2024年7月24日发(作者：梁嘉运)
２０１２年８月 物 探 装 备 第２２卷第４期
・ＩＴ与装备・
ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机
在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用
周阿群 祝彩霞 吴秀琴
（东方地球物理公司装备服务处仪器服务中心，河北涿州０７２７５０）
摘 要
周阿群，祝彩霞，吴秀琴．ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用．物探装备，２０１２，２２（４）：２４８￣２５１
ＰＩＣ是美国微芯科技公司（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ）生产的单片机系列产品型号的前缀，该系列单片机具有硬件系统设计简
洁、指令系统精练等特点。本文在介绍ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机功能特点的基础上，结合Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站的工作原理，对
ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的具体应用进行了详细分析。
关键词 单片机ＰＩＣ１６Ｆ８７７ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站 电源管理
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｈｏｕ Ａｑｕｎ，Ｚｈｕ Ｃａｉｘｉａ ａｎｄ Ｗｕ Ｘｉｕｑｉｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＩＣｌ６Ｆ８７７ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ．
ＥＧＰ，２０１２，２２（４）：２４８～２５１
ＰＩＣ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｅｆｉｘｅｓ ｏｆ ｓｅｒｉｅｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｍａｄｅ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ＵＳ．Ｔｈｅｓｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐｓ ｈａｖｅ ｔｈｅ
ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｍｍａｎｄ ｉｎ ｈａｒｄ ｗａｒｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＰＩＣ１６Ｆ８７７
ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ，ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ＰＩＣ１６Ｆ８７７ ｓｉｎｇｌｅ
ｃｈｉｐ ｉｎ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ，ＰＩＣ１６Ｆ８７７，Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ，ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
单片机也称为单片微型计算机或微控制器，通
行速度快；
常用于嵌入式系统，满足系统实时控制的需求。
（３）功耗低，驱动能力强，可直接驱动发光二极
Ｓｃｏｒｐｉｏｎ系统的采集站、电源站及交叉站均使用了
管、光耦或微继电器。最突出的特点是可实现在线
ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机，其功能主要是对电源进行管理。 调试和在线编程；
分析ＰＩＣ１６Ｆ８７７关键引脚的功能及各信号的时序
（４）本系列单片机由于内部集成了上电复位电
关系，有助于理解Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备的工作原 路、Ｉ／０引脚上拉电路、看门狗定时器等，因此所需
理，对日常维修中的读图、问题分析、故障判断及排
的外接电路较为简洁；
除有一定的帮助。 （５）封装形式分为：双列直插和表面贴装。
１．２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７的封装形式及各管脚功能
１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机简介
图１所示为４４引脚ＱＦＰ封装形式的ＰＩＣ１６Ｆ８７７
（ＰＩＣ１６Ｆ８７４封装形式与此相同）的芯片管脚图。由
１．１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７的特点
