片机内的反向放大器的输入端和输出端，把放大器与晶体振荡器进行连接就构成了内部振荡方式，而外部振荡方式则是把已有
的时钟信号接入单片机下图3-3为单片机时钟电路的两种工作方式。 (a)内部时钟方式 (b)外部时钟方式 图3-3 内外部时钟连接方式 3.2.3 单片机的复位电路
单片机的复位电路由片内和片外两部分组成，外部复位电路是根据给单片机提供个机器周期以上的高电平，单片机就会复位
，单片机通常采用手动复位和自动复位两种方式，如图3-4为单品机的复位电路。 (a)上电复位 (b)手动复位 图3-4 单片机复位电路
3.3 异步电机起动电流检测的硬件设计 3.3.1 电流测量电路设计 在测量大的交流电时，需要通过电流互感器把一次侧的大电流变成可测量的电流信号，同时电流互感器还可以起到保护人生
安全的作用，电流互感器按比例进行电流转换，二次侧接测量仪表和继电保护。
在电流互感器正常工作时，二次侧应处于短路的状态，这样的话二次侧电压很低，如果二次侧开路或者一次测有异常电流流
过，就会在二次侧产生巨大的电压，会危机到设备和人生的安全。 单片机的A/D模块只能采集0～5V的电压，所以要把电流互感器二次侧电流通过I/V变换电路变成电压值如图3-5所示假设电
流互感器二次侧电流最大为20mA,通过反馈电阻R1，得到所需的电压值，电阻R2和电容C1是用来补偿位移的，运算放大器采
用OP07，运算放大器的电源取+6V和-6V。 图3-5 I/V变换电路
反馈电阻由R=V0/I确定，如果需要更精确，可以在反馈线路上串一个电位器，C一般取0.01μF～0.033μF，如果
C=0.01μF，则R11=95×(22R10/ΦC-1)/2，如果C=0.003μF, 则R11=143×(15R10/ΦC-1)/2，ΦC是电流互感器上的标出的相位值。转
换后的是交流电压值，所以需要将电压值进行整流，这次设计通过精密整流如图3-6所示，其中R4=R5,R3=R7=2R6。 图3-6 精密全波整流电路
当输入电压大于0时根据虚短虚断D1导通，R4和R5形成的反向比例运算器，系数为-1，同理R6和R7构成反向比例运算器
，系数为-2，R3和R7形成的反向比例为-1，所以最后放大倍数为1。当输入电压小于0时，D1截止，D2导通，根据虚短虚断
，R4处的电压为0，R6处的电压也为0，所以R3和R7构成反向比例放大器，系数为-1。所以交流信号经过精密整流后的波形就 是全波整流波形。 3.3.2 ADC0804简介
ADC0804是逐次比较型转换器，有20引脚 ，转换时间为100us，输入电压是0～+5V，分辨率是8位，图3-7为ADC0804引脚分 布图。
图3-7 ADC0804引脚分布图
下表3-2为ADC0804的引脚列表和引脚作用。 表3-2 ADC0804引脚列表 引脚名称引脚作用
VIN+,VIN- 两模拟信号输入端 DB0~DB7 数字信号输出口 AGND 模拟信号地 DGND 数字信号地 CLK 时钟信号输入端
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CLKR 内部时钟发生器的外接电阻端 CS 片选信号输入端，低电平有效
WR 写信号输入，低电平启动A/D转换 RD 读信号输入
INTR A/D转换结束信号低电平表示转换完成 VREF/2 参考电平 VCC 电源5V输入
3.3.3 单片机与ADC0804的接线设计 图3-8 ADC0804接法
（1）VIN-接地，VIN+接滑动端，通过输入差分电压，测量VIN+与VIN-之间的电压，即输入的模拟电压,VIN+在接入测量电
路之前串一个10KΩ电阻，避免电流过大烧坏ADC0804(VIN+与VIN-之间的电压从0～5V的电压之间变化，ADC0804的输出数 字量从0x00～0xFF变化)。
（2）CLR,CLKR,GND之间通过电阻和电容组成RC振荡电路，给芯片提供工作所需的脉冲，根据芯片手册R取10K，C取 150pF。
