畢業(yè)設(shè)計(jì)----以ad637為基礎(chǔ)的交流毫伏表設(shè)計(jì)

1、<p>　　以AD637為基礎(chǔ)的交流毫伏表設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在電量的測量中，電壓，電流和頻率是最基本的三個(gè)被測量。其中，電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更需要測量弱電的電壓，所以毫伏電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便，精度高，誤差小，靈敏度和分辨率高，測

2、量速度快等特點(diǎn)，而倍受用戶青睞。</p><p>　　本系統(tǒng)以交流毫伏表為核心，以低功耗單片機(jī)MCS-51為主控制器，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)設(shè)有運(yùn)算放大電路和微型繼電器的衰減模塊輸出，經(jīng)衰減放大處理的模擬信號(hào)，其中一路信號(hào)通過真有效值直流(RMS-DC)變換,經(jīng)12位快速逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器AD574芯片轉(zhuǎn)換，實(shí)時(shí)把模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，經(jīng)CPU進(jìn)行計(jì)算、處理后，由七段數(shù)碼LED顯示出來，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)被測輸入

3、信號(hào)的電壓值顯示測量。</p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機(jī) 數(shù)字交流毫伏表 真有效值</p><p>　　The AD637-based exchange mV table design</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In the measurement of electri

4、city, voltage, current and frequency is the most basic measurement of the three. Among them, the voltage measurement of the volume of the most often. In addition, with the development of electronic technology, but also t

5、he need for weak measurements of voltage, so mV voltage meter has become an indispensable instrument. In addition, as a result of digital equipment to facilitate accurate readings with high precision, small error, high s

6、ensitivity and resolution to me</p><p>　　MV of the system table to share as the core, low-power single-chip microcomputer-based MCS-51 controller, data acquisition system through data collection, the operato

7、r has a micro-amplifier and the attenuation of the relay output module, with attenuation enlarge analog signal processing, in which the signal all the way through the DC True RMS (RMS-DC) conversion, after 12 successive

8、comparison fast A / D converter conversion AD574 chip, real-time analog to digital conversion for, calculated by t</p><p>　　Key words Single-chip microcomputer Digital AC Millivol</p><p><

9、b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p><b>　　2 單片機(jī)2</b></p><p>

10、;　　2.1 單片機(jī)概述2</p><p>　　2.2 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)2</p><p>　　2.3 AT89C51簡介3</p><p>　　2.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)9</p><p>　　3 單元電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1 衰減、放大倍數(shù)可調(diào)電路設(shè)計(jì)10</p>

11、<p>　　3.2 真有效值直流(RMS-DC)變換電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述15</p><p>　　3.3.2 逐次逼近式A/D原理及AD574芯片15</p><p>　　3.4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)20</p>

12、;<p>　　3.4.1 單相橋式整流電路20</p><p>　　3.4.2 橋式整流電路的技術(shù)指標(biāo)21</p><p>　　3.4.3 三端固定式集成穩(wěn)壓器22</p><p>　　3.4.4 穩(wěn)壓電源電路23</p><p>　　4 數(shù)碼管LED及可編程接口芯片設(shè)計(jì)24</p><p

13、>　　4.1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)與原理24</p><p>　　4.1.1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)種類24</p><p>　　4.1.2 LED數(shù)碼管的工作原理24</p><p>　　4.2 8155可編程接口芯片設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.2.1 8155的內(nèi)部組成及引腳說明26</p><p&

14、gt;　　4.2.2 8155的RAM和I/O口地址編碼27</p><p>　　4.2.3 8155 I/O的工作方式27</p><p>　　4.2.4 8155的命令/狀態(tài)字28</p><p>　　5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)30</p><p>　　5.1 數(shù)字交流毫伏表概述30</p><p>　　5.

15、2 系統(tǒng)使用30</p><p>　　5.3 硬件電路圖31</p><p>　　6 軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　6.1 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換32</p><p>　　6.2 分貝值計(jì)算與顯示32</p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><

16、p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　附 錄38</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　自90年代以來，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)

17、和軟件技術(shù)為核心的信息技術(shù)取得了更加迅猛的發(fā)展極大的促進(jìn)了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。隨著嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入和產(chǎn)業(yè)化程度的不斷提升，新的應(yīng)用環(huán)境和產(chǎn)業(yè)化需求對(duì)嵌入式系統(tǒng)軟件提出了更加嚴(yán)格的要求。在新需求的推動(dòng)下，嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核不僅需要具有微型化、高實(shí)時(shí)性等基本特征，還將向高可信性、自適應(yīng)性、構(gòu)件組件化方向發(fā)展；支撐開發(fā)環(huán)境將更加集成化、自動(dòng)化、人性化。</p><p>　　同時(shí)隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展、數(shù)字電路應(yīng)用

18、領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，當(dāng)今社會(huì)，產(chǎn)品數(shù)字化、智能化已成為人們追求的一種趨勢，設(shè)備的性能、價(jià)格、發(fā)展空間等備受人們的關(guān)注，尤其對(duì)電子測量設(shè)備的精密度和穩(wěn)定度最為關(guān)注。在電量的測量中，電壓，電流和頻率是最基本的三個(gè)被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常，而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更需要測量弱電的電壓，所以毫伏電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便，精度高，誤差小，靈敏度和分辨率高，測量速度快等特點(diǎn)，而倍受用戶青睞，人們對(duì)

