流系统中加入交流信号，克服了外加交流信号对系统运行

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造成的不利影响，提高了安全可靠性；

2、采用专用直流传感器，套接在直流支路上，安装维护方便，与直流系统没有任何电的联系，系统丝毫不受监测仪的运行状态影响；

3、测量到支路漏电流后微型计算机根据母线电压换算得到支路接地电阻； 4、具有母线电压监测、异常报警及系统绝缘监察等常规监测功能，而母线电压与确定支路是否接地没有直接联系，即在不接入直流母线电压的情况下，同样可以通过漏电流判断直流支路的接地状态，能够实现多电压等级下直流支路的接地检测。 1.2.2 主要功能

1、直流系统母线电压监测，电压异常报警；

2、直流系统绝缘监测，实时检测正母线对地电阻、负母线对地电阻；

3、自动或手动进入直流支路漏电流(支路接地)巡回检测，检测各直流支路对地漏电流，计算接地电阻，判断支路接地极性，实现接地故障选线功能；

4、定点监测某固定直流支路，长期监测固定支路的绝缘状况； 5、基本配置64路，最大配置96路 1.3 设计思路

在设计信号采集电路[2]时，考虑到既要避免对直流系统造成影响又要对支路电流测量准确，我们选择了漏电流传感器。由于漏电流传感器是套在支路上工作的，与直流系统没有任何电的联系并且测量精度符合标准，所以选择了通过漏电流传感器进行电流信号采集。由于单片机无法处理采集到的模拟电压和电流信号，采用了AD574A模数转换芯片进行信号转换。考虑到需要多路信号采集，而AD574A模数转换芯片只能进行一路模拟输入转换，因此我们采用了数据选择器AD7506和双向模拟开关4066[3]实现对电压信号和电流信号的分时转换。

在设计单片机电路过程中，考虑到应用的熟练性和广泛性我们选择了51系列的单片机，在具体型号上我们选择了89C51单片机。由于对资源的考虑，我们扩展了程序存储器、数据存储器[4]和可编程外围并行接口8255[5]，并且通过译码芯片提供各芯片的片选信号。

在人机界面电路设计中，由于希望拥有显示汉字和图形能力，所以我们采用了液晶显示模块T6963C，并且设计了一个定时扫描键盘[6]。通过键盘可以进行参数修改和液晶

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翻页显示。同时加入日历时钟模块DS12887为系统提供报警时间，从而实现通过液晶显示出报警路数和时间信息。

在软件设计中，键盘采用了定时扫描的方式。由于显示页码不同，相同的按键可能代表不同的意义，所以我们通过循环判断目前显示页码来确定对应按键的具体操作。对于液晶显示部分，我们首先编写了具体读写子程序[7]，然后在调用这个子程序的基础上编写了写汉字、写字符、写字符串和显示图形等子程序。在具体显示过程中直接调用这些子程序，从而提高程序代码的有效利用率。A/D转换、8255、日历时钟和键盘扫描都采用了这种子程序模块的方式。

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2 硬件电路设计

硬件电路是整个系统的重要组成部分。在本设计中硬件部分可分为：信号采集电路、单片机电路、键盘输入电路、液晶输出电路、日历时钟电路和保护电路。信号采集电路主要包括电压信号采集和电流信号采集，采集到的信号经过模数转换后交给单片机电路进行处理。单片机电路完成了对数据的运算和系统的控制，是整个系统的中枢神经。键盘输入电路和液晶输出电路是直观的人机界面，为我们提供了方便的交流窗口。在以后的章节中将对它们进行详细介绍。 2.1 系统结构

本电路的硬件结构框图如图2.1所示：

支路电流信号采集 AD 转换 电路 单 片 机 液 晶 显 示 母线电压信号采集 键盘控制 日历时钟 报警器件

图2.1 硬件结构框图

支路电流信号采集是通过漏电流传感器实现的。在我们设计中采用的漏电流传感器型号为YDM—L1100，它的工作电压是直流±15V，允许0~±100mA的直流输入，输出为直流0~±10V。在应用中把漏电流传感器套在两条支路上，传感器会检测出两条支路的电流差，同时会自动把这个电流信号以电压信号形式输出。

母线电压信号采集是通过对母线的电势差进行采样来实现的。这里只需采集正母线与地之间的电势差和正母线与负母线之间的电势差，然后根据这两个数值可计算出负母线与地之间的电势差。这些信号是由DC—DC电压传感器直接从母线上获取的，无需

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借助其它器件。DC—DC电压传感器允许输入的最大电压为300V，对应输出为10V，转换精度0.2%。

A/D转换装置把采集到的母线电压信号和以电压形式输出的支路电流信号转换成单片机能够识别的数字信号。A/D转换装置采用逐次逼近式A/D转换芯片，通过这种转换芯片会在很短的时间内把输入的模拟信号转换成数字信号，并且转换精度非常高。因此，它可以为单片机提供相当精确的采样信号，这些精确的信号可以保证测量值的高精确、低误差。正因为如此，这种转换芯片应用非常广泛。

由于本电路对运行速度的要求不是很高，所以在本设计中单片机采用了51系列的89C51单片机。89C51单片机采用11.0592M或者12M石英晶体振荡器的运行速度已经足够满足检测装置完成控制和简单运算的需求，并且单片机具有对工作环境要求不高、成本低、外围电路简单、与同类芯片完全兼容、可以嵌入等特点。因此，用单片机作为本装置的核心元件是非常合适的。由于这一型号单片机内部的程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM）资源有限，所以在设计中采用了扩展存储器的方法。考虑到对存储资源的需要，我们扩展了8K的RAM芯片和32K的ROM芯片，同时考虑到单片机运行的可靠性，我们加入了看门狗电路[8]，这样可以消除由于单片机死机和程序跑飞所带来的风险，增加了检测电路的可靠性。

通过键盘可以实现画面显示的翻页、参数的修改、对输入参数的确认、光标的移动、功能的选择、系统的复位和消除报警等功能。

日历时钟系统可以为系统提供准确的时间信息。由于系统内带有独立的供电装置，所以可以保证信息掉电的不丢失。当检测系统检测出母线电压和接地电流超过允许值时，会把报警信息和日历时钟提供的报警时间同时保存，当需要显示时通过LCD显示。

报警器件由红色指示灯和蜂鸣器组成，当接收到报警信息时，由单片机发出报警信号，这时通过红色指示灯闪烁和蜂鸣器发出鸣叫来提示用户已经检测出故障，请求处理。

液晶显示模块是重要的人机界面，可以方便直观地了解系统的运行状态、键盘设定的参数值、检测到的数据、回路的阻值和故障的记忆信息。工作人员根据这些信息可以很方便的排除故障。 2.2 信号采集电路