图１可知，该芯片多数引脚具有第二功能或者第三
（１）指令系统精简。其指令集仅３５条指令，４
功能。如果将引脚按照功能相近程度进行分类，可
种寻址方式；
分为四类：控制类（如加电复位引脚）、时钟类（如
（２）本系列单片机不仅采用了哈佛体系结构，
ＯＳＣ１与ＯＳＣ２）、电源类（如Ｖ。。和Ｖ ）和输入／输
而且采用了哈佛总线结构。因此，该系列单片机运
出端口类（如ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ和ＲＥ）。
＊周阿群，女，１９６３年出生，工程师。２００８年毕业于西安石油仪器总厂职工大学仪器专业，现从事地震勘探仪器辅助设备的维修工作。
第２２卷第４期 周阿群等：ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用 ２４９
ｌｌｌｌｌ；ｌｌｌ 宝ｚ
ＱＦＰ
ｌ Ｉ Ｉ ｌ ｌ Ｉ Ｉ ｌ ｌ Ｉ
●—一Ｖ
Ｖｓｓ一
一ＲＥ２／ＡＮＴ／
一ＲＥ１ ＡＮ６，＿
一ＲＥ０／ＡＮ５椰
一ＲＡＳＩＡＮ４雁
！Ｉ Ｉ ｌ ｆ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ
驰
盘基ｌ 盏盏ｌ；
图１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７引脚图
图１中单片机ＰＩＣ１６Ｆ８７７的７脚和２８脚为
Ｖ。。，即芯片的电源端口；其６脚和２９脚为ＶＳｓ，即
芯片的接地端口；２２脚为参考电源端口；其１２、１３、
３３、３４这４个引脚为空脚，即芯片内部未连接。其
余各引脚的功能，将结合Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站的电路原
理图进行介绍。
２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７在采集站中的应用
Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备如电源站、交叉站及采
集站都使用了ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机，该单片机被用于
电源管理，其设计思路基本相同。本文仅以模拟采
集站（Ａ单元）为例进行分析。
２．１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片复位电路
ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的复位功能设计得比较完善。
依据复位条件和原因的不同，复位方式分为４类，即
加电复位、人工复位、看门狗复位及欠压复位。图２
所示为ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片在Ａ单元中的复位电路图。
由图可知，该电路用于监测Ｖ。。电压，即采用的是欠
图２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片在Ａ单元中的复位电路图
压复位模式。ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的１８脚是复位控制
端，低电平有效。当Ｖ。 电压变为低电平时，会导致
Ｕ１０８的３脚电压变为低电平，一旦Ｕ１０８的３脚电
压低于Ｄ２３的稳压值时，Ｕ１０８的１脚输出低电平，
则ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的１８脚变为低电平，致使单片
机复位，防止系统失控。
２．２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片振荡源电路
图３所示为在Ａ单元中ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片振荡
源的电路图。ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的工作频率最高可达
２０ＭＨｚ；在Ａ单元中使用的是４ ＭＨｚ的晶体振荡
器。图３中的３Ｏ脚是ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片时钟源输入
端，３１脚是时钟信号输出端。振荡频率为４ ＭＨｚ
的正弦波由３Ｏ脚输入，为整个单片机的工作提供系
统时钟信号。
图３振荡源电路图
２．３ Ａ单元的主电源加电电路
图４所示为主电源加电时序图，图５所示为Ａ
单元的主电源加电电路图。当±２４Ｖ线电压提供给
Ａ单元时，＋２４Ｖ（图５中的ＰＶＩＮ端）通过Ｌ８、
Ｄ２２、Ｑ２５加到脉宽调制器Ｕ２３的３脚，为Ｕ２３提
供工作电压；同时单片机输出“ＭＡＩＮＰｗＲＯＮ”命
令，即主电源加电指令，为波形幅度为３．３Ｖ、脉冲宽
度大约为２．６４ｓ的单脉冲信号。该信号被提供到场
效应管Ｑ２６的栅极，Ｑ２６导通，将脉宽调制器Ｕ２３
的ｌ１脚拉低，抑制Ｕ２３的输出，使得其４脚输出为
低电平，则开关管Ｑ１３截止。大约２．６４ｓ之后，单片
机的主加电信号ＭＡＩＮＰＷＲＯＮ变为低电平，Ｑ２６
截止，脉宽调制器Ｕ２３的ｌ１脚变为高电平，开关管