19、數(shù)顯儀表類器件的精度需求越來越嚴(yán)格。</p><p>　　當(dāng)今社會(huì)，儀表制作技術(shù)已經(jīng)很成熟，儀表制作和嵌入式系統(tǒng)結(jié)合的越來越緊密，但是交流毫伏表方面特別是數(shù)字顯示的交流毫伏表技術(shù)才剛剛起步且有待發(fā)展，高性能的數(shù)顯交流毫伏表器件的開發(fā)和應(yīng)用存在巨大的發(fā)展空間。本設(shè)計(jì)正是應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，研制出一種基于單片機(jī)的高性能的數(shù)字顯示交流毫伏表。本數(shù)字顯示交流毫伏表系統(tǒng)測量交流電壓精確，電壓測量誤差±5%，測量頻率

20、范圍廣，能有效應(yīng)用于需要高精度、寬頻率范圍的交流電壓測量等領(lǐng)域。</p><p><b>　　2 單片機(jī)</b></p><p><b>　　2.1 單片機(jī)概述</b></p><p>　　單片機(jī)自20世紀(jì)70年代問世以來，以其極高的性能價(jià)格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)

21、，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，在我國，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制、自動(dòng)檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面。</p><p>　　2.2 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，MCS-51單片機(jī)把微型計(jì)算機(jī)的基本部件，如將中央處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器、并行I/O

22、 接口、串行I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)以及特殊功能寄存器等集成在一塊芯片上，并通過單一的內(nèi)部總線連接起來。</p><p>　　圖2-1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　?。?） 8位的CPU。</p><p>　?。?） 4KB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器（ROM/EPROM/EEPROM/Flash）</p><p>　　

23、（3）128Byte的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）</p><p>　　（4） 64KB外部RAM尋址空間，即最大可擴(kuò)展64KB外部RAM。</p><p>　　（5）2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　?。?）4個(gè)8位并行I/O接口：P0,P1,P2,P3。</p><p>　?。?）1個(gè)全雙工串行I/O口，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。<

24、/p><p>　?。?）21Byte的專用寄存器（SFR）。</p><p>　?。?） 5個(gè)中斷源，可編程為2個(gè)優(yōu)先級(jí)。</p><p>　　（10） 片內(nèi)自帶振蕩器，還可作為時(shí)鐘輸出。</p><p>　?。?1） 片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。</p><p>　?。?2） 采用單一的+5V電源供電。</p>&

25、lt;p>　　2.3 AT89C51簡介 </p><p>　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能COMS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89C

26、51單片機(jī)可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦

27、除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　圖2-1 AT89C51管腳分布</p><p>&

28、lt;b>　　1.主要性能參數(shù)</b></p><p>　　(1)與MCS-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容</p><p>　　(2)4K字節(jié)可重擦寫Flash閃速存儲(chǔ)器</p><p>　　(3)1000次擦寫周期</p><p>　　(4)全靜態(tài)操作：0Hz—24MHz</p><p>　　(5)三級(jí)加

29、密程序存儲(chǔ)器</p><p>　　(6)128×8字節(jié)內(nèi)部RAM</p><p>　　(7)32個(gè)可編程I/O口線</p><p>　　(8)2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　(9)6個(gè)中斷源</b></p><p>　　(10)可編程串行UART通道</p>

30、;<p>　　(11)低功耗空閑和掉電模式</p><p><b>　　2.功能特性概述</b></p><p>　　AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操

31、作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器。串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。</p><p><b>　　3.引腳功能說明</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><

32、;p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p&

33、gt;　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)

34、部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)

35、部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉電阻的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　P3.0 RXD（串行輸入口）</p><

36、;p>　　P3.1 TXD（串行輸出口）</p><p>　　P3.2 /INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3 /INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存

37、儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作

38、對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)

39、存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 </p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p><b>　　4.

40、時(shí)鐘振蕩器</b></p><p>　　AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體 或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。用戶也可以采用外部時(shí)鐘。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。</p><p>　　由于外部時(shí)鐘信號(hào)是

41、通過一個(gè)2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。</p><p><b>　　5. 復(fù)位電路</b></p><p>　　MCS-51 單片機(jī)復(fù)位電路是指單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀

42、態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　?。?）復(fù)位功能。復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號(hào)，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號(hào)。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分-合過程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳

43、RST通過一個(gè)斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動(dòng)復(fù)位（如圖2-2(a)）和按鈕復(fù)位(如圖2-2(b))兩種方式。</p><p>　　圖2-2 RC復(fù)位電路</p><p>　　（2）單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)：單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器PC＝0000H，這表明程序從

44、0000H地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī)冷啟動(dòng)后，片內(nèi)RAM為隨機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi)RAM區(qū)中的內(nèi)容，21個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見表2-1。 </p><p>　　值得指出的是，記住一些特殊功能寄存器復(fù)位后的主要狀態(tài)，對(duì)于了解單片機(jī)的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。 </p>&

45、lt;p>　　說明：表中符號(hào)*為隨機(jī)狀態(tài)；</p><p>　　表2-1 寄存器復(fù)位后狀態(tài)表</p><p>　　PSW＝00H，表明選寄存器0組為工作寄存器組； SP＝07H，表明堆棧指針指向片內(nèi)RAM 07H字節(jié)單元，根據(jù)堆棧操作的先加后壓法則，第一個(gè)被壓入的內(nèi)容寫入到08H單元中；Po-P3＝FFH，表明已向各端口線寫入1，此時(shí)，各端口既可用于輸入又可用于輸出 。IP＝

46、15;××00000B，表明各個(gè)中斷源處于低優(yōu)先級(jí)； IE＝0××00000B，表明各個(gè)中斷均被關(guān)斷； 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。</p><p>　　51單片機(jī)的復(fù)位是由RESET引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過24個(gè)振蕩周期后，51單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到RESET引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢

47、查EA引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。51單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一些重要寄存器設(shè)置為特定的值，至于內(nèi)部RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。</p><p>　　2.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng),或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng),是指用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng).對(duì)51系列單片機(jī)來說,最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括:單片機(jī)、晶

48、振電路、復(fù)位電路.下面給出一個(gè)51單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖。</p><p>　　圖2-2 最小系統(tǒng)電路圖</p><p>　　在智能化儀器儀表中，控制核心均為微處理器，而單片機(jī)以高性能、高速度、體積小、價(jià)格低廉、穩(wěn)定可靠而得到廣泛應(yīng)用，是設(shè)計(jì)智能化儀器儀表的首選微控制器。單片機(jī)結(jié)合簡單的晶體振蕩電路和復(fù)位電路即可構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)，它是智能化儀器儀表的基礎(chǔ)，也是測控、監(jiān)控的重要組成部分。

49、</p><p><b>　　3 單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 衰減、放大倍數(shù)可調(diào)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　信號(hào)的衰減及放大由單片機(jī)I/O口通過微型繼電器控制，與A/D配合，以實(shí)現(xiàn)量程的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。若被測電壓高于單片機(jī)此時(shí)設(shè)定的量程，單片機(jī)控制相應(yīng)的繼電器對(duì)信號(hào)衰減，反之則放大，保證輸入RMS-DC變換器的信號(hào)不超過其

50、工作電壓范圍，并盡量使RMS-DC變化器工作在最佳狀態(tài)，提高靈敏度。 </p><p><b>　　1.集成運(yùn)放</b></p><p>　　集成運(yùn)放應(yīng)用首先是構(gòu)成各種運(yùn)算電路，在運(yùn)算電路中，以輸入電壓自變量，以輸出電壓作為函數(shù)，當(dāng)輸入電壓發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓反映輸入電壓某種運(yùn)算的結(jié)果，因此，集成運(yùn)放必須工作在線性區(qū)，在深度負(fù)反饋條件下，反饋網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算

51、。</p><p>　　同相比例運(yùn)算電路，圖3-1所示</p><p>　　同相比例運(yùn)算電路見圖3-1 a），利用“虛斷”的概念有</p><p>　　利用“虛短”的概念有</p><p>　　最后得到輸出電壓的表達(dá)式</p><p><b>　　（3-1-1）</b></p>&l

52、t;p>　　由于是串聯(lián)反饋電路，所以輸入電阻很大，理想情況下Ri=∞。由于信號(hào)加在同相輸入端，而反相端和同相端電位一樣，所以輸入信號(hào)對(duì)于運(yùn)放是共模信號(hào)，這就要求運(yùn)放有好的共模抑制能力。</p><p>　　在同相比例運(yùn)算電路中，若將輸出電壓的全部反饋到反相輸入端，就構(gòu)成圖3-1 b）所示的電壓跟隨器。</p><p><b>　?。?-1-2）</b></

53、p><p>　　理想運(yùn)放的開環(huán)差模增益為無窮大，因而電壓跟隨器具有比射極輸出器好得多的跟隨特性。</p><p><b>　　2.微型繼電器</b></p><p>　　微型繼電器本設(shè)計(jì)中起開關(guān)導(dǎo)通作用，MCS-51單片機(jī)來控制“1”，“2”管腳與“3”管腳的導(dǎo)通，當(dāng)“5”管腳加高電平“1”時(shí)，“1”管腳與“3”管腳導(dǎo)通，當(dāng)“5”管腳加低電平“0”

54、時(shí)，“2”管腳與“3”管腳導(dǎo)通。微型繼電器示意圖，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 微型繼電器示意圖</p><p>　　3.信號(hào)衰減、放大倍數(shù)可調(diào)電路</p><p>　　假定輸入信號(hào)電壓為V，P2.1=0, P2.2=0, P2.3=1則第一個(gè)運(yùn)放輸出端電壓為V,第二個(gè)運(yùn)放輸出端電壓為V，第三個(gè)運(yùn)放輸出端電壓為V= V，因?yàn)镻2.3=1，所以最后得

55、出第三個(gè)繼電器末端電壓為V，即為衰減了，同理可得以下結(jié)果。</p><p>　　（1）信號(hào)衰減倍數(shù)可調(diào)電路真值表，如表3-1所示</p><p><b>　　表3-1</b></p><p>　?。?）信號(hào)放大倍數(shù)可調(diào)電路真值表，如表3-2所示</p><p><b>　　表3-2</b></

56、p><p>　?。?）信號(hào)衰減、放大倍數(shù)可調(diào)電路圖, 如圖3-3所示</p><p>　　圖3-3 信號(hào)衰減、放大倍數(shù)可調(diào)電路圖</p><p>　　3.2 真有效值直流(RMS-DC)變換電路設(shè)計(jì)</p><p>　　普通數(shù)字電壓表只能測量直流電壓。如果要測量交流電壓，必須增加交流/直流（AC/DC）轉(zhuǎn)換電路。由于本系統(tǒng)采用測交流有效值的方案

57、，所以需要進(jìn)行真有效值轉(zhuǎn)換。真有效值方法檢測電壓、電流的核心是TRMS/DC轉(zhuǎn)換器，這類轉(zhuǎn)換電路現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)單片集成化。AD637是一塊高精度單片TRMS/DCC轉(zhuǎn)換器，可以計(jì)算各種復(fù)雜波形的真有效值。采用了峰值系數(shù)補(bǔ)償，在測量峰值系數(shù)高達(dá)10的信號(hào)時(shí)附加誤差僅為1％，頻帶寬度在2V輸入時(shí)可達(dá)8MHz。AD637的制造工藝先進(jìn)，采用激光修正，一般情況下不需要加外部調(diào)整元件。惟一的外圍元件是平均電容,用來設(shè)定平均時(shí)間常數(shù)，并決定低頻準(zhǔn)確度、輸

