浅谈PIC单片机在智能双电源装置中应用的发展

摘要：智能双电源装置由开关本体和控制器两部分组成。开关本体由电机通过机械联锁机构控制常用电源的断路器和备用电源的断路器的分合，进而控制电源的切换。控制器通过对电压的采样来判断电源是否异常，如果出现异常应产生相应的切换。 本文结合智能双电源装置的动作处理进行阐述，期待于大家交流。

关键词：智能双电源;PIC单片;应用;原理;发展

1、智能双电源装置的简介

随着对供电可靠性的要求也越来越高，很多场合用两路电源来保证供电的可靠性。当常用电源异常，智能双电源装置能自动切换到备用电源，智能双电源装置就是这种在两路电源之间进行可靠切换、以保证供电的装置。在医院、宾馆和矿山等有广泛的应用。随着时代的发展和社会的进步，智能双电源装置由开关本体和控制器两部分组成。开关本体由电机通过机械联锁机构控制常用电源的断路器和备用电源的断路器的分合，进而控制电源的切换。控制器通过对电压的采样来判断电源是否异常，如果出现异常应产生相应的切换。

双电源之间进行自动切换的装置，是保证某路正在使用的电源在出现故障时能自动切换到另外的正常电源上，保证供电不间断，当常用电路恢复正常时，该装置能够将用户电路切换回正常电路，以降低用电成本。该电源切换装置必须具有反应灵敏、工作可靠、功能齐全、声光指示等特点。传统的电源切换装置采用模拟信号处理方式的控制器，反应不灵敏，不可靠，工作模式也很单一。所以PIC单片机的发展在智能双电源装置中有很重要的作用。

2、PI电源完整性

PI的提出，源于当不考虑电源的影响下基于布线和器件模型而进行SI分析时所带来的巨大误差，相关概念如下。

◆ 电子噪声，指电子线路中某些元器件产生的随机起伏的电信号。

◆ 地弹噪声。当PCB板上的众多数字信号同步进行切换时(如CPU的数据总线、地址总线等)，由于电源线和地线上存在阻抗，会产生同步切换噪声，在地线上还会出现地平面反弹噪声(简称地弹)。SSN和地弹的强度也取决于集成电路的I/O特性、PCB板电源层和地平面层的阻抗以及高速器件在PCB板上的布局和布线方式。负载电容的增大、负载电阻的减小、地电感的增大、同时开关器件数目的增加均会导致地弹的增大。

◆ 回流噪声。只有构成回路才有电流的流动,整个电路才能工作。这样,每条信号线上的电流势必要找一个路径,以从末端回到源端。一般会选择与之相近的平面。由于地电平面（包括电源和地）分割,例如地层被分割为数字地、模拟地、屏蔽地等,当数字信号走到模拟地线区域时,就会产生地平面回流噪声。

◆ 断点,是信号线上阻抗突然改变的点。如用过孔（via）将信号输送到板子的另一侧,板间的垂直金属部分是不可控阻抗,这样的部分越多,线上不可控阻抗的总量就越大。这会增大反射。还有,从水平方向变为垂直方向的90°的拐点是一个断点,会产生反射。如果这样的过孔不能避免,那么尽量减少它的出现。

在一定程度上,我们只能减弱因电源不完整带来的系列不良结果,一般会从降低信号线的串绕、加去耦电容、尽量提供完整的接地层等措施着手。

3、 PIC16F877A的简介

美国Microchip公司的PIC?8位单片机其生产史11年，但现在其产量已跃居世界第二位(仅次于Motorola公司)。现在PIC单片机的品种已超过120种。PIC单片机是RISC结构的单片机，具有高速处理数据的特性(执行速度可达120ns)。PIC16F877A内部自带看门狗、256Bytes的EEPROM、8路AD功能、ISP功能和宽电压工作，工作可靠，能很好的适应智能双电源装置应用开发。

