【正文】 ................................36 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................36 附 錄 ................................................................................................................................37 1 1 緒論 自 90 年代以來，以計算機技術(shù)、通信技術(shù)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。在新需求的推動下，嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核不僅需要具有微型化、高實時性等基本特征，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、自動化、人性化 。 同時隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展、數(shù)字電路應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，當(dāng)今社會，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、價格、發(fā)展空間 等備受人們的關(guān)注，尤其對電子測量設(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，而倍受用戶青睞 ，人們對數(shù)顯儀表類器件的精度需求越來越嚴(yán)格。 當(dāng)今社會，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 正是應(yīng)社會發(fā)展的需求，研制出一種基于單片機的高性能的數(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177。 5%， 測量頻率范圍廣，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。 2 2 單片機 單片機概述 單片機自 20世紀(jì) 70 年代問世以來，以其極高的性能價格比，受到人們的重視和關(guān)注，應(yīng)用很廣，發(fā)展很快。單片機體積小，重量輕，抗干擾能力強，環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點，在我國，單片機已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設(shè)備等各個方面。 單片機的內(nèi)部 結(jié)構(gòu) MCS51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示， MCS51 單片機把微型計算機的基本部件，如將中央處理器、隨機存儲器、程序存儲器、并行 I/O 接口、串行 I/O 接口、定時器 /計數(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。 圖 21 MCS51 單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu) （ 1） 8 位的 CPU。 （ 2） 4KB 的片內(nèi)程序存儲器（ ROM/EPROM/EEPROM/Flash） 3 （ 3） 128Byte 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM） （ 4） 64KB 外部 RAM尋址空間，即最大可擴展 64KB 外部 RAM。 （ 5） 2個 16位的定時器 /計數(shù)器。 （ 6） 4個 8位并行 I/O接口： P0,P1,P2,P3。 （ 7） 1個全雙工串行 I/O 口，可實現(xiàn)多機通信。 （ 8） 21Byte 的專用寄存器（ SFR）。 （ 9） 5 個中斷源，可編程為 2個優(yōu)先級。 （ 10） 片內(nèi)自帶振蕩器，還可作為時鐘輸出。 （ 11） 片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。 （ 12） 采用單一的 +5V電源供電。 AT89C51 簡介 AT89C51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 COMS8 位單片機，片內(nèi)含4Kbytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（ PEROM）和 128bytes 的隨機存取數(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) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器（ CPU）和 Flash 存儲單元，功能強大 AT89C51單片機可為您提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ 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。 AT89C2051 是一種帶 2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 100 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 MCS51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， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89C 單片機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。 4 圖 21 AT89C51管腳分布 (1)與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 (2)4K 字節(jié)可重擦寫 Flash 閃速存儲器 (3)1000 次擦寫周期 (4)全靜態(tài)操作： 0Hz— 24MHz (5)三級加密程序存儲器 (6)128 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM (7)32 個可編程 I/O 口線 (8)2 個 16 位定時 /計數(shù)器 (9)6 個中斷源 (10)可編程串行 UART 通道 (11)低功耗空閑和掉電模式 能特性概述 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?？臻e方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時 /計數(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。 5 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 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，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH編程和校驗時，P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， 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)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高 八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4個 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。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口， P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（記時器 0 外部輸 入） T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） 6 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，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， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， 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。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定 為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 AT89C51中有一個用于構(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鐘。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 由于外部時鐘信號是通過一個 2分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 5. 復(fù)位電路 MCS51 單片機復(fù)位電路是指單片機的初始化操作。單片機啟運運行時，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確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個很重要的操作方式。但單片機本身是不能自動進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實現(xiàn)。 7 （ 1） 復(fù)位功能。 復(fù)位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延 時才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復(fù)位。 單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。片內(nèi)復(fù)位電路是復(fù)位引腳 RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，它的輸出在每個機器周期的 S5P2，由復(fù)位電路采樣一次。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位（如圖 22(a)）和按鈕復(fù)位 (如圖 22(b))兩種方式。 圖 22 RC 復(fù)位電路 （ 2）單片機復(fù)位后的狀態(tài) ： 單片機的復(fù)位操作使單片機進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計數(shù)器 PC＝ 0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開 始執(zhí)行。單片機冷啟動后，片內(nèi) RAM為隨機值，運行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM 區(qū)中的內(nèi)容， 21 個特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見表 21。 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)，對于了解單片機的初態(tài)，減少應(yīng)用程序中的初始化部分是十分必要的。 說明：表中符號 *為隨機狀態(tài)； 8 表 21 寄存器復(fù)位后狀態(tài)表 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) A B PSW SP DPL DPH P0— P3 IP IE 00H 00H 00H 07H 00H 00H FFH ***00000B 0**00000B TMOD TCON TH0 TL0 TH1 TL1 SBUF SCON PCON 00H 00H 00H 00H 00H 00H 不定 00H 0********B 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，第一個被壓入的內(nèi)容寫入到08H 單元中； PoP3＝ FFH，表明