58、出波紋的大小及穩(wěn)定時(shí)間。AD637的內(nèi)部有獨(dú)立的緩沖放大器，既可作輸入緩沖器用，亦可構(gòu)成有源濾波器來減小紋波，提高測量準(zhǔn)確度。此外，芯片內(nèi)部輸入端有過壓保護(hù)電路，即使輸入電壓超過電源電壓，一般也不會(huì)損壞芯片。它具有響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間和信號(hào)幅度無關(guān)等特點(diǎn)，根據(jù)其特性曲線，AD637在輸入電壓0.2V—2V范圍內(nèi)有最佳頻率響應(yīng)，故衰減放大電路的輸出信號(hào)應(yīng)控制在該范圍內(nèi)。本文設(shè)計(jì)的數(shù)字交流毫伏表其衰減放大電路的輸出信號(hào)在0.2V—2V<

59、;/p><p>　　下圖是AD637的內(nèi)部框圖，主要由緩沖器，有源整流器，偏置電路，平方/除法器和濾波電路組成。</p><p>　　1. AD637的管腳排列及內(nèi)部框圖</p><p>　　圖3-4 AD637的管腳排列及內(nèi)部框圖</p><p>　　(1 )COM—公共地.</p><p>　　(2)Vin, -輸入電

60、壓端，該端輸入阻抗的典型值為16.67k，最大值為20k</p><p>　　(3) OUT OFFSET-輸出補(bǔ)償端</p><p>　　(4)CS—片選端，供備用(掉電)模式用</p><p>　　(5)DEV IN –基準(zhǔn)輸入端，側(cè)均方值時(shí)用.</p><p>　　6)VdB一分貝(電平)電壓輸出端</p><p&g

61、t;　　(7) BUF IN , BUF OUI，一一分別為緩沖器的輸入、輸出端.緩沖器輸入阻抗高達(dá)100M,輸出阻抗小于0.5,該緩沖器完全獨(dú)立的，既可接于Vin,端之前，又可接在Vo端之后</p><p>　　(8）Vo—電壓輸出端。</p><p>　　2. AD637電路主要組成</p><p>　　AD637的簡化電路如圖3-5所示,主要包括5部分:（1）

62、有源整流器(亦稱絕對(duì)值電路，屬全波整流);(2)平方/除法器;（3）濾波放大器;(4)緩沖放大器;(5)偏置電路。</p><p>　　圖3-5 AD637內(nèi)部原理圖</p><p>　　3. 真有效值直流(RMS-DC)變換電路</p><p>　　數(shù)字交流毫伏表其衰減放大電路的輸出信號(hào)在0.2V—2V之間，被測信號(hào)經(jīng)真有效值直流(RMS-DC)變換電路，如圖3

63、-6所示，轉(zhuǎn)換為真有效值從AD637的BUFFOUT端輸出，經(jīng)放大輸出到A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，進(jìn)行處理。</p><p>　　圖3-6 真有效值直流(RMS-DC)變換電路</p><p>　　3.3 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì)</p><p>　　在計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)及智能化儀表中，檢測和控制的對(duì)象大部分是模擬量，如溫度、光強(qiáng)、壓力、速度、流量等。由于單

64、片機(jī)只能識(shí)別和處理數(shù)字量，因此這些模擬量必須轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量才能送給單片機(jī)，能夠把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。模擬接口的作用就是在計(jì)算機(jī)所能處理得數(shù)字量與外部設(shè)備的模擬信號(hào)之間建立一條信息交換渠道。</p><p>　　3.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述</p><p>　　常用的A/D轉(zhuǎn)換器按其轉(zhuǎn)換原理可分為4種：計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近式A

65、/D轉(zhuǎn)換器和并行式A/D轉(zhuǎn)換器。目前，在微機(jī)控制領(lǐng)域最常用的是雙積分式和逐次逼近式轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　?。?）分辨率。分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器能分辨的最小模擬輸入量。通常用能轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，分辨率越高。例如，對(duì)于8位A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)輸入電壓滿刻度為5V時(shí)，其輸出數(shù)字量的變化范圍為0

66、～255，轉(zhuǎn)換電路對(duì)輸入模擬電壓的分辨能力為5V/255＝19.5mV。</p><p>　　（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是編程時(shí)必須考慮的參數(shù)。若CPU采用無條件傳送方式輸入A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，則從啟動(dòng)A/D芯片轉(zhuǎn)換開始，到A/D芯片轉(zhuǎn)換結(jié)束，需要一定的時(shí)間，此時(shí)間為延時(shí)等待時(shí)間，實(shí)現(xiàn)延時(shí)等待的一段延時(shí)程序，要放在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換程序之后，此延時(shí)等待時(shí)間必須大于或等于A/D轉(zhuǎn)換

67、時(shí)間。</p><p>　?。?）量程。量程是指A/D轉(zhuǎn)換器所能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍。</p><p>　　（4）精度。精度是指與數(shù)字輸出量所對(duì)應(yīng)的模擬輸入量的實(shí)際值與理論值之間的差值。A/D轉(zhuǎn)換電路中與每一個(gè)數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬輸入量并非是單一的數(shù)值，而是一個(gè)范圍。目前，常用的A/D轉(zhuǎn)換器的精度為1/4～2LSB。</p><p>　　3.3.2 逐次逼近式A/D原理

