【正文】 樣顯 示 清 零返 回采 樣 值 1 0 0m s采 樣 值 9采 樣 值 1 0 0m s采 樣 值 9乘 1 0 0 量 程 處 理YN...1 / 1 0 量 程 處 理1 / 1 0 0 量 程 處 理YNNYNY 圖 21 主程序流程圖 : 由上述分析可知，主程序的功能應為選擇量程并進行量程的處理。從表 21 中可以看出，每一量程下限對應的頻率均應為 10HZ，在系統(tǒng)的設計中，為了使量程轉(zhuǎn)換的臨界值得以測量準確，可 選擇下限頻率為 9HZ。對于小于 的信號系統(tǒng)顯示結(jié)果將為 0。 在采樣程序的設計中要注意系統(tǒng)的采樣時間。 10ms 采樣最大采樣值應為 100HZ,顯然在量程比較部分計算就比較簡單 。下面將就其各個子程序作以介紹。這一部分采樣時間相對要長一些才能保證采樣精度，在本設計中選擇采樣時間為 100ms,因為 100ms 采樣，采樣精度能夠滿足要求，而且，最終的計算部分只需要通過移動小數(shù)點 位即可實現(xiàn)，另外，程序執(zhí)行的時間也不是很長。即測量數(shù)據(jù)取一丟一，測量一次便計算一次和值，大大加速了數(shù)據(jù)處理的能力。 分析表 21，則有當量程為 50V～ 500V 時，有 500V 對應于 10KHZ，即 20HZ/V。 由于本設計中所用的為 4 位顯示，而采樣 100ms 對應的最大頻率為 1KHZ，如果被測量為電壓值，則經(jīng)過右移最大為 500HZ,轉(zhuǎn)換后的 BCD 碼應該為 3 位，所以在所測頻率值右移時，要保留移出的小數(shù)部分，可將其暫存至寄存器 R4 中，作為電壓顯示時的最低位，這樣就可使測量更為精確了。 另外，在計算之后還要注意小數(shù)點的位置，如果在量程為 ～ 時，當所測頻率轉(zhuǎn)換為四位 BCD 碼（其 中最高位 R7 非 0）時 ,顯然，在送入 R4～ R7 顯示時，無論小數(shù)點在哪一位，最終的顯示都將是錯誤的，所以在送顯示之前還要對于不同的量程有不同的處理程序，為了顯示數(shù)據(jù)精度高一些，系統(tǒng)軟件中還采用了四舍五入的方法對最終數(shù)據(jù)進行處理。在本設計中可以通過顯示的方法來判斷是否超量程測量，通過軟件使被測信號超出系統(tǒng)要求的最大測量值時，顯示結(jié)果為 E000。 超量程處理 當所測量的信號超過系統(tǒng)所要求的測量范圍時，必須要以一定的方式通知測量者，否則被測信號過大可能將系統(tǒng)的某些元器件燒壞，從而影響系統(tǒng)的正常工作。 對于交流信號，本設計中的測量結(jié)果應為其平均值，而將平均值轉(zhuǎn)換為有效值還要將其再乘以 的系數(shù)。當量程為 ～ 5V 時，則有 2KHZ/V。 滑動濾波程序的流程圖見圖 24。即先在RAM 中建立一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一次存放 10 次采樣數(shù)據(jù)，然后每采進一個新數(shù)據(jù)，就將最早采集的數(shù)據(jù)去掉。 對于采樣部分的設計與前一部分介紹的采樣實現(xiàn)方法相同，只是采樣時間的設置有所不同。 系統(tǒng)量程處理部分的流程圖見圖 22 所示 .。但是采樣時間也不能選擇太小，如果選擇太小顯然采樣誤差就會很大。 采樣程序的設計 系統(tǒng)采樣的實現(xiàn)為： T1 口進行定時， T0 口進行計數(shù)，在 T1 定時器開始工作的同時計 數(shù)器 T0 開始計數(shù)， T1 定時時間到，則 T0 停止計數(shù)，最終的采樣值就應為 T0 的計數(shù)值。從表 21 中可以看出本設計中所測量的電壓范圍是： ～ 500V。 本設計中通過 10ms的采樣值進行量程比較，由于本設計中采用的 V/F轉(zhuǎn)換為 0～ 10KHZ，所以 10ms 對應的最大采樣值應為 100HZ。在上一章中已經(jīng)將整個系統(tǒng)的硬件部分作了介紹，在這一章中將就系統(tǒng)的軟件部分加以分析說明 1. MCS51 單片機匯編語言 由于本系統(tǒng)所需要完成的軟件程序不是很大，并且數(shù)據(jù)的計算也不是很繁瑣，因此本系統(tǒng)軟件將采用匯編語言進行設計。 8279只能接 4 位顯示器和 4 8 矩陣式鍵盤。 四、 8279 數(shù)據(jù)輸入輸出格式 對 8279 輸入 /輸出數(shù)據(jù)不僅要先確定數(shù)據(jù)地址口，而且數(shù)據(jù)存放也要 按一定格式，其格式在鍵盤和傳感器方式有所不同。 三、 8279 的狀態(tài)字及其格式 狀態(tài)字顯示出 8279 的工作狀態(tài)。 （ 2）在設定為鍵盤掃描 N 鍵輪回方式時作為特定錯誤方式設置命令。 （ 1）在傳感器方式，用此命令結(jié)束傳感器 RAM 的中斷請求。 D1=1 清除 FIFO 狀態(tài)，使中斷輸出線復位，傳感器 RAM 的讀出地址清 0。 