信号采集电路就像我们的眼睛，它让我们取得了需要处理的信息，了解了设备现在

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运行的状态。只有采集到的这些信息准确，我们才有以后进行控制和处理的意义。信号采集电路主要包括电压信号采集电路和电流信号采集电路，它们分别为接地电阻计算提供电压和电流参数。本节将对电压与电流信号的采集和接地电阻的计算进行详细说明。 2.2.1 电压信号采集

母线电压是我们需要的重要参数。母线电压包括正负母线间电压、正母线对地电压和负母线对地电压。其中母线间电压和正母线对地电压我们通过DC—DC电压传感器得到相应的信号值，而负母线对地电压可以通过母线间电压减去正母线对地电压得到。而得到的电压信号值是模拟信号，所以必须转换成单片机能够直接识别的数字信号。在设计中采用了AD574A进行12位A/D转换，通过查询法完成转换控制，转换结果分为高8位和低4位两次输出。

AD574A是快速型12位逐次逼近式A/D转换器。由单片机地址的低2位A0和A1分别控制AD574A的控制端（A0/SC）和读/启动转换控制端（R/C）。在启动时，若A0为0则作12位转换,为1时为8位转换。当作12位转换时，在A0为0时输出数据的高8位，为1时输出数据的低4位，A1为1时读启动，为0时写启动。由译码器输出的Y3作为片选信号CS，而单片机的RD和WE信号经过施密特与非门后作为使能信号CE。AD574A的状态输出端STATUS作为状态查询位，当输出为1时转换正在进行，为0时转换已经结束。此信号接在单片机的计数器T1端，当转换时查询此位，若此位为1则转换结束。

由于AD574A只能进行一路模拟信号输入，因此不可能同时对4路信号进行摸数转换。所以为了能够转换4路信号，我们加入了双向控制开关4066。4066的输入和输出分别接到电压信号和AD574A的模拟信号输入端，控制端通过集电极开路反向驱动器7406接到8255的PC口高4位。因此通过8255控制实现了4路电压信号的分时转换。

2.2.2 电流信号采集

电流信号由漏电流传感器直接获得，而获得的电流信号也是模拟信号，所以电流信号同样需要进行A/D转换。由于本设计配置是64路，所以需要获得64路电流信号，因此需要进行64次A/D转换，并且需要分清转换的信号路数。当然我们不能通过使用64个A/D转换芯片来解决，因此我们采用了数字多路开关AD7506芯片。AD7506芯片

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通过一个使能端和4位通道选择端就可以依次选通16路信号，所以通过使用4片AD7506就可以让64路信号分时进行选通，并且通过使能和选通信号就可以判断出现在采集的是哪路信号。4片AD7506的使能信号分别接在8255的PA口低4位，4位选通信号分别接到8255的PC口的低4位，因此通过8255同样可以控制64路电流信号的分时转换。

2.2.3 接地电阻阻值判断

当检测到母线电压信号发生异常时就需要立即检测出各支路接地电阻阻值。如果一直没有发现电压信号发生异常，则按照一定时间间隔检测接地电阻阻值，在软件设计中我们把这个时间间隔定为八个小时。

接地电阻的阻值是通过电阻桥计算得到的。现在以母线2为例进行详细介绍，这部分电路图如图2.2所示。

图 2.2 接地电阻检测电路图

当8255的PA7口输出低电平时，继电器J3和J4吸合，正母线和负母线分别通过2.2K电阻R3和R4接地。这时R3与R7并联，R4与R8并联，它们构成一个电阻桥。而平时PA7口输出高电平，使继电器J3和J4断开，这时只有R7和R8接入电路，由于它们阻值比较大，所以不会影响直流电路的正常工作。此时只是通过R7和R8检测母线电压。若电压异常则使PA7变为低电平，这时如果正母线与地之间电阻不能视为无穷，则可以看作R3与R7并联一个接地电阻R。等效原理图如图2.3所示。

由于我们已经得到准确的母线间电压值、正母线与地之间的电压值和支路输入与输

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出的电流差，所以可以通过电阻桥的不平衡计算出接地电阻R。然后根据国家标准判断这个电阻值是否影响系统正常工作，我国以20K作为接地临界，如果不小于20K则认为工作正常，只由液晶显示屏显示本支路电阻值，否则产生报警信号，通过面板指示灯和蜂鸣器报警，并且由显示屏显示电阻值（发生故障的支路以闪烁形式显示）。

图2.3 接地电阻等效电路

由图2.3我们来推导一下接地电阻的阻值，由于精度要求不是很高，所以忽略R7、R8这两个20K电阻也可以满足精度要求，具体推导过程如下：

R3与接地电阻R并联的电阻值为： R并通过分压公式列出下式：

R3R （2.1） R3RVR并R并R3IR （2.2）

由公式2.2推导出母线间电压为： VIR(1R3) R并 VI（2RR3） （2.3）

变形得到接地电阻表达式：

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1V R（R3） （2.4）

2I其中I为通过接地电阻的电流，也就是由漏电流传感器测得的电流值。R为接地电阻，V为母线间电压。单片机根据公式2.4计算出接地电阻，然后给出报警判断。 2.3 单片机电路

本设计的核心部分是89C51单片机。通过单片机控制信号采集、键盘扫描、液晶显示和报警，同时还对采集到的数据进行计算，根据计算结果判断出是否发生故障，若有故障则要产生报警。考虑到这种型号单片机的内部资源和系统的特点，我们扩展了RAM芯片(6264)、ROM芯片(27C256)和可编程I/O接口控制芯片8255。由于扩展的需要设计中采用了锁存器芯片74AS573和译码器芯片74LS138，具体连接电路见附录C。

由锁存器芯片74AS573锁存单片机P0口输出的低8位地址，实现对P0口的数据和地址复用分离。通过单片机的ALE（地址锁存信号控制端）来控制锁存器芯片74AS573，当ALE发出下降沿的时候，将P0口上的地址信息锁存到74AS573中，平时由锁存器提供地址的低8位。RAM芯片(6264)片选信号CS1接到单片机的P2.7，CS2接到单片机的PSEN端，由WR（外部数据存储器写选通信号端），RD（外部据存储器读选通信号端）控制信号的读写，寻址范围为（0000H~1FFFH）。32K的ROM芯片(27C256)片选信号CE接地，由PSEN（片外程序存储器读选通端）控制读选通信号线OE，低电平有效，寻址范围为（0000H~7FFFH）。译码芯片74LS138是用来对P2.4、P2.5和P2.6进行译码的，译码后的信号作为其它芯片的片选信号，这样就扩展了89C51的有限I/O资源，译码器的片选信号为P2.7。8255是一种可编程的I/O接口控制芯片，可以扩展出3个可编程的并行I/O端口：端口A、端口B和端口C，它们都是8位的，共可提供24个I/O控制引脚，三个端口的输入或输出分别由内部控制器加以设定。 2.3.1 89C51简介

