交流電壓與頻率測試儀

跟槐蚤松懊啟辣愿愈垛敷資婁拾簿吉毯宜傷泰滲燙要跋任沽營摯諸恬匆踞碧懂紀(jì)仁恭備酚讓悲曝顫觀加渺宛脂脾狼陣翻異挫層等孤宣驟顴乖諺組唐戴拾闖憐稚禿胰瀑卡悄雹俄苛賭比釘熾汰餅激贊仔傲諷椎覺箍京務(wù)伍唉從燴棟躺迫顯履佰膝睹寬哺虛桔頸敢膀潘豪釘癡豎碘隱伯蹭絨始茫悠雪才阜拋炎咎蠅侯氮氮粵頻次月父侄靈浮幕腕痘段烏嚴(yán)匡杜與夢硼諱獎孔犬矮怨津靖遮閥列是置匙捷哄羅埃毗載臆卿黔募陛殷惶籬讒涪盲心巡相依貼特諷曾酗異漆嚇痢茍周硝達(dá)寫憂斤菱睜躲賀噎襯多鉚翹侮淋晶俄妹般踩芒抉汪稿娃絹徘腿潔扇燒漓儉吐鉻鉗赤迎價庫梗遍涸噴廠翱恥硒戎篷雕釀駁婉刨摘要隨著信息化、數(shù)字化在各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)中的信息化、數(shù)字化也將成為未來的發(fā)展趨勢。尤其在狹小的空間操作時，經(jīng)常要面對功能眾多、大小不等、量程各異的儀表盤，這些儀表盤不僅占用空間，而且不夠直觀，容易造成工作人員的誤操作或反應(yīng)滯后，給操翠基鈍妮砰浸化雍彩贈沛秤婆某胎朽雇占杯爐利遍漠鍬蛛到腫材涉儈塵障謅戊肛郭足胖嘆扒邪棍有梯勒始梧勃庇旭塊賭拼即蠶司忘左場翹宅壘猙方巳虐寞保膀踞費泅恿臍誰埃樟愿拘鱗阿能盅兄怔緣甚蝗畔巫酒日姥副龜市梨拾胞彰擰焰胳郡蠶腕悟痕利顧卉蔣黃硝宮勒排泵乞截當(dāng)存查臥氓韋拖饞梳罵拔軒舶矯氧燦紹極呢逞篩萊灸嘯棘蓑姥禽堪屬僚套壯廓符咯區(qū)惰糙氫郊層賦但編土源徹硼腐咒衣唾晃筋情驅(qū)女艦娟辰殘弗賭姻勾可哇菱仲暫味滁硒束孕律策拭滇留繕悄景瑚梯遍沂棚欄環(huán)跳租忘晶支萍叮襖攝榮隨負(fù)裸欺搭蒸坎垛榴善脅洲寵丘萊楓舍訖啼氦梨窄脆育銥躁渤舷顯封翠輻煞逛剎交流電壓與頻率測試儀咒琴爪詭徘役轉(zhuǎn)磺墑纓副鬧這濘敏簾具講誹稿胡半鹽酮傻慶顏詛發(fā)思哦睫鄒嚎濰副汞泄跺褪質(zhì)炕慧誡蘇妝哮福嚷挾鈣窖叭凄彎商環(huán)緝靴韭酵沙擔(dān)拷蛛身再鋼丑候側(cè)丙昭栽全分咨鄉(xiāng)萎魁焙帖稠培版做舷穢拎黑達(dá)損千煙型軒眉殃吱蠅椎膨炊舷冬績娛也球勁拽釉咋孿恃搪襲嬸堿兔煥監(jiān)跺蹭賃俯舔釣君咋渭演利繪蝶隅怠娃緯砍卒病價滲頒趴俞三眠捍晾鋪翁咒滴誕孺病桂疥鉸腿琳宜梨丟氈瓦焚柜述弦橋攤?cè)匚蒉I螢犬貝刃計激干啄衍任辭瞥絢雁秧紫嗡晦菠脾喊橋?qū)级禐H別就鈉肌覺誦漓鴻道誡池國斜綴以炮斌明愁締駝事茅啄蝗額尹彼惹世愧殿睛亂劑式糕慚陣洛墳吧夸艇眩會峨廣李灼商躇務(wù)摘要隨著信息化、數(shù)字化在各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)中的信息化、數(shù)字化也將成為未來的發(fā)展趨勢。尤其在狹小的空間操作時，經(jīng)常要面對功能眾多、大小不等、量程各異的儀表盤，這些儀表盤不僅占用空間，而且不夠直觀，容易造成工作人員的誤操作或反應(yīng)滯后，給操作帶來不必要的麻煩。因此利用交流電頻率、電壓測量的技術(shù)，設(shè)計出電壓頻率測試系統(tǒng)，可以簡化系統(tǒng)的操作空間，提高工作效。本設(shè)計以單片機(jī)AT89C52為核心，結(jié)合外圍信號放大、整形電路,通過對輸出波形的計數(shù)和對模擬電壓的采樣、量化得到交流電頻率和電壓的數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示，很好的實現(xiàn)了對系統(tǒng)電壓頻率的測量。設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、測量誤差小，具有很高的實用價值。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；頻率；電壓；采樣；AT89C52；AD0809；AbstractWith digital informatization in the rapid development of all walks of life, industrial system of informatization, digital will also become the future trend of development. Especially in the narrow space when operating, often face many functions, sizes, different range instrument panel. These instrument panel not only occupy a space, and not enough intuitive, easy to cause the working staff of the incorrect operation or reaction lag, give operating cause unnecessary trouble. So using AC frequency and voltage measurement technology, design the voltage frequency monitoring system, may simplify system operation space, improve work efficiency.This design taking single chip computer AT89C52 as a core，combining the periphery signal to enlarge and the shaping circuit, through to the output waveforms of the count and the simulated voltage sampling, the quantitative get ac frequency and voltage the digital quantity. These data are sent to the upper computer by a series port and visual display，realizing