【正文】 低功耗，約 15mW。 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入端。 圖 3. 8 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 3．外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖 所示。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。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。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 24 A/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， A／ D轉(zhuǎn)換電路是必不可少的設(shè)計環(huán)節(jié)。因此，設(shè)置 R1=R2=10kΩ，使得 6 腳的偏置電壓在1/2VDD 介于兩個閥值電平之間。 電路如圖 所示。OP37 最高工作頻率可達(dá) 63MHz(見圖 所示 )。 圖 3. 2 頻率信號預(yù)處理電路 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 22 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。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。 XTAL1：振蕩器反相放大器以及內(nèi)部時鐘電路的輸入端。 EA /VPP:外部訪問允許。 一般情況下， ALE 是以晶振頻率的 1/6 輸出，可以用作外部時鐘或定時目的。 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） 0INT (外部中斷 0) 1INT （外部中斷 1） T0（定時器 0） T1（定時器 1） 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 21 WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器都選通） RST:復(fù)位輸入。 P3 口的輸出緩沖能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。在這種情況下， P2 口使用強(qiáng)大的內(nèi)部上拉電阻功能當(dāng)輸出 1 時。 P2 口的輸出緩沖能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯門電路。 P1 口的輸出緩沖能接受或輸出 4 個 TTL 邏輯門電路。在這種模式下， P0 口具有內(nèi)部上拉電阻。 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 8K 8 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) MCS51 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。 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)。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) 。 顯示用 LCD 來顯示， 能 更直觀的顯示電壓、頻率的值。當(dāng) CL 放電到 VCL≤ VI 時，比較器 C1 輸出為 1，重新將觸發(fā)器置成 Q=1，于是 VO 又跳變成低電平， CL 和CT 開始充電，重復(fù)上面的過程。而 Q 端的低電平使 T3 截止，所以 CT 也同時開始充電。 圖 2. 16 LM331 的電路結(jié)構(gòu)框圖 下面具體分析一下它的工作過程。如此周 而復(fù)始，在輸出端 Vo 就得到了矩形輸出脈沖。當(dāng) VA 升至 G3 的閾值電壓 VTH 時，觸發(fā)器狀態(tài)翻蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 16 轉(zhuǎn)為 Q=1，于是 Tp1 和 TN2 截止而 TN1 和 Tp2 導(dǎo)通。 、放電型壓控振蕩器 圖 是用 CMOS 電路構(gòu)成的電容交叉充、放電型壓控振蕩器的原理圖。如果改用一個由輸入電壓 VI 控制的電流源對輸入端的電容反復(fù)充、放電，如圖 所示，則充、放電時間將隨輸入電壓而改變。 有良好的精度、線性和積分輸入特點，此外它的應(yīng)用電路簡單，外圍元件要求不高，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)速不低于一般的雙積分 A/D 器件，且價格低，因此 V/F 轉(zhuǎn)換技術(shù)廣泛用于非快速 A/D 過程中。1OU1OUouOOC PIUiu= 圖 2. 13 雙積分 AD 轉(zhuǎn)換器波形圖 雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器若與逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器相比較，因有積分器的存在，積分器的輸 出只對輸入信號的平均值有所響應(yīng)，所以，它突出優(yōu)點是工作性能比較穩(wěn)定且抗干擾能力強(qiáng)；由式以上分析可以看出，只要兩次積分過程中積分器的時間常數(shù)相等，計數(shù)器的計數(shù)結(jié)果與 RC 無關(guān)，所以，該電路對 RC 精度的要求不高，而且電路的結(jié)構(gòu)也比較簡單。若輸入電壓 UI1UI， U?O1UO1，則 22TT?? ，它們之間也都滿足固定的比例關(guān)系，如圖 所示。計數(shù)器由 0 開始計數(shù)，經(jīng)過 T2 時間，積分器輸出電壓回升為零，過零比較器輸出低電平，關(guān)閉計數(shù)門，計數(shù)器停止計數(shù)，同時通過邏輯控制電路使開關(guān) S1 與 uI相接，重復(fù)第一步。當(dāng)計數(shù)器達(dá)到滿量程 N 時，計數(shù)器由全 “ 1” 復(fù) “ 0” ，這個時間正好等于固定的積分時間 T1。積分器對 Ui 進(jìn)行固定時間 T1的積分。( M S B )( L S B )GGU???1S0S0d2nd 1nd C PU O 1 圖 2. 