【正文】 穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果 10 使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。 10F。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。本設(shè)計(jì)采用前一種方法，選用 33pF 的電容和12MHz 的石英晶體相配合，這樣可以提供準(zhǔn)確而又穩(wěn)定的 us 級(jí)定時(shí)時(shí)鐘。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位。 手動(dòng)按鈕復(fù)位 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。一般采用的辦法是在RST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按 鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 RST 端。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。 上電復(fù)位 AT89C51 的上電復(fù)位，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個(gè)電阻到地即可。對(duì)于 CMOS 型單片機(jī)，由于在 RST 端內(nèi)部有一個(gè)下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1uF。上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間 。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)， Vcc 的上升時(shí)間約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時(shí)間則為 10ms。當(dāng) Vcc 掉電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器 PC 將得不 11 到一個(gè)合適的初值，因此， CPU 可能會(huì) 從一個(gè)未被定義的位置開(kāi)始執(zhí)行程序。 積分型上電復(fù)位 常用的還有上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位電路，上電后，由于電容的充電和反相門的作用，使RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。當(dāng)單片機(jī)已在運(yùn)行當(dāng)中時(shí)，按下復(fù)位鍵后松開(kāi)，也能使RST 為一段時(shí)間的高電平，從而實(shí)現(xiàn)上電或開(kāi)關(guān)復(fù)位的操作。 本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，如圖 所示，原理是上電時(shí)， C3 充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后， C3 充滿， 10K 電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下 S1， C3 放電。 S1 松開(kāi)， C3又充電，在 10K 電阻 上又出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。幾個(gè)毫秒后，單片機(jī)又進(jìn)入工作狀態(tài)。 圖 復(fù)位電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用由液晶 LCD1602 組成的顯示的電路。單片機(jī)將處理后的數(shù)據(jù)送到LCD1602 中進(jìn)行輸出顯示。顯示電路如圖 所示。 圖 液晶 LCD1602 顯示電路 LCD1602 液晶顯示屏以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。其各管腳功能如表 所示。 12 表 LCD1602 管腳功能表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 4~6 RS、 RW、 E 數(shù)據(jù)命令選擇 2 VDD 電源正極 7~14 DE0~DE7 數(shù)據(jù) I/O 3 V0 液晶顯示偏壓信號(hào) 15~16 BLA、 BLK 背光源正、負(fù)極 由管腳功能表可知， VSS 接地， VDD 接 5V電源正極， V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端（接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高）， 通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器 R3 調(diào)整對(duì)比度。背光源根據(jù)其正負(fù)極分別與電源正負(fù)極相連接。 單片機(jī)的 ~ 口分別與 LCD1602 液晶顯示屏的 RS、 RW、 E 引腳相連接，來(lái)控制 LCD 的 初始化及顯示模式。 ~ 口分別與 LCD1602 液晶顯示屏的DE0~DE7 引腳相連接， 來(lái)顯示所測(cè)量的數(shù)據(jù)。 穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì) 電路提供 +5V 的穩(wěn)定電源，主要用于單片機(jī)（ AT89C51）及周邊外圍電路、液晶顯示、 AD 轉(zhuǎn)換、相位測(cè)量、超限報(bào)警等電路。 圖 7805 穩(wěn)壓電路 圖 所示，電源電路采用集成穩(wěn)壓管 LM7805 進(jìn)行穩(wěn)壓。電池提供的 12V 直流電壓通過(guò) LM7805 可以輸出穩(wěn)定的 5V 電壓。電池提供的 12V 電壓可用于驅(qū)動(dòng)繼電器的工作。 LM7805 是美國(guó)四家半導(dǎo)體公司的三端固定穩(wěn)壓集成 電路，用于將輸入的電壓穩(wěn)壓集為 5V 后提供給有關(guān)電路，其應(yīng)用十分廣泛，在視頻、音頻、計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)等 13 各種電器上均有應(yīng)用。 