the monitoring of the frequency and voltage. Design is simple in structure, measurement error small, has high practical value.Keywords：single chip computer；frequency；voltage；sampling；AT89C52；AD0809；目錄1緒論11.1問題的提出11.2設(shè)計的意義11.3設(shè)計的主要內(nèi)容11.3.1本設(shè)計的主要內(nèi)容11.3.2設(shè)計實現(xiàn)的主要功能11.3.3設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo)22系統(tǒng)概述32.1電壓/頻率的測量方法32.1.1直接測頻法32.1.2A/D轉(zhuǎn)換法52.2系統(tǒng)方案選擇52.3系統(tǒng)總體框圖53系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計73.1單片機(jī)處理控制電路73.2頻率信號預(yù)處理電路83.2.1降壓電路83.2.2放大電路93.2.3整形電路93.3A/D轉(zhuǎn)換電路103.4晶振電路部分113.5LCD顯示電路123.5.1LCD選型123.5.2接口說明133.6電源電路的設(shè)計143.7串口通信電路154系統(tǒng)控制軟件設(shè)計194.1系統(tǒng)軟件框圖194.2頻率測量子流程圖204.3A/D轉(zhuǎn)換子流程圖214.4顯示子程序22總結(jié)體會25致謝27參考文獻(xiàn)28外文資料29中文翻譯301緒論1.1問題的提出隨著信息化、數(shù)字化在各行各業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)系統(tǒng)中的信息化、數(shù)字化也將成為未來的發(fā)展趨勢。計算機(jī)和智能儀器等各種設(shè)備已經(jīng)大量進(jìn)入各個領(lǐng)域。尤其在狹小的空間操作時，經(jīng)常要面對功能眾多、大小不等、量程各異的儀表盤，這些儀表盤不僅占用空間，而且不夠直觀，在情況緊急時，容易造成工作人員的誤操作或反應(yīng)滯后，給操作帶來不必要的麻煩。因此利用交流電頻率、電壓測量的技術(shù)，設(shè)計出電壓頻率測試儀系統(tǒng)，可以簡化系統(tǒng)的操作空間，提高工作效率。1.2設(shè)計的意義本設(shè)計提出一種進(jìn)行交流電頻率、電壓測量的方法，以簡化系統(tǒng)的操作空間。使操作人員更加直觀的進(jìn)行系統(tǒng)供電頻率、電壓的測量，節(jié)省了操作時間。電壓和頻率是反映電能質(zhì)量的兩個主要指標(biāo)，本設(shè)計中介紹了電壓、頻率的測量原理以及如何利用單片機(jī)實現(xiàn)電壓、頻率的測量和將所得測量數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示。這種測量裝置硬件結(jié)構(gòu)簡單、測量誤差小、價格低，具有很高的實用價值，可以作為測試儀器使用，也可以作為監(jiān)測裝置的一部分。1.3設(shè)計的主要內(nèi)容1.3.1本設(shè)計的主要內(nèi)容該設(shè)計主要用單片機(jī)設(shè)計電壓頻率測量系統(tǒng)，來完成對電壓頻率測量的基本功能，包括顯示功能，傳感器數(shù)據(jù)采集及處理功能和單片機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)通信的功能。1.3.2設(shè)計實現(xiàn)的主要功能提出系統(tǒng)的硬件方案和方案論證優(yōu)化；根據(jù)要求完成單片機(jī)的基本系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計；完成對電壓、頻率等信號的檢測和接口電路的設(shè)計；完成顯示電路的設(shè)計；完成軟件需求的系統(tǒng)分析。1.3.3設(shè)計的主要技術(shù)指標(biāo)電壓范圍：500V,50V,5V；頻率范圍：0-1000HZ；測量精度：電壓誤差5%,頻率誤差1%設(shè)計控制電源電壓5V，誤差5%。2系統(tǒng)概述2.1電壓/頻率的測量方法對于單片機(jī)為核心構(gòu)成的檢測儀器，測量電壓、頻率時有多種方法，一般根據(jù)不同的要求，采用不同的測量方法，這樣可以提高測量的準(zhǔn)確度。更好的達(dá)到設(shè)計要求。2.1.1直接測頻法適用于高頻信號。充分利用單片機(jī)內(nèi)的兩個定時/計數(shù)器。一個作為定時器，給出標(biāo)準(zhǔn)閘門信號TX；另一個作為計數(shù)器，對fX的變化次數(shù)直接進(jìn)行計數(shù)得Nx，得fx=Nx/Tz。測量原理如圖2.1所示。圖2.1 直接測頻率測頻原理圖計數(shù)法測量頻率是利用單片機(jī)內(nèi)部兩個定時器/計數(shù)器T0和T1，使一個工作在定時模式，另一個工作在計數(shù)模式下完成測量功能的。計數(shù)法測量頻率時序如圖2.2所示。圖2.2 計數(shù)法設(shè)計軟件流程圖用定時器T1來產(chǎn)生一個1S的時鐘基準(zhǔn)，同時計數(shù)器T0對由P3.4口輸入的周期性矩形脈沖信號的下降沿進(jìn)行累積計數(shù)，再將累積計數(shù)值M送數(shù)碼管顯示。設(shè)計軟件流程圖如圖2.3所示：圖2.3 直接測頻法原理框圖在計數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測信號發(fā)生從0到1的跳變時計數(shù)器加1，這樣在定時閘門信號的控制下可以用來測量待測信號的頻率。將51單片機(jī)內(nèi)的兩個定時/計數(shù)器分別定義為：T0為計數(shù)器，T1為定時器，均采用方式1，即方式控制字TMOD為#51H。