【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(yīng)為選擇量程并進(jìn)行量程的處理。從表 21 中可以看出，每一量程下限對(duì)應(yīng)的頻率均應(yīng)為 10HZ，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了使量程轉(zhuǎn)換的臨界值得以測(cè)量準(zhǔn)確，可 選擇下限頻率為 9HZ。對(duì)于小于 的信號(hào)系統(tǒng)顯示結(jié)果將為 0。 在采樣程序的設(shè)計(jì)中要注意系統(tǒng)的采樣時(shí)間。 10ms 采樣最大采樣值應(yīng)為 100HZ,顯然在量程比較部分計(jì)算就比較簡(jiǎn)單 。下面將就其各個(gè)子程序作以介紹。這一部分采樣時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)一些才能保證采樣精度，在本設(shè)計(jì)中選擇采樣時(shí)間為 100ms,因?yàn)?100ms 采樣，采樣精度能夠滿足要求，而且，最終的計(jì)算部分只需要通過(guò)移動(dòng)小數(shù)點(diǎn) 位即可實(shí)現(xiàn)，另外，程序執(zhí)行的時(shí)間也不是很長(zhǎng)。即測(cè)量數(shù)據(jù)取一丟一，測(cè)量一次便計(jì)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(dāng)量程為 50V～ 500V 時(shí)，有 500V 對(duì)應(yīng)于 10KHZ，即 20HZ/V。 由于本設(shè)計(jì)中所用的為 4 位顯示，而采樣 100ms 對(duì)應(yīng)的最大頻率為 1KHZ，如果被測(cè)量為電壓值，則經(jīng)過(guò)右移最大為 500HZ,轉(zhuǎn)換后的 BCD 碼應(yīng)該為 3 位，所以在所測(cè)頻率值右移時(shí)，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(shí)的最低位，這樣就可使測(cè)量更為精確了。 另外，在計(jì)算之后還要注意小數(shù)點(diǎn)的位置，如果在量程為 ～ 時(shí)，當(dāng)所測(cè)頻率轉(zhuǎn)換為四位 BCD 碼（其 中最高位 R7 非 0）時(shí) ,顯然，在送入 R4～ R7 顯示時(shí)，無(wú)論小數(shù)點(diǎn)在哪一位，最終的顯示都將是錯(cuò)誤的，所以在送顯示之前還要對(duì)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(duì)最終數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在本設(shè)計(jì)中可以通過(guò)顯示的方法來(lái)判斷是否超量程測(cè)量，通過(guò)軟件使被測(cè)信號(hào)超出系統(tǒng)要求的最大測(cè)量值時(shí)，顯示結(jié)果為 E000。 超量程處理 當(dāng)所測(cè)量的信號(hào)超過(guò)系統(tǒng)所要求的測(cè)量范圍時(shí)，必須要以一定的方式通知測(cè)量者，否則被測(cè)信號(hào)過(guò)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(duì)于交流信號(hào)，本設(shè)計(jì)中的測(cè)量結(jié)果應(yīng)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(dāng)量程為 ～ 5V 時(shí)，則有 2KHZ/V。 滑動(dòng)濾波程序的流程圖見圖 24。即先在RAM 中建立一個(gè)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(jìn)一個(gè)新數(shù)據(jù)，就將最早采集的數(shù)據(jù)去掉。 對(duì)于采樣部分的設(shè)計(jì)與前一部分介紹的采樣實(shí)現(xiàn)方法相同，只是采樣時(shí)間的設(shè)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(shí)間也不能選擇太小，如果選擇太小顯然采樣誤差就會(huì)很大。 采樣程序的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采樣的實(shí)現(xiàn)為： T1 口進(jìn)行定時(shí)， T0 口進(jìn)行計(jì)數(shù)，在 T1 定時(shí)器開始工作的同時(shí)計(jì) 數(shù)器 T0 開始計(jì)數(shù)， T1 定時(shí)時(shí)間到，則 T0 停止計(jì)數(shù)，最終的采樣值就應(yīng)為 T0 的計(jì)數(shù)值。從表 21 中可以看出本設(shè)計(jì)中所測(cè)量的電壓范圍是： ～ 500V。 本設(shè)計(jì)中通過(guò) 10ms的采樣值進(jìn)行量程比較，由于本設(shè)計(jì)中采用的 V/F轉(zhuǎn)換為 0～ 10KHZ，所以 10ms 對(duì)應(yīng)的最大采樣值應(yīng)為 100HZ。在上一章中已經(jīng)將整個(gè)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(shuō)明 1. MCS51 單片機(jī)匯編語(yǔ)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(jì)算也不是很繁瑣，因此本系統(tǒng)軟件將采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。 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(duì) 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(shè)定為鍵盤掃描 N 鍵輪回方式時(shí)作為特定錯(cuò)誤方式設(shè)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(qǐng)求。 D1=1 清除 FIFO 狀態(tài)，使中斷輸出線復(fù)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(dòng)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(shí)鐘編程命令輸入。 