（3）DGND与AGND同时接到GND上，DB0～DB7接到单片机的P1口，CS、RD、WR端接到单片机的P2.6、P2.5、P2.4端。
（4）INTR不连接，因为本次设计没有通过中断来设计。 3.4 异步电机起动转速检测的硬件设计 3.4.1 霍尔元件简介
霍尔元件是依据霍尔效应来工作的，它是磁传感器的一种，霍尔器件具有工作温度范围宽、精度高、寿命长等优点，最重要
的是霍尔器件可以在恶劣的环境下工作，根据功能有线性和开关两类，线性器件输出的是模拟量而开个器件输出的是数字量。 BIV
图3-9 霍尔效应图
如图3-9所示是霍尔效应原理，把一个磁场垂直加在通电的半导体上，如图B和I，载流子在洛伦兹力的作用下向半导体两边
积聚形成一个电场，形成的电场力与洛伦兹力方向相反，大小相等，最后产生一个稳定的电压。
3.4.2 霍尔元件外部接线
图3-10 276：931F霍尔元件引脚图
图3-10所示的霍尔元件型号为276:931F,在本次设计中2脚不接，只通过3脚输出。 霍尔元件的引脚说明如下表3-3所示。 表3-3 引脚列表 引脚标号引脚作用 1 接正电源 2 输出 3 输出 续表3-3
引脚标号引脚作用 4 接地
当有垂直的磁场经过霍尔器件时便会改变输出状态。 图3-11 霍尔元件接线图
如图3-11，当有垂直磁场经过霍尔元件时，3端输出高电平，三极管导通，V0端输出低电平，当磁场离开霍尔元件时，3端输
出低电平，三极管不导通，V0端由上拉电阻拉置高电平，该霍尔元件工作电压为5～12V，考虑到单片机的电压，所以VCC取 5V。
下表3-4为引脚输出电平。 表3-4 引脚输出电平 3端 V0端 1 0 0 1
3.4.3 单片机与霍尔元件接线设计 图3-12 霍尔元件与单片机连线图
如图3-12，霍尔元件产生的脉冲输入到单片机的INTO口，用INT0来控制定时器启停，首先控制GATE位，当GATE=1时由控
制寄存器的定时器运行控制位和INT0上的电平状态来控制定时器的启停，再通过设置定时器运行控制位（TR0），在
GATE=1的情况下并且INT0处于高电平时只要把TR0置为1就可以启动。 3.5 单片机显示电路设计
3.5.1 液晶显示器LM016L简介
液晶是广泛应用在显示器上的一种高分子材料，LCD就是通过电流刺激液晶分子产生画面，本次设计采用1602液晶，1602液
晶只能显示ASCII码字符，液晶操作方便，能耗低，体积小，但只能在很窄的温度范围内使用。
1602液晶简介
1602通过5V电压驱动，可显示两行每行有16个字符，图3-13为引脚分布。 图3-13 1602液晶引脚
1602液晶的接口说明如表3-5所示。 表3-5 1602液晶接口
编号符号引脚说明编号符号引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 数据口 2 VDD 电源正极 10 D3 数据口
3 VO 液晶显示对比度调节端 11 D4 数据口
4 RS 数据/命令选择端 12 D5 数据口 5 R/W 读写选择端 13 D6 数据口 6 E 使能信号 14 D7 数据口
7 D0 数据口 15 BLA 背光电源正极 8 D1 数据口 16 BLK 背光电源负极 1602液晶的参数为:
(1)显示容量为16×2个字符； (2)工作电压为4.5～5.5V； (3)工作电流为20mA；
当R/W为高电平时，1602液晶处于读状态，此时如果RS为低电平，测输出D0～D7为状态字，RS为高电平时D0～D7没有输
出。当R/W为低电平时，如果RS为低电平时，给D0～D7送入指令码,输出D0～D7为数据否则RS为高电平时，D0～D7不输出数 据。
3.5.2 LM016L与单片机接线设计 图3-14 1602液晶与单片机接线图