ＰＶＩＮ
厂一
厂——］Ｉ ２
．
ＭＡＴＮＰＷＲＯＮ———————ｊ．＿——— ——————一
６４ｓ ｌ
１２Ｖ
２．５Ｖ
３．５Ｖ
图４主电源加电时序图
２５Ｏ 物 探 装 备 ２０１２拄
图５主电源加电电路图
Ｑ１３导通，主电源电路输出３组不同的电压（分别为 下传与从Ｂ边加电Ａ边下传的原理相同，所以，下
２．５Ｖ、３．５Ｖ和１２Ｖ（ＶＡｕＸ）），控制Ａ单元加电。 面仅以Ａ边加电Ｂ边下传为例进行分析。
通过此过程，实现控制３组电压延迟２～４ｓ后再给 当±２４Ｖ被加到Ｑ２ｏＡ和ＱＺＯＢ的漏极时，单
主电源加电的功能。该延迟是为了保证主电源开启
片机Ｕ８９（ＰＩＣ１６Ｆ８７７）的１４脚和３５脚输出３．３Ｖ
之前提供线电压，并且保证线电压到达了下一个电 的高电平信号，即ＰＲＯＰＡ和ＰＲＯＰＢ同时变高，致
源站，主电源延迟加电可以确保排列上的Ａ单元不 使Ｑ１９和Ｑ２２的栅极电位变高，Ｑ１９和Ｑ２２导通，
同时加电，以达到减小功耗的目的。
使得开关管Ｑ２Ｏ和Ｑ２１同时闭合，±２４Ｖ电压通过
２．４ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片控制的士２４Ｖ下传电路 ・
Ｍ０ＳＦＥＴ Ｑ２Ｏ和Ｑ２１向下线传输线电压，在ＰＲＯ—
图６所示为由ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片控制的下线设 ＰＡ和ＰＲＯＰＢ变高的同时，单片机Ｕ８９的３６脚输
备检测及±２４Ｖ下传电路图。由于从Ａ边加电Ｂ边
出一个脉冲信号，即下线设备检测信号。如果下线
ＡＮ４／ＲＡ５ ＲＢ５
＿ＡＮ５／ＲＥ０ ＲＢ４
２６ ＡＮ６
３
／ＲＥ
：／Ｓ：Ｃ Ｋ／ＳＣ
舭
３８ ＲＤ
０ ／Ｐ ＳＰ ０
。
。
２ ＲＤ４／Ｐ ＳＰ４ Ｒｃ４ ／ＳＤＩ ／ＳＤ
譬Ａ
图６±２４Ｖ下传控制电路图
第２２卷第４期 周阿群等：ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用 ２５１
接入设备，则返回一个规则信号，Ｕ８９的２５脚
（ＮＢＤ ＳＥＮＳＢ）检测到该信号后，将ＰＲＯＰＡ和
ＰＲＯＰＢ钳制到高电平；如果下线未接入设备，则返
电压随之发生变化。变化后的电压经差分放大器
Ｕ９４放大后，由Ｕ９４的１脚输出，当Ｕ８９（ＰＩＣ１６Ｆ８７７）
的２６脚检测到该信号（Ｉ ＩＭＡＧＥ）时，会通过串口
通知现场可编程逻辑器件（Ａ单元存在漏电现象），
即在测试结果中故障显示为功耗大。
回一个不规则信号，Ｕ８９的２５脚（ＮＢＤ ＳＥＮＳＢ）检
测到该信号后，大约１３ｓ后将ＰＲＯＰＢ信号变低，导
致Ｑ２２的栅极变低，Ｑ２２截止，则开关管Ｑ２１截止，
断开±２４Ｖ线电压的下传通路。
２．５±２４Ｖ线电压平衡检测电路
图７所示为±２４Ｖ线电压平衡检测电路图。图
中的ＰＶＩＮ端是＋２４Ｖ，ＮＶＩＮ端是一２４Ｖ，由图可
知，±２４Ｖ电压对ＧＮＤ ＥＡＲＴＨＡ（ＥＡＲＴＨ，地）
完全对称，一旦某个电压对地漏电，则平衡被打破，导
致Ｕ９３的３脚电压发生变化，随之Ｕ９３的１脚电压
也发生变化，发生变化后的电压随之被传送到Ｕ８９，
当Ｕ８９（ＰＩＣ１６Ｆ８７７）通过２７脚（ＥＡＲＴＨ—ＩＭＡＧＥ）
ＰＶＩＮ
图７ ±２４Ｖ线电压平衡检测电路图
检测到该信号后，首先通过串口通知现场可编程逻
辑器件，±２４Ｖ电压对ＧＮＤ—ＥＡＲＴＨＡ不平衡，然
后由现场可编程逻辑器件控制，在测试结果中显示
±２４Ｖ电压故障。
２．６漏电流检测电路
图８所示为漏电流检测电路图。图中在一２４Ｖ
与隔离地之间接了一个０．５ｆｌ的电阻，一旦２４Ｖ电
压有漏电现象，则通过Ｒ２４６采样，导致Ｕ９４的４脚
图８漏电流检测电路图
３ 结束语
Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备的故障率随着使用年限
的增加而增高，但大部分故障都是由于电源电路及
电源控制电路损坏造成的。而ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机
不仅控制着Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备的主电源加电
电路，而且负责下线设备的检测及加电。因此，分析
并掌握ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机的信号流程，了解各信号
之间的时序关系，对于加深理解Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子
设备的工作原理，以及更好地完成设备维修工作，都
具有重要的作用。
参 考 文 献
１ Ｉ／Ｏ公司．Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｕｒ：Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ａｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｇｕｉｄｅ
ｖｏｌｕｍｅ ２．Ａ—Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ｄ－Ｕｎｉｔ．２００６
