數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　專業(yè)班級 學(xué)生姓名 </p><p>　　一、題目 </p><p>　　二、起止日期 年

2、 月 日至 年 月 日</p><p><b>　　三、主要任務(wù)與要求</b></p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　學(xué)院領(lǐng)導(dǎo) 簽字（蓋章）</p><p><b>　　年

3、月 日</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter）簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（交直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。與此同時，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。本章重點(diǎn)介紹單

4、片A/D 轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的工作原目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的生命力理。本設(shè)計(jì)是基于AT89C51單片機(jī)的一種電壓測量電路,該電路A/D 轉(zhuǎn)換采用ADC0804。測量范圍為直流或交流電壓有效值 0～200V ，并在四位LED數(shù)碼管上顯示。測量最小分辨率為0.019V，本課題主要由A/D轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)處理及顯

5、示控制等三個模塊組成?？刂葡到y(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0804。</p><p>　　關(guān)鍵詞：DVM,A/D轉(zhuǎn)換,AT89C51,ADC0804</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Digital voltmeter (Digital Voltmeter) referred to as

6、 DVM, it is the use of digital measuring technology, the continuous analog (DC input voltage) into a non continuous, discrete digital form and the instrument display. At the same time, extended from DVM various general a

7、nd special digital instrumentation and become, to improve power and non power measurement technology to a new level. This chapter focuses on the monolithic A/D converter and composed by them based on single chip microcom

8、puter di</p><p>　　Keywords : DVM, A / D conversion , AT89C51, ADC0804</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1數(shù)字電壓表的發(fā)展綜述1</p>

9、;<p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3課題的任務(wù)及意義2</p><p>　　1.3.1課題的任務(wù)2</p><p>　　1.3.2課題的意義2</p><p>　　1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容3</p><p>　　1.4.1畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作3</p><

10、;p>　　1.4.2畢業(yè)設(shè)計(jì)論文構(gòu)架3</p><p><b>　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)4</b></p><p>　　3各模塊功能詳述6</p><p>　　3.1輸入電路部分6</p><p>　　3.1.1輸入衰減電路6</p><p>　　3.1.2量程選擇7</p>

11、<p><b>　　3.2保護(hù)電路7</b></p><p>　　3.2.1繼電器7</p><p>　　3.2.2 繼電器電路圖9</p><p>　　3.2.3 二極管的選擇11</p><p>　　3.2.4 繼電器的選擇11</p><p>　　3.2.5 聲光報(bào)警模

12、塊12</p><p>　　3.3真有效值轉(zhuǎn)換電路12</p><p>　　3.3.1真有效值轉(zhuǎn)換的原理13</p><p>　　3.3.2真有效值轉(zhuǎn)換器AD736應(yīng)用電路15</p><p>　　3.4A/D轉(zhuǎn)換電路16</p><p>　　3.5信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)19</p><p&g

13、t;<b>　　4芯片介紹20</b></p><p>　　4.1.1AD736各管腳功能20</p><p>　　4.1.2AD736工作原理21</p><p>　　4.1.1典型應(yīng)用電路23</p><p>　　4.1.2注意事項(xiàng)25</p><p>　　4.2 AT89C51 概

14、述：25</p><p>　　4.2.1簡單概述25</p><p>　　4.2.2主要功能特性25</p><p>　　4.2.3 AT89C51的引腳介紹26</p><p>　　4.3 ADC0804的簡介29</p><p>　　4.3.1 ADC0804的邏輯結(jié)構(gòu)29</p><

15、;p>　　4.3.2 ADC0804的引腳30</p><p>　　4.3.3 ADC0804應(yīng)用說明31</p><p>　　5數(shù)字電壓表的軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　5.1程序設(shè)計(jì)32</p><p>　　5.2軟件測試33</p><p><b>　　結(jié) 論34</b&g

16、t;</p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　附錄36</b></p><p>　　附錄一 ：原理圖36</p><p>　　附錄二：主要程序37</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)53</b></

17、p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1數(shù)字電壓表的發(fā)展綜述</p><p>　　數(shù)字電壓表簡稱DVM,是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。與傳統(tǒng)的模擬式儀表比較，具有顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確，測量范圍寬，擴(kuò)展功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。適用于數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)演示及測控設(shè)備儀表等多種場合。數(shù)字電壓表

18、是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓表的數(shù)字化是將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。目前數(shù)字萬用表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度，本文A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0804對輸入模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89C51再對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后驅(qū)動輸出裝置顯示數(shù)字電壓信號。 </p>

19、;<p>　　模擬式電壓表具有電路簡單、成本低、測量方便等特點(diǎn)，但測量精度較差，特別是受表頭精度的限制，即使采用0.5級的高靈敏度表頭，讀測時的分辨率也只能達(dá)到半格。再者，模擬式電壓表的輸入阻抗不高，測高內(nèi)阻源時精度明顯下降。而數(shù)字電壓表作為數(shù)字技術(shù)的成功應(yīng)用，發(fā)展相當(dāng)快。數(shù)字電壓表（Digital Voltmeter，DVM），以其功能齊全、精度高、靈敏度高、顯示直觀等突出優(yōu)點(diǎn)深受用戶歡迎。特別是以A/D轉(zhuǎn)換器為代表的集

20、成電路為支柱，使DVM向著多功能化、小型化、智能化方向發(fā)展。DVM應(yīng)用單片機(jī)控制，組成智能儀表；與計(jì)算機(jī)接口，組成自動測試系統(tǒng)。目前，DVM多組成多功能式的，因此又稱數(shù)字多用表（Digital Multimeter，DMM）。</p><p>　　DVM是將模擬電壓變換為數(shù)字顯示的測量儀器，這就要求將模擬量變成數(shù)字量。這實(shí)質(zhì)上是個量化過程，即將連續(xù)的無窮多個模擬量用有限個數(shù)字表示的過程，完成這種變換的核心部件是A

21、/D轉(zhuǎn)換器，最后用LED數(shù)碼管顯示，困此，DVM的基本組成是A/D轉(zhuǎn)換器和LED數(shù)碼管。</p><p>　　DVM最基本功能是測直流電壓，考慮到儀器的多功能化，可將交流電壓變成直流電壓。DVM對直流電壓直接測量時的測量精度最高，交流電壓在變換成直流電壓時，受功能選擇變換器精度的限制，測量精度有所下降。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　