LM7805 是最常用到的穩(wěn)壓芯片。他使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路就可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，它的輸出電壓恰好為 5V，剛好是 51 系列單片機(jī)工作所需的電壓，它有很多的系列，如 KA780 ADS780 CW7805 等等，性能上有微小差別，用的最多的還是 LM7805,。 LM7805 有三個(gè)引腳，分別為 Vin:輸入引腳，電壓為 12V； Vout:輸出引腳，電壓為 5V； GND:接地端。 超限報(bào)警電路 的設(shè)計(jì) 蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報(bào)警、音樂(lè)等許多應(yīng)用場(chǎng)合。蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似之處，通常工作電流比較大，電路上的 TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以。本設(shè)計(jì)采用了一種很簡(jiǎn)單的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的聯(lián)結(jié)，而且增加了三極管來(lái)增加通過(guò)蜂鳴器的電流。 如圖 所示，蜂鳴器的負(fù)極性的一端接地，正極性的一端接在 PNP 三極管的集電極上，三極管的基極由 管腳來(lái)控制，當(dāng)待測(cè)信號(hào)不在規(guī)定的測(cè)量范圍時(shí)， 腳為低電平，三極管導(dǎo)通， 這樣蜂鳴器電路形成回路，發(fā)出警報(bào)聲；在沒(méi)有超限的情況下，該管腳為高電平，則三極管截止，蜂鳴器不響。 圖 超限報(bào)警電路 時(shí)差檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) 時(shí)差檢測(cè)電路主要包含以下幾個(gè)主要模塊：自動(dòng)量程控制、繼電器驅(qū)動(dòng)、 AD 轉(zhuǎn) 14 換、相位測(cè)量四個(gè)部分。主要完成量程的自動(dòng)選擇和相位差信號(hào)的獲得。以下將闡述各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)方法。 自動(dòng)量程控制電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，相位測(cè)量?jī)x主要是對(duì)被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出信號(hào)的相位差進(jìn)行測(cè)量。這樣的兩路待測(cè)信號(hào)為同頻不同相的正弦交流信號(hào)， 幅度為 0V～ 500V，而單片機(jī)和相位測(cè) 量電路的工作電壓是 5V，因此在進(jìn)行相位測(cè)量前必須做分檔降壓的處理。本設(shè)計(jì)中選用純電阻電路的降壓法，這樣電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單可行，最重要的是不會(huì)引入新的相移。具體電路如圖 所示。 圖 自動(dòng)量程控制電路 從圖 可以看到，自動(dòng)量程控制分為兩個(gè)支路，分別是被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出兩部分，被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出作為待測(cè)信號(hào)（上面一條支路），被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸入作為參考信號(hào)（下面一條支路），每一路信號(hào)都將經(jīng)過(guò)三個(gè)檔位的選擇電路，從上至下分別為500V 檔、 50V 檔、 5V檔。選通開(kāi)關(guān)這里用的是電磁式繼電器，選通原理是這樣的：當(dāng)繼 電器驅(qū)動(dòng)電路檢測(cè)到對(duì)應(yīng)的 IO 口為低電平時(shí)，則繼電器吸合，對(duì)應(yīng)的檔位同時(shí)被選通。降壓電路里分壓電阻的取值因輸入信號(hào)的幅值的不同而不同，若設(shè)參考信號(hào)的幅值為 ，與接地端直接相連的電阻取 1k，待測(cè)信號(hào)的幅值為 Vm，則有 * ?? kRx kVm （ ） 由此可知， kVmkRx *1 ?? （ ） 15 因此，當(dāng) Vm 分別為 500V、 50V、 5V時(shí)， Rx 對(duì)應(yīng)的分別為 199k、 19k、 1k。 繼電器驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 電磁式繼電器一般用功率接口集成電路或晶體管驅(qū)動(dòng)。在使用較多繼電器的系統(tǒng)中，可用功率接口集成電路驅(qū)動(dòng)，例如 SN75468 等。一片 SN75468 可以驅(qū)動(dòng) 7 個(gè)繼電器，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 500mA，輸出端最大工作電壓為 100V。本設(shè)計(jì)采用晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器。如圖 所示。 圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器的動(dòng)作由單片機(jī)的 、 、 口控制。當(dāng)三者之一輸出低電 平時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器 J 吸合，同時(shí)分檔電路里對(duì)應(yīng)的繼電器也吸合，對(duì)應(yīng)檔位導(dǎo)通；若為高電平，繼電器 J 釋放。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復(fù)位或單片機(jī)受控復(fù)位時(shí)不吸合。 