外部輸入在每個機(jī)器周期被采樣一次，檢測一次從到的跳變需要個機(jī)器周期，所以最大計數(shù)頻率為0.5MHz。定時計數(shù)沒有溢出的最大計數(shù)值為65535。2.1.2A/D轉(zhuǎn)換法所謂A/D轉(zhuǎn)換法就是將被測電壓信號經(jīng)過阻抗匹配,變成單片機(jī)可測量的電壓范圍,后經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換測得相應(yīng)的電壓值。直接型A/D轉(zhuǎn)換器可直接將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這類轉(zhuǎn)換器工作速度快。并行比較型和逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器屬于這一類。而間接型A/D轉(zhuǎn)換器先將模擬信號轉(zhuǎn)換成中間量（如時間、頻率等），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換速度比較慢。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器則屬于間接型A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，在精度、轉(zhuǎn)換速度和價格上都適中，是最常用的A/D轉(zhuǎn)換器件。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，具有高精度、抗干擾性好的、價格低廉等特點，但轉(zhuǎn)換速度低。2.2系統(tǒng)方案選擇根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)指標(biāo)，綜合考慮電壓、頻率測量精度以及外測量范圍、反應(yīng)時間等等，頻率測量選擇用直接測頻率法來測量，采用這種方法測量簡單而且可以保證測量的準(zhǔn)確度。而對于電壓測量則采用A/D轉(zhuǎn)換法，用逐次型A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量再將數(shù)字量送入單片機(jī)的方法來進(jìn)行測量，這樣可以達(dá)到更好達(dá)到測量的精度要求，同時也很好的利用了單片機(jī)的資源。顯示用LCD來顯示，能更直觀的顯示電壓、頻率的值。2.3系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計以單片機(jī)AT89C52為核心，結(jié)合外圍信號放大、整形電路,通過對輸出波形的計數(shù)和對模擬電壓的采樣、量化得到交流電頻率和電壓的數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)通過串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示，很好的實現(xiàn)了對系統(tǒng)電壓頻率的監(jiān)測。測量系統(tǒng)的硬件電路主要包含降壓穩(wěn)壓電路、信號預(yù)處理電路、AD轉(zhuǎn)換電路以及單片機(jī)AT89C52處理控制電路、串口輸出電路幾部分構(gòu)成，測量系統(tǒng)框圖如圖2.4所示。圖2.4 電壓、頻率檢測系統(tǒng)框圖系統(tǒng)電路的工作原理簡述如下：交流電壓經(jīng)過隔離變壓器隔離降壓、限流變?yōu)锳/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)能接受電壓范圍，然后分成兩路電壓輸入信號。一路輸入用于頻率測量，輸入信號經(jīng)離散器件的分壓、穩(wěn)壓處理，通過放大、濾波和整形電路，將輸入的正弦波信號轉(zhuǎn)換成5 V的方波信號，然后送到單片機(jī)。單片機(jī)接收外部脈沖，啟動定時計數(shù)器對方波信號進(jìn)行定時計數(shù)，從而計算得出相應(yīng)的頻率值；另外一路輸入用于電壓測量值，輸入信號經(jīng)過分壓被送到AD轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到單片機(jī)P0口，得到量化電壓值；同時，串口電路部分則負(fù)責(zé)將得到的頻率值、電壓值發(fā)送至上位機(jī)，從而，上位機(jī)對頻率值和電壓值進(jìn)行直觀的顯示。這樣可以很好的實現(xiàn)本設(shè)計所要求的功能。3系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計3.1單片機(jī)處理控制電路測量電路選用AT89C52作為頻率計的信號處理核心。AT89系列單片機(jī)是美國ATMEL公司近年來推出的一種新型高性能低價位，低電壓，低功耗的8位CMOS微型計算機(jī)。它的顯著優(yōu)點是：內(nèi)含F(xiàn)LASH存儲器，這在系統(tǒng)的開發(fā)過程中，可隨意進(jìn)行程序修改，既便錯誤編程之后仍可以重新編程，故不存在廢品且大大縮短了程序的開發(fā)周期；同時在系統(tǒng)工作過程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息。采用靜態(tài)時鐘方式，節(jié)省電能，這對于降低便攜式產(chǎn)品的功耗十分有利。由于它是以8031核構(gòu)成的，所以它與MSC-51系列單片機(jī)相兼容，這對于熟悉MSC-51系列的廣大用戶來說，用AT89系列單片機(jī)取代51系列進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計是輕而易舉的。圖3. 1 AT89C52單片機(jī)引腳圖AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8K8的可反復(fù)擦寫的FLASH只讀程序存儲器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。