22、　傳統(tǒng)的電壓表功能單一、精度比較低，不能滿足時代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便 ，還可以與PC進(jìn)行實(shí)時通信。目前，由各種單片A/D轉(zhuǎn)化器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，以被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。與此同時，由DVM擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀表儀器，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新水平。</p><p>　　數(shù)字電壓

23、表的設(shè)計(jì)和開發(fā)，已經(jīng)有多種類型和款式。傳統(tǒng)的數(shù)字電壓表各有特點(diǎn)，它們適合在現(xiàn)場做手工測量，要完成遠(yuǎn)程測量并要對測量數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理，傳統(tǒng)數(shù)字電壓表是無法完成的。然而基于PC通信的數(shù)字電壓表，既可以完成數(shù)據(jù)的傳遞，又可以借助PC對測量數(shù)據(jù)的處理。所以數(shù)字電壓表無論在功能和實(shí)際上，都具有傳統(tǒng)電壓表無法比擬的特點(diǎn)，這使得他的開發(fā)和應(yīng)用具有良好的前景。</p><p>　　1.3課題的任務(wù)及意義</p>&

24、lt;p>　　1.3.1課題的任務(wù)</p><p>　　(1)通過畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)一步掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和調(diào)試過程；</p><p>　　(2)掌握交直流電壓表的設(shè)計(jì)方法；</p><p>　　(3)掌握單片機(jī)的接口技術(shù)及ADC0804芯片的特性、控制方法；</p><p>　?。?）通過實(shí)際程序設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)的方

25、法和調(diào)試技術(shù)；</p><p>　?。?）進(jìn)一步熟練應(yīng)用相關(guān)軟件。</p><p>　　1.3.2課題的意義</p><p>　　隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子測量成為廣大電子工作著必須掌握的手段，對測量的精度和功能的要求也越來越高，而電壓的測量甚為突出，因?yàn)殡妷旱臏y量最為普遍。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)技術(shù)結(jié)合A/D轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建一個數(shù)字電壓表。它量程寬，精度高，顯示位數(shù)多，分

26、辨率高，易與實(shí)現(xiàn)測量自動化，在現(xiàn)代測量中占據(jù)了巨大的地位。設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)能夠用于改進(jìn)或維修學(xué)校部分實(shí)驗(yàn)室損壞的數(shù)字電壓表，因而本設(shè)計(jì)具有非常實(shí)際的意義。</p><p><b>　　1.4畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1.4.1畢業(yè)設(shè)計(jì)主要工作</p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為電路的核心部件，采用軟件編程和硬件相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)了一種

27、量程可以切換且具有高清晰度顯示的數(shù)字式交流電壓表，其硬件電路簡單，主要用軟件編程的方式檢測輸入信號的大小來實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的量程切換功能，在硬件電路上，通過量程選擇電路和輸入衰減電路來選擇檔位，輸入的模擬電壓通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓，然后送到單片機(jī)中進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示，同時通過串行通訊與上位機(jī)通信。具體來講主要完成如下工作：</p><p>　　1.確定此課題的研究意義與可行性。&l

28、t;/p><p>　　2.查閱相關(guān)資料，了解數(shù)字電壓表的原理，確定數(shù)字電壓表具體應(yīng)用和實(shí)施。</p><p>　　3.復(fù)習(xí)電路、模電、數(shù)電、單片機(jī)等相關(guān)知識，為后面硬件部分的建模打好基礎(chǔ)，熟悉所用到的軟件。</p><p>　　4.收集與畢業(yè)設(shè)計(jì)研究方向相關(guān)的外文資料，并將其翻譯成中文。</p><p>　　5.對收集來的相關(guān)資料進(jìn)行整理，融入自

29、己的理解與觀點(diǎn)，寫出資料綜述。</p><p>　　6.寫出開題報(bào)告，進(jìn)一步明確任務(wù)，確定研究方向。</p><p>　　7.動手設(shè)計(jì)原理圖，進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)。</p><p>　　8.仿真，程序下載與調(diào)試。 </p><p>　　9.理清思路，總結(jié)試驗(yàn)，寫報(bào)告。</p><p>　　1.4.2畢業(yè)設(shè)計(jì)論文構(gòu)架

30、</p><p>　　第一章簡要介紹了該選題的背景、意義、研究現(xiàn)狀及設(shè)計(jì)思路；</p><p>　　第二章介紹了整體設(shè)計(jì)思路；</p><p>　　第三章對硬件電路各個模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹；</p><p>　　第四章詳細(xì)介紹了電路中用到的各個芯片；</p><p>　　第五章介紹了軟件設(shè)計(jì)部分，包括程序流程圖等。<

31、/p><p><b>　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為電路的核心部件，采用軟件編程和硬件相結(jié)合的方式設(shè)計(jì)了一種量程可以自動切換且具有高清晰度顯示的數(shù)字式交直流電壓表，其硬件電路簡單，主要用軟件編程的方式檢測輸入信號的大小來實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓表的量程切換功能，輸入的模擬電壓通過A/D轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓，再通過軟件編程的方式使其在LED數(shù)碼顯示器

32、上顯示出來，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字電壓表的數(shù)字顯示功能。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，系統(tǒng)采用AT89C51單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器ADC0804和真有效值轉(zhuǎn)換器AD736。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的的基本思路:模擬電壓信號經(jīng)過檔位切換到不同的分壓電路衰減后，通過交直流轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，若測量直流電壓值直接送到A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，若測量交流電壓有效值經(jīng)真有效值轉(zhuǎn)換器AD736后送A/D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送到單片機(jī)中，單

33、片機(jī)通過量程選擇電路采集衰減倍數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示，同時通過串行通訊與上位機(jī)通信,使上位機(jī)也同樣顯示數(shù)據(jù)或者對單片機(jī)進(jìn)行鎖存。此電壓表量程為0~200V，若超過此量程，則單片機(jī)驅(qū)動繼電器動作斷開輸入電路；若超過所設(shè)定的報(bào)警范圍，則單片機(jī)驅(qū)動聲光報(bào)警模塊，提醒即將超限。此范圍可以由獨(dú)立的按鍵進(jìn)行設(shè)定。如圖2-1所示:</p><p><b>　　圖2-1系統(tǒng)框圖</b>