89C51是与其它MCS—51系列单片机完全兼容的8位单片机，内部硬件资源比较丰富。具有4K字节的掩膜程序存储器（ROM）、128字节内部数据存储器（RAM）、2个16位定时器/计数器、1个全双工的异步串行口、5个中断源、2个中断优先级的中断控制器和时钟电路，时钟频率在1.2MHZ到12MHZ之间。

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89C51的引脚P0.0 ~ P0.7、P1.0 ~ P1.7、P2.0 ~ P2.7、P3.0 ~ P3.7为四个8位的并行输入/输出口，其中P3口、P0口和P2口为双功能口，可以作为普通的输入/输出口。P1口、P2口和P3口都有内部上拉电阻，称为准双向口，所以无须外加上拉电阻，P0口是开漏输出的，没有内部上拉电阻，是一个三态双向I/O口，所以P0口必须外接上拉电阻。RST为复位输入线，ALE、PSEN、EA为系统扩展控制线，XTAL1和XTAL2为时钟电路输入/输出线，VCC、VSS为电源输入线，一般为+5V和地。本设计用到的引脚功能和使用方法在后面章节中将作详细介绍。

由于单片机只有24个I/O口，其中P3口还需要应用于第二功能，P0口用于输出数据总线，P2口还用于输出高8位地址给扩展的存储器。所以我们可以应用的I/O口资源相当有限，为了解决这个问题我们采取了应用译码器、数据选择器和扩展I/O口的方法来实现多路信号的采集和控制。并且通过采用扩展数据存储器和程序存储器的方法来解决存储空间不足。

2.3.2 可编程外围并行接口8255

8255是一块可编程的I/O接口控制芯片，在很多电子产品的单片机硬件外围设备及工业自动控制板上均可以发现到它，主要是用来支持单片机系统的外围控制芯片。这种芯片具有40个引脚，其中RESET为复位输入端，高电平有效；CS为芯片选择信号输入端，低电平有效；RD为读取信号输入端，低电平有效，PA0 ~ PA7(端口A)，PB0 ~ PB7(端口B)为输入或输出端；PC0 ~ PC7(端口C)为可分别设定为两组(PC0 ~ PC3；PC4 ~ PC7)4位的输入或输出端口；VCC(电源)为15V电源输入端；GND为接地端；A0，A1(I/O端口选择线)为芯片控制端，输入这二位信号用来选择8255内部4个控制端口寄存器，分别为端口A、端口B、端口C和命令控制寄存器。8255内部控制电路分为两组，A组为PA口和PC口高4位，B组为PB口和PC口低4位。

在本设计中工作方式寄存器命令字为80H，也就是端口A定义为工作方式0，是信号输出端。其中低6位用于控制6个数据选择芯片AD7506的使能信号，高2位用于控制产生测量接地电阻信号，低电平有效。端口B定义为工作方式0，是信号输出端。其中低6位用于控制外围报警信号输出，高2位用于产生面板指示灯和蜂鸣器报警信号。定义端口C的高4位和低4位都为输出端，其中低4位用于控制AD7506芯片信号选择输入端，高4位用于控制电压信号的输入。因此说通过对8255的操作可以实现对数据采集信号的有序输

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入，和报警信号的准确输出。 2.4 键盘电路

本设计采用定时扫描方式判断按键，通过译码器输出的Y5信号线选通锁存器为单片机提供数据。键盘电路中共设计了九个按键。按键1为翻页功能键，按键2为参数增加功能键，按键3为确认功能键，按键4为光标左移功能键，按键5为菜单功能键，按键6为光标右移功能键，按键7为消警功能键，按键8为参数减少功能键，按键9为复位功能键。这些按键为我们提供了快捷、直观的人机界面，可以方便的进行参数修改、功能设定和显示屏翻页。 2.5 液晶显示电路

本设计采用了T6963C液晶显示控制器，这种控制器多用于中小规模的液晶显示器件。它为整个系统提供了重要的人机界面，是系统的重要组成部分之一。 2.5.1 T6963C的介绍

T6963C是点阵式液晶图形显示控制器，它的特点是可以直接和51系列单片机接口；字符字体可以由硬件设置，共有4种字体可以选择；内部有128字符的内部字符发生器（CGROM）；可以管理64K显示缓冲器和字符发生器（CGRAM）；允许单片机随时访问显示缓冲区，甚至可以进行位操作。

T6963C是QFP封装共有67个引脚，现在简单介绍一下重要引脚功能。D0~D7是数据总线；RD，WR是读、写选通信号，低电平有效；CE是片选信号，低电平有效；C/D是通道选择信号，1为指令通道，0为数据通道；RESET是低电平有效的复位信号；DUAL =1为单屏结构，DUAL=0为双屏结构；SDSEL=0为一位串行数据传输方式，SDSEL=1为二位并行数据传输方式；MD2，MD3设置显示窗口长度；MDS，MD1，MD0设置显示窗口宽度；FS1，FS0是显示字符的字体选择端；XI，XO是振荡时钟引脚；AD0 ~ AD1是输出信号地址总线；d0 ~ d7是显示缓冲区数据总线；R/W是输出，显示缓冲区读、写控制信号；ce显示缓冲区片选信号。 2.5.2 T6963C指令集

T6963C的初始化设置一般都由管脚设置完成，因此其指令系统将集中于显示功能的

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设置上。T6963C的指令可带一个或两个参数，或无参数。每条指令的执行都是先送参数（如果有参数的话），再送入指令代码。每次操作之前最好先进行状态字检测。指令集包括：指针设置指令、显示区域设置指令、显示方式设置指令、显示开/关设置指令、光标形状设置指令、数据自动读/写方式设置指令、数据一次读/写方式设置指令、屏读指令、屏拷贝指令和位操作指令。这些指令将在程序中进行详细介绍。