68、及AD574芯片</p><p>　　1. 逐次逼近式A/D原理概述</p><p>　　N位的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器（圖3-6），由N位寄存器、N位D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、邏輯控制電路、輸出緩沖器等五部分組成。</p><p>　　圖3-6 逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　工作原理：啟動(dòng)信號(hào)作用后，時(shí)鐘信號(hào)先通過邏輯控制電路

69、使N位寄存器的最高位DN-1為1，以下各位為0，這個(gè)二進(jìn)制代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓U0（此時(shí)為全量程電壓的一半）送到比較器與輸入模擬電壓UX比較。若UX>U0，則保留這一位；若UX<U0，則DN-1 位置0。</p><p>　　DN-1位比較完畢后，再對(duì)下一位即DN-2位進(jìn)行比較，控制電路使寄存器DN-2為1，其以下各位仍為0，然后再與上一次DN-1結(jié)果一起經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后再次送到比較器與UX相

70、比較。如此一位一位地比較下去，直至最后一位D0比較完畢為止。</p><p>　　最后，發(fā)出EOC信號(hào)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。這樣經(jīng)過N次比較后，N位寄存器保留的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)。目前，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器大都做成單片集成電路的形式，使用時(shí)只需發(fā)出A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，然后在EOC端查知A/D轉(zhuǎn)換過程結(jié)束后，取出數(shù)據(jù)即可。這類芯片有ADC0809、ADC1210、ADC7574、AD574、TLC549、MAX1

71、241等是應(yīng)用得最多的A/D轉(zhuǎn)換器類型。</p><p>　　2. AD574芯片使用</p><p>　　AD574是AD公司生產(chǎn)的12位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換芯片。AD574系列包括AD574、AD674和AD1674等型號(hào)的芯片。AD574的轉(zhuǎn)換時(shí)間為1535 s。片內(nèi)有數(shù)據(jù)輸出鎖存器，并有三態(tài)輸出的控制邏輯。其運(yùn)行方式靈活，可進(jìn)行以12位轉(zhuǎn)換，也可作8位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接以12位輸出

72、，也可先輸出高8位，后輸出低4位?？芍苯优c8位和16位的CPU接口。輸入可設(shè)置成單極性，也可設(shè)置成雙極性。片內(nèi)有時(shí)鐘電路，無需加外部時(shí)鐘。AD574適用于對(duì)精度和速度要求較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。</p><p>　　(a) 單極性輸入；(b) 雙極性輸入</p><p>　　圖3-7 AD574單極性與雙極性輸入時(shí)的連接方法</p><p>　　AD57

73、4采用雙列直插式28引腳,圖3-8給出了AD574的雙列直插式28引腳封裝引腳圖，圖3-9 給出了AD574原理與引腳圖</p><p>　　各主要引腳的含義如下：</p><p>　　(1)CS ：片選信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　(2)CE：片使能信號(hào)，高電平有效。</p><p>　　(3)R/C ：讀/啟動(dòng)信號(hào)，高時(shí)讀A/D

74、轉(zhuǎn)換結(jié)果，低時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　(4)12/8 ：輸出數(shù)據(jù)長度控制信號(hào)，高為12位，低為8位。</p><p>　　(5)STS：工作狀態(tài)信號(hào)，高為正在轉(zhuǎn)換，低為轉(zhuǎn)換結(jié)束。 </p><p>　　(6)A0：有兩種含義：當(dāng)R/C為低時(shí)，A0為高，啟動(dòng)8位A/D轉(zhuǎn)換；A0為低，啟動(dòng)12位A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　(7

75、)當(dāng)R/C為高時(shí)，A0為高，輸出低4位數(shù)據(jù)；A0為低，輸出高8位數(shù)據(jù)</p><p>　　(8)上述5個(gè)信號(hào)的組合所對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)見表2-2所示。</p><p>　　(9)STS：工作狀態(tài)信號(hào)，高表示正在轉(zhuǎn)換，低表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。</p><p>　　(10)REF IN：基準(zhǔn)輸出線。</p><p>　　(11)BIP OFF：單極

76、性補(bǔ)償。</p><p>　　(12)DB11～DB0：12位數(shù)據(jù)線。</p><p>　　(13)10VIN，20VIN：模擬量輸入端。</p><p>　　表3-3 AD574的操作</p><p>　　3. 本文設(shè)計(jì)AD574與89C51單片機(jī)的接口電路 </p><p>　　根據(jù)AD574各引腳的功能，89C

77、51單片機(jī)與AD574的接口電路可按如圖2-10所示電路來安排。由于89C51的高8位地址P2.0~P2.7沒有使用，故可采用寄存器間接尋址方式。其中啟動(dòng)A/D的地址為1FH，讀出低4位數(shù)地址為7FH，讀出高8位數(shù)地址為3FH。 </p><p>　　圖3-10 AD574與89C51單片機(jī)的接口電路</p><p>　　圖中3-10 STS可有三種接法以對(duì)應(yīng)三種控制方式：</p&

78、gt;<p>　?。?）如STS空著，單片機(jī)只能采取延時(shí)等待方式，在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，延時(shí)25s以上時(shí)間，再讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；</p><p>　　（2）如STS接單片機(jī)一條端口線，單片機(jī)就可以用查詢的方法等待STS為低后再讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；</p><p>　　（3） 如STS接單片機(jī)外部中斷線，就可以在引起單片機(jī)中斷后，再讀入A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。 </p><

