AT89S52的機載電氣盒測試儀的設計

　　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 存儲器。AT89S52使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。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、定時器/計數(shù)器、串口中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。本文提出一種采用AT89S52單片機設計的機載電氣盒測試儀，該測試儀可測試機載電氣盒的保護功能，測量延遲保護時間。

　　2 系統(tǒng)組成與工作原理

　　該機載電氣盒測試儀硬件設計是由AT89S52單片機、顯示模塊、系統(tǒng)復位模塊、時鐘振蕩模塊、電源模塊、計時模塊、測試選擇模塊和接口電路組成(圖1)。其該系統(tǒng)的工作原理：當供電電網(wǎng)出現(xiàn)故障，接口電路發(fā)出一個控制信號將出現(xiàn)故障的電源引入電氣盒，同時接口電路給單片機一個信號，當單片機收到該信號后，控制計時模塊開始計時，顯示模塊顯示過壓、過過壓、欠壓、欠頻、欠欠頻、超頻、超超頻、逆序和差動等故障的具體故障項;經(jīng)過一段時間后，讀取計時模塊時間，判斷該時間是否在系統(tǒng)允許范圍內，若不在允許范圍內或機載電氣盒未發(fā)出計時停止信號，則不能實現(xiàn)電氣盒的該項故障監(jiān)控及保護功能，說明電氣盒出現(xiàn)故障。

　　3.1 AT89S52單片機

　　AT89S52單片機是一款低功耗，高性能CMOS 8位微控制器，片內有8 KB系統(tǒng)可編程flash的閃速存儲器，256字節(jié)內部RAM，32條I/O端口線，看門狗定時(WDT)，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時，計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內晶體振蕩器及時鐘電路。

　　3.2 系統(tǒng)復位、時鐘振蕩模塊

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

　　3.3 顯示模塊

　　圖2中9個LED發(fā)光二極管用于顯示電氣盒正在測試具體故障。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P1.0，P1.1，P1.2和P1. 3，通過向AT89S52的P1口寫相應的數(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非門反向后驅動三極管，點亮相應的LED。當向P1口的低4位依次寫入0～8時，譯碼器輸出經(jīng)非門反向后驅動三極管，分別點亮欠壓指示燈、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、逆序指示燈和差動指示燈。當P1口輸入均為高電平時，所有指示燈都熄滅。

　　3.4 計時模塊

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

　　3.5 測試選擇模塊

　　當開關K1斷開時，三極管截止，單片機P0.0口為高電平，表明電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護功能進行測試;當開關K1閉合時，三極管導通，單片機P00口的電平為低電平，表明電氣盒對地面電源參數(shù)的監(jiān)控與保護功能進行測試。因為單片機復位時。所有的I/O口為高電平，所以當K1處于斷開狀態(tài)時，單片機復位即進入電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)參數(shù)的監(jiān)控與保護功能的測試狀態(tài)。

　　3.6 接口電路

　　接口電路如圖3所示，當?shù)孛骐娫闯霈F(xiàn)故障時，計時停止信號1通過電氣盒接地(0 V)，此時P0.1口為低電平，計時器計時;當電氣盒切斷地面電源向機載設備的供電時，計時停止信號1通過電氣盒接電源(24 V)，此時P0.1口為高電平，計時器停止計時。當飛機發(fā)電機電網(wǎng)出現(xiàn)故障，計時停止信號2通過電氣盒接電源(24 V)，此時P0.2口為低電平，計時器計時;當電氣盒切斷發(fā)電機電網(wǎng)向機載設備的供電時，計時停止信號2通過電氣盒接電源(0 V)，此時P0.2口為高電平。計時器停止計時。

　　以發(fā)電機電網(wǎng)過電壓故障為例，結合圖2、圖3，當閉合K8時，三極管導通，電氣盒引腳通過電阻、二極管和三極管接地，此時，發(fā)電機電網(wǎng)出現(xiàn)過電壓(由程控電源模擬)，P0.4口變?yōu)榈碗娖剑瑔纹瑱C控制P0.3為低電平，計時器開始計時，同時向P1口寫數(shù)據(jù)，點亮過壓指示燈;單片機不停檢測P0.2口，經(jīng)一定延遲后，電氣盒切斷發(fā)電機電網(wǎng)向機載設備的供電。計時停止信號2使P0.2口變?yōu)楦唠娖?，一旦單片機檢測到P0.2口變?yōu)楦唠娖?，則向P0.3口寫入高電平，計時器停止計時，讀出計時器數(shù)據(jù)，判斷該時間是否在允許范圍內。此時單片機不停檢測P0.4口，一旦斷開K8，P0.4口變?yōu)楦唠娖?，單片機向P1 口寫入數(shù)據(jù)，過壓指示燈熄滅。

　　4 系統(tǒng)軟件設計

　　上電復位后，單片機首先查詢P0.0口，當P0.0為高電平時，表明正在測試電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)故障保護功能，當P0.0為低電平時，表明正在測試電氣盒對地面電源故障保護功能。因為復位后單片機I/O口均為高電平，所以復位后，測試儀自動進入電氣盒對發(fā)電機電網(wǎng)故障保護功能的測試，單片機循環(huán)查詢P0.0、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P2.7和P2.6當檢測到P0.4、 P0.5、P0.6P0.7、P2.7和P2.6中任意一個為低電平時，進入相應的故障保護功能測試;而當檢測到P0.0口為低電平時，測試儀進入電氣盒對地面電源故障保護功能的測試，單片機循環(huán)查詢P0.0、P2.5、P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1當檢測到P2.5、 P2.4、P2.3、P2.2、P2.1、P2.0和P3.1中的任意一個為低電平時，則進入相應的故障保護功能測試。圖4為電氣盒測試儀的程序流程。

　　5 結束語

　　測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擾，并采用數(shù)據(jù)冗余保護與糾錯在軟件上解決干擾問題。實際應用表明，該測試儀具有測試準確，性能先進，工作可靠，操作方便，成本低等優(yōu)點，在日常機務維護和故障診斷中發(fā)揮著重要作用。