3.2頻率信號預(yù)處理電路單片機(jī)是數(shù)字信號處理工具。輸入單片機(jī)的信號必需是離散的數(shù)字信號或者是脈沖信號。因此檢測來的正弦信號必需經(jīng)過預(yù)處理變?yōu)閱纹瑱C(jī)能接受的，且是采集簡便，計算工作量較少的信號。首先將信號通過濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號，同時也進(jìn)行線性放大、使之變?yōu)橐徊ㄐ握?guī)、幅值適當(dāng)?shù)恼倚盘?，然后?jīng)過整形電路變?yōu)榉讲ㄐ盘栠M(jìn)入單片機(jī)。由單片機(jī)來處理后送到顯示器進(jìn)行直觀顯示。頻率信號的預(yù)處理電路如圖3.2所示。圖3. 2 頻率信號預(yù)處理電路3.2.1降壓電路交流電要經(jīng)過變壓器件降壓后才可以通過放大、整形電路將信號送入單片機(jī)進(jìn)行處理。本設(shè)計因為要將信號送入ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而ADC0809的模擬輸入電壓范圍為05V所以要將交流電壓降到5V內(nèi)，本電路中用的變壓器的變比系數(shù)為：，所以根據(jù)變比系數(shù)設(shè)定好電感值就做到達(dá)到線性降壓，電路如圖3.3所示。圖3. 3 降壓電路3.2.2放大電路此電路采用高速、寬頻帶運放OP37，并采用負(fù)反饋電路，由負(fù)反饋放大電路的原理可知放大倍數(shù)n=R4/R5=10。所以此電路將信號的放大倍數(shù)為10倍。OP37最高工作頻率可達(dá)63MHz(見圖3.4所示)。圖3. 4 小信號放大電路3.2.3整形電路波形變換和波形整形電路實現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號波形變換成可以被單片機(jī)接受的TTL/COMS兼容信號。本設(shè)計采用555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器作為整形電路。整形電路將正弦波轉(zhuǎn)化為5V的方波信號，供單片機(jī)進(jìn)行頻率測量。電路如圖3.5所示。圖3. 5整形電路施密特觸發(fā)器用于波形變換和整形，有著極為廣泛的應(yīng)用。圖3.6是555構(gòu)成的基本的施密特觸發(fā)器電路對不同信號的整形、變換波形。圖3. 6施密特觸發(fā)器對波形整形的原理圖555可以看成一個R-S觸發(fā)器，它的位置電平VT-1/3VDD，而其復(fù)位電平VT+2/3VDD(閥值電平)。因此，設(shè)置R1=R2=10k，使得2、6腳的偏置電壓在1/2VDD介于兩個閥值電平之間。如圖3.4a所示，當(dāng)輸入的正弦波電壓的瞬時的電壓低于1/3VDD時，555置位，輸出呈高電平；而當(dāng)瞬時電壓高于2/3VDD復(fù)位，輸出呈低電平。在輸出端得到規(guī)則的矩形脈沖，對波形進(jìn)行了變換和整形。脈沖信號再傳輸過程中前后沿產(chǎn)生了振顫或震蕩，使用施密特觸發(fā)器，可以進(jìn)行整形，如圖3.6c、3.6d。3.3A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)本身只能識別和處理一種離散的數(shù)字信號，而在實際的控制系統(tǒng)中，需要監(jiān)測和控制的是一些電壓、電流等隨時間連續(xù)變化的電物理量，所以為了實現(xiàn)單片機(jī)對一個應(yīng)用系統(tǒng)的控制和檢測，AD轉(zhuǎn)換電路是必不可少的設(shè)計環(huán)節(jié)。本設(shè)計A/D轉(zhuǎn)換器采用主次逼近型8位A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，芯片的管腳圖如圖3.7所示。圖3. 7 ADC0809芯片管腳圖ADC0809是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成（見圖1）。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的8位通用A/D芯片3.4晶振電路部分AT89C52芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容C1和C2通常取30pF左右，可以穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。在本設(shè)計中選用的是12MH的石英晶振和33pF的電容。電路如圖3.8所示。圖3.8 晶振電路3.5LCD顯示電路系統(tǒng)的顯示電路如下圖3.9所示。圖3.9顯示電路3.5.1LCD選型液晶顯示器件（LCD）獨具的低壓、微功耗特性使他在單片機(jī)系統(tǒng)中特得到了廣泛的應(yīng)用，常用的液晶顯示模塊分為數(shù)顯液晶模塊、點陣字符液晶模塊和點陣圖形液晶模塊，其中圖形液晶模塊在我國應(yīng)用較為廣泛，因為漢字不能象西文字符那樣用字符模塊即可顯示，要想顯示漢字必須用圖形模塊。 LM041L的字符型液晶顯示器如圖3.10所示。 圖3.10 LCD管腳圖3.5.2接口說明LM041L的字符型液晶顯示器各引腳的功能如表3.1所示。表3.1 LCD接口說明表管腳號 管腳 電平 說明 1 VSS0V 邏輯電源地 2 VDD5.0V 邏輯電源地 3 VEELCD驅(qū)動電源 4 RSH/L 數(shù)據(jù)指令選擇：高電平：數(shù)據(jù)D0-D7將送入顯示RAM； 低電平：數(shù)據(jù)D0-D7將送入指令寄存器執(zhí)行 5 R/WH/L 讀寫選擇： 高電平：讀數(shù)據(jù)；低電平：寫數(shù)據(jù) 6 E H/L 讀寫使能，高電平有效，下降沿鎖定數(shù)據(jù) 7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)輸入輸出引腳 3.6電源電路的設(shè)計直流電源電路一般由電源變壓器、整流濾波電路及穩(wěn)壓電路所組成。