在设计中只要使1602液晶一直处于写状态就可以，所以R/W直接接地。 3.6 串口硬件设计
3.6.1 RS-232串口通信原理
串口是用于设备之间通信的非常普遍的协议。绝大部分计算机有一个以上基于RS-232的串口，同时，串口也是仪表仪器设备 的通信协议。串口的通信是串口按位接收和发送字节，串口是使用3根线（1.发送 2.接收 3.地线）完成通信。要完成串口通信
最重要的是参数要匹配，下表3-6为串口参数。 表3-6 串口参数 参数主要内容
波特率衡量通信速度（两个设备之间进行通信波特率必须匹配） 数据位通信数据的位数
停止位传输的结束和计算机校正时钟同步 奇偶校验位检错方式（可以没有校验位）
以前的RS-232-C接口用25芯D型插头座（DB25）,后来简化为9芯D型插座（DB9）,图3-15为DB9:
图3-15 DB9引脚图
DB9的引脚描述如下表3-7。 表3-7 DB9的引脚描述
9芯信号方向来自缩写描述 1 调制解调器 DCD 载波检测 2 调制解调器 RXD 接受数据 3 PC TXD 发送数据
4 PC DTR 数据终端准备好 5 GND GND 信号地
6 调制解调器 DSR 数据设备准备好 7 PC RTS 请求发送
8 调制解调器 CTS 允许发送
9 调制解调器 RI 响铃指示器
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单片机的输入和输出可以认为是TTL电平，+5V为高电平，0V为低电平。 TTL电平临界值：
(1) VOHmin=2.4V,VOLmax=0.4V； (2) VIHmin=2.0V,VILmax=0.8V； 3.6.2 MAX232简介
由于TTL中的电平，高电平是5V，低电平是0V,而RS-232中的电平，高电平是-3V～-15V,低电平是3V～5V,所以我们在单片
机与上位机通讯时要通过一个芯片把TTL电平与RS-232电平进行转换。 图3-16 MAX232引脚图
本次设计通过MAX232来将TTL电平与RS-232电平进行转换.MAX232引脚如图3-16。
在硬件设计中T1in和T2in直接连接单片机的发送端TXD，R1out和R2out直接连接DB9的RXD端（接收端），T1out和T2out直
接连接DB9的RXD端，R1in和R2in直接连接DB9的TXD端。 接线图3-17中C1,C2,C3,C4和V+,V-都是电源变换电路部分，有极性电容通过存储大量电压来将TTL的电平改变，MAX232是
通过5V电来供电的，从5V变为+3V～+15V是很容易实现的，只要通过VCC进行充电，C1+和C1+上的电容电压和C2+和C2-上
的电容电压之和可以使V+变成小于2VCC的电压值，使V-变成大于-2VCC的电压值，这样我们就能实现5V变为+3V～+15V的电
压，而0V变为-3V～-15V的电压我们需要通过内部产生负电压源去实现，这样我们就能实现TTL电平与RS-232电平之间的转换 。
图3-17 MAX232接线
3.6.3 单片机与MAX232接线设计 图3-18 MAX232与DB9的接线图
图3-19 分立元件实现RS-232与TTL电平转换电路
如图3-18，在设计中T1in接单片机的P3.1端，T1out接DB9的2端，因为在设计中没有通过上位机对单片机发送命令，所以其 他几个引脚不接。在此次设计中还可以通过分立元件实现TTL电平与RS232电平之间的转换，当TXD产生高电平信号时，Q3截
止，DB9上的RXD端被二极管和有极性电容拉低至-3V～-15V,当TXD产生低电平时，Q3导通，DB9的RXD端接收高电平，因
为考虑到设计的可靠性，没有通过分立元件实现TTL电平与RS-232电平之间的转换，下图3-19为分立元件实现接线。 3.7 元器件清单 表3-8 元器件清单 元件数量 op07芯片 3 霍尔元件 1 ADC0804芯片 1 LM016L 1