单片机的漏电保护器设计
摘 要漏电保护器控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合其他必要功能模块的角色而实现的一种能够实现漏电位置灵活检测、漏电电压快速检测、报警以及液晶显示等功能的自动控制系统，它的出现和普及大大改变了人们的生活方式，因此本次毕业设计将以单片机控制系统作为研究对象。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在其片外配置了漏电互感器、模数转换器以及液晶屏等功能模块；在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 3
（三） 漏电互感器模块 4
（四） AD采样芯片简介 4
（五） LCD1602型显示器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 漏电保护器系统的硬件结构框图设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 7
（三） 漏电互感器电路设计 7
（四） 变压整流电路 8
（五） AD采样芯片电路设计 9
（六） 显示器外围电路设计 9
（七） 蜂鸣器电路设计 10
（八） 按键电路 11
四、 软件系统设计 12
（一） 漏电保护器系统的软件工作流程设计 12
（二） AD转换工作流程设计 13
1. 启动指令 13
2. 通道选择指令 13
3. 读取指令 14
（三） 显示器工作流程设计 15
1. 判忙函数?? 15
2. 写数据流程?? 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3. 写指令流程?? 16
五、 Proteus软件仿真 17
总 结 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB 24
引言
课题的开发背景
当前漏电保护器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的漏电保护器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于漏电保护器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有漏电保护器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心漏电保护器产品也在不断替换老旧产品。
图1漏电断路器开关
目前漏电保护器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的漏电保护器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数漏电保护器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的漏电保护器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于漏电保护器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上漏电保护器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现漏电电压检测、漏电位置显示以及漏电报警等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用。
综合上面对两款单片机的对比和分析，可以发现很难选择出其中一个，但是考虑到本次毕业设计的成本来看，STC89C51单片机更加适合；另外我对于STC89C51单片机的内部架构更加熟悉，对于ATM架构是有些陌生的，因此最终选择STC89C51单片机来担任本次毕业设计的核心控制器件。
STC89C51单片机简要介绍
STC89C51单片机内部的CPU使用了MCS51结构（同其他型号的51单片机一样），因此各种不同的51单片机都能够相互兼容。STC89C51的集成外围模块有定时器、外部中断、串口模块以及GPIO管脚，其定时器包含了定时器0和定时器1，这两个定时器能够实现最高16位的定时精度，外部中断有EX0和EX1，这两个中断丰富了STC89C51的管脚功能，在GPIO管脚上，宏晶公司为STC89C51配置了32个GPIO管脚，这点同其他型号的51单片机相同。
目录
一、 引言 1
（一） 课题的开发背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制器的选取 3
（二） STC89C51单片机简要介绍 3
（三） 漏电互感器模块 4
（四） AD采样芯片简介 4
（五） LCD1602型显示器概述 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 漏电保护器系统的硬件结构框图设计 6
（二） STC89C51单片机最小系统设计 6