79、;p>　　采用延時(shí)等待方式的控制程序清單：</p><p>　　MOV R0，#1FH；啟動(dòng)</p><p>　　MOVX@R0，A</p><p>　　MOVR7，#10H；延時(shí)</p><p><b>　　DJNZR7，$</b></p><p>　　MOVR1，#

80、7FH；讀低4位</p><p>　　MOVXA，@R1</p><p>　　MOVR2，A；存低4位</p><p>　　MOVR1，#3FH；讀高8位</p><p>　　MOVXA，@R1</p><p>　　MOVR3，A；存高8位</p><p

81、><b>　　SJMP$</b></p><p>　　3.4 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)</p><p>　　當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路—電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，

82、而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源。在本文設(shè)計(jì)中同樣要用到這種直流穩(wěn)壓電源。</p><p>　　3.4.1 單相橋式整流電路</p><p>　　電路如圖3-11（a）所示，圖中Tr為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓.u變成</p><p>　　整流電路要求的交流電壓u=Usin，是要求直流供電的負(fù)載電阻，四

83、只整流二極管D1~ D4接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。</p><p>　　圖3-11（b）是它的簡化畫法。</p><p>　　圖3-11（a）單相橋式整流電路 圖3-11（b）簡化畫法</p><p>　　在電源電壓u2的正、負(fù)半周內(nèi)(設(shè)a端為正，b端為負(fù)時(shí)是正半周)電流通路分別用圖3-11（a）中實(shí)線和

84、虛線箭頭表示。負(fù)載上的電壓uo的波形如圖3-11所示。電流的波形與uo的波形相同。顯然，它們都是單方向的全波脈動(dòng)波形。</p><p>　　3.4.2 橋式整流電路的技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　整流電路的技術(shù)指標(biāo)包括整流電路的工作性能指標(biāo)和整流二極管的性能指標(biāo)。整流電路的工作性能指標(biāo)有輸出電壓U0和脈動(dòng)系數(shù)S 。二極管的性能指標(biāo)有流過二極管的平均電流ID和管子所承受的最大反向電壓UDR

85、M。下面來分析橋式整流電路的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　?。?）輸出電壓的平均值U0：</p><p><b>　　(3-4-1)</b></p><p><b>　　直流電流為：</b></p><p><b>　?。?-4-2）</b></p><p&

86、gt;<b>　?。?）脈動(dòng)系數(shù)S</b></p><p>　　圖3-12中整流輸出電壓波形中包含有若干偶次諧波分量稱為紋波，它們疊加在直流分量上。我們把最低次諧波幅值與輸出電壓平均值之比定義為脈動(dòng)系數(shù)。全波整流電壓的脈動(dòng)系數(shù)約為0.67，故需用濾波電路濾除u0中的紋波電壓。</p><p>　?。?）流過二極管的正向平均電壓ID</p><p&g

87、t;　　在橋式整流電路中，二極管D1、D3和 D2、D4是兩兩輪流導(dǎo)通的，所以流經(jīng)每個(gè)二極管的平均電流為</p><p>　　= = (3-5-3)</p><p>　?。?）二極管承受的最大反向電壓UDRM</p><p>　　二極管在截止時(shí)管子承受的最大反向電壓可從圖4-11(a)看出。在u正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)

88、通， D2、D4截止。此時(shí)D2、D4所承受到的最大反向電壓均為u的最大值，即= (3-5-4)</p><p>　　同理，在u的負(fù)半周D1、D3也承受同樣大小的反向電壓。</p><p>　　橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到充分的利用，效

89、率較高。因此，這種電路在半導(dǎo)體整流電路中得到了廣泛的應(yīng)用。電路的缺點(diǎn)是二極管用的較多。目前市場上已有許多品種的半橋和全橋整流電路出售，而且價(jià)格便宜，這對(duì)橋式整流電路缺點(diǎn)是一大彌補(bǔ)。</p><p>　　3.4.3 三端固定式集成穩(wěn)壓器</p><p>　　三端固定集成穩(wěn)壓器有三個(gè)端子：輸入端Ui、輸出U0和公共端COM。輸入端接整流濾波電路，輸出端接負(fù)載；公共端接輸入、輸出的公共連接點(diǎn)。

90、其內(nèi)部由采樣、基準(zhǔn)、放大、調(diào)整和保護(hù)等電路組成。保護(hù)電路具有過流、過熱及短路保護(hù)功能。</p><p>　　三端固定集成穩(wěn)壓器有許多品種。常用的是7800/7900系列。7800系列輸出正電壓，其輸出電壓有5V、6V、8V、10V、12V、15V、18V、20V、24V等品種。該系列的輸出電流分5檔，7800系列是1.5A，78M00是0.5A，78 L00和是0.1 A，78T00是3A，78H00是5A。 7

91、900系列與7800系列所不同的是輸出電壓為負(fù)值。</p><p>　　圖3-13為三端集成穩(wěn)壓器LM7805和LM7905作為固定輸出電壓的典型應(yīng)用。正常工作時(shí)，輸入、輸出電壓差2～3V。C1為輸入穩(wěn)定電容，其作用是減小紋波、消振、抑制高頻和脈沖干擾，C1一般為0.1~0.47μf。C2為輸出穩(wěn)定電容，其作用是改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)， C2一般為1μF。使用三端穩(wěn)壓器時(shí)注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。

92、</p><p>　　3.4.4 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　本文設(shè)計(jì)采用穩(wěn)壓電源電路，將220V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?和，來滿足設(shè)計(jì)的供電。</p><p>　　圖3-14 穩(wěn)壓電源電路</p><p>　　4 數(shù)碼管LED及可編程接口芯片設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)與原理</p&g