34、;</p><p><b>　　3各模塊功能詳述</b></p><p><b>　　3.1輸入電路部分</b></p><p>　　3.1.1輸入衰減電路</p><p>　　輸入電路部分的作用是把不同量程的被測的電壓規(guī)范到測量所要求的電壓值0-±0.2V（AD736滿量程為200mVR

35、MS)。輸入衰減電路如圖3-1所示。9M、900K、90K、和10K電阻構(gòu)成1/10、1/100、1/1000 的衰減器。輸入衰減電路可由開關(guān)來選擇不同的衰減倍數(shù)，從而切換檔位。</p><p>　　圖3-1輸入衰減電路</p><p>　　在輸入電路中當(dāng)信號衰減后還應(yīng)該通過直流、交流檔位控制開關(guān)，控制被測信號接入相應(yīng)測量通道。交流信號經(jīng)過有效值轉(zhuǎn)換電路送入A/D 轉(zhuǎn)換電路，直流信號直接送

36、入A/D 轉(zhuǎn)換電路。</p><p><b>　　3.1.2量程選擇</b></p><p>　　為了能讓單片機(jī)自動識別檔位，還要有圖3-2 的硬件連接。單片機(jī)通過此電路采集衰減倍數(shù)，以便對衰減后的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原。測量時首先選擇最大量程200V，若測量的結(jié)果為0~0.2V，則重新將量程選擇開關(guān)置到0.2V的位置，同時輸入衰減電路開關(guān)也置到0.2V的位置，此時P1.0變?yōu)?/p>

37、低電平，電壓未衰減；若為0.2~2V，則將量程選擇開關(guān)和輸入衰減電路開關(guān)置到2V的位置，此時P1.1為低電平，電壓衰減了10倍；若為2~20V，則將量程選擇開關(guān)和輸入衰減電路開關(guān)置到20V的位置，此時P1.2為低電平，電壓衰減了100倍；若為20~200V，則將量程選擇開關(guān)和輸入衰減電路開關(guān)置到200V的位置，此時P1.3為低電平，電壓衰減了1000倍。</p><p>　　圖3-2量程選擇開關(guān)</p>

38、;<p><b>　　3.2保護(hù)電路</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的保護(hù)電路由繼電器控制電路和聲光報(bào)警模塊兩部分組成。若所測電壓的有效值超過了量程0~200V，則單片機(jī)驅(qū)動繼電器動作，斷開輸入電路；若所測電壓的有效值超過了所設(shè)定的報(bào)警值，則聲光報(bào)警模塊工作。</p><p><b>　　3.2.1繼電器</b></p&g

39、t;<p>　　在各種自動控制設(shè)備中，都存在一個低壓的自動控制電路與高壓電氣電路的互相連接問題，一方面要使低壓的電子電路的控制信號能夠控制高壓電氣電路的執(zhí)行元件，如電動機(jī)、電磁鐵、電燈等；另一方面又要為電子線路的電氣電路提供良好的電隔離，以保護(hù)電子電路和人身的安全，電磁式繼電器便能完成這一橋梁作用。 </p><p>　　電磁式繼電器是在在輸入電路內(nèi)電流的作用下，由機(jī)械部件的相對運(yùn)動產(chǎn)生預(yù)定響應(yīng)的一

40、種繼電器。 它包括直流電磁繼電器、交流電磁繼電器、磁保持繼電器、極化繼電器、舌簧繼電器,節(jié)能功率繼電器。 (1)直流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為直流的電磁繼電器。 (2)交流電磁繼電器：輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器。 (3)磁保持繼電器：將磁鋼引入磁回路，繼電器線圈斷電后，繼電器的銜鐵仍能保持在線圈通電時的狀態(tài)，具有兩個穩(wěn)定狀態(tài)。 (4)極化繼電器：狀態(tài)改變?nèi)Q于輸入激勵量極性的一種直流繼電器。 (5

41、)干簧繼電器：利用密封在管內(nèi)，具有觸點(diǎn)簧片和銜鐵磁路雙重作用的舌簧的動作來開、閉或轉(zhuǎn)換線路的繼電器。 (6)節(jié)能功率繼電器:輸入電路中的控制電流為交流的電磁繼電器,但它的電流大(一般30-100A),體積小, 節(jié)電功能.電磁繼電器工作原理：電磁繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。 只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動

42、銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p><b>　　1、額定工作電壓</b></p><p>　　是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以 是交流電壓，也可以是直流電壓。</p><p><b>　

43、　2．直流電阻</b></p><p>　　是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬用表測量。</p><p><b>　　3．吸合電流</b></p><p>　　是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，

44、否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。</p><p><b>　　4．釋放電流</b></p><p>　　是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。</p><p>　　5．觸點(diǎn)切換電壓和電流</p><p>　　是指繼電器允許

45、加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。</p><p>　　3.2.2 繼電器電路圖</p><p>　　下圖3-3是AT89C51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板上繼電器驅(qū)動電路原理圖，三極管Q2的基極B接到單片機(jī)的P1.4，三極管的發(fā)射極E接地，線圈的一端接到三極管的集電極C上，另一端接到＋12V電源VCC上；繼電器線圈兩端并接一個二極管I

46、N4148，用于吸收釋放繼電器線圈斷電時產(chǎn)生的反向電動勢，防止反向電勢擊穿三極管Q2及干擾其他電路；R9和發(fā)光二極管D5組成一個繼電器狀態(tài)指示電路，當(dāng)繼電器吸合的時候，D5點(diǎn)亮，這樣就可以直觀的看到繼電器狀態(tài)了。</p><p>　　圖3-3單片機(jī)驅(qū)動繼電器電路圖</p><p>　　驅(qū)動原理：1、當(dāng)AT89C51單片機(jī)的P1.4引腳輸出高電平時，三極管Q2飽和導(dǎo)通，＋12V電源加到繼

47、電器線圈兩端，繼電器吸合，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也點(diǎn)亮，繼電器的常開觸點(diǎn)閉合，相當(dāng)于開關(guān)斷開。        </p><p>　　當(dāng)AT89C51單片機(jī)的P1.4引腳輸出低電平時，三極管Q2截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，同時狀態(tài)指示的發(fā)光二極管也熄滅，繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于開關(guān)閉合。</p><p