8279 最多驅(qū)動(dòng) 16 位顯示器，故可由 SL0～ SL3 接一個(gè) 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(gè)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(guò)對(duì)命令寄存器的設(shè)置來(lái)實(shí)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(gè)向右順序排列。 雙鍵互鎖方式：若有兩個(gè)或多個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，不管按鍵先后順序如何，只能識(shí)別最后一個(gè)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(lái)作為掃描鍵盤和顯示的代碼輸出或直接輸出線。 （ 1） CLK：時(shí)鐘輸入線 8279 所需時(shí)鐘頻率為 100kHz,該頻率通常由 8051 單片機(jī) ALE 端分頻得來(lái)。 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(shí)輪流驅(qū)動(dòng)被選中的顯示器件，以達(dá)到多路復(fù)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(hào)變?yōu)楦唠娖剑?CPU 申請(qǐng)中斷。 在鍵盤或選通方式工作時(shí)，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(fù) 控制（ D7）和移位（ D6）的狀態(tài)由 CNTL、 SHIFT 端外接的兩個(gè)附加按鍵決定； 掃描（ D D D3）來(lái)自掃描計(jì)數(shù)器，是閉合鍵所在列的編號(hào)，由 SL0～ SL3 確定； 回復(fù)（ D D D0）是閉合鍵所在行的編號(hào)，由 RL0～ RL7 確定。 4）回復(fù)緩沖器、鍵盤去抖動(dòng)及控制、回復(fù)緩沖器用來(lái)接收并鎖存來(lái)自回復(fù)線 RL0～ RL7的 8 個(gè)回復(fù)信號(hào)。 3）掃描計(jì)數(shù)器 掃描計(jì)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(lái)的命令，就通過(guò)譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，從而完成相應(yīng)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(jìn)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(gè)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(chǔ)器的尋址范圍達(dá)到 64K 字節(jié)。該引腳有效（低電平）時(shí)只選用片外程序存儲(chǔ)器，否則計(jì)算機(jī)上電或復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 VCC 掉電期間，該引腳如接備用電源 VPD（ +5V177。 在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間， PSEN 信號(hào)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(qǐng)求輸入端 ) INT1 (外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 ) T0 (定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖輸入端 ) T1 (定時(shí)器 /計(jì) 數(shù)器 1 計(jì)數(shù)脈沖輸入端 ) WR (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸入端 ) RD (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸入端 ) ALE/ PROG ： 地址鎖存有效信號(hào)輸出端。 ～ ： P2 口的 8 個(gè)引腳。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，可作為準(zhǔn)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(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。 ⑺ 21 個(gè)字節(jié)專用寄存器。 ⑶ 128 個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 4. 控制電路的設(shè)計(jì) 總體概況 一 .主要功能 MCS51 系列單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司在 1980 年推出的高性能 8 位單片微型計(jì)算機(jī)，比原來(lái)的 MCS48 系列結(jié)構(gòu)更為先進(jìn)，功能增強(qiáng)，它包括 51 和 52 兩個(gè)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(shí)格外要注意。逐次近似 A/D 轉(zhuǎn)換器定期進(jìn)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(jìn)行積分，因此能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑，特別適合于噪聲工作環(huán)境。 本設(shè)計(jì)中，采用的是 LM331 轉(zhuǎn)換芯片（ V/F）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的頻率信號(hào)，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(jiǎn)單廉價(jià)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(jī)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(shè)計(jì)中 1/100 和 1/10 分壓比的