12 雙積分型 AD 轉(zhuǎn)換器的框圖 轉(zhuǎn)換開 始前，先將計數(shù)器清零，并接通 S0使電容 C 完全放電。以此類推，逐次比較得到輸出數(shù)字量。比較結(jié)果存于數(shù)據(jù)寄存器的 Dn1 位。將所有留下的砝碼重量相加，就得此物體的重量。 2. 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 12 移位寄存器數(shù)據(jù)就寄存器D / A 轉(zhuǎn)換器控制邏輯電路電壓比較器時鐘Dn 1Dn 2D 1D 0數(shù)字量輸出V REF啟動脈沖v 0模擬量輸入 v 1 圖 2. 11 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器的工作原理 圖 逐次逼近轉(zhuǎn)換過程和用天平稱物重非常相似。通過觀察此表，可確定代碼轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)輸出、輸入之間的邏輯關(guān)系 D2=Q4 D1=Q6 24? 12345670 QD ???? 在并行 AD 轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓 uI 同時加到所有比較器的輸出端，從 uI 加入經(jīng)比較器、 D 觸發(fā)器和編碼器的延遲后，可得到穩(wěn)定的輸出。比較器的輸出狀態(tài)由 D 觸發(fā)器存儲， CP 作用后，觸發(fā)器的輸出狀態(tài) Q7 ~Q1 與對應(yīng)的比較器的輸出狀態(tài) C07 ~C01 相同。它由電阻分壓器、電壓比較器、寄存器及編碼器組成。雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器則屬于間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 電壓測量 方法 A/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 。 設(shè)計軟件流程圖如圖 所示： 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 9 開始T 0 、 T 1 初始化啟動 T 0 、 T 1T 1 定時 1 sT 0 、 T 1 停止工作f = M數(shù)碼管顯示結(jié)束T 0 累積計數(shù) MYN 圖 2. 9 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。 測量原理如圖 所示。設(shè)計軟件流程圖如圖 所示。 圖 2. 5 同步法測量頻率時序圖 將單片機(jī)的 和 端口同時作為脈沖信號的輸入端，單片機(jī)工作于中斷模式，當(dāng)外部中斷 0檢測到被測脈沖（ 口）其中一個下降沿時，同時去開啟計數(shù)器 T0和定時器 T1，使 T0 對被測脈沖（ 口）進(jìn)行累積計數(shù)， T1 進(jìn)行內(nèi)部累積計時，并且關(guān)閉當(dāng)前外部中斷響應(yīng)模式，此時做到了測量開始的同步。當(dāng)單片機(jī)給出閘門關(guān)閉信號后，計數(shù)器并不立即停止計數(shù)而是等到被測信號上升沿到來的時刻才真正結(jié)束計數(shù)，完成一次測量過程 (見圖 )。設(shè)計軟件流程圖如圖 所示。 是利 用周期和頻率之間互為倒數(shù)的關(guān)系，通過測量周期性矩形脈沖信號一個或多個周期的時間，取其一個周期的倒數(shù)即為該脈沖信號的頻率。 根據(jù)單片機(jī) AT89C52 定時器 /計數(shù)器 T0方式 1 結(jié)構(gòu)圖 (如圖 )可 知， T0計數(shù)脈沖控制電路中，有一個方式電子開關(guān)，當(dāng) C/T=0 時，方式電子開關(guān)打在上面，以振蕩器的十二分頻信號作為 T1的計數(shù)信號，此時作為定時器用； C/T=1 時，方式電子開關(guān)打在下面，此時以 T0 ()引腳上的輸人脈沖作為 T0的計數(shù)脈沖，此時可對外界脈沖進(jìn)行計數(shù)。 1 誤差引起的測頻誤差可達(dá) 10%?？梢钥闯鰷y量 fX必須將 N或 t兩個 量 之一作為閘門或基準(zhǔn)，對另一個量進(jìn)行測量。 1 HZ。 設(shè)計的主要內(nèi)容 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。 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。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；頻率；電壓；采樣； AT89C52； AD0809； 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 II Abstract With digital informatization in the rapid development of all walks of life, industrial system of informatization, digital will also bee 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 puter AT89C52 as a core， bining 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 puter 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 puter； frequency； voltage； sampling； AT89C52；AD0809； 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說明書 1 第 一 章 緒論 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。 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。1 誤差 .......................................................................................................... 46 時基誤差 ....