电流要先进电流互感器，将电流量转化为相应的电压量，因为单片机内部是对电压量进行分析处理的。经过互感器后再经一个整流桥图中D4、D5、D6等，将交流电转化为有纹波的直流，然后经过模拟滤波电路（由电阻、二级管、电容等组成）处理，电路图如图3-3所示。
电压部分和电流部分原理一样，不同之处在于电压部分是经过电压互感器（变压）后在进行整流、滤波处理。
3.3.2 AVR单片机系统模块
                  图3-4  ATmega16系统模块

（1）I/O 端口
如图3-4所示在本设计中PA0～PA3分别为IA、IB、IC、IABC的模拟输入口，其中IABC为零序电流。由于设计时考虑到芯片的模拟I/O口有限，在节省资源的情况下电压信号的输入我通过了一个多路选择开关再与PA4相连，这样可以节省两个端口，以备其他未考虑信号的输入。

                   图3-5  多路选择开关
除了通用数字I/O功能之外，大多数端口引脚都具有第二功能。下面对本设计用到的端口第二功能介绍如下:
端口B的第二功能
PB7 SCK (SPI总线的串行时钟)
PB6 MISO (SPI总线的主机输入/从机输出信号)
PB5 MOSI (SPI总线的主机输出/从机输入信号)
PB4 SS (SPI从机选择引脚)
PB3 AIN1 (模拟比较负输入)；OC0 (T/C0输出比较匹配输出)
PB2 AIN0 (模拟比较正输入)；INT2 (外部中断2输入)
PB1 T1 (T/C1外部计数器输入)
PB0 T0 (T/C0外部计数器输入)；XCK (USART外部时钟输入/输出)
端口C的第二功能
PC7 TOSC2 (定时振荡器引脚2)
PC6 TOSC1 (定时振荡器引脚1)
PC5 TDI (JTAG测试数据输入)
PC4 TDO (JTAG测试数据输出)
PC3 TMS (JTAG测试模式选择)
PC2 TCK (JTAG测试时钟)
PC1 SDA (两线串行总线数据输入/输出)
PC0 SCL (两线串行总线时钟线)
端口D的第二功能
PD7 OC2 (T/C2输出比较匹配输出)
PD6 ICP1 (T/C1输入捕捉引脚)
PD5 OC1A (T/C1输出比较A匹配输出)
PD4 OC1B (T/C1输出比较B匹配输出)
PD3 INT1 (外部中断1的输入)
PD2 INT0 (外部中断0的输入)
PD1 TXD (USART输出引脚)
PD0 RXD (USART输入引脚
（2）计算机毕业设计片内基准电压
ATmega16具有片内能隙基准源，用于掉电检测，或者是作为模拟比较器或ADC的输入。AREF给单片机提供基准电压，它有两种情况加上电阻R27时为5V，去掉R27时可以是5V，也可以是2.56V，AVCC为模拟电压（5V）。
图3-6  电压
注:图3-6中的电感、电容用来滤波
3.3.3 继电器驱动模块
本设计采用了三个继电器(K1、K2、K3)，它们都采用的是常开触点。其中K1用来保护动作，K2、K3用于启动，分别表示降压启动和启动完成后全压运行的两个状态。
                 图3-7  三继电器的驱动电路
如图3-7所示继电器的驱动电压为12V，采用三极管的目的是为了放大电流信号以驱动继电器。信号在进入三极管之前还必须由光耦消除干扰信号，相关电路如图3-8所示：
图3-8  光耦抗干扰电路
当电机启动时，继电器K2闭合，电机进入降压启动过程；当电流平稳后，继电器K3闭合，K2断开，表示进入了全压运行阶段；当电机遇到危险时，继电器K1会根据保护延迟时间闭合，进行保护动作。
另外为了避免K2、K3两个继电器同时合的情况，我们加入了一个逻辑互锁电路来避免这种情况的冲突，真正实现保护、启动和运行的分时控制。由于市面上恰好有相关功能的芯片，因此为了节约时间，我直接采用了74HC00这个芯片。其内部逻辑电路如图3-9所示：
图3-9  互锁逻辑电路
真值表如下:（1表示开、0表示合）
PB1 PB2 KK2 KK3
0 0 1 1
0 1 0 1
1 0 1 0
1 1 1 1

