【正文】 、要求 1. 編寫單片機(jī)程序。 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 長(zhǎng) 安 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 08331010 指導(dǎo)教師 宋金茂 職稱 高 工 學(xué) 院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題目名稱 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度 起 止 時(shí) 間 工 作 內(nèi) 容 — 學(xué)習(xí)單片機(jī)和數(shù)字電路的相關(guān)知識(shí)。 — 撰寫及完善論文，準(zhǔn)備論文答辯 二、主要參考書(shū)目（資料） [1] 吳金戌 .8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 .北京：清華大學(xué)出版社， 2020 [2] 余錫存 《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》 西安電子科技大學(xué)出版社 2020 年 [3] 龍脈工作室《 51 單片機(jī) C 語(yǔ)言應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)大全》 人民郵電出版社 08年 9月 [4] 余錫存 《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》 西安電子科技 大學(xué)出版社 2020 年 [5] 張國(guó)勛 .縮短 ICL7135A/D 采樣程序時(shí)間的一種方法， 1993 [6] 潭浩強(qiáng) 《 C程序設(shè)計(jì)》清華大學(xué)出版社 2020 年 三、主要儀器設(shè)備 計(jì)算機(jī)一臺(tái) 四、教師的指導(dǎo)安排情況（場(chǎng)地安排、指導(dǎo)方式） 場(chǎng)地安排在物理實(shí)驗(yàn)中心，每周與學(xué)生會(huì)面兩個(gè)下午，指導(dǎo)并解決畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題。 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 長(zhǎng) 安 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)登記表 學(xué) 院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名 學(xué) 號(hào) 08331010 成 績(jī) 題目名稱 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師 宋金茂 職 稱 高工 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及對(duì)成績(jī)的評(píng)定意見(jiàn) 雷立磊同學(xué)能夠按照畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，在廣泛閱讀有關(guān)單片機(jī)原理及 A/D 轉(zhuǎn)換等相關(guān)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，基于單片機(jī)和 C語(yǔ)言基本理論，利用實(shí)驗(yàn)方法系統(tǒng)地開(kāi)展了對(duì)直流數(shù)字電壓表的研究，獲得了比較理想的設(shè)計(jì)作品，對(duì)相關(guān)結(jié)論及存在問(wèn)題進(jìn)行了討論、分析，同時(shí)將有關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較驗(yàn)證。本論文已全面完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求。 。從論文中可以看出作者 閱讀了大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，在通信工程專業(yè)方面掌握了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)知識(shí)和基本應(yīng)用技能，具有一定的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 經(jīng)過(guò)答辯組全體教師認(rèn)真討論，無(wú)記名投票同意該同學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)?yōu)? 。數(shù)字電流表是建立在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，讓電壓表與電阻串聯(lián)，其顯示的是電流，數(shù)字電壓表是把連續(xù)的模擬量（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。簡(jiǎn)易數(shù)字電流測(cè)量電路由 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。以數(shù)字電流表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。因此對(duì)數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。 目前，數(shù)字電流表的內(nèi)部核心部件是 A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電流表的準(zhǔn)確 度，因而，以后數(shù)字電流表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個(gè)方面。本文將就自動(dòng)化儀器儀表的智能化的狀況與進(jìn)展，以及當(dāng)今對(duì)智能儀器儀表研究、開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)做概要的分析與表述。基于智能控制理論基礎(chǔ)的智能儀器儀表目前大致有幾方面的進(jìn)展 : （ 1）專家控制系統(tǒng) (expert control system, ECS)是典型的基于知識(shí)控制系統(tǒng)，它是一個(gè)具有大量的專門知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。其中，知識(shí)的獲取、知識(shí)庫(kù)的建立是關(guān)鍵。 （ 2）模糊控制器 (FCFuzzy Controller)，也稱模糊邏輯控制器 (FLCFuzzy Logic Controller)。其中，模糊化、模糊決策、清晰化是主要和基本的部分，“模糊化”將輸入量 (精確量 )變?yōu)槟：?，“模糊決策”進(jìn)行模糊運(yùn)算，其過(guò)程是由推理機(jī)進(jìn)行預(yù)估輸出推理，得到模糊量輸出。 （ 3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的信息處理能力，提高了系統(tǒng)的智能水平。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時(shí)代的需求，采用單片機(jī)的數(shù)字電流表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò) 展性強(qiáng)、集成方便，還可與 PC 進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。與單片機(jī)的接口為 P0 口和 P2 的高四位引腳。 按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用 AT89C51單片機(jī)， A/D轉(zhuǎn)換采用 ADC0809。在使用的數(shù)字電 流表量程為 時(shí)，特別有用。下圖就是一個(gè)把交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為直流信號(hào)的參考電路。 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。數(shù)字電壓表的兩個(gè)輸入端也不再有接地點(diǎn)，作為一種典型的 “差分 ”輸入來(lái)使用了。隨著信號(hào)的繼續(xù)增大，例如到了 20mA，對(duì)數(shù)字電 流 表來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于差分輸入電流為 204=16mA，這個(gè) 16mA 在 電阻上的壓降，就是數(shù)字電 流 表的最大輸入信號(hào)。 ADC0809 具有 8 路模擬輸入端口，地址線 (第 2325 腳 )可決定對(duì)哪一路模擬輸入作 A/D轉(zhuǎn)換。第 9 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) OE 腳為高電平時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出。 端口用作單路顯示時(shí)選擇顯示的通道。 盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國(guó)使用最多的還是 Intel 公司的 MCS— 51系列單片機(jī)和美國(guó) Atmel 公司的 89C52 單片機(jī) MCS— 51 系列單片機(jī)包括三個(gè)基本型 803 805 8751 8031 內(nèi)部包括一個(gè) 8位 CPU、 128 個(gè)字節(jié) RAM， 21個(gè)特殊功能寄存器（ SFR）、4個(gè) 8位并行 I/O 口、 1 個(gè)全雙工串行口、 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，但片內(nèi)無(wú)程序存儲(chǔ)器，需外擴(kuò) EPROM 芯片。