利用該命令可以控制 A、 B 兩組顯示器，哪組繼續(xù)顯示，哪組被熄滅。 D3 為禁止 A 組顯示 RAM 寫入，D3＝ 1 禁止。D3～ D0 是欲寫入的 RAM 地址，若連續(xù)寫入則表示 RAM 首地址。 D4＝ 1RAM 地址自動加 1， D4＝ 0 不加 1。 D2～ D0 為 8279中 FIFO 及傳感器 RAM 的首地址。分頻系數(shù)是由時鐘編程命令輸入。 8279 最多驅(qū)動 16 位顯示器，故可由 SL0～ SL3 接一個 4～ 16 譯碼器，譯碼器 16 位輸出為顯示掃描輸出線（ 16 選 1），決定第幾位顯示。 由于顯示是硬件掃描顯示，因此顯示方式種規(guī)定了掃描顯示的位數(shù)（ 8 位、 16 位）和第1 個顯示的字符位置（最左端或最右端）。另一部分為命令的具體內(nèi)容，由 D4～ D0 決定。 二、 8279 的命令字及其格式 8279 的各種工作方式都要通過對命令寄存器的設置來實現(xiàn)。 左端入口方式即顯示位置從顯示器最左端 1 位（最高位）開始，以后顯示的字符逐個向右順序排列。 雙鍵互鎖方式：若有兩個或多個鍵同時按下時，不管按鍵先后順序如何，只能識別最后一個被釋放的鍵，并把該鍵值送入 FIFO RAM 中。 （ 10） BD：顯示熄滅輸出線，低電平有效。 （ 7） CNTL/STB：控制 /選通輸入線，高電平有效。 （ 4） SL0～ SL3：掃描輸出線，用來作為掃描鍵盤和顯示的代碼輸出或直接輸出線。 （ 1） CLK：時鐘輸入線 8279 所需時鐘頻率為 100kHz,該頻率通常由 8051 單片機 ALE 端分頻得來。 1）數(shù)據(jù)線 D0~D7 是雙向三態(tài)數(shù)據(jù) 總線，在接口電路中與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，用以傳送 CPU與 8279之間的數(shù)據(jù)和命令。顯示寄存器的輸出與顯示掃描配合，不斷從顯示 RAM 中讀出顯示數(shù)據(jù)，同時輪流驅(qū)動被選中的顯示器件，以達到多路復用的目的，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。在此方式中，若檢索出傳感器的變化， IRQ 信號變?yōu)楦唠娖剑?CPU 申請中斷。 在鍵盤或選通方式工作時，它是 FIFO RAM，其寫入或讀出遵循先入先出的原則 。鍵盤數(shù)據(jù)格式如表 33 所示： 表 33 鍵盤數(shù)據(jù)格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 控制 移位 掃描 回復 控制（ D7）和移位（ D6）的狀態(tài)由 CNTL、 SHIFT 端外接的兩個附加按鍵決定； 掃描（ D D D3）來自掃描計數(shù)器，是閉合鍵所在列的編號，由 SL0～ SL3 確定； 回復（ D D D0）是閉合鍵所在行的編號，由 RL0～ RL7 確定。 4）回復緩沖器、鍵盤去抖動及控制、回復緩沖器用來接收并鎖存來自回復線 RL0～ RL7的 8 個回復信號。 3）掃描計數(shù)器 掃描計數(shù)器由兩種工作方式：編碼方式和譯碼方式。這些寄存器一旦接收并鎖存 CPU 送來的命令，就通過譯碼產(chǎn)生相應的信號，從而完成相應的控制功能。 由圖可知， 8279 由下列電路組成： 1）數(shù)據(jù)緩沖器和 I/O 控制 數(shù)據(jù)緩存器為雙向緩沖器，連接內(nèi)、外總線，用于傳送 CPU和 8279 之間的命令或數(shù)據(jù)。 8279 內(nèi)部有鍵盤 FIFO（先進先出堆棧） /傳感器，雙重功能的 8 8＝ 64BRAM，鍵盤控制部分可控制 8 8＝ 64 個按鍵或控制 8 8 陣列方式的傳感器。因是 16 位地址線，使片外存儲器的尋址范圍達到 64K 字節(jié)。該引腳有效（低電平）時只選用片外程序存儲器，否則計算機上電或復位后先選用片內(nèi)程序存儲器。 VCC 掉電期間，該引腳如接備用電源 VPD（ +5V177。 在訪問片外數(shù)據(jù)存儲器期間， PSEN 信號將不出現(xiàn)。 表 22: 輸入 /輸出引腳 引腳 第二功能 RXD (串行輸入口 ) TXD (串行輸出口 ) INT0 (外部中斷 0 請求輸入端 ) INT1 (外部中斷 1 請求輸入端 ) T0 (定時器 /計數(shù)器 0 計數(shù)脈沖輸入端 ) T1 (定時器 /計 數(shù)器 1 計數(shù)脈沖輸入端 ) WR (片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸入端 ) RD (片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸入端 ) ALE/ PROG ： 地址鎖存有效信號輸出端。 ～ ： P2 口的 8 個引腳。在不接片外存儲器與不擴展 I/O 接口時，可作為準雙向輸入 /輸出接口。 XTAL1： 片內(nèi)反相放大器輸入端。