高低电平报警电路设计方案比较研究

夏天 刘彦君 廖晓飞 何雨恒

摘 要：随着信息技术的飞速发展？自动化仪表集成化 是继数字化、智能化、网络化的又一目标相关文献中指出微小化、集成化、 智能化是仪器仪表发展的重要方向。相关机构呼吁国内高校加强基础研究攻克关键技术作为电类专业日常用的数字电压、电流表也有集成化、微小化的需求。

关键词：电平检测;报警电路;设计方案

一、总体方案设计

（一）方案比较

为此，我们有两种方案，分别是使用AT89C51系列的单片机作为主控，判断相关的电压，并控报警和计数。第二种就是使用逻辑门电路和电压比较器判断电压，通过比较器得到的信息控制报警和计数。

1、方案一

采用AT89c51作为主控芯片。

方案一原理框图如图2-1所示。

AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。其主要优点为：

与MCS-51 兼容、4K字节可编程FLASH存储器、寿命：1000写/擦循环、数据保留时间：10年、全静态工作：0Hz-24MHz、三级程序存储器锁定、128×8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路

AT89C51 提供以下标准功能：4k 字节Flash 闪速存储器，256字节片内数据存储器（00H -7FH为片内RAM，80H-FFH为特殊功能寄存器SFR），32 个I/O 口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

这里我们把AT89C51作为主控芯片，通过程序控制报警电路、计数和显示。可以很直接的得到电压的范围。显示部分也可以使用LCD1602进行显示。LCD1602液晶显示器是广泛使用的一种字符型液晶显示模块。它是由字符型液晶显示屏（LCD）、控制驱动主电路HD44780及其扩展驱动电路HD44100，以及少量电阻、电容元件和结构件等装配在PCB板上而组成LCD1602的8根数据线和3根控制线E，RS和R/W与单片机相连后即可正常工作。一般应用中只须往LCD1602中写入命令和数据，因此，可将LCD1602的R/W读/写选择控制端直接接地，这样可节省1根数据线。VO引脚是液晶对比度调试端，通常连接一个10kΩ的电位器即可实现对比度的调整;也可采用将一个适当大小的电阻从该引脚接地的方法进行调整，不过电阻的大小应通过调试决定。LCD1602与单片机的连接有两种方式，一种是直接控制方式，另一种是所谓的间接控制方式。它们的区别只是所用的数据线的数量不同，其他都一样。

2.1.2方案二

通过比较器，门电路控制器逻辑关系

方案二原理框图如图2-2所示。

电压比较器可以利用利用555定时器构成多谐振荡器来实现，断续声音可以由一个频率较低的的振荡器去控制一个频率较高的振荡器来实现。窗口比较器由两个电压比较器，两个稳压二极管和电阻组成CJ393内含两个比较器，由其两个比较器组成窗口比较器。当 处于正常状态时，A点，B点均为低电平，经过02或非门后信号变为高电平绿色指示灯亮。此时86异或门输出为低电平，此电压送到第一片555定时器时的4脚（异步置零端 ），555定时器停振，不发出报警声。计数模块是使用74LS90进行运算，74LS90 可以获得对称的十分频计数，办法是将QD 输出接到A 输入端，并把输入计数脉冲加到B 输入端，在QA 輸出端处产生对称的十分频方波。然后使用BCD数码管进行显示。

二、方案论证

方案一采用AT89c51作为主控芯片，通过单片机的I/O口获得电压采集信号，判断基础信号信息。并且驱动LCD1602进行显示，驱动蜂鸣器电路进行报警相关的信息。

方案二报警利用555定时器构成多谐振荡器来实现，断续声音可以由一个频率较低的的振荡器去控制一个频率较高的振荡器来实现。根据这种构思组成的电压超限指示和报警电路。计数通过74LS90极连组成一个DCD码的计数器，时钟触发一次，就加一，也就是说，触发一个报警就加一。这样实现总共的报警次数。

三、方案选择

本次设计要求利用电子技术知识设计一个高低电平报警电路。该高低电平报警电路具有的功能是，能够对输入电压进行监控，使日常生活中的电器设备只能在一定的输入电压范围内工作，以避免意外发生电器设备电压在正常输入电压范围内不报警，在电压超出此范围时报警。因为不能使用单片机相关的东西。所系选择方案二。