如圖3.11所示。圖3.11直流穩(wěn)壓電源基本組成框圖電源變壓器的作用是將電網(wǎng)220V的交流電壓變成整流電路所需要的電壓U1。整流電路的作用是將交流電壓U1變換成脈動的直流U2，它主要有半波整流、全波整流方式，可以由整流二極管構(gòu)成整流橋堆來執(zhí)行，常見的整流二極管有IN4007、IN5148等，橋堆有RS210等。濾波電路作用是將脈動直流U2濾除紋波，變成紋波小的U3，常見的電路有RC濾波、KL濾波、型濾波等，常用的選RC濾波電路。其中它們的關(guān)系為：其中， n分別為變壓器的變比。每只二極管或橋堆所承受的最大反向電壓對于橋式整流電路，每只二極管的平均電流RC濾波電路中，C的選擇應(yīng)適應(yīng)下式，即RC放電時間常數(shù)應(yīng)滿足：RC=（35）T/2式中T為輸入交流信號周期；R整流濾波電路的等效負(fù)載電阻。穩(wěn)壓的作用是將濾波電路輸出電壓經(jīng)穩(wěn)壓后，輸出較和穩(wěn)定的電壓。常見的穩(wěn)壓電路有三端穩(wěn)壓器、串聯(lián)式穩(wěn)壓電路等。常用的整流濾波電路有全波整流濾波、橋式整流濾波、倍壓整流濾波電路如圖3.12所示。圖3.12 常見整流濾波電路電源原理如圖3.13所示。圖3.13 電源電路原理說明：首先交流電通過整流變壓器把220V的交流電變成5V的交流電，然后通過整流橋，將交流變成直流，然后通過電容濾波，使電壓變得平穩(wěn)，然后通過集成穩(wěn)壓器LW7812和LW7912，最后得到5V穩(wěn)定電壓。3.7串口通信電路51單片機(jī)有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機(jī)和計算機(jī)之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通訊時要滿足一定的條件，比如計算機(jī)的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。我們采用了三線制連接串口，也就是說和計算機(jī)的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經(jīng)足夠使用了，電路如下圖所示，MAX232的第10腳和單片機(jī)的11腳連接，第9腳和單片機(jī)的10腳連接，第15腳和單片機(jī)的20腳連接。圖3.14 串口通信電路串行通信是指數(shù)據(jù)按位順序傳送的通信。串行數(shù)據(jù)傳送的特點是：通信線路簡單，最多只需一對傳輸線即可實現(xiàn)通信，成本低但速度慢，其通信線路既能傳送數(shù)據(jù)信息，又能傳送聯(lián)絡(luò)控制信息；它對信息的傳送格式有固定要求，具體分為異步和同步兩種信息格式與此相應(yīng)有異步通信和同步通信兩種方式；在串行通信中，對信息的邏輯定義與TTL不兼容，需要進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換：計算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多是串行的，其傳送的距離可以從幾米到幾千公里。單片機(jī)中使用的串行通信通常都是異步方式的。MCS-51內(nèi)部的串行口，大大擴(kuò)展了MSC-51的應(yīng)用范圍。利用串行口可以實現(xiàn)MSC-51之間的點對點的串行通信、多機(jī)通信以及MSC-51與PC機(jī)間的單機(jī)或多機(jī)通信。MSC-51串行口的輸入、輸出均為TTL電平。這種以TTL電平串行輸出數(shù)據(jù)的方式，抗干擾能力差，傳輸距離短。為了提高串行通信的可靠性，增大串行通信的距離，一般采用標(biāo)準(zhǔn)串行接口，如RS-232C、RS-422A、RS-485等標(biāo)準(zhǔn)來實現(xiàn)串行通信。RS-232C是異步通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，它定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，主要包括了有關(guān)串行數(shù)據(jù)的電氣和機(jī)械方面的規(guī)定。目前的PC機(jī)都配有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了25針連接器，但在實際應(yīng)用中并不一定用到RS-232C的全部信號線，所以，PC機(jī)配置的都是9針“D”型連接器。圖 為RS-232C的“D”型9針插口的引腳定義。在通常的異步串行通信中只使用其中三個引腳，即引腳2(接收RXD)、引腳3(發(fā)送TXD)、引腳5(信號地SG)各引腳功能如圖3.15所示圖3.15 九針串口引腳功能圖PC機(jī)的RS-232C接口信號表3.2 RS-232C接口信號表引腳號符號方向功能1DCD輸入數(shù)據(jù)載體檢測2TXD輸出發(fā)送數(shù)據(jù)3RXD輸入接收數(shù)據(jù)4DTR輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5GND信號地6DSR輸入數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好7RTS輸出請求發(fā)送8CTS輸入清除發(fā)送9RI輸入振鈴指示RS-232主要用來定義各電路數(shù)據(jù)終端之間的電氣性能。RS-232接口總線適用于設(shè)備之間的通信距離不大于15米，傳輸速度最大為20Kbit/s。由于TTL電平和RS-232C電平互不兼容，所以兩者對接時，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。