48、>　　注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱悖^電器線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應(yīng)電動勢，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢則可以通過二極管IN4148釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管D4的保護(hù)作用。</p><p>　　3.2.3 二極管的選擇</p><p>　　8050是非常常見的NPN型晶體三極管，在各種放大電路中經(jīng)?？吹剿?/p>

49、，應(yīng)用范圍很廣，主要用于高頻放大。也可用作開關(guān)電路。</p><p><b>　　類型:開關(guān)型;</b></p><p><b>　　極性:NPN;</b></p><p><b>　　材料:硅;</b></p><p>　　最大集電極電流(A):0.5 A;</p>

50、;<p>　　直流電增益:10 to 60;</p><p>　　功耗:625 mW;</p><p>　　最大集電極-發(fā)射極電壓（VCEO）:25;[1]</p><p>　　特征頻率:150 MHz</p><p>　　3.2.4 繼電器的選擇</p><p>　　繼電器額定工作電壓的選擇：繼電器額定

51、工作電壓是繼電器最主要的一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。在使用繼電器時，應(yīng)該首先考慮所在電路(即繼電器線圈所在的電路)的工作電壓，繼電器的額定工作電壓應(yīng)小于或等于所在電路的工作電壓。一般所在電路的工作電壓是繼電器額定工作電壓的0.86。注意所在電路的工件電壓千萬不能超過繼電器額定工作電壓，否則繼電器線圈容易燒毀。另外，有些集成電路，例如NE555電路是可以直接驅(qū)動繼電器工作的，而有些集成電路，例如COMS電路輸出電流小，需要加一級晶體管放大電路方可驅(qū)動繼

52、電器，這就應(yīng)考慮晶體管輸出電流應(yīng)大于繼電器的額定工作電流。</p><p>　　電磁式繼電器線圈額定工作電流選擇：用晶體管或集成電路驅(qū)動的電磁式繼電器，其線圈額定工作電流（一般為吸合電流的2倍）應(yīng)在驅(qū)動電路的輸出電流范圍之內(nèi)。</p><p>　　接點(diǎn)類型及接點(diǎn)負(fù)荷選擇： 同一號型的繼電器通常有多種接點(diǎn)的形式可供選用（單組接點(diǎn)、雙組接點(diǎn)、多組接點(diǎn)及常開式接點(diǎn)、常閉式接點(diǎn)等），應(yīng)選用適合應(yīng)用

53、電路的接點(diǎn)類型。觸點(diǎn)負(fù)載是指觸點(diǎn)的承受能力。繼電器的觸點(diǎn)在轉(zhuǎn)換時可承受一定的電壓和電流。所以在使用繼電器時，應(yīng)考慮加在觸點(diǎn)上的電壓和通過觸點(diǎn)的電流不能超過該繼電器的觸點(diǎn)負(fù)載能力。例如，有一繼電器的觸點(diǎn)負(fù)載為28V(DC)×10A，表明該繼電器觸點(diǎn)只能工作在直流電壓為28V的電路上，觸點(diǎn)電流為10A，超過28V或10A，會影響繼電器正常使用，甚至燒毀觸點(diǎn)。</p><p>　　電磁式繼電器體積的選擇：繼電

54、器體積的大小通常與繼電器接點(diǎn)負(fù)荷的大小有關(guān)，選用多大體積的繼電器，還應(yīng)根據(jù)應(yīng)用電路的要求而定。</p><p>　　繼電器線圈電源的選擇：這是指繼電器線圈使用的是直流電(DC)還是交流電(AC)。通常，在進(jìn)行電子制作活動中，都是采用電子線路，而電子線路往往采用直流電源供電，所以必須是采用線圈是直流電壓的繼電器。</p><p>　　3.2.5 聲光報(bào)警模塊</p><p

55、>　　如圖3-4所示，當(dāng)測量電壓超過設(shè)定的范圍時，單片機(jī)給P1.5引腳送低電平，此時LED被點(diǎn)亮。同時P1.6輸送高電平，三極管飽和導(dǎo)通，驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警。設(shè)定范圍通過按鍵操作進(jìn)行，且要在量程之內(nèi)，最好接近但小于量程。此模塊用于提醒操作者：注意電壓即將超限。</p><p>　　圖3-4聲光報(bào)警電路</p><p>　　3.3真有效值轉(zhuǎn)換電路</p><p>　

56、　為了實(shí)現(xiàn)對其交流信號電壓有效值的精密測量，使之不受被測信號的限制，要求采用真有效值(RMS)測量系統(tǒng)，直接將交流信號的有效值按比例轉(zhuǎn)換為直流信號。目前國外生產(chǎn)的數(shù)字儀表中，普遍采用真有效值轉(zhuǎn)換器，雖然我國發(fā)展較遲，但也陸續(xù)生產(chǎn)一些RMS轉(zhuǎn)換器，如AD736，這對我國儀表更新?lián)Q代將起著重要作用。</p><p>　　3.3.1真有效值轉(zhuǎn)換的原理</p><p>　　目前市場上的萬用表大多采

57、用簡單的整流加平均電路來完成交流信號的測量，因此這些儀表在測量RMS值時要首先校準(zhǔn)，而且用這種電路組成的萬用表只能用于指定的波形如正弦波和三角波等，如果波形一變，測出的讀數(shù)就不準(zhǔn)確了。真有效值直流變換則不同，它可以直接測得輸入信號的真實(shí)有效值，并和輸入波形無關(guān)。</p><p>　　AD736是AD公司推出的真有效值-直流（RMS-DC）變換器。和以往的有效值測量技術(shù)不同，真有效值-直流（RMS-DC）變換可以直

58、接測得各種波形的真實(shí)有效值，它不是采用整流加平均測量技術(shù)，而是采用信號平方后積分的平均技術(shù)。采用AD736可以簡化儀器的設(shè)計(jì)，增加信號測量品種，并且靈敏度、精確度也大大改善。</p><p>　　一個交變信號的變化情況可用波峰因數(shù)C（Crest Factor）來表示，波峰因數(shù)定義為信號的峰值和RMS的比值：C =VPEAK/VRMS。不同的交變信號，它的波峰因數(shù)也就可能不同，許多常見的波形，如正弦波和三角波，它們