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3 软件设计

在本设计中软件可以分为主程序和子程序。其中子程序包括显示子程序、日历时钟子程序、A/D转换子程序、8255子程序、键盘子程序和初始化子程序。显示子程序中包括显示字符、显示字符串、显示汉字和显示图形等部分；在日历时钟子程序中定义了时钟工作模式和读/写时间方式；A/D转换子程序用来完成模数转换的过程；8255子程序完成了对信号采集和模数转换过程的控制；键盘子程序完成了对键值的读取。通过主程序把这些子程序联系起来，完成整个电路的工作过程。 3.1 主程序设计

首先介绍一下主程序的流程图，如图3.1所示。

程序一开始运行就先对控制寄存器和日历时钟进行初始化，然后设定参数值，判断是否有复位产生，若有则初始化显示屏和所有参数，并且显示开始页内容；若没有复位产生则在初始化显示屏后根据PAGE来判断显示那页的内容，之后再初始化8255，然后根据TCOUNT值处理程序。根据TCOUNT值可以依次完成整个程序需要处理的内容，具体的TCOUNT值对应的操作内容框图如图3.2所示。

根据操作框图可以看到对整个程序的操作过程。首先对TCOUNT进行从0到6的循环，然后依据TCOUNT的值依次进行操作，从而完成整个操作过程。当TCOUNT为0时，设定系统的自动寻检时间，这是为了保证在没有电压异常情况下，过一段时间也要进行电阻检测，判断是否接地电阻过低，影响系统安全。同时显示电压和电流值。当为1时，根据键盘值完成相应的控制。如：参数设定、光标移动、消警、输入密码和翻页等操作。当为2时，完成接地电阻的计算和显示。当为3时，进行故障判断，记录信息，产生报警。为4时，运行自动寻检程序，完成自动寻检过程。为5时，进行手动寻检过程。为6时，如果有故障，发出报警信号，进行报警。通过循环以上过程完成主程序的总体控制 3.2 液晶显示子程序

液晶显示子程序完成了关于液晶初始化、液晶控制和液晶显示等功能，是程序的重要组成部分之一。液晶是通过指令系统来完成各种功能的，在硬件部分中已经简单介绍了指令系统种类，在这里将通过程序来具体介绍液晶如何实现汉字和字符的显示。

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开 始 控 制 寄 存 器 初 始 化 日 历 时 钟 初 始 化 设 定 初 始 化 参 数 值 Y 是否复位 N 初 始 化 显 示 屏 显 示 page 页 内 容 初始化显示屏和所有参数 显示第一或者第二页 初 始 化 8255 判断TCOUNT 根据TCOUNT值进行处理 TCOUNT小于6则加一 否则为0

图3.1 主程序的流程图

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根 据 T C O U NT 值 进 行 相 应 处 理 0 设 定 自 动 寻 检 时 间，显 示 电 压 电 流 值 检 查 按 键 值 1 7 3 5 初 始 化 显 示 屏，显 示 各 页 内 容 消 警 在 3、4、5页对是否自动寻检进行确认 在 3、4、5页对是否自动寻检进行选择 根 据 页 码 进 行 处 理 2/8 4/6 5 3 参数增加/减少 光标左移或右移 返 回 密 码 确 认 1 1/2 键 号 5 键 号 键 号 6 4 向 右 查 看 向 左 查 看 向 前 查 看 向 后 查 看 6 6 4 2 显 示 第3、4页，计 算 接 地 电 阻 3 判断是否发生故障，故障路数，记录报警信息，自动寻检 4 自 动 寻 检 操 作 5 手 动 寻 检 操 作 6 若 有 故 障 发 出 报 警

图3.2 操作框图 毕业设计（论文） 第 16 页

首先要编写一个写指令/数据的函数，STATE为状态字，其中STATE0和STATE1分别为指令和数据读写状态位，STATE3和STATE4为自动读/写状态―1‖为准备好。CD为数据/指令选择位，―1‖为指令，―0‖为数据。具体程序代码如下：

void write(BYTE data， BYTE sign) { CD=1;

do{ state=*Y4;} while((state0&&state1)==0); if(sign==0x00) CD=0; *Y4=data; CD=1; }

本段程序完成对数据或命令的写操作。首先把数据/指令选择位置―1‖，也就是准备对命令字的写操作，然后查看状态位STATE，若状态位的低2位都为―1‖，判断参数sign，若此参数为0x00，把数据/指令选择位清―0‖并把数据写入液晶，否则直接把指令写入液晶。因此通过参数sign的控制，可以分别完成对数据或命令的写操作。

以下是液晶初始化程序，在此程序中确定了液晶显示方式，代码如下： void initial() {

write(0x00，0x00); write(0x00，0x00);

write(0x40，0x01); //设置文本区首地址指令 write(0x1e，0x00); write(0x00，0x00);

write(0x41，0x01); //设置文本区宽度指令 write(0x00，0x00); write(0x03，0x00);

write(0x42，0x01); //设置图形区首地址指令 write(0x1e，0x00);

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write(0x00，0x00);

write(0x43，0x01); //设置图形区宽度指令

write(0x9c，0x01); //显示开关指令，开文本显示、图形显示，开光标显示、

//开光标闪烁

write(0x80，0x01); //显示方式为逻辑―或‖合成 write(0xa1，0x01); //选择光标形状 } }

本程序完成了对液晶的初始化操作。首先写入地址的低8位和高8位，然后通过设置文本区首地址指令0x40把此地址设为文本区首地址，通过设置文本区宽度指令0x41定义每行显示字符数。同理，通过设置图形区指令完成对图形区的首地址和宽度的设置。然后通过指令0x9c打开文本和图形显示区，打开光标闪烁形式显示，并且定义文本区和图形区以―或‖的关系显示。

显示程序的核心是为了显示，所以下面将对字符和汉字的显示程序进行详细介绍。显示字符程序代码如下：

void showzf(BYTE zf，BYTE addressd，BYTE adressg) {

write(adressd，0x00); write(adressg，0x00);

write(0x24，0x01); //确定地址指针位置指令 write(zf，0x00);

write(0xc0，0x01); //数据写，地址加1指令 }

首先通过指令确定显示字符的首地址，然后通过数据写地址加1指令0xc0把字符代码写入液晶。显示字符是采用文本显示方式，液晶直接读取内部的字符集进行显示。

显示汉字程序代码如下

void showhz(WORD hzdm，BYTE adressd，BYTE adressg) { WORD temp1;