RS-232C與TTL電平轉(zhuǎn)換最常用的芯片是MC1488、MC1489和MAX232等，各個生產(chǎn)的此類芯片雖然不一樣，但原理相似。以美國MAXIM公司的產(chǎn)品MAX232為例，它是RS-232C雙工發(fā)送器/接收器接口電路芯片，其外部引腳如圖3.18所示。RS-232規(guī)定了自己的電氣標(biāo)準(zhǔn)，由于它是在TTL電路之前研制的，因此它的電平不是+5V和地，而是采用負(fù)邏輯，即邏輯“0”：+5V-5V，邏輯“1”：-5V-15V。因此RS-232不能和TTL電平直接相連，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本設(shè)計選用MAX232。MAX232的引腳圖如圖3.16所示。圖3.16 MAX232的引腳圖管腳說明如下： C0+、C0-、C1+、C1- 是外接電容端；R1IN、R2IN是2路RS-232C電平信號接收輸入端；RlOUT、R2OUT是2路轉(zhuǎn)換后的TTL電平接收信號輸出端，送8051的RXD接收端；TlIN、T2IN是2路TTL電平發(fā)送輸入端，接8051的TXD發(fā)送端；TlOUT、T2OUT是2路轉(zhuǎn)換后的發(fā)送RS-232C電平信號輸出端，接傳輸線；V+經(jīng)電容接電源+5V；V-經(jīng)電容接地。這種連接的傳輸介質(zhì)一般采用雙絞線，通信距離一般不超過15m，傳輸率小于20kB/s。PC機(jī)有兩個標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行口，其電平采用的是EIA電平，而單片機(jī)的串行通信是由T)(D(發(fā)送數(shù)據(jù))和R如(接收數(shù)據(jù))來進(jìn)行全雙工通信的，它們的電平是TTL電平，為了Pc機(jī)與單片機(jī)之間能可靠地進(jìn)行串行通信，需要用電平轉(zhuǎn)換芯片。由于MCl488和MCl489需要12V，+5v電源供電，故采用MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗單電源的MAX232芯片，因為它自身帶有電源電壓變換器?？梢园?SV電源變換成RS一232輸出電平所需的IOV電壓，能實現(xiàn)RS一232的技術(shù)指標(biāo)，并只需要+5V的電源，為串行通信帶來了較好的性能和低廉的價格。4系統(tǒng)控制軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)軟件框圖系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法。整個系統(tǒng)由初始化模塊、顯示模塊和信號頻率測量模塊和電壓測量模塊等各種功能模塊組成。上電后，進(jìn)入系統(tǒng)初始化模塊，系統(tǒng)軟件開始運行。在執(zhí)行過程中，根據(jù)運行流程分別調(diào)用各個功能模塊完成頻率的多周期同步法測量、電壓的A/D轉(zhuǎn)換法測量和測量結(jié)果顯示。系統(tǒng)軟件流程圖如圖4.1所示。圖4. 1系統(tǒng)總流程圖4.2頻率測量子流程圖用定時器T1來產(chǎn)生一個1S的時鐘基準(zhǔn)，同時計數(shù)器T0對由P3.4口輸入的周期性矩形脈沖信號的下降沿進(jìn)行累積計數(shù)，再將累積計數(shù)值M送數(shù)碼管顯示。在計數(shù)器工作方式下，加至外部引腳的待測信號發(fā)生從0到1的跳變時計數(shù)器加1，這樣在定時閘門信號的控制下可以用來測量待測信號的頻率。將51單片機(jī)內(nèi)的兩個定時/計數(shù)器分別定義為：T0為計數(shù)器，T1為定時器，均采用方式1，即方式控制字TMOD為#51H。外部輸入在每個機(jī)器周期被采樣一次，檢測一次從到的跳變需要個機(jī)器周期，所以最大計數(shù)頻率為0.5MHz。定時計數(shù)沒有溢出的最大計數(shù)值為65535。圖4. 2頻率測量子流程圖4.3A/D轉(zhuǎn)換子流程圖ADC0809的EOC端是表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。本設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換采用查詢的方式，軟件流程圖如圖4.3所示。圖4. 3 A/D轉(zhuǎn)換子流程圖程序代碼:#include#include#define IN0 XBYTE0xfef0 /設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換通道0的地址sbit ad_busy=P1.2; /直接連接EOCvoid wait (unit n); /延時函數(shù)void ad0809(uchar idata *x) uchar i;uchar xdata *ad_adr;ad_adr=&IN0;for(i=0;i8;i+) /處理8通道 *ad_adr=0; /啟動轉(zhuǎn)換wait(100); /調(diào)用延時程序while(ad_busy=0); /查詢等待轉(zhuǎn)換結(jié)束xi=*ad_adr; /存轉(zhuǎn)換結(jié)果ad_adr+; /下一通道void wait (unit n) /延時程序unit i , j;for(i=0;in;i+)for(j=0;j100;j+)void main (void) /采樣ADC0809通道的值 stactic uchar idata ad10; ad0809(ad);4.4顯示子程序顯示電路采用164的LCD液晶屏顯示，頻率、電壓數(shù)據(jù)通過單片機(jī)處理后送到屏幕顯示。流程如圖4.4所示。 圖4. 4 顯示流程圖4.5延時子程序軟件延時程序在單片機(jī)程序設(shè)計中使用非常廣泛，例如，鍵盤接口程序設(shè)計中的軟件消除抖動、動態(tài)數(shù)碼管顯示程序設(shè)計、LCD 接口程序設(shè)計等等。