93、t;<p>　　4.1.1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)種類</p><p>　　七段LED顯示器(數(shù)碼管)系發(fā)光器件的一種。常用的LED發(fā)光器件有兩類：數(shù)碼管和點(diǎn)陣。</p><p>　　數(shù)碼管內(nèi)部由七個(gè)條形發(fā)光二極管和一個(gè)小圓點(diǎn)發(fā)光二極管組成，根據(jù)各管的亮暗組合成字符。常見數(shù)碼管有10根管腳。管腳排列如下圖所示。其中COM為公共端，根據(jù)內(nèi)部發(fā)光二極管的接線形式可分為共陰極和共陽極兩

94、種。</p><p>　　使用時(shí)，共陰極數(shù)碼管公共端接地，共陽極數(shù)碼管公共端接電源。每段發(fā)光二極管需5～10mA的驅(qū)動(dòng)電流才能正常發(fā)光，一般需加限流電阻控制電流的大小。 </p><p>　　4.1.2 LED數(shù)碼管的工作原理</p><p>　　(1)主要部分是7段LED發(fā)光管</p><p>　　(2)各段順時(shí)針排列，分別稱為a、b、c

95、、d、e、f、g、 dp （或h,即小數(shù)點(diǎn)，有時(shí)不用）</p><p>　　(3)通過7個(gè)發(fā)光段的不同組合可顯示可顯示0～9十個(gè)數(shù)碼，也可以顯示A～F（實(shí)現(xiàn)16進(jìn)制數(shù)的顯示），還可以顯示個(gè)別特殊字符，如－、P、H 等</p><p>　　LED數(shù)碼管的a～g七個(gè)發(fā)光二極管，加正電壓的發(fā)光，加零電壓的不能發(fā)光，不同亮暗的組合就能形成不同的字型，這種組合稱為字型碼。共陽極和共陰極的字型碼是不同

96、的，如下表4-1所示。 </p><p>　　表4-1 LED數(shù)碼管字型碼表</p><p>　　4.2 8155可編程接口芯片設(shè)計(jì)</p><p>　　Intel 8155是一個(gè)具有RAM、I/O和計(jì)數(shù)器的通用可編程接口芯片。其具有的資源為：</p><p>　　(1)256B的靜態(tài)RAM；</p><p>　　(

97、2)兩個(gè)可編程的8位并行I/O口PA和PB；</p><p>　　(3)一個(gè)可編程的6位并行I/O口PC；</p><p>　　(4)一個(gè)可編程14位減計(jì)數(shù)器TC；</p><p>　　(5)8位地址鎖存器。</p><p>　　4.2.1 8155的內(nèi)部組成及引腳說明</p><p>　　1. 8155各引腳的功能

98、為：</p><p>　　(1) 地址/數(shù)據(jù)線AD0～AD7（8條）：是低8位地址線和數(shù)據(jù)線的共用輸入總線，常和MCS-51單片機(jī)的P0口相連，用于分時(shí)傳送地址和數(shù)據(jù)；</p><p>　　(2) PA0～PA7、PB0～PB7：為A、B口線，用于和外設(shè)之間傳遞數(shù)據(jù)；</p><p>　　(3) PC0～PC5為C端口線，既可與外設(shè)傳送數(shù)據(jù)，也可以作為A、B口的控制

99、絡(luò)線；</p><p>　　(4) CS：片選線，低電平有效。</p><p>　　(5) RESET：復(fù)位線，通常與單片機(jī)的復(fù)位端相連。</p><p>　　(6) ALE：地址鎖存線，高電平有效。</p><p>　　(7) IO/M：RAM或I/O口的選擇線。當(dāng)為0時(shí)，選中8155的256 B RAM；當(dāng)為1時(shí)，選中8155片內(nèi)3個(gè)I/

100、O端口以及命令/狀態(tài)寄存器和定時(shí)/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　(8) RD和WR：讀/寫線，控制8155的讀、寫操作。</p><p>　　(9) TMRIN（TI）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端。</p><p>　　(10) TMROUT（TO）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)端。</p><p>　　(11) VCC：電源端。</p>

101、<p>　　(l2)GND：接地端。</p><p>　　4.2.2 8155的RAM和I/O口地址編碼</p><p>　　8155當(dāng)IO/M為0時(shí)，單片機(jī)對(duì)8155的RAM進(jìn)行操作，共256B，低八位的地址為：00H—0FFH</p><p>　　8155當(dāng)IO/M為1時(shí)，單片機(jī)對(duì)8155的I/O口進(jìn)行操作。</p><p&g

102、t;　　表4-2 8155內(nèi)部寄存器地址分配表</p><p>　　4.2.3 8155 I/O的工作方式</p><p>　　8155 I/O的工作方式有兩種: 基本I/O和選通I/O。 </p><p>　　1. 基本I/O 基本I/O為無條件傳送, 不需任何聯(lián)絡(luò)信號(hào), 8155 的A口、 B口、 C口都可以工作于該方式。 </p>&l

103、t;p>　　2. 選通I/O 選通I/O為條件傳送, 傳送的方式可用查詢方式, 也可用中斷方式。8155的A 口、B口均可工作于此方式, 這時(shí)需由C口提供聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線。 這些聯(lián)絡(luò)控制信號(hào)線有: </p><p>　　(1) BF: I/O緩沖器滿標(biāo)志, 輸出, 高電平有效。 </p><p>　　(2) STB: 選通信號(hào), 輸入, 低電平有效。 </p>&