２李学海．ＰＩＣ单片机实用教程（基础篇）ＥＭ２．北京：北京
航空航天大学出版社，２００２：ｌ９～３５
收稿日期：２０１２—０４—１１
2024年7月24日发(作者：梁嘉运)
２０１２年８月 物 探 装 备 第２２卷第４期
・ＩＴ与装备・
ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机
在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用
周阿群 祝彩霞 吴秀琴
（东方地球物理公司装备服务处仪器服务中心，河北涿州０７２７５０）
摘 要
周阿群，祝彩霞，吴秀琴．ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用．物探装备，２０１２，２２（４）：２４８￣２５１
ＰＩＣ是美国微芯科技公司（Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ）生产的单片机系列产品型号的前缀，该系列单片机具有硬件系统设计简
洁、指令系统精练等特点。本文在介绍ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机功能特点的基础上，结合Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站的工作原理，对
ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的具体应用进行了详细分析。
关键词 单片机ＰＩＣ１６Ｆ８７７ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站 电源管理
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｚｈｏｕ Ａｑｕｎ，Ｚｈｕ Ｃａｉｘｉａ ａｎｄ Ｗｕ Ｘｉｕｑｉｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＩＣｌ６Ｆ８７７ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ．
ＥＧＰ，２０１２，２２（４）：２４８～２５１
ＰＩＣ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｅｆｉｘｅｓ ｏｆ ｓｅｒｉｅｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｍａｄｅ ｉｎ Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ ＵＳ．Ｔｈｅｓｅ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐｓ ｈａｖｅ ｔｈｅ
ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｍｍａｎｄ ｉｎ ｈａｒｄ ｗａｒｅ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＰＩＣ１６Ｆ８７７
ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ，ｔｈｅｎ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ＰＩＣ１６Ｆ８７７ ｓｉｎｇｌｅ
ｃｈｉｐ ｉｎ Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｓｉｎｇｌｅ ｃｈｉｐ，ＰＩＣ１６Ｆ８７７，Ｓｃｏｒｐｉｏｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ，ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ
单片机也称为单片微型计算机或微控制器，通
行速度快；
常用于嵌入式系统，满足系统实时控制的需求。
（３）功耗低，驱动能力强，可直接驱动发光二极
Ｓｃｏｒｐｉｏｎ系统的采集站、电源站及交叉站均使用了
管、光耦或微继电器。最突出的特点是可实现在线
ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机，其功能主要是对电源进行管理。 调试和在线编程；
分析ＰＩＣ１６Ｆ８７７关键引脚的功能及各信号的时序
（４）本系列单片机由于内部集成了上电复位电
关系，有助于理解Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备的工作原 路、Ｉ／０引脚上拉电路、看门狗定时器等，因此所需
理，对日常维修中的读图、问题分析、故障判断及排
的外接电路较为简洁；
除有一定的帮助。 （５）封装形式分为：双列直插和表面贴装。
１．２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７的封装形式及各管脚功能
１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机简介