1. 复位电路设计 6
2. 时钟电路设计 7
（三） 漏电互感器电路设计 7
（四） 变压整流电路 8
（五） AD采样芯片电路设计 9
（六） 显示器外围电路设计 9
（七） 蜂鸣器电路设计 10
（八） 按键电路 11
四、 软件系统设计 12
（一） 漏电保护器系统的软件工作流程设计 12
（二） AD转换工作流程设计 13
1. 启动指令 13
2. 通道选择指令 13
3. 读取指令 14
（三） 显示器工作流程设计 15
1. 判忙函数?? 15
2. 写数据流程?? 15
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3. 写指令流程?? 16
五、 Proteus软件仿真 17
总 结 21
参考文献 22
附录一 原理图 23
附录二 PCB 24
引言
课题的开发背景
当前漏电保护器系统正在以迅猛的发展速度和强大的市场潜力为基础快速进入市场，虽然目前市场上存在各种类型和特长不一的漏电保护器系统产品，但是仍然不能满足人们的需求，与此同时随着经济的不断发展，人们对于漏电保护器系统的功能和性能要求也在不断提升，越来越多的现有漏电保护器产品已经不能满足于人们高质量的工作生活标准，面临着被淘汰的境遇，而以新型高性能处理器为主控核心漏电保护器产品也在不断替换老旧产品。
图1漏电断路器开关
目前漏电保护器系统大多以高性能的单片机或者FPGA等微处理器作为主控器件，其中以32位单片机作为处理器的漏电保护器系统占据市场的半壁江山，单片机以其丰富的外设以及方便配置的管脚特点赢得了设计人员的青睐，并且低廉的生产成本使得单片机成为绝大多数漏电保护器系统设计师的首选，本课题将提出一款通过51单片机来实现的漏电保护器系统，考虑到最低的设计成本以及最高的性价比，课题将以大学期间所学的所有专业知识作为基础和背景，通过C语言进行程序设计，并结合关于漏电保护器系统的文献综述和老师同学的帮助下齐力完成本课题。
国内外发展现状
综合目前国内市场上漏电保护器系统产品价格区间来分析，其中价格处于上层的高端产品七成以上品牌来自于国外进口，而中低端价格区间中国内品牌占据绝大多数份额，而高端产品在价格方面具有较大优势，由于其与中低端产品的价格差距较小，因此购买者在选购时往往忽略价格差异而容易选用高端的国外品牌。从技术角度来分析，由于国外对于开发研究较早，因此在研发技术上处于绝对的制高点，而以国内的研究现状来看，要赶超国外的优秀技术，还需要沉下心来进行刻苦钻研，要走一段较长的研发之路。
本文主要研究内容
本文选用了目前在市场上和大学单片机教学中使用最为广泛，并且受到一致好评的51单片机作为主要控制芯片，以此作为核心芯片，设计了一款能够实现漏电电压检测、漏电位置显示以及漏电报警等功能的单片机自动控制系统，通过对硬件系统以及软件系统的构建，轻松地实现了毕业设计初期设立的所有指标和性能，并最终通过Proteus 7.8仿真平台实现了对控制系统的仿真，通过电脑显示器展现了单片机控制系统实际运行中所表现的功能和现象。
方案选择及元器件介绍
控制器的选取
本文考虑到了上一章对控制系统所设定的功能指标等参数，最终从众多类型的控制器中选择出了两款，分别为我们熟知的高性价比单片机STC89C51和进入市场不久的新型高性能单片机STM32，这两款单片机无论在开发资料普及度还是成熟度上，都已经达到了很高的程度，如果选择其中一个用于本文所设计的系统中，能够大大提高控制系统的稳定度、性价比以及各项功能指标参数，由于这两款芯片同属于单片机范畴，因此相似点较多，下面对这两款单片机进行各项性能对比，从而最终选择出更适合的一个来作为本文所设计系统的核心控制器。
首先需要说的是在学生届享有充分知名度的STC89C51单片机，这款单片机采用+5V直流电压供电，内部的程序代码存储器以及RAM都较小，只有4k字节和512字节的容量，只能够适用于小型项目开发。
接下来需要说的是在内部嵌入ARM架构的STM32单片机，这款单片机采用+3.3V直流电压供电，内部的程序代码存储器最多可以达到1M字节，RAM最大可以达到96k字节，在一些大型项目中非常适用。
综合上面对两款单片机的对比和分析，可以发现很难选择出其中一个，但是考虑到本次毕业设计的成本来看，STC89C51单片机更加适合；另外我对于STC89C51单片机的内部架构更加熟悉，对于ATM架构是有些陌生的，因此最终选择STC89C51单片机来担任本次毕业设计的核心控制器件。
STC89C51单片机简要介绍
STC89C51单片机内部的CPU使用了MCS51结构（同其他型号的51单片机一样），因此各种不同的51单片机都能够相互兼容。STC89C51的集成外围模块有定时器、外部中断、串口模块以及GPIO管脚，其定时器包含了定时器0和定时器1，这两个定时器能够实现最高16位的定时精度，外部中断有EX0和EX1，这两个中断丰富了STC89C51的管脚功能，在GPIO管脚上，宏晶公司为STC89C51配置了32个GPIO管脚，这点同其他型号的51单片机相同。
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