104、lt;p>　　(3) INTR: 中斷請(qǐng)求信號(hào), 輸入, 低電平有效。 </p><p>　　4.2.4 8155的命令/狀態(tài)字</p><p>　　8155 有一個(gè)命令/狀態(tài)字寄存器, 實(shí)際上這是兩個(gè)不同的寄存器, 分別存放命令字和狀態(tài)字。由于對(duì)命令寄存器只能進(jìn)行寫操作, 對(duì)狀態(tài)寄存器只能進(jìn)行讀操作, 因此把它們統(tǒng)一編址, 合稱命令/狀態(tài)寄存器。</p><

105、;p>　　1. 8155命令字格式命令字共 8 位, 用于定義I/O口及定時(shí)器的工作方式。</p><p>　　圖4-4 8155 命令字格式</p><p>　　對(duì)C口工作方式的說明: </p><p>　　D3D2=00（ALT1）: A口、B口為基本I/O, C口為輸入。 </p><p>　　D3D2=11（ALT2）: A口

106、、B口為基本I/O, C口為輸出。 </p><p>　　D3D2=01（ALT3）: A口為選通I/O, B口為基本I/O, C口低 3 位為聯(lián)絡(luò)信號(hào), 高 3 位輸出。 </p><p>　　D3D2=10（ALT4）: A口、B口均為選通I/O, C口低3位作A口聯(lián)絡(luò)信號(hào), 高 3 位作 B口聯(lián)絡(luò)信號(hào)。 </p><p>　　8155定時(shí)器／計(jì)數(shù)器的工作

107、方式由命令字中的高兩位D7D6進(jìn)行控制。具體說明知下：</p><p>　　D7D6=00不影響計(jì)數(shù)器工作。</p><p>　　D7D6=01停止計(jì)數(shù)。如計(jì)數(shù)器未啟動(dòng)則無操作，知計(jì)數(shù)器正運(yùn)行則停止計(jì)數(shù)。</p><p>　　D7D6=10達(dá)到計(jì)數(shù)值（計(jì)數(shù)器減為0）后停止。</p><p>　　D7D6=11啟動(dòng)。如計(jì)數(shù)器沒運(yùn)行，則在裝入計(jì)數(shù)

108、值后開始計(jì)數(shù)；如計(jì)數(shù)器已運(yùn)行，則在當(dāng)前計(jì)數(shù)值計(jì)滿后，再以新的計(jì)數(shù)值進(jìn)行計(jì)數(shù)。</p><p><b>　　2. 狀態(tài)字</b></p><p>　　圖4-5 8155命令字格式</p><p><b>　　5 系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　5.1 數(shù)字交流毫伏表概述</p>

109、<p>　　本文設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字的交流毫伏表，以低功耗單片機(jī)AT89C51為主控制器。本設(shè)計(jì)數(shù)字交流毫伏表主要有電源，由衰減電路、放大電路和微型繼電器組成的信號(hào)可調(diào)衰減放大模塊，真有效值直流(RMS-DC)變換模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)模塊，數(shù)字顯示模塊等部分組成。設(shè)計(jì)的總體思路是首先將濾波后的模擬信號(hào)通過衰減放大電路將電壓值轉(zhuǎn)換到RMS-DC變換器的工作電壓范圍內(nèi)，然后讓變換結(jié)果通過模數(shù)轉(zhuǎn)換后直接進(jìn)入單片機(jī)，經(jīng)軟件部分的相應(yīng)

110、處理后送液晶顯示。若輸入的被測信號(hào)電壓不在合適的量程之內(nèi)，單片機(jī)經(jīng)過判斷后控制微型繼電器對(duì)衰減放大電路作相應(yīng)的調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)儀器智能轉(zhuǎn)換量程的功能，并起到了保護(hù)后續(xù)電路的作用。原理框圖如圖5-1所示。</p><p>　　被測輸入電壓 </p><p>　　圖5-1 數(shù)字交流毫伏表原理結(jié)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　5.2

111、系統(tǒng)使用</b></p><p>　　將測試筆連接到代測電源或負(fù)載上，從LED顯示器上讀取測量結(jié)果。注意：不要輸入幅值高于100V的電壓，顯示更高電壓是可能的，但有損壞毫伏表內(nèi)部線路的危險(xiǎn)。</p><p>　　5.3 硬件電路圖</p><p><b>　　6 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件

112、設(shè)計(jì)主要完成三部分工作：進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（取均值去粗差）、控制繼電器實(shí)現(xiàn)量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，以及顯示電壓有效值、計(jì)算和顯示電壓分貝值。數(shù)據(jù)處理部分的程序設(shè)計(jì)簡單易行，因此不再贅述。這里主要說明一下量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換以及計(jì)算并顯示電壓有效值和分貝值部分的程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　6.1 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換</p><p>　　共設(shè)計(jì)有8個(gè)量程：10μV～100μV、100μV～1mV、1mV～10mV、1

113、0mV～100mV、100mV～1V、1V～10V、10V～100V以及100V～300V。程序設(shè)計(jì)中只用到了AD574的輸出數(shù)據(jù)（0～1024）中100～1000的部分。若電壓轉(zhuǎn)換值小于100，單片機(jī)控制繼電器使信號(hào)×10倍放大，若電壓轉(zhuǎn)換值大于1000，單片機(jī)則控制繼電器使信號(hào)÷10倍衰減。由于輸入信號(hào)未知，為避免電路被燒壞，設(shè)定的初始量程應(yīng)為最高量程。</p><p>　　6.2 分貝