也不予采用。 8031 外擴(kuò)一片 4KB EPROM 的就相當(dāng)于 8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。圖 16和 17 分別為其實(shí)物圖和內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)圖。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。 雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器通過(guò)兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時(shí)間或頻率，然后由定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。適合于中速率而分辨率較高的場(chǎng)合。 ADC0809 是典型的 8 位 MOS 型 8 通道逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，每采集一次一般需 100μ s。 （ 1） LED 靜態(tài)顯示方式： LED 顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時(shí)， 各位的共陰極（或共陽(yáng)極）連接在一起并接地（或 +5V）；每位的段選線（ a～ dp）分別與一個(gè) 8 位的鎖存器輸出相連。這種顯示方式接口編程容易。而各位的共陽(yáng)極或共順序脈沖 發(fā)生器 逐 次逼近寄存器 DAC 電流 比較器 輸入數(shù)字電流 輸入電流 14 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 陰極分別由相應(yīng)的 I/O 線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。在確定LED 不同位顯示的時(shí)間間隔，不能太短，因?yàn)榘l(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間太短，發(fā)光太弱人眼無(wú)法看清。測(cè)量最大電壓為 5A，顯示最大值為 。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖 1所示。同時(shí) ,S51 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。 主要性能參數(shù) 與 MCS51產(chǎn)品指令系列完全兼容； 4K 字節(jié)在系統(tǒng)編程 (ISP)Flash 閃速存儲(chǔ)器； 1000 次擦寫周期； ～ V 工作電壓范圍； 全靜態(tài)工作模式： 0Hz～ 33MHz； 三級(jí)程序加密鎖； 128 字節(jié)內(nèi)部 RAM； 32 個(gè)可編程 I/O 口線； 2 個(gè) 16 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器； 6 個(gè)中斷源； 全雙工串行 UART 通道； 低工耗空閑和掉電模式； 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)； 看門狗 (WDT)及雙數(shù)據(jù)指針； 掉電標(biāo)識(shí)和快速 編程特性； 靈活的在系統(tǒng)編程 AT89S51 的引腳 AT89S51 芯片為 40引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖 所示。在FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口；當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0外部必須接上拉電阻。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為低八位地址接收。 P2 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部接有上拉電阻的緣故。 (6)P3 口： P3口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P3口的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) 4個(gè) TTL 邏輯門電路。 P3口同時(shí)為 FLASH 編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào) 表 P3口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INTO（外部中 斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí)器 0外部輸入） T1（定時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 第四章 數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計(jì) 19 (7) RST：復(fù)位輸入。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。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。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。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。定時(shí)和計(jì)數(shù)功能由特殊功能寄存器 TMOD 的控制位 C/T 進(jìn)行選擇，這兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器有 4種操作模式，通過(guò) TMOD 的 M1和 M0選擇。它既可當(dāng)定時(shí)器使用，也可作為外部事件計(jì)數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能寄存器 T2CON 的 C/T2 位選擇。若在第一個(gè)機(jī)器周期中采到的值為 1，而在下一個(gè)機(jī)器周期中采到的值為 0，則在緊跟著的下一個(gè)周期的 S3P1 期間寄存器加 1?？删幊虝r(shí)鐘輸出： 定時(shí)器 2 可通過(guò)編程從 輸出一個(gè)占空比為 50%的時(shí)鐘信號(hào)。 UART： AT89S51 的工作方式與 AT89C51 工作方式相同。寫入 SBUF 的數(shù)據(jù)裝入發(fā)送寄存器，對(duì) SBUF 的讀操作是對(duì)物理上分開(kāi)的接收寄存器進(jìn)行訪問(wèn)。 這些中斷源可通過(guò)分別設(shè)置專用寄存器 IE 的置位或清 0 來(lái)控制每一個(gè)中斷的允許或禁止。然而，定時(shí)器 2 的標(biāo)志位 TF2 在定時(shí)器溢出的那個(gè)機(jī)器周期的 S2P2 狀態(tài)置位，并在同一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 C C2 接在放大器的反 饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘。 Ready/Busy：字節(jié)編程的進(jìn)度可通過(guò)“ RDY/BSY 輸出信號(hào)監(jiān)測(cè)，編程期間，ALE 變?yōu)楦唠娖健?H”后， （ RDY/BSY）端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。加密位不可直接校驗(yàn)，加密位的校驗(yàn)可通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)器的校驗(yàn)和寫入狀態(tài)來(lái)驗(yàn)證。它可以和微型計(jì)算機(jī)直接接口。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、 B、 C 三個(gè)地址位進(jìn)行鎖存與譯碼， 如表 所示。其中， A 為低地址， C 為高地址，引腳圖中為 ADDA，ADDB 和 ADDC。 START 上升沿時(shí)，復(fù)位 ADC0809； START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持低電平。 D0 為最低位， D7 為最高。 (7)CLK：時(shí)鐘信號(hào)。 EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換； EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 （注意： ALE 信號(hào)常與 START 信號(hào)連在一起，這樣連接可以在信號(hào)的前沿寫入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，圖 為 ADC0809 信號(hào)的時(shí)序配合圖）。 C1， C2， C3， C4 引腳端為其位選端，用于接收 AT89C52 的 P3 口產(chǎn)生的位選碼。它是一個(gè)共陽(yáng)極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的原理圖如 第四章 數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計(jì) 25 圖 所示。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。 ADC0809 的工作原理 首先輸入 3 位地址，并使