1000A智能型万能式断路器设计 出低脉冲宽度保持一定的时间才能使UOUT触发。如果UTRIP的脉冲过窄,UTH电压达不到2/3VCC,则UOUT不会触发,因此通过该电路可以消除前级比较器出现的干扰问题。
3.4 数据采集
数据采集模块，主要用于远程终端装置的数据采集和控制。它采集计算并向远方发送线电压Uab、Ucb；采集计算并向远方发送相电流Ia、Ic。
3.4.1信号采样、处理电路
3.4.1.1 选相电路
选相电路就是用多路转换开关来选择要测量的哪一相。这里选用CD4052实现多路模拟信号的输入。
（1）CD4052的引脚
CD4052采用16脚双列直插式封装，CD4052为4通道双刀结构形式，因此可以同时驱动两个通道，并且允许双向使用，既可用于多到一的切换输出，也可用于一到多的输出切换。开关接通哪一通道，有输入的2位地址码AB来决定。“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。芯片功能其真值表如表3-2所示。
表3-1 CD4052真值表
输 入 接通通道 B 0 1 0 1 X X 0 1 2 3 不通 Y 0 1 2 3 不通 INH 0 0 0 0 1 A 0 0 1 1 X （2）CD4051与8051的接口电路
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1000A智能型万能式断路器设计 CD4052与8051的接口电路如图3-7所示，用P1.0、P1.1控制A、B选择通道。如果是4路模拟输入信号，经过CD4052选择后，从CD4052的X、Y口输出到模拟信号处理块。该模块主要完成模拟量到数字量的转换。
图3-5 CD4052与8051的接口电路
3.4.1.2 过零比较电路
测频率几功率因数时，为了把正弦信号变成脉冲信号。需要设计过零比较电路，电路如图3-8所示。
图3-5 过零比较电路
图示电路中，当Us≥0时,Is＞0,Uo=Uom 当Us≤0时,Is＜0,Uo=-Uom
R1=Rp=100k,LM311为单比较器,D1,D2的作用为:对同相输入的共模信号过大的限幅保护.加输入限幅保护的原因是:
当运算放大器的共模输入信号电压过大时,会引起运算放大器输入的损坏.另外,当运算放大器受到强的干扰信号时,共模信号过大,产生自锁现象,自锁产生时,也会损坏运放器件,因此,要加限幅保护。
3.4.1.3 采样/保持电路
对模拟信号进行模数转换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间。当输入信号频率较高时，会造成较大的转换误差。为了防止这种误差的产生，所以我们在A/D转换开始前将信号电平保持住，所以需要采用一个采样/保持器。
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1000A智能型万能式断路器设计 在采样/保持电路中采样/保持器采用美国MAXIM公司生产的LF398芯片，LF398采样/保持器，工作电源电压范围从±5V到±18V，扑捉时间小于10μs，其基本组成电路
其工作原理：当控制信号为高电平，模拟开关K闭合，输入信号通过放大器A1向电容C充电，可经放大器A2输出，此时为采样阶段。当控制信号为低电平时，模拟开关K断开，电容C就将模拟开关断开前瞬间的输入信号保持下来，并经过A2输出，此时为保持阶段。
本设计中采样/保持电路的应用如图3-10所示
图3-6 采样保持电路
3.5 A/D转换电路
A/D转换电路是数据采样的实现。在电力系统中的电流或电压的模拟，以及微机系统只能处理数字量，因此必须将模拟量转换为数字量。在模拟量转换成数字量，由于电子技术的发展，A/D转换器，采样数据可以有以下四种形式：逐次逼近式A／D转换器和电压频率转换器（VFC），基于PWM（脉冲宽度测量）数据采集单元和高速数据采集系统。本设计采用A/D转换器ADC0809。
3.5.1 ADC0809简要介绍
ADC0808与ADC0809的内部结构、外部管脚完全相同，但精度不同。ADC0808的最大不可调误差为±1/2LSB，而ADC0809的最大不可调误差为±1LSB。
3.5.1.1 ADC0809的功能特点
ADC0809为逐次逼近式A/D转换器，具有8个模拟量输入通道。它能与计算机的大部分总线兼容，可在程序的控制下选择8个模入通道之一进行A/D转换，然后把得到的8位二进制数据送到计算机的数据总线，供CPU处理。其功能特点如下：
1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
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1000A智能型万能式断路器设计 2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640KHz时)，130μs（时钟为500KHz时）。
4）单个+5V电源供电。
5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。 7）低功耗，约15mW。
3.5.1.2 芯片结构组成
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
3.5.1.3 芯片引脚功能
ADC0809采用28管脚双列直插式封装，引脚布置如图3-12所示。
图3-8 ADC0809芯片引脚图
芯片引脚说明如下：
IN0～IN7：8路模拟量输入端。 OUT1～OUT8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE：地址锁存允许信号，输入端，产生一个正脉冲以锁存地址。
START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC： A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLOCK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。
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1000A智能型万能式断路器设计 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。
D0～D7：数字量输出。D0为最高位，D7为最低位。
3.5.1.4 操作过程
ADC0809操作过程如下：
（1）首先通过ALE和ADDA、ADDB、ADDC地址信号线把欲选通的模拟量输入通道地址输送入ADC0809并锁存。
（2）发送A/D启动信号START，脉冲上升沿复位，在启动脉冲下降沿开始转换。 （3）A/D转换完成后，EOC=1，可利用这一信号向CPU请求中断，或在查询方式下待CPU查询EOC信号为“1”后进行读数服务。CPPU通过发出OE信号读取A/D转换结果。
3.5.2 ADC0809与单片机的接口电路
ADC0809芯片内含三态输出缓冲器，且片外有三态缓冲器控制端OE，它的输出端可以直接接到计算机的数据总线上，只需要解决通道选择、启动转换和输出允许的控制信号即可。表3-5为ADC0809的I/O特性。
由于ADC0809片内无时钟，可利用8051的ALE信号经D触发器2分频后，提供给ADC0809的时钟信号CLK端，ALE信号频率为8051时钟频率的1/6，若8051时钟频率为6MHz，则ALE脚的输出频率为1MHz，在2分频后，ADC0809的时钟频率为500kHz，恰好符合ADC0809对时钟频率的要求。
ADC0809的8路模拟通道选择信号由8051的数据/地址复用线P0.0～P0.2提供，P2.7作为ADC0809的片选信号，WR和P2.7一起控制ADC0809通道地址锁存和转换启动，
RD和P2.7一起控制ADC0809的三态输出缓冲器。
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