用 HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝，見下圖 16。 ⒂ 用單一 +5V 電源。 ⑾ 中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級。 ⑺ 21 個字節(jié)專用寄存器。 ⑶ 128 個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。 4. 控制電路的設計 總體概況 一 .主要功能 MCS51 系列單片機是美國 Intel 公司在 1980 年推出的高性能 8 位單片微型計算機，比原來的 MCS48 系列結(jié)構(gòu)更為先進，功能增強，它包括 51 和 52 兩個子系列。流入 C6 的 Iaver=i( Rt C t)f。因此在選擇參數(shù) Rs 、 Rl 、 Rt 、 Ct 時格外要注意。逐次近似 A/D 轉(zhuǎn)換器定期進行“抽樣”，因此易受噪聲尖峰的影響，而電壓 —— 頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端一直在進行積分，因此能對噪聲或變化的輸入信號進行平滑，特別適合于噪聲工作環(huán)境。 本設計中，采用的是 LM331 轉(zhuǎn)換芯片（ V/F）將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳念l率信號，具體電路如圖 14 所示： 圖 14 V/F 轉(zhuǎn)換電路 LM331 是單片集成芯片，在 V/F 轉(zhuǎn)換器中，它是 LMΧ 31 系列中的一種，它作為一種簡單廉價的電路很適用于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。電路圖見圖 13。 表 11： CD4053 與單片機引腳的關(guān)系 C（ ） B() Y 選通情況 Z 選通情況 0 0 Y Y0 —— 0 1 Y Y1 Z Z0 1 0 Y Y0 —— 1 1 Y Y1 Z Z1 本設計中 1/100 和 1/10 分壓比的選擇也由單片機引腳控制多路選擇開關(guān)來實現(xiàn)。在本設計中， 1 檔， 10 檔， 100 檔可由交直流轉(zhuǎn)換部分的電路來實現(xiàn)，見圖 14。因為 本系統(tǒng)的輸入電壓范圍是 0～ 500V，故我們可以選擇 1/100 作為其最大電壓的量程檔， 500V 經(jīng)過 1/100 分壓后降為 5V，恰好可以滿足 V/F 轉(zhuǎn)換的要求。所設計的系統(tǒng)應該具有自動轉(zhuǎn)換量程的功能，并且能夠自動判斷是否超量程測量。電路的輸入端無論接入的是直流正信號還是直流負信號，輸出的幅值都是 0 伏以上的直流正信號，這對于后續(xù)電路的設計尤其適用，而此時可以從比較器輸出的電平高低獲知是正輸入還是負輸入。由數(shù) 據(jù) 采 集 量 程 自 動 轉(zhuǎn) 換 模 擬 量 轉(zhuǎn) 變 為 數(shù) 字 量 （ V / F ）控 制 單 元 （ M C U ）顯 示 單 元 此完成了由 U9 過零躍變的準數(shù)字量控制的全波整流過程。 交流信號和直流信號的采樣 本設計中所采用的交直流轉(zhuǎn)換電路如圖 12 所示： 分析此電路，可以看出此電路集精密全波整流、量程切換、信號過零比較于一體。 1. 數(shù)據(jù)采集部分的設計 根據(jù)本系統(tǒng)的要求所采集的信號應為電壓信號，同時電壓信號還應有交流和直流之分。而本系統(tǒng) 中要求測量的電壓范圍是 0～ 500V,無法滿足 V/F 轉(zhuǎn)換的要求。 第一篇 硬件部分的設計 分析本設計，可以看出其主要任務就是對電壓信號能夠自動選擇合適的量程進行測量并顯示。本文將就這一系統(tǒng)的硬件電路部分和軟件程序部分分別作以介紹。 如何準確地測量模擬信號的電壓值，一直是電測儀器研究的內(nèi)容之一。 在整個系統(tǒng)的設計過程中，主要采用了模塊化的設計方法。 整個系統(tǒng)的設計完成了硬件電路的設計及軟件程序的編寫，通過最終硬件電路的調(diào)試及軟件程序的仿真，使該系統(tǒng)能夠在要求的條件下達到正常的測量及顯示功能。 Modularity 目 錄 緒論 ............................................................................................................................. 1 第一篇 硬件部分的設計 ............................................................................... 1 1. 數(shù)據(jù)采集部分的設計 .................................................