图１所示为４４引脚ＱＦＰ封装形式的ＰＩＣ１６Ｆ８７７
（ＰＩＣ１６Ｆ８７４封装形式与此相同）的芯片管脚图。由
１．１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７的特点
图１可知，该芯片多数引脚具有第二功能或者第三
（１）指令系统精简。其指令集仅３５条指令，４
功能。如果将引脚按照功能相近程度进行分类，可
种寻址方式；
分为四类：控制类（如加电复位引脚）、时钟类（如
（２）本系列单片机不仅采用了哈佛体系结构，
ＯＳＣ１与ＯＳＣ２）、电源类（如Ｖ。。和Ｖ ）和输入／输
而且采用了哈佛总线结构。因此，该系列单片机运
出端口类（如ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ和ＲＥ）。
＊周阿群，女，１９６３年出生，工程师。２００８年毕业于西安石油仪器总厂职工大学仪器专业，现从事地震勘探仪器辅助设备的维修工作。
第２２卷第４期 周阿群等：ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用 ２４９
ｌｌｌｌｌ；ｌｌｌ 宝ｚ
ＱＦＰ
ｌ Ｉ Ｉ ｌ ｌ Ｉ Ｉ ｌ ｌ Ｉ
●—一Ｖ
Ｖｓｓ一
一ＲＥ２／ＡＮＴ／
一ＲＥ１ ＡＮ６，＿
一ＲＥ０／ＡＮ５椰
一ＲＡＳＩＡＮ４雁
！Ｉ Ｉ ｌ ｆ Ｉ Ｉ Ｉ ｌ
驰
盘基ｌ 盏盏ｌ；
图１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７引脚图
图１中单片机ＰＩＣ１６Ｆ８７７的７脚和２８脚为
Ｖ。。，即芯片的电源端口；其６脚和２９脚为ＶＳｓ，即
芯片的接地端口；２２脚为参考电源端口；其１２、１３、
３３、３４这４个引脚为空脚，即芯片内部未连接。其
余各引脚的功能，将结合Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站的电路原
理图进行介绍。
２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７在采集站中的应用
Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备如电源站、交叉站及采
集站都使用了ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机，该单片机被用于
电源管理，其设计思路基本相同。本文仅以模拟采
集站（Ａ单元）为例进行分析。
２．１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片复位电路
ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的复位功能设计得比较完善。
依据复位条件和原因的不同，复位方式分为４类，即
加电复位、人工复位、看门狗复位及欠压复位。图２
所示为ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片在Ａ单元中的复位电路图。
由图可知，该电路用于监测Ｖ。。电压，即采用的是欠
图２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片在Ａ单元中的复位电路图
压复位模式。ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的１８脚是复位控制
端，低电平有效。当Ｖ。 电压变为低电平时，会导致
Ｕ１０８的３脚电压变为低电平，一旦Ｕ１０８的３脚电
压低于Ｄ２３的稳压值时，Ｕ１０８的１脚输出低电平，
则ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的１８脚变为低电平，致使单片
机复位，防止系统失控。
２．２ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片振荡源电路
图３所示为在Ａ单元中ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片振荡
源的电路图。ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片的工作频率最高可达
２０ＭＨｚ；在Ａ单元中使用的是４ ＭＨｚ的晶体振荡
器。图３中的３Ｏ脚是ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片时钟源输入
端，３１脚是时钟信号输出端。振荡频率为４ ＭＨｚ
的正弦波由３Ｏ脚输入，为整个单片机的工作提供系
统时钟信号。
图３振荡源电路图
２．３ Ａ单元的主电源加电电路
图４所示为主电源加电时序图，图５所示为Ａ
单元的主电源加电电路图。当±２４Ｖ线电压提供给
Ａ单元时，＋２４Ｖ（图５中的ＰＶＩＮ端）通过Ｌ８、
Ｄ２２、Ｑ２５加到脉宽调制器Ｕ２３的３脚，为Ｕ２３提
供工作电压；同时单片机输出“ＭＡＩＮＰｗＲＯＮ”命
令，即主电源加电指令，为波形幅度为３．３Ｖ、脉冲宽
度大约为２．６４ｓ的单脉冲信号。该信号被提供到场
效应管Ｑ２６的栅极，Ｑ２６导通，将脉宽调制器Ｕ２３
的ｌ１脚拉低，抑制Ｕ２３的输出，使得其４脚输出为