3.3.4计算机毕业设计读写显示功能模块
读写显示功能模块是本设计硬件设计的重点，数码管驱动及键盘的控制采用芯片CH447L来提高运作效率，使设计模块化。它可通过4线或2线串行接口与单片机等交换数据，并且可以对单片机提供上电复位信号。CH447L与单片机以及数码管和键盘的硬件连接如图3-10所示。
图3-10  CH447L与单片机及数码管和键盘的连接
因为CH447L的4线串行接口是由硬件实现的，单片机可以频繁地通过串行接口进行高速操作，不降低CH447L的工作效率；而2线串行接口是由软件与硬件共同实现的,不适合不间断地频繁操作,所以我采用了4线接口。
由图3-10可知单片机通过串行接口控制CH447L芯片，CH447L的数码管显示驱动与键盘扫描控制之间相互独立，单片机可以通过操作命令分别启用、关闭、设定这两个功能。
(1)显示驱动
CH447L对数码管和发光管采用动态扫描驱动，顺序为DIG0至DIG7，内部具有电流驱动级，可以直接驱动共阴极数码管。段驱动引脚SEG6～SEG0分别对应数码管的段G～段A，引脚SEG7对应数码管的小数点；字驱动引脚DIG7～DIG0分别连接8个数码管的阴极。CH447L也可以连接8×8矩阵的发光二级管LED阵列或者64个独立发光管二极管或者64级光柱。
CH447L支持扫描极限控制，并且只为有效数码管分配扫描时间，降低扫描极限可以提高数码管的显示亮度。
CH447L内部的8个8位的数据寄存器用于保存8个字数据，分别对应于所驱动的8个数码管或者8组发光二极管。它不仅支持数据寄存器中的字数据左移、右移、左循环、右循环和各数码管的独立闪烁控制，而且还支持任意段位寻址，可以用于独立控制发光管LED，本设计正运用了该特性。
默认情况下，CH447L工作于不译码方式，此时8个数据寄存器中字数据的位7～位0分别对应8个数码管的小数点和段G～段A，当数据位为1时，对应的数码管的段就会点亮；当数据位为0时，则对应的数码管的段就会熄灭。通过设定，CH447L还可以工作于BCD译码方式，该方式主要应用于数码管驱动，单片机只要给出二进制数BCD码，由CH447L将其译码后直接驱动数码管显示对应的字符。
如图3-11所示CH447L驱动4个数码管和一组LED光二极管(共八个)。所有数码管的相同段引脚（段A～段G以及小数点）并联后通过串接的限流电阻R连接CH447L的段驱动引脚SEG0～SEG7，串接限流电阻的阻值越大段驱动电流越小，数码管的显示亮度越低，R的阻值一般在100Ω至1KΩ之间，为降低芯片本身的功耗应选择较大的阻值。各数码管的阴极分别由CH447L的DIG0～DIG7引脚进行驱动并串接上二极管防止数码管反向漏电。
图3-11  CH447L与数码管的连接
(2) 键盘扫描
CH447L具有64键的键盘扫描功能，我们可以在8×8矩阵中任意去掉不用的按键。我所设计的键盘采用了8*1的键盘方式，为了防止键被按下后在SEG信号线与DIG信号线之间形成短路而影响显示，要在CH447L的DIG0～DIG7引脚与键盘矩阵之间串接限流电阻，其阻值可以从1KΩ至10KΩ。
在键盘扫描期间，DIG7～DIG0引脚按照DIG0至DIG7的顺序依次输出高电平，其余7个引脚输出低电平；SEG7～SEG0引脚的输出被禁止，当没有键被按