4、在8位单片机中PIC与51系列单片机的比较

PIC的堆栈结构是硬件固定的，PIC16F877A有8级深度的硬件堆栈，51系列单片机的堆栈结构是在RAM区，由程序指定SP的开始位置。

PIC的RAM区每个Byte的位都可以寻址，有4条专用的位操作指令和2条移位指令。51系列单片机的只有0x20到0x2F的Bytes的位是可以寻址，有17条专用的位操作指令和4条移位指令。

PIC的ROM和RAM是采用“页”结构的，每页为512个Bytes，通过STATUS的位来选择不同的页，在程序调用和变量寻址的时候，要先确定目标的页，使有起来不是很方便。51系列单片机的ROM是可以在64K范围内寻址的，可程序直接寻址调用；RAM在0到0x7F可以直接寻址或间接寻址，0x80以上地址的RAM(包括扩展的RAM)只有间接寻址。

5、智能双电源装置的动作处理

双电源控制器的有三种控制方式，自投自复方式、自投不自复方式和发电机方式。 自投自复式方式：如果常用电源被检测到出现偏差时，则自动将负载从常用电源转换至备用电源；如果常用电源恢复正常时，则自动将负载返回换接到常用电源。 自投不自复式方式：如果常用电源被检测到出现偏差时，则自动将负载从常用电源转换至备用电源；如果常用电源恢复正常时，不能自动将负载返回换接到正常电源供电。除非备用电源出现异常才进行转换。

发电机方式：如果常用电源被检测到出现偏差时，发出发电指令请求发电。当发电电压达到额定电压时，先从电网断开负载电路，自动转换到发电电源供电；当常用电源恢复正常后，则又自动返回换接到正常电源供电，并发出停电指令，请求停止发电。

以下是三种方式在不同合闸状态下的程序任务处理简述：

自投自复方式在常用电源合闸状态， 常用电源出现异常，进行计时 异常计时中 异常计时完成，启动电机 常用电源正常，停止并恢复计时器 备用电源异常，停止并恢复计时器 自投自复方式在备用电源合闸状态， 常用电源出现正常 正常计时 正常计时完成，启动电机 常用电源异常，停止计时 自投不自复方式在常用电源合闸状态， 常用电源出现异常，进行计时 异常计时中 异常计时完成，启动电机 常用电源正常，停止并恢复计时器 备用电源异常，停止并恢复计时器 自投不自复方式在备用电源合闸状态， 常用电源正常，备用电源异常，进行计时 计时中 计时完成，启动电机 备用电源正常，停止并恢复计时器 发电机方式在常用电源合闸状态， 常用电源出现异常，进行计时 异常计时中 异常计时完成，启动发电机 发电机启动等待时间，计时中 发电机等待时间完成，启动电机，进行切换动作 常用电源正常，停止任何计时，并恢复计时器 发电机方式在备用电源合闸状态， 常用电源正常，计时开始 计时中， 正常计时完成，启动电机，进行切换动作 常用电源异常，停止计时，并恢复计时器 如何把这些相近的操作归纳成相同的函数进行处理，才可以节约程序代码。

6、智能双电源装置的电压采样的校准

在实际生产中，由于采样电阻的误差，所以在相同的校准电压输入，单片机采样到的AD值是不一样的。如何设定AD值和校准电压的校准比例，是一个关键的问题，校准比例不能在程序编译中固定下来，因为这样会有较大的误差，即使改用精密电阻来采样，误差也不能减低很多。我在应用中采用的方法是：提高采样电路的线性度，使其在不同电压下的校准比例有很好的一致性（在解决了温升的问题后,这点是可以做到的）；在采样电路输入校准电压，输入设置密码后，单片机自动计算校准比例，并把校准比例进行保存。■

参考文献

[1]洪鼎标；《高速单片机硬件关键参数设计概述》单片机与嵌入式系统应用2004-04-01

[2]王爱珍；《高速数字PCB板设计中的信号完整性分析》现代电子技术2009-01-08

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