低电平，则开关管Ｑ１３截止。大约２．６４ｓ之后，单片
机的主加电信号ＭＡＩＮＰＷＲＯＮ变为低电平，Ｑ２６
截止，脉宽调制器Ｕ２３的ｌ１脚变为高电平，开关管
ＰＶＩＮ
厂一
厂——］Ｉ ２
．
ＭＡＴＮＰＷＲＯＮ———————ｊ．＿——— ——————一
６４ｓ ｌ
１２Ｖ
２．５Ｖ
３．５Ｖ
图４主电源加电时序图
２５Ｏ 物 探 装 备 ２０１２拄
图５主电源加电电路图
Ｑ１３导通，主电源电路输出３组不同的电压（分别为 下传与从Ｂ边加电Ａ边下传的原理相同，所以，下
２．５Ｖ、３．５Ｖ和１２Ｖ（ＶＡｕＸ）），控制Ａ单元加电。 面仅以Ａ边加电Ｂ边下传为例进行分析。
通过此过程，实现控制３组电压延迟２～４ｓ后再给 当±２４Ｖ被加到Ｑ２ｏＡ和ＱＺＯＢ的漏极时，单
主电源加电的功能。该延迟是为了保证主电源开启
片机Ｕ８９（ＰＩＣ１６Ｆ８７７）的１４脚和３５脚输出３．３Ｖ
之前提供线电压，并且保证线电压到达了下一个电 的高电平信号，即ＰＲＯＰＡ和ＰＲＯＰＢ同时变高，致
源站，主电源延迟加电可以确保排列上的Ａ单元不 使Ｑ１９和Ｑ２２的栅极电位变高，Ｑ１９和Ｑ２２导通，
同时加电，以达到减小功耗的目的。
使得开关管Ｑ２Ｏ和Ｑ２１同时闭合，±２４Ｖ电压通过
２．４ ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片控制的士２４Ｖ下传电路 ・
Ｍ０ＳＦＥＴ Ｑ２Ｏ和Ｑ２１向下线传输线电压，在ＰＲＯ—
图６所示为由ＰＩＣ１６Ｆ８７７芯片控制的下线设 ＰＡ和ＰＲＯＰＢ变高的同时，单片机Ｕ８９的３６脚输
备检测及±２４Ｖ下传电路图。由于从Ａ边加电Ｂ边
出一个脉冲信号，即下线设备检测信号。如果下线
ＡＮ４／ＲＡ５ ＲＢ５
＿ＡＮ５／ＲＥ０ ＲＢ４
２６ ＡＮ６
３
／ＲＥ
：／Ｓ：Ｃ Ｋ／ＳＣ
舭
３８ ＲＤ
０ ／Ｐ ＳＰ ０
。
。
２ ＲＤ４／Ｐ ＳＰ４ Ｒｃ４ ／ＳＤＩ ／ＳＤ
譬Ａ
图６±２４Ｖ下传控制电路图
第２２卷第４期 周阿群等：ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机在Ｓｃｏｒｐｉｏｎ采集站中的应用 ２５１
接入设备，则返回一个规则信号，Ｕ８９的２５脚
（ＮＢＤ ＳＥＮＳＢ）检测到该信号后，将ＰＲＯＰＡ和
ＰＲＯＰＢ钳制到高电平；如果下线未接入设备，则返
电压随之发生变化。变化后的电压经差分放大器
Ｕ９４放大后，由Ｕ９４的１脚输出，当Ｕ８９（ＰＩＣ１６Ｆ８７７）
的２６脚检测到该信号（Ｉ ＩＭＡＧＥ）时，会通过串口
通知现场可编程逻辑器件（Ａ单元存在漏电现象），
即在测试结果中故障显示为功耗大。
回一个不规则信号，Ｕ８９的２５脚（ＮＢＤ ＳＥＮＳＢ）检
测到该信号后，大约１３ｓ后将ＰＲＯＰＢ信号变低，导
致Ｑ２２的栅极变低，Ｑ２２截止，则开关管Ｑ２１截止，
断开±２４Ｖ线电压的下传通路。
２．５±２４Ｖ线电压平衡检测电路
图７所示为±２４Ｖ线电压平衡检测电路图。图
中的ＰＶＩＮ端是＋２４Ｖ，ＮＶＩＮ端是一２４Ｖ，由图可
知，±２４Ｖ电压对ＧＮＤ ＥＡＲＴＨＡ（ＥＡＲＴＨ，地）
完全对称，一旦某个电压对地漏电，则平衡被打破，导
致Ｕ９３的３脚电压发生变化，随之Ｕ９３的１脚电压
也发生变化，发生变化后的电压随之被传送到Ｕ８９，
当Ｕ８９（ＰＩＣ１６Ｆ８７７）通过２７脚（ＥＡＲＴＨ—ＩＭＡＧＥ）
ＰＶＩＮ
图７ ±２４Ｖ线电压平衡检测电路图
检测到该信号后，首先通过串口通知现场可编程逻
辑器件，±２４Ｖ电压对ＧＮＤ—ＥＡＲＴＨＡ不平衡，然
后由现场可编程逻辑器件控制，在测试结果中显示
±２４Ｖ电压故障。
２．６漏电流检测电路
图８所示为漏电流检测电路图。图中在一２４Ｖ
与隔离地之间接了一个０．５ｆｌ的电阻，一旦２４Ｖ电
压有漏电现象，则通过Ｒ２４６采样，导致Ｕ９４的４脚
图８漏电流检测电路图
３ 结束语
Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备的故障率随着使用年限
的增加而增高，但大部分故障都是由于电源电路及
电源控制电路损坏造成的。而ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机
不仅控制着Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子设备的主电源加电
电路，而且负责下线设备的检测及加电。因此，分析
并掌握ＰＩＣ１６Ｆ８７７单片机的信号流程，了解各信号
之间的时序关系，对于加深理解Ｓｃｏｒｐｉｏｎ地面电子
设备的工作原理，以及更好地完成设备维修工作，都
具有重要的作用。
参 考 文 献
１ Ｉ／Ｏ公司．Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｕｒ：Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ａｎｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｇｕｉｄｅ
ｖｏｌｕｍｅ ２．Ａ—Ｕｎｉｔ ａｎｄ Ｄ－Ｕｎｉｔ．２００６
２李学海．ＰＩＣ单片机实用教程（基础篇）ＥＭ２．北京：北京
航空航天大学出版社，２００２：ｌ９～３５
收稿日期：２０１２—０４—１１