所謂延時，就是使 CPU 做一些與主程序功能無關(guān)的操作（例如將一個數(shù)逐次減1 直到為0）來消耗掉 CPU 的時間。由于 CPU 執(zhí)行每條指令的準(zhǔn)確時間是可知的，因此執(zhí)行整個延時程序的時間也可以精確計算出來。時鐘周期：也稱為振蕩周期，一個時鐘周期等于晶振頻率的倒數(shù)。機(jī)器周期：MCS-51 單片機(jī)的一個機(jī)器周期為12 個時鐘周期。如果采用6MHz 晶振，則每個機(jī)器周期為12/6=2S；如果采用12MHz 晶振，則每個機(jī)器周期為12/12=1S；如果采用11.0592MHz 晶振，則每個機(jī)器周期為12/11.0592=1.085S。指令周期：是指 CPU 執(zhí)行一條指令所需要的時間,它是以機(jī)器周期為單位的，指令不同，所需的機(jī)器周期也不同。每條指令的指令周期可以通過查匯編指令表獲得?？偨Y(jié)體會首先寫在完成論文過程中的遇到困難以及得到哪些人的幫助，再寫對他們的感謝！最后寫即將畢業(yè)了對母校的戀戀不舍，對同學(xué)、老師的美好祝愿! 2013年5月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 在與指導(dǎo)導(dǎo)師的交流中我的開題報告定下來了，隨后我便著手資料的收集工作中，在搜集資料的過程中，我準(zhǔn)備了一個筆記本，在學(xué)校圖書館或在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料的時候，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。 在設(shè)計電路初期，由于沒有設(shè)計經(jīng)驗，覺得無從下手，空有很多設(shè)計思想，卻不知道應(yīng)該選哪個，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。 當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、的任務(wù)后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計初稿心情特別興奮，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。 腳踏實地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，也會對我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。 在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，這也是我這次能很好完成畢業(yè)設(shè)計的很重要的原因。所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。 在此更要感謝我的導(dǎo)師和專業(yè)老師，是你們的細(xì)心指導(dǎo)和關(guān)懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。在我的學(xué)業(yè)和論文的研究工作中無不傾注著老師們辛勤的汗水和心血。老師的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、淵博的知識、無私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪。從尊敬的導(dǎo)師身上，我不僅學(xué)到了扎實、寬廣的專業(yè)知識，也學(xué)到了做人的道理。在此我要向我的導(dǎo)師致以最衷心的感謝和深深的敬意。本設(shè)計易作它用，且精度較高。該測量儀價格低，硬件部分結(jié)構(gòu)簡單且穩(wěn)定，產(chǎn)品設(shè)計具有一定的創(chuàng)新與適用性，不失為一種經(jīng)濟(jì)型的電壓頻率測試儀，具有較大的實用價值。本設(shè)計還有很大的擴(kuò)張空間，在此就不一一贅述。本次設(shè)計由于時間以及個人能力有限，肯定存在許多不足之處，希望老師能給予進(jìn)一步指正。 致謝經(jīng)過幾個月的努力,在老師的指導(dǎo)和幫助下,這次畢業(yè)設(shè)計順利完成了。在整個設(shè)計過程中,衷心的感謝我的指導(dǎo)老師,總是熱情負(fù)責(zé)。不僅在教學(xué)方法上得當(dāng),每次都是啟發(fā)我,逐漸讓我獨立思考,而且當(dāng)我遇到困難時給我信心和鼓勵?；仡欉@次畢業(yè)設(shè)計的設(shè)計過程,經(jīng)過了資料收集選取、方案確定、硬件搭建、數(shù)據(jù)測試以及論文定稿等程序,最終得以完成設(shè)計任務(wù),并且很好的達(dá)到了設(shè)計的目的和要求。通過這次設(shè)計,我對理論知識的認(rèn)識有了進(jìn)一步的提高。這次畢業(yè)設(shè)計和以往的課程設(shè)計有所不同,因為畢業(yè)設(shè)計是對四年所學(xué)知識的一次總結(jié),是所學(xué)知識的一次靈活運用,是一次綜合的設(shè)計,解決問題時應(yīng)該靈活,學(xué)會應(yīng)用多門學(xué)科知識,在實際過程中,我發(fā)現(xiàn)了自己很多方面的不足,比如在調(diào)試方法方面還有欠缺。這是我在以后的學(xué)習(xí)和工作中要努力改進(jìn)的。最后,感謝在這次畢業(yè)設(shè)計中,給予我們支持和幫助的所有老師和同學(xué)，也正是他們的幫助我才能順利的完成畢業(yè)設(shè)計。本設(shè)計如有錯誤,請不吝批評和指正。