59、的C比較小，一般小于2,而一些占空比的信號和SCR信號，它們的峰值因數(shù)就比較大。要想獲得精確的RMS測量結(jié)果，如果使用加權(quán)平均電路，設(shè)計(jì)者要事先知道信號的波形，并測得其波峰因數(shù)，而RMS-DC變換器測無需知道信號的波形就能直接測出各種波峰因數(shù)的交變信號的有效值。AD736能處理的信號波峰因數(shù)為5,表1對采用真RMS-DC變換器和加權(quán)平均兩種技術(shù)在各種波形下的性能作了對比。</p><p>　　表2-1 加權(quán)平均技

60、術(shù)引入的誤差</p><p><b>　　注：</b></p><p>　　一個交變信號的有效值的定義為：  VRMS為信號的有效值，T為測量時間，V（t）是信號的波形。V(t)是一個時間的函數(shù)，但不一定是周期性的。  對等式的兩邊進(jìn)行平方得：  右邊的積分項(xiàng)可以用一個平均來近似：  這樣上

61、式可以簡化為：</p><p>　　等式兩邊除以VRMS得：  上式就是測量一個信號真實(shí)有效值的基礎(chǔ)，AD公司的真有效值直流變換器也正是采用了這一原理。</p><p>　　這種按有效值刻度的轉(zhuǎn)換器在原理上不再存在波形誤差，但是不同型號的RMS-DC變換器可以測量的交流信號最大有效值、最大波峰因數(shù)不相同，到目前為止還沒有一種能適用于任何場合的RMS-DC變換器。在實(shí)際

62、制造過程中，由于通頻帶的限制，對輸入信號波形的波峰因數(shù)（信號的峰值和RMS的比值）是有要求的，這樣才能保證轉(zhuǎn)換精度。一個任意非正弦信號均可按付里葉級數(shù)展開其頻譜，頻譜中超過轉(zhuǎn)換器頻帶范圍的分量，都將在輸出端消失。換句話說，這部分超出轉(zhuǎn)換器帶寬的高次諧波分量的有效值未被轉(zhuǎn)換，這就帶來了附加誤差．顯然，不同的波形引起的誤差不同，在實(shí)際應(yīng)用中我們要盡可能地選擇和應(yīng)用場合適應(yīng)的型號，這樣，我們就地精度、帶寬、功耗、輸入信號電平、波峰因數(shù)和穩(wěn)定時

63、間因素綜合考慮。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用真有效值轉(zhuǎn)換器AD736。AD736是經(jīng)過激光修正的單片精密真有效值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換器。其主要特點(diǎn)是準(zhǔn)確度高、靈敏性好（滿量程為200mVRMS）、測量速率快、頻率特性好（工作頻率范圍可達(dá)0—460kHZ）,輸入阻抗高，輸出阻抗低，電源范圍寬且功耗低，最大的工作電流為200uA,可接受的信號有效值為0～200mVRMS（如加上衰減器，可增大測量范圍),主要用于便攜測試

64、儀表,能以相同或更低的成本提供更高的精度。用它來測量正弦波電壓的綜合誤差不超過±3%。</p><p>　　3.3.2真有效值轉(zhuǎn)換器AD736應(yīng)用電路</p><p>　　圖3-5為雙電源供電時的典型應(yīng)用電路，該電路的+Vs與接地,-Vs與街地之間均應(yīng)并聯(lián)一只1uF的電容以便濾掉該電路中的高頻干擾。Cc起隔直作用。若將1腳與8腳短接而使C2失效，則選擇的就是AC+DC的方式；去掉

65、短路線，即為AC方式。在本設(shè)計(jì)中用的是AC方式。R5為限流電阻，D1，D2為雙向限幅二極管，起過圧保護(hù)作用，可選IN4148高速開關(guān)二極管。</p><p>　　AD736轉(zhuǎn)換器的性能：</p><p>　　(1)低成本級的精度與8位A／D轉(zhuǎn)換器的精度相同，高等級的精度優(yōu)于8位A／D轉(zhuǎn)換器的精度；</p><p>　　(2)正負(fù)電源電壓可在：2.8～16.5V、-3

66、.2～-16.5V范圍內(nèi)選擇；</p><p>　　(3)可以單端輸入或差動輸入，本設(shè)計(jì)采用單端輸入；</p><p>　　(4)對信號源要求極低，可以拓寬被測量的范圍；</p><p>　　(5)外接元件少，接線簡單。</p><p>　　圖3-5雙電源高阻抗工作時的典型應(yīng)用電路</p><p>　　3.4A/D轉(zhuǎn)換

67、電路</p><p>　　圖3-6 A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　如圖3-6所示，引腳CS、WR和RD分別連接單片機(jī)的P2.1、P2.0以及接地。而DB0~DB7連接單片機(jī)的P3腳。參考電壓VCC為5V，R25和R26分壓后得到輔助參考電壓VREF/2。</p><p>　　本模塊需要實(shí)現(xiàn)以下兩個步驟：</p><p>　　控制ADC0

68、804芯片進(jìn)行正確采樣，讀取采樣結(jié)果；</p><p>　　對采樣值進(jìn)行運(yùn)算變換，算出實(shí)際輸入的電壓值。</p><p>　　ADC0804使用手冊中有其時序圖，如下圖所示：</p><p>　　圖3-7 ADC0804時序圖</p><p>　　ADC轉(zhuǎn)換主要包含下面三個步驟：</p><p>　　1、啟動轉(zhuǎn)換：由圖

69、3-7中的上部分可知，在CS信號為低電平的情況下，將WR引腳先由高電平變成低電平，經(jīng)過至少tW(WR)I 延時后，再將WR引腳拉成高電平，即啟動了一次A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　注：手冊中給出了要正常啟動A/D轉(zhuǎn)換WR的低電平保持時間tW(WR)I的最小值為100ns,</p><p>　　即WR拉低后延時大于100ns即可以，具體做法可通過插入NOP指令或者調(diào)用delay()<

70、;/p><p>　　延時函數(shù)實(shí)現(xiàn)，不用太精確，只要估計(jì)插入的延時大于100ns即可。</p><p>　　2、延時等待轉(zhuǎn)換結(jié)束：依然由圖3-7中的上部分可知，由拉低WR信號啟動A/D采樣后，經(jīng)過1到8個TCLK+INTERNAL Tc延時后，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，因此，啟動轉(zhuǎn)換后必須加入一個延時以等待A/D采樣結(jié)束。</p><p>　　注：手冊中給出了內(nèi)部轉(zhuǎn)換時間“INTE