繼電器 J 由晶體管 9013 驅(qū)動(dòng)， 9013 可以提供 300mA 的驅(qū)動(dòng)電流，適用于繼電器線圈工作電流小于 300mA 的場(chǎng)合。基于光電耦合器有較高的電流傳輸比，且最小值為 50%。晶體管 9013 的電流放大倍數(shù)大于 50。當(dāng)繼電器線圈工作電流為 300mA時(shí)，光耦需要輸出大于 的電流，其中 9013 基極對(duì)地的電阻分流 。輸入光耦的電流必須大于 ，才能保證向繼電器提供 300mA 的電流。 這里的二極管 D 的作用是保護(hù)晶體管 9013。當(dāng)繼電器 J 吸合時(shí)，二極管 D 截止， 16 不影響電路工作。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這時(shí)晶體管 9013 已經(jīng)截止，所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。這個(gè)感應(yīng)電壓的極性是上負(fù)下正，正端接在 T 的集電極上。當(dāng)感應(yīng)電壓與 12V 電源電壓之和大于晶體管的集電結(jié)的反向耐壓時(shí)，晶體管有可能損壞。加入二極管后，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流由二極管D 流過(guò)，因此不會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，晶體管便得到了保護(hù)。 關(guān)于電磁繼電器：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(huì)流過(guò)一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開(kāi)觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會(huì)在彈簧的反作用力返回原來(lái)的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來(lái)的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對(duì)于繼電器的“常開(kāi)、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來(lái)區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開(kāi)觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常 閉觸點(diǎn)”。 AD0832 轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) AD0832 工作原理 如圖 所示，選通的待測(cè)信號(hào)輸入到 AD0832 的 CH1 端，但先要經(jīng)過(guò)整流二極管，將交流轉(zhuǎn)換為直流后方可輸入到 AD0832 中進(jìn)行轉(zhuǎn)換和判斷。 圖 AD 轉(zhuǎn)換電路 判斷依據(jù)是：對(duì)于未知的輸入信號(hào)，首選的是將信號(hào)送入最大檔位進(jìn)行測(cè)量。若經(jīng)過(guò)整流二極管轉(zhuǎn)換后的待測(cè)信號(hào)幅值 Vm 滿足 1V? Vm? ，表示該檔是合理的 17 檔位，可以將其 送入相位測(cè)量電路進(jìn)行后續(xù)處理；若 Vm1V，表示該信號(hào)相對(duì)于當(dāng)前檔位偏小，則選通下一檔位，采用相同的方法進(jìn)行比較判斷；若 Vm，表示該信號(hào)超過(guò)了本設(shè)計(jì)規(guī)定的測(cè)量范圍，同時(shí)發(fā)出超限報(bào)警信號(hào)。 AD0832 簡(jiǎn)要介紹 ADC0832 是 NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的具有 Microwire／ Plus 串行接口的 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，通過(guò)三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，芯片引腳少，適宜在袖珍式智能儀器中使用。主要特點(diǎn)有： 8 位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為 5V；輸入模擬信號(hào)電壓范圍為 0～ 5V；輸入和輸出 CMOS 兼容；在 250KHz時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32us；具有兩個(gè)可供選擇的模擬輸入通道；功耗低， 15mW。 ADC0832 有 DIP 和 SOIC 兩種封裝，本設(shè)計(jì)額中采用的是 DIP 封裝，如上圖 所示。 各引腳說(shuō)明如下： CS 為片選端，低電平有效。 CH0， CHl 為兩路模擬信號(hào)輸入端。 DI 為兩路模擬輸入選擇輸入端。 D0 為模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 CLK 為串行時(shí)鐘輸入端。 VCC／ REF 為正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。 GND 為電源地。 配置位說(shuō)明： ADC0832 工作時(shí)，模擬通道的選擇及單端輸入和差分輸入的選擇，都取決于輸入時(shí)序的配置位。當(dāng)差分輸入時(shí)，要分配輸入通道的極性，兩個(gè)輸人通道的任何一個(gè)通道都可作為正極或負(fù)極。 ADC0832 的配置位邏輯表如表 1 所列。 表 ADC0832 配置位的說(shuō)明 18 輸入格式 配置位 選擇通道號(hào) CH0 CHl CH0 CHl 差分 L L + L H + 單端 H L + H H + 表中“ +”表示輸入通道的端點(diǎn)為正極性；“ ”表示輸入端點(diǎn)為負(fù)極性； H 或 L表示高、低電平。輸入配置位時(shí)，高位 (CHO)在前，低位 (CHl)在后。 工作時(shí)序：當(dāng) CS 由高變低時(shí)，選中 ADC0832。在時(shí)鐘的上升沿，