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BYTE i，j;

write(adressd，0x00); write(adressg，0x00);

write(0x24，0x01); //确定地址指令 for(i=0;i<16;i++) { WDI=!WDI;

temp1=hzdm ; //汉字左部分在汉字库地址 write(hzk[hzdm]，0x00);

write(0xc0，0x01); //数据写，地址加1指令 hzdm=temp1;

hzdm=hzdm+0x10; //汉字右部分在汉字库地址 write(hzk[hzdm]，0x00);

write(0xc0，0x01); //数据写，地址加1指令 for(j=0x00;j<0x1c;j++)

{write(0xc1，0x01); //数据读，地址加1指令 }

hzdm=temp1; hzdm=hzdm+1; } }

显示汉字方法与显示字符类似，首先也是通过指令确定显示首地址，然后通过写地址加1指令把显示汉字代码写入液晶显示模块。不同的是显示汉字采用了图形显示方式，也就是向液晶写入自己编写的字模库内汉字的代码，通过这些代码点亮液晶内对应的点。由于一个汉字由很多点组成，所以必须通过循环方式把一个汉字的各部分代码写入液晶模块。采用图形显示方式可以由我们自己描写显示内容，所以我们可以自己编写显示电阻、直线和符号的图形程序，显示程序代码和显示汉字程序类似。

以上是T6963液晶显示模块的部分程序。通过这些程序可以对液晶显示的实现有一定的了解，在其它程序中将直接调用这些程序。

除了液晶显示部分程序外，还有日历时钟程序、A/D转换程序、键盘扫描程序和

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8255控制程序。在日历时钟程序中定义了时钟电路工作模式、更新方式和时间的写入/读出。通过这个程序为整个系统提供时间信息。A/D转换程序完成了模拟信号到数字信号转换的过程，并且直接把转换结果保存到存储器中，随时都可以由单片机调用。键盘扫描程序完成了对按键的去抖和判别，最终把键号传给单片机。8255控制程序完成了对8255的工作方式控制和I/O口输入/输出信号的控制，为其它部件提供使能信号和地址信息。

通过这些程序和硬件资源的协调动作完成整个系统的所有功能，所以说软件和硬件都是系统的重要组成部分，都是设计的重点。

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结 论

上面对整个直流系统接地检测电路进行了详细的介绍。分析了AT89C51单片机内部结构和资源特点，介绍了可编程I/O口扩展芯片8255的原理及应用，阐述了AD574A和DS12887的内部结构和工作点，描述了液晶显示模块T6963的显示方式和指令特点。系统的分析了整个电路的工作过程和实现方法。

本系统采用AT89C51单片机和资源扩展技术实现对整个系统的控制与计算，应用了漏电流传感器、DC—DC电压传感器和桥式电阻测量方法实现了对接地电阻的测量和监控，通过T6963显示模块实现汉字化显示。整个系统拥有误差小和精度高的特点。

在设计过程中我查阅了大量的相关文献资料，从中学到很多新东西，并且在实际设计过程中锻炼了自己的动手能力，所以说对我个人的能力发展起到很大帮助。由于时间和个人能力限制，难免会产生不足，甚至错误，望大家谅解。

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参考文献

[1] 范立南．单片微型计算机控制系统设计[M]．人民邮电出版社，1998，12-98． [2] 马忠梅．单片机的C语言应用程序设计[M]．北京航空航天大学出版社，1999，15- 120．

[3] 周慈航．单片机程序设计基础.北京[M]．北京航空航天大学出版社，2003，12-18． [4] 何立民．单片机应用系统设计[M]．北京航空航天大学，2000，120-129． [5] 张培仁．基于C语言编程MCS-51单片机原理与应用[M]．北京清华大学出版社，2003，75-95．

[6] 马忠梅．单片机C语言Windows环境编程宝典[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003.6，138-221．

[7] 李刚．新概念单片机教程[M]．天津：天津大学出版社，2004.8，78-97． [8] The Introduce of the MAX691A[Z]．http://www.21ic.com，2003

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附 录A 外文文献

The Introduce of the MAX691A

GENERAL DESCRIPTION

The MAX691A/MAX693A/MAX800L/MAX800M microprocessor μP supervisory circuits are pin-compatible up grades to the MAX691, MAX693, and MAX695. They improve performance with 30μA supply current, 200ms type reset active delay on power-up. and 6ns chip-enable propagation delay. Features include write protection of CMOS RAM or EEPROM, separate watchdog outputs, backup-battery switchover, and a RESET output that is valid with VCC down to 1V. The MAX691A/MAX800L have a 4.65V typical reset- threshold voltage and the MAX693A/MAX800M’s reset threshold is 4.4V typical. The MAX800L/ MAX800M guarantee power-fail accuracies to ±2%in the Applications 200ms Power-OK/Reset Timeout Period,1μA Standby Current, 30μA Operating Current On-Board Gating of Chip-Enable Signals,10ns Max Delay. Guaranteed RESET Assertion to VCC = +1V Voltage Monitor for Power-Fail or Low-Battery Warning Power-Fail Accuracy Guaranteed to ±2% (MAX800L/M) Available in 16-Pin Narrow SO and Plastic DIP Package. NAME FUNCTION

1 VBATT Battery-Backup Input. Connect to external battery or capacitor and charging circuit. If backup battery is not used, connect to GND.

2 VOUT Output Supply Voltage. When VCC is greater than VBATT and above the reset threshold, VOUT connects to VCC. When VCC falls below VBATT and is below the reset threshold, VOUT connects to VBATT. Connect a 0.1μF capacitor from VOUT to GND. Connect VOUT to VCC if no backup battery is used.

3 VCC Input Supply Voltage, 5V input. 4 GND Ground. 0V reference for all signals.

8 OSC SEL Oscillator Select. When OSC SEL is unconnected or driven high, the internal oscillator sets the reset delay and watchdog timeout period. When OSC SEL is low, the external oscillator input (OSC IN) is enabled OSC SEL has a 10μA internal pull-up.

7 OSC IN External Oscillator Input. When OSC SEL is unconnected or driven high, a

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10μA pull-up connects from VOUT to OSC IN, the internal oscillator sets the reset and watchdog timeout periods, and OSC IN selects between fast and slow watchdog timeout periods. When OSC SEL is driven low, the reset and watchdog timeout periods may be set either by a capacitor from OSC IN to ground or by an external clock at OSC IN.

6 LOW LINE LOW LINE output goes low when VCC falls below the reset threshold. It returns high as soon as VCC rises above the reset threshold.

5 BATT ON Battery On Output. When VOUT switches to VBATT, BATT ON goes high. When VOUT switches to VCC, BATT ON goes low. Connect the base of a PNP through a current-limiting resistor to BATT ON for VOUT current requirements greater than 250mA.