71、RNAL Tc”的時間范圍為62～73個時鐘周期，因此，延時等待時間應(yīng)該至少為8+73=81個時鐘周期。本試驗(yàn)時鐘頻率約為FCLK=1/1.1RC</p><p>　　=606KHz,其中R為150kΩ，C為150pF,因此時鐘周期約為TCLK=1/FCLK=1.65µs。所以該步驟至少應(yīng)延時81*Tclk=133.65us. 具體做法可通過插入NOP指令或者調(diào)用delay()延時函數(shù)實(shí)現(xiàn)，不用太精確，

72、只要估計(jì)插入的延時大于133.65us即可。</p><p>　　3、讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果：由圖3-7的下部分可知，采樣轉(zhuǎn)換完畢后，在CS信號為低的前提下，將RD腳由高電平拉成低電平后，經(jīng)過tACC的延時即可從DB腳讀出有效的采樣結(jié)果。</p><p>　　注：手冊中給出了tACC的典型值和最大值分別為135ns和200ns，因此將RD引腳拉低后，等待大于200ns后即可從DB讀出有效的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

73、具體做法可通過插入NOP指令或者調(diào)用delay()延時函數(shù)實(shí)現(xiàn)，不用太精確，只要估計(jì)插入的延時大于200ns即可。</p><p>　　對采樣值進(jìn)行運(yùn)算變換，換算出實(shí)際輸入電壓值。對于任何一個A/D采樣器而言，其轉(zhuǎn)換公式如下：</p><p>　　其中，Vout：輸出ADC的數(shù)字電壓值。</p><p>　　Dsample：ADC轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制值。本試驗(yàn)的ADC08

74、04為八位。</p><p>　　Dmax：ADC能夠表示的刻度總數(shù)。ADC0804為八位ADC，因此Dmax==256。</p><p>　　Vref：ADC參考電壓值，本試驗(yàn)ADC0804的Vref即為VCC，被設(shè)置為5V，因此，對于本試驗(yàn)，轉(zhuǎn)換公式為</p><p>　　3.5信號調(diào)理電路設(shè)計(jì)</p><p>　　前一級AD736的輸出

75、信號最大幅值為200mV，后一級ADC0804的分辨率為5V/256即19.5mV，且具有±1LSB的誤差，直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換會降低測量精度。所以要想達(dá)到測量誤差±0.4，就要把AD736的輸出信號放大到5V以上才行。信號調(diào)理電路正是要完成此功能，此電路由集成運(yùn)放741、R27、R28、R29以及正負(fù)5V電源組成的同相放大器，對輸入信號進(jìn)行25倍（1+R29/R28）的同相放大。</p><p>

76、;　　圖3-8 信號調(diào)理電路</p><p><b>　　4芯片介紹</b></p><p>　　4.1 AD736工作原理及管腳功能</p><p>　　4.1.1AD736各管腳功能</p><p>　　AD736采用雙列直插式8腳封裝，其內(nèi)部框圖如圖4-1所示。它主要由輸入放大器、全波整流器、有效值單元（又稱有效值

77、芯子RMS CORE）、偏置電路、輸出放大器等組成。芯片的2腳為被測信號VIN輸入端，工作時，被測信號電壓加到輸入放大器的同相輸入端，而輸出電壓經(jīng)全波整流后送到RMS單元并將其轉(zhuǎn)換成代表真有效值的直流電壓，然后再通過輸出放大器的Vo端輸出。偏置電路的作用是為芯片內(nèi)部各單元電路提供合適的偏置電壓。</p><p>　　圖4-1 AD736的內(nèi)部框圖</p><p><b>　　

78、各管腳的功能如下：</b></p><p>　　+Vs：正電源端，電壓范圍為2.8～16.5V；</p><p>　　-Vs：負(fù)電源端，電壓范圍為-3.2～-16.5V；</p><p>　　Cc：低阻抗輸入端，用于外接低阻抗的輸入電壓，通常被測電壓需經(jīng)耦合電容Cc與此端相連，通常Cc的取值范圍為10～20μF.當(dāng)此端作為輸入端時，第2腳VIN應(yīng)接到CO

79、M；</p><p>　　Vin：高阻抗輸入端，適合于接高阻抗輸入電壓，一般以分壓器作為輸入級，分壓器的總輸入電阻可選10MΩ，以減少對被測電壓的分流。該端有兩種工作方式可選擇：第一種為輸出AC+DC方式。該方式將1腳（Cc）與8腳（COM）短接，其輸出電壓為交流真有效值與直流分量之和；第二種方式為AC方式。該方式是將1腳經(jīng)隔直電容Cc接至8腳，這種方式的輸出電壓為真有效值，它不包含直流分量。</p>

80、<p><b>　　COM：公共端；</b></p><p><b>　　Vo：輸出端；</b></p><p>　　Cf：輸出端濾波電容，一般取10μF；</p><p>　　Cav：平均電容。它是AD736的關(guān)鍵外圍元件，用于進(jìn)行平均值運(yùn)算。其大小將直接響應(yīng)到有效值的測量精度，尤其在低頻時更為重要。多數(shù)情

81、況下可選33μF。</p><p>　　4.1.2AD736工作原理</p><p>　　為了更好的理解AD736的工作原理，結(jié)合平均電容Cav和濾波器Cf,重新畫出它的框圖（如圖4-2所示），以便使其信號流向更清楚。</p><p>　　圖4-2 AD736簡化框圖</p><p>　　AD736的輸入是通過一個用作單位增益緩沖器的運(yùn)放來引

82、入的。這個緩沖器有兩種用法，一種是用作高阻抗輸入緩沖器（通過PIN2引入被測信號），另外一種就是用作低阻抗輸入緩沖器（通過PIN1引入被測信號）。用作低阻抗輸入時 ，可提供的動態(tài)范圍要比用作高阻抗緩沖時寬，所需輸入電流小，適于要求低輸入阻抗的應(yīng)用場合。本設(shè)計(jì)為高阻抗輸入。  這個緩沖器的輸出接至全波整流器即絕對值電路，反過來，全波整流器的輸出又接至一個平方器/除法器（RMS核心部分），此平方/除法器的輸出又接至輸出