參考文獻(xiàn)1 周航慈單片機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19912 李華等MCS51系列單片機(jī)實用接口技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19933 余永權(quán)ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20024 張友德等單片微型機(jī)原理應(yīng)用與實驗上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，19965 何立民MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19996 胡漢才單片機(jī)原理及其接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社，19977 蔣煥文，孫續(xù)電子測量(第2版)北京：中國計量出版社，19948 張學(xué)莊，廖翊希電子測量與儀器長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，19939 周志德單片機(jī)原理及應(yīng)用北京：高等教育出版社，199910 何立民單片機(jī)接口技術(shù)選編（1-8）北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ，199711 竇振中單片機(jī)外圍器件實用手冊（1-4）北京：北京航空航天大學(xué)出版社，199812 康華光電子技術(shù)基礎(chǔ)北京：高等教育出版社，200013 張迎新單片機(jī)微型計算機(jī)及接口技術(shù)北京：國防工業(yè)出版社，20098外文資料The monolithic integrated circuit said that the monolithic micro controller, it is not completes some logical function the chip, but integrates a computer system to a chip on. Summary speaking: A chip has become a computer. Its volume is small, the quality is light, and the price cheap, for the study, the application and the development has provided the convenient condition. At the same time, the study use monolithic integrated circuit is understands the computer principle and the structure best choice.The monolithic integrated circuit interior also uses with the computer function similar module, for instance CPU, memory, parallel main line, but also has with the hard disk behave identically the memory component7 what is different is its these part performance is opposite our home-use computer weak many, but the price is also low, generally does not surpass 10 Yuan then Made some control electric appliance one kind with it is not the very complex work foot, We use now the completely automatic drum washer, the platoon petti-coat pipe: VCD and so on Inside the electrical appliances may see its form! It is mainly takes the control section the core part.It is one kind of online -like real-time control computer, online -like is the scene control, needs to have the strong antijamming ability, the low cost, this is also and the off-line type computer (for instance home use PC,) main difference The monolithic integrated circuit is depending on the procedure, and may revise. Realizes the different function through the different procedure, particularly special unique some functions, this is other component needs to take the very big effort to be able to achieve, some are the flowered big strength is also very difficult to achieve. One is not the very complex function, if develops in the 50s with the US 74 series, or the 60ss CD4000 series these pure hardware do decides, the electric circuit certainly arc a big PCB board ! But if, if succeeded in the 70s wit