13 CE IN Chip-Enable Input. The input to chip-enable gating circuit. If CE IN is not used, connect CE IN to GND or VOUT.

12 CE OUT Chip-Enable Output. CE OUT goes low only when CE IN is low and VCC is above the reset threshold. If CE IN is low when reset is asserted, CE OUT will stay low for 15μs or until CE IN goes high, whichever occurs first.

11 WDI Watchdog Input. WDI is a three-level input. If WDI remains either high or low for longer than the watchdog timeout period,WDO goes low and reset is asserted for the reset timeout period. WDO remains low until the next transition at WDI. Leaving WDI unconnected disables the watchdog function. WDI connects to an internal voltage divider between VOUT and GND, which sets it to mid-supply when left unconnected.

10 PFO Power-Fail Output. This is the output of the power-fail comparator. PFO goes low when PFI is less than 1.25V.This is an uncommitted comparator, and has no effect on any other internal circuitry.

9 PFI Power-Fail Input. When PFI is less than 1.25V, PFO goes low. When PFI is not used, connect PFI to GND or VOUT .

16 +RESET +RESET is an active-high output. It is open drain, and the inverse of RESET.

15 -RESET -RESET Output goes low whenever VCC falls below the reset threshold. RESET will remain low typically for 200ms after VCC crosses the reset threshold on

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power-up.

14 WDO Watchdog Output. If WDI remains high or low longer than the watchdog timeout period, WDO goes low and reset is asserted for the reset timeout period. WDO returns high on the next transition at WDI. WDO remains high if WDI is unconnected. DETAILED DESCRIPTION

The MAX691A/MAX693A/MAX800L/MAX800M’s -RESET and +RESET outputs ensure that the μP (with reset inputs asserted either high or low) powers up in a known state, and prevents code-execution errors during power-down or brownout conditions. The +RESET output is active low, and typically sinks 3.2mA at 0.1V saturation voltage in its active state. When deasserted , –RESET sources 1.6mA at typically VOUT – 0.5V. RESET output is open drain, active high, and typically sinks 3.2mA with a saturation voltage of 0.1V. When no backup battery is used, RESET output is guaranteed to be valid down to VCC = 1V, and an external 10k? pull-down resistor on RESET insures that it will be valid with VCC down to GND .As VCC goes below 1V, the gate drive to the RESET output switch reduces accordingly, increasing the RDS(ON) and the saturation voltage. When using a 10k? external pull-down resistor, the high state for RESET output with VCC = 4.75V will be 4.5V typical. For battery voltages 3 2V connected to VBATT, +RESET and RESET remain valid for VCC from 0V to 5.5V. +RESET and -RESET are asserted when VCC falls below the reset threshold (4.65V for the MAX691A/MAX800L，4.4V for the MAX693A/MAX800M) and remain asserted for 200ms type after VCC rises above the reset threshold power-up.

The watchdog monitors μP activity via the Watchdog Input (WDI). If the μP becomes inactive, RESET and RESET are asserted. To use the watchdog function, connect WDI to a bus line or μP I/O line. If WDI remains high or low for longer than the watchdog timeout period (1.6sec nominal), WDO, RESET, and RESET are asserted (see RESET and RESET Outputs section, and the Watchdog Output discussion on this page).

A change of state (high to low, low to high, or a minimum 100ns pulse) at the WDI during the watchdog period resets the watchdog timer. The watchdog default timeout is 1.6sec. To disable the watchdog function, leave WDI floating. An internal resistor network (100k equivalent impedance at WDI) biases WDI to approximately 1.6V. Internal comparators

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detect this level and disable the watchdog timer. When VCC is below the reset threshold, the watchdog function is disabled and WDI is disconnected from its internal resistor network， thus becoming high impedance.

The Watchdog Output (WDO) remains high if there is a transition or pulse at WDI during the watchdog timeout period. The watchdog function is disabled and –WDO is a logic high when VCC is below the reset threshold, battery-backup mode is enabled, or WDI is an open circuit. In watchdog mode, if no transition occurs at WDI during the watchdog timeout period, +RESET and -RESET are asserted for the reset timeout period (200ms typical).WDO goes low and remains low until the next transition at WDI. If WDI is held high or low indefinitely, +RESET and -RESET will generate 200ms pulses every 1.6sec. WDO has a 2 TTL output characteristic.

Selecting an Alternative Watchdog and Reset Timeout Period The OSC SEL and OSC IN inputs control the watchdog and reset timeout periods. Floating OSC SEL and OSC IN or tying them both to VOUT selects the nominal 1.6sec watchdog timeout period and 200ms reset timeout period. Connecting OSC IN to GND and floating or connecting OSC SEL to VOUT selects the 100ms normal watchdog timeout delay and 1.6sec delay immediately after reset. The reset timeout delay remains 200ms. Select alternative timeout periods by connecting OSC SEL to GND and connecting a capacitor between OSC IN and GND, or by externally driving OSC IN . OSC IN is internally connected to a ±100nA (type) current source that charges and discharges the timing capacitor to create the oscillator frequency, which sets the reset and watchdog timeout periods .

The MAX691A/MAX693A/MAX800L/MAX800M provide internal gating of chip-enable (CE) signals to prevent erroneous data from being written to CMOS RAM in the event of a power failure. During normal operation, the CE gate is enabled and passes all CE transitions. When reset is asserted， this path becomes disabled, preventing erroneous data from corrupting the CMOS RAM. All these parts use a series transmission gate from –CE IN to CE OUT .The 10ns max CE propagation delay from CE IN to CE OUT enables the parts to be used with most μPs.

The Chip-Enable Input (CE IN) is high impedance (disabled mode) while +RESET and

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–RESET are asserted. During a power-down sequence where VCC falls below the reset threshold or a watchdog fault, CE IN assumes a high-impedance state when the voltage at –CE IN goes high or 15μs after reset is asserted, whichever occurs first (Figure 5).During a power-up sequence, CE IN remains high impedance， regardless of CE IN activity, until reset is deasserted following the reset timeout period.

Two conditions are required to switch to battery-backup mode: 1) VCC must be below the reset threshold, and 2) VCC must be below VBATT. Table 2 lists the status of the inputs and outputs in battery-backup mode.

The Battery On BATTON output indicates the status of the internal VCC battery-switchover comparator, which controls the internal VCC and VBATT switches. For VCC greater than VBATT (ignoring the small hysteresis effect), BATT ON typically sinks 3.2mA at 0.1V saturation voltage. In battery-backup mode, this terminal sources approximately 10µA from VOUT. Use BATT ON to indicate battery-switchover status or to supply base drive to an external pass transistor for higher-current applications (see Typical Operating Circuit).