83、放大器的反相輸入端（引腳3）。這樣，可以在引腳3和引腳6（輸出）之間跨接一個電容Cf，這個電容和內(nèi)部8kΩ反饋電阻并聯(lián)組成一個有一個極點(diǎn)的低通濾波器。</p><p>　　AD736所需的平均電容（Cav）跨接在腳4（-VS）和腳5（Cav）之間，這樣電容Cav就是跨接在RMS核心阻件中的三極管的基極發(fā)射極之間，這就意味著和平均電容Cav并聯(lián)的電阻是一個二極管的電阻，因此，這個就和信號電平有直接的關(guān)系，這就是時間

84、常數(shù)和RMS值成反比的原因。由于外接的平均電容Cav在RMS計(jì)算過程中保持著經(jīng)過整流器的輸入信號和電壓，因此電容CAV的值就直接影響測量精度，特別是在測試信號的頻率低時，電容器的值越大，誤差越小，同樣，由于平均電容看起來是接在平方/除法器的基極—發(fā)射極組成的PN結(jié)之間的，PN結(jié)的電阻隨信號電平的變化而變化，這樣平均時間常數(shù)將隨輸入信號的變小而線性增大。因此，當(dāng)信號電平變小時，由于平均電路的非理想性而造成的誤差就會變小，電路穩(wěn)定至新的RM

85、S電平所需的時間也就增加，這樣，對于小幅度的輸入信號，測試精度高，但由于放電需要的時間長而使兩次測試之間的等待時間變長。這樣就需要在精度和穩(wěn)定時間之間作出權(quán)衡，多數(shù)情況下可選33μF。 </p><p>　　VOUT=RMS（VIN）這種理想情況是不可能實(shí)現(xiàn)的，相反，實(shí)際的輸出包括直流誤差和紋波分量。直流誤差就是輸出信號（已通過濾波濾去紋波）和理想的直流輸出之間的差，直流誤差只受所用平均電容的影響，采用一個非常大

86、的Cav將減小直流誤差。同樣采用一個大Cf也就消除紋波。  在大多數(shù)情況下，在選擇電容器Cav和Cf的值時，要考慮直流誤差和交流誤差的綜合誤差，這個綜合誤差表征著測量中的最大確定性，因此也稱為“平均誤差（Averaging Error）”，它等于輸出紋波的峰值加上直流誤差。當(dāng)測量信號的頻率變高時，直流誤差和交流誤差會隨之迅速減小，如果頻率增大一倍，直流誤差將變?yōu)樵瓉淼?/2,而交流誤差將變?yōu)樵瓉淼?/4，這樣誤差的

87、影響也就變小了。圖4-3示出了對于不同CAV值的誤差和波峰因數(shù)的關(guān)系曲線。</p><p>　　圖4-3不同CAV值的誤差和波峰因數(shù)的關(guān)系曲線</p><p>　　另外，當(dāng)誤差一定（1%）時，不同的輸入電壓，其帶寬是不相同的，其規(guī)律如下：</p><p>　　VIN=2mV，1%誤差的帶寬為1kHz；</p><p>　　VIN=20mV，1

88、%誤差的帶寬為12kHz；</p><p>　　VIN=200mV，1%誤差的帶寬為30kHz；</p><p>　　4.1.1典型應(yīng)用電路</p><p>　　AD736 有多種應(yīng)用電路形式。圖4-4為雙電源供電時的典型應(yīng)用電路，本設(shè)計(jì)采用了此電路。圖4-5為采用9V電池的供電電路。R1、R2為均衡電阻，通過它們可使VCOM=E/2=4.5V.C1、C2為電源濾波

89、電容。上述圖4-4和圖4-5電路均為高阻抗輸入方式，適合于接高阻抗的分壓器。</p><p>　　圖4-4 AD736在雙電源工作時的應(yīng)用電路 </p><p>　　圖4-5 采用9V單電源時應(yīng)用電路</p><p><b>　　4.1.2注意事項(xiàng)</b></p><p>　?。?）當(dāng)被測交流電壓超過200mVRMS

90、時，必須在AD736前加一級分壓器，以將被測電壓衰減到200mV以內(nèi)。在采用AD736典型電路制作RMS儀表時，可在 AD736的輸出端接1.0級、200mV直流毫伏表，或接3位半數(shù)字電壓表（DVM）。也可利用典型的500型萬用表的直流電壓檔，加上AD736的典型應(yīng)用電路改制成RMS儀表，AD736應(yīng)用電路的電源可取自萬用表內(nèi)的9V電池。 </p><p>　　（2）若要測量交流電流的真有效值，AD73

91、6應(yīng)在前面加一級分流器。此時應(yīng)用AD736可選圖6所示電路。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)高精度真有效值RMS時，還應(yīng)考慮被測電壓的波峰因數(shù)C =VPEAK/VRMS的影響.因此應(yīng)適當(dāng)增大Cav的容量，以延長取平均值的時間，從而減少由 C>2所引起的附加誤差。</p><p>　　4.2 AT89C51 概述：</p><p><b>　　4.2.

92、1簡單概述</b></p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。其可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，

93、AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51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廉的方案。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計(jì)數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，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

94、/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硬件復(fù)位。</p><p>　　4.2.2主要功能特性</p><p>　　(1) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器。 </p><p>　　(2) 32個雙向I/O口；128×8位內(nèi)部RAM 。</p><p>　　(3)

95、2個16位可編程定時/計(jì)數(shù)器中斷，時鐘頻率0-24MHz。 </p><p>　　(4) 可編程串行通道。 </p><p>　　(5) 5個中斷源。 </p><p>　　(6) 2個讀寫中斷口線。 </p><p>　　(7) 低功耗的閑置和掉電模式。</p><p>　　(8) 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。</p

96、><p>　　4.2.3 AT89C51的引腳介紹</p><p>　　AT89C51單片機(jī)多采用40只引腳的雙列直插封裝(DIP)方式，其外形及引腳排列如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6 AT89C51引腳圖</p><p><b>　　(1)電源引腳</b></p><p>　　電源引

97、腳接入單片機(jī)的工作電源。</p><p>　　Vcc(40引腳）：+5V電源。</p><p>　　GND(20引腳)：接地。</p><p><b>　　(2)時鐘引腳</b></p><p>　　XTAL1(19引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生器電路的輸入端。</p><p>　　XTA