The Input Supply Voltage (VCC) should be a regulated 5V. VCC connects to VOUT via a parallel diode and a large PMOS switch. The switch carries the entire current load for currents less than 250mA. The parallel diode carries any current in excess of 250mA. Both

current is 250mA, but power-on transients may reach a maximum of 1A.

The Battery-Backup Input (VBATT) is similar to the VCC input except the PMOS switch and parallel diode are much smaller. Accordingly, the on-resistances of the diode and the switch are each approximately 10ΩContinuous current should be limited to 25mA and peak currents (only during power-up) limited to 250mA. The reverse leakage of this input is less than 1µA over temperature and supply voltage (Figure 8).

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附 录B 中文译文

MAX691A的介绍

一般描述

MAX691A/MAX693A/MAX800L/MAX800M微处理机(μP)的监控电路是与MAX691、MAX693和MAX695完全兼容的。他们采用30μA电源电流、200ms高电平的典型复位时间和6ns芯片反应延时来增强功能。特点是具有互补型金属氧化半导体随机存取储存器或可擦除可编程的只读存储器、分开的看门狗输出端口、后备可替换电池组和一个对VCC下拉到1V的复位输出端口。MAX691A/MAX800L有4.65V典型的复位电压，而MAX693A/MAX800M的典型复位临界是4.4V。在有200ms电源正常/ 复位时间间隔期间，MAX800L/MAX800M保证了拥有±2%精确度、1μA保持电流、30μA芯片允许的信号电流，以及10ns最大延迟。从而保证了电压监视器电压过低或电池组电压不足时产生VCC=1V的复位电压，当16脚窄SO或DIP塑料封装的MAX8000L/M电压变动超出精度的±2%时发出警告。 引脚名称功能

1. VBATT 为备用电池组输入端，连接到外部的电池组或电容器和充电电路中。如果后备电池组不被使用，此脚接地。

2. VOUT 为电源电压输出端。当VCC比VBATT和复位临限电压更高的时候，VOUT连接到VCC。当VCC在复位临限电压低于VBATT的时候，VOUT连接到 VBATT。如果没有预备的电池组时连结VOUT到VCC，从VOUT 到地连接一个0.1μF电容器。

3. VCC为输入供给电压，为5V输入。 4. 接地端，为所有的信号提供0 V 参考电压。

8. OSC SEI为振荡器选择端。当OSC SEI被悬空或者受到高电平的驱动时，内部的振荡器来控制复位延迟和看门狗输出时间间隔。当OSC SEL是低电平的时候，外部的振荡器输入被允许。振荡器SEL拥有10μA的内部上拉电流。

7. 外部振荡器输入端。当OSC SEI被悬空或连在高电平的时候，一个10μA的上拉电阻从VOUT连接在到OSC IN。内部的振荡器控制复位和看门狗输出时间，并通过

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OSC IN选择看门狗输出时间的快慢。当OSC SEI接到低电平的时候，复位和 看门狗输出时间可能在OSC IN和地之间连接一个电容或者在连接一个外部的时钟。

6. LOWLINE为电源电压降低标志端。当 Vcc低于复位门限电压时，LOWLINE变为低电平。

5. BATT 0N为电池接通标志端。当VOUT转接到VBATT的时候，变为高电平。当VOUT变到VCC的时候，变为低电平。经过连接的一个限流电阻器到一个PNP的基极来让BATT ON输出电流超过250mA。

13. CE IN为芯片使用输入端。如果CE IN不被用时，连接CE IN到地或VOUT。 12. CE OUT为芯片使用输出端。只有当CE IN为低电平并且VCC在复位临限上时，CE OUT才会变为低电平。如果CE IN是低电平，当需要复位的时候，CE OUT将会输出15μs的低电平或直到CE IN变为高电平。

11. WDI为看门狗输入端。WDI具有三种状态的输入信号。如果WDI保持比看门狗输出时间间隔还长的高电平或者低电平的时候，WDO将变低而且输出一定时间的复位信号。WDO保持低电平直到WDI的下一个变化。不使用看门狗功能时，WDI连接到在VOUT和接地之间的一个内在的分压器上，当左边不连接的时候将它设定为中部供给。

10. PFO为电源故障输出端。当PFI小于1.25V时，PFO变为低电平，并且对其它内部电路不会产生影响。

9. PFI为电源故障输入端。当PFI低于1.25V时，PFO输出低电平，当PFI不用的时候，连结PFI到地或VOUT端。

16. +RESET为高电平有效的复位脉冲输出端。该端为漏极开路输出。

15. -RESET为低电平有效的复位脉冲输出端。VCC 超过复位临界电压RESET将会保持低电平200ms。

14.WDO 为看门狗输出端，如果WDI保持比看门狗输出时间间隔还长的高电平或者低电平的时候，WDO将变为低电平并且产生一定时间的复位。WDO在下一个WDI变化时返回高电平。如果WDI被悬空，WDO将保持高电平。 详细描述

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MAX691A/MAX693A/MAX800L/ MAX800M的复位端确保微处理器(复位输入或是高电平或是低电平) 电压按规定的状态上电，并防止掉电或电压降低的情况下代码执行错误。负电平复位输出端是低电平有效，电流为3.2mA时电压典型值为0.1V。当源电流为1.6mA时，VOUT为0.5V典型值。正电平复位输出端为漏极开路输出，高电平有效，当电流为3.2mA时，典型电压为0.1V。当在没有预备的电池组时，则为保证复位输出端有效，需要在VCC=1V时在复位端接10k外部下拉电阻，用来确保它将会让VCC有效接地。当VCC低于1V时，复位输出开关的门驱动会因此减少，但增加了RDS和饱和电压。当使用10k外部下拉电阻时，复位输出端电压VCC=4.75V，典型值为4.5V。因此32V电池组电压连接到VBATT、正RESET和负RESET端，用来确保复位电压从0V到5.5V有效 。

当VCC跌落到复位临限(MAX691A/MAX800L为4.65V，MAX693A/MAX800M为4.4V)，而且在200ms内电压不会回到临限值以上时，产生复位。

看门狗由输入端(WDI)检测微处理器使用率。如果微处理器处于死机状态，+RESET和-RESET有效。使用看门狗功能时把WDI连结到一个微处理器的输入输出总线上。如果WDI在超过看门狗有效时间间隔内保持高电平或者低电平不变(1.6s)，那么+RESET和-RESET有效。(查看对RESET和RESET的选择和本段讨论看门狗的输出)

在看门狗复位间隔的时间内输入端一直处于变化状态(高电平到低电平、低电平到高电平或者是最小100ns脉冲)。看门狗定义的有效时间是1.6秒，如果使看门狗不起作用则WDI需要悬空。一个内置的电阻器网络(100k与WDI输入阻抗相同)使存WDI存在1.6V的偏值。内置的比较器发现这一问题会关闭看门狗功能。当VCC是在复位临限下的时候，看门狗的功能是无效的，而且WDI从它的内置电阻器网络中被分离，这样变为高阻状态。

如果在看门狗有效时间内WDI中有一个电平变化或脉冲，看门狗输出端(WDO)保持高电平。当VCC低于复位门限，电池组是后备电源模式，并且WDI是一个断开电路时，看门狗功能是无效的，WDO电平是逻辑高。在看门狗模式中，如果在看门狗有效间隔内没有电平变化发生，+RESET和-RESET将进行复位(典型值200ms)，WDO变为低电平，直到WDI的下一个电平转换。如果WDI为高电平或者低电平不变，+RESET和-RESET将会产生200ms脉冲。在每个1.6s内，WDO都有一个2xTTL输出特

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性。

选择一个能使看门狗和复位端有效的时间。振荡器选择端和外部振荡器输入端控制看门狗和复位的有效时间间隔。悬空的振荡器的选择端和外部振荡器的输入端或者他们两个连接到VOUT选择标准的1.6s看门狗有效时间和200ms复位有效时间。外部振荡器输入端连接到地并且悬空或连接振荡器选择端到 VOUT。选择100ms正常看门狗有效时间延迟和在复位之后立刻延迟1.6s，复位有效时间保持200ms。连接外部振荡器输入端和地之间连一个电容，或者选择外部振荡器的输入，外部振荡器的输入是在其内部连接±100nA(typ)来控制放电时间。安排电容器产生振荡器频率的电流源，设定复位和看门狗有效时间。

MAX691A/MAX693A/MAX800L/MAX800M 在芯片停电的时候，写到互补型金属氧化半导体随机存取储存器内的数据产生错误。在正常的运算时候，CE门限有效，并且经过所有的CE转变。当复位有效后，这一个路径变成无效，来避免从互补型金属氧化半导体随机存取储存器获得错误数据。所有的这些都来自CE的一个系列传输门电路的输入和输出。在外部能够被最多的微型处理器使用时，从CE IN到CE OUT的最大传播延迟为10ns。

复位后，芯片允许输入端(CE IN)是高阻抗的(无效模式)。在下降沿的时候，VCC下降门限被重新定义或者产生了看门狗错误。无论是CE IN的电压变为高电平，还是复位15μs后，CE IN都处在一个高阻抗状态。在电压上升沿时，不管CE IN是否有效，CE IN都保持高阻抗状态，直到复位。

后备电池模式中在以下两种情况将跳转到后备电池模式： 1) VCC低于复位电压门限， 2)VCC低于VBATT。

输出极电池表明了其内部VCC/电池转换比较器的状态。从而控制内部VCC和VBATT的开关。因为VCC比VBATT大( 忽略微小的滞后现象产生)，BALL在3.2A和0.1V的饱和电压状态下下降。在后备电池模式下，最终的电源是来自VOUT的大约10μA电流。使用BALL的开启状态来描述电池转换状态或为外部传输晶体管提供高电流的基极驱动。(参见典型运行电路)

输入电压(VCC)被规定使用5V电压。VCC和VOUT之间并接了一个二极管和一个大的PMOS开关。当电流低于250mA时，开关承载整个负载电路。当电流超过250

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mA时，二极管承载整个电路。开关和二极管的阻抗都小于1欧姆。最大的直流为250mA，但瞬时冲击电流可能达到最大值1A。

输入后备电池(VBATT)与输入电压VCC类似，只是PMOS开关以及并联的二极管非常小。因此，在二极管和开关两端的阻抗大约为10欧姆。恒向电流限制在25mA，且峰值电流（在供电时刻）限制在250mA。，在一定的温度和供压下反向漏电流将小于1uA。

ABCD0.1u174AS573U2U4U310987654325VCCC1VCC 毕业设计（论文） 第 32 页

14020U110987654325VCCD0D1D2D3D4D5D6D71112131516171819VOUT28D0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7A8AA91011VCCGNDP10C/DD0D1D2D3D4D5D6D7ALEVCC20COC1242123VCC282RDPWSRENA1522272620OEWSEC2CS1A11A12A11A12242123234567891D2D3D4D5D6D7D8D1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8QD0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6A7A8A90A1A0A1A2A3A4A5A6A7A8A90A111121315161718191918171615141312A0A1A2A3A4A5A6A7D0D1D2D3D4D5D6D7A0A1A2A3A4A5A6A7A8A190AA11A12A13A14PSENGNDVCC2220114GNDOE27C256CVEPP22627A11A12A13A14A0A1A2A3A4A5A6A7A8A190AVCCGNDWDIP1312345678P10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P073938373635343332INT0EOC1EOC21312INT1INT015140C.12uC0.31u2102VCCT1EAT0/VPC.401uGND1431P20P21P22P23P24P25P26P27A11A12A13A14A152122232425262728X1RESET1918X1RXE2SETAPLSEENVCC6264RXDALE/PTXDRP110k7u0C.1VCCRDWR91716RDWR89C51PSEN10113029U524SizeTitleA4附 录C 电路图 Date:File:VCCVCCU6160C.15u12INT011ALEIRQ19C6u10X1VCCNumber11.059MABCE3D0D1D2D3D4D5D6D7A12A13A14A151236151413121110Y0Y1Y2Y3Y54-597VCC123456789(8000H)(9000H)(A000H)(B000H)(C000H)(D000H)11-Jun-2003F:\\复件 newxdl111.ddb334321CAGND548D0D1D2D3D4D5D6D745678910AD0AD1AD2AD3AD4AD5AD6AD7VCCIN40013.6vBAT2VCCR1100RR1D2IN4001D4RESETY0Y1Y2Y3Y8474LS13E2Y5EY6G1NDY714Y1RDWR131715ALECSSQWR104k23MOTDS12887R2110kRDWRRESET118-RESET0C.18u-RESET3.6V1R.52kIN4001D3R03k1P13VBATTU7VOUTRESET-RESETSheet of Drawn By:VOUTR221kTBGBG14VCCGNDBVACTCTONLGONWDLINWEDINOCECOUTOOSSCCISNELRevision4123456789MAX691WDIPFOPFI1615141312WDI1110 DBCA