98、L2(20引腳)：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端。</p><p>　　圖4-7 51單片機(jī)的時鐘電路</p><p>　　(3)復(fù)位RST(9引腳)</p><p>　　在振蕩器運(yùn)行時，有兩個機(jī)器周期（24個振蕩周期）以上的高電平出現(xiàn)在此引腳時，將使單片機(jī)復(fù)位，只要這個腳保持高電平，51芯片便循環(huán)復(fù)位。</p><p>　　圖4-8 51單片

99、機(jī)的復(fù)位電路</p><p>　　(4)/Vpp(31引腳)</p><p>　　為外部程序存儲器訪問允許控制端。當(dāng)它為高電平時，單片機(jī)讀片內(nèi)程序存儲器，在PC值超過0FFFH后將自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器。當(dāng)它為低電平時，只限定在外部程序存儲器，地址為0000H~FFFFH。Vpp為該引腳的第二功能，為編程電壓輸入端。</p><p>　　(5)ALE/(30引腳)&

100、lt;/p><p>　　ALE為低八位地址鎖存允許信號。在系統(tǒng)擴(kuò)展時，ALE的負(fù)跳沿江P0口發(fā)出的第八位地址鎖存在外接的地址鎖存器，然后再作為數(shù)據(jù)端口。為該引腳的第二功能，在對片外存儲器編程時，此引腳為編程脈沖輸入端。</p><p><b>　　(6)(29引腳)</b></p><p>　　片外程序存儲器的讀選通信號。在單片機(jī)讀片外程序存儲器時

101、，此引腳輸出脈沖的負(fù)跳沿作為讀片外程序存儲器的選通信號。</p><p>　　(7) 引腳39-引腳32為P0.0-P0.7輸入輸出腳，稱為P0口。</p><p>　　P0是一個8位漏極開路型雙向I/O口。內(nèi)部不帶上拉電阻，當(dāng)外接上拉電阻時，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負(fù)載電路。通常在使用時外接上拉電阻，用來驅(qū)動多個數(shù)碼管。 在訪問外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲器時，P0口是分時轉(zhuǎn)

102、換的地址(低8位)/數(shù)據(jù)總線，不需要外接上拉電阻。</p><p>　　(8)引腳1-引腳8為P1.0-P1.7輸入輸出腳，稱為P1口，是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/0口。P1口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。</p><p>　　(9)引腳21-

103、引腳28為P2.0-P2.7輸入輸出腳，稱為P2口。</p><p>　　P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接收高8位地址和控制信息。在訪問外部程序和16位外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口送出高8位地址。而在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時其引腳上的內(nèi)容在此期間不會改變。 (10)引腳10-

104、引腳17為P3.0-P3.7輸入輸出腳，稱為P3口。</p><p>　　P3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口能驅(qū)動4個LSTTL負(fù)載，這8個引腳還用于專門的第二功能。端口置1時，內(nèi)部上拉電阻將端口拉到高電平，作輸入用。對內(nèi)部Flash程序存儲器編程時，接控制信息。</p><p>　　表4-1 P3口各位口線與第二功能表</p><p>　　4.3

105、 ADC0804的簡介</p><p>　　4.3.1 ADC0804的邏輯結(jié)構(gòu) </p><p>　　ADC0804是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。</p><p>　　圖4-9 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理框圖</p><p>

106、;　　逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理：轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始轉(zhuǎn)換以后，時鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為10000000。這個數(shù)碼被數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓U0，送到比較器中與Ui進(jìn)行比較。若U0＞Ui,說明數(shù)字過大了，故將最高位的1清除；若 U0 <Ui說明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將最高位的1保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過比較以后確定這個1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止

107、。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。 可見逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱量一個未知質(zhì)量的物體時的操作過程一樣，只不過使用的砝碼質(zhì)量一個比一個小一半。</p><p>　　1) 主要技術(shù)指標(biāo)和特性</p><p>　?。?）分辨率：8位,即分辨率為1/28=1/256，轉(zhuǎn)換值介于0～255之間；</p><p>　?。?）模擬輸入電壓范圍：0～+5

108、V，即0≤Vin≤+5V；</p><p>　　（3）轉(zhuǎn)換時間： 取決于芯片時鐘頻率，如CLK=500kHz時，T=128μs，CLK=640kHz時，T=100μs；</p><p>　?。?）存取時間：135μs；</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)換誤差小于±1LSB。（least significant bit 最低有效位）；</p>&l

109、t;p>　　（5）：工作電壓為+5V，即VCC=+5V；</p><p>　?。?）參考電壓：2.5V，即VREF/2=2.5V；</p><p>　?。?）三態(tài)鎖定輸出。</p><p>　　4.3.2 ADC0804的引腳</p><p>　　圖4-8 ADC0804外部引腳圖</p><p>　　CS:芯片

110、選擇信號，低電平有效。</p><p>　　RD:外部讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制輸出信號。RD為高時，DB0~DB7為高阻態(tài)；RD為低時，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)才會輸出。</p><p>　　WR:用來啟動轉(zhuǎn)換的控制輸入，當(dāng)WR由高變低時轉(zhuǎn)換器被清除；當(dāng)WR由低變高時，轉(zhuǎn)換正式開始。</p><p>　　CLK IN、CLK R:時鐘輸入或接震蕩原件R、C，頻率約限制在100kHz~14

111、60kHz，如果使用RC震蕩電路則其震蕩頻率為1/(1.1RC)。</p><p>　　INTR:中斷請求信號輸出，低電平動作。</p><p>　　VIN(+)、VIN(-)：差動模擬電壓輸入。輸入單端正電壓時，VIN(-)接地;而差動輸入時，直接加入VIN(+)、VIN(-)。</p><p>　　AGND、DGND:模擬信號以及數(shù)字信號的接地。</p&g

112、t;<p>　　VREF/2:輔助參考電壓。</p><p>　　DB0~DB7:8位的數(shù)字輸出。</p><p>　　VCC:電源供應(yīng)以及作為電路的參考電壓。</p><p>　　4.3.3 ADC0804應(yīng)用說明 </p><p>　?。?）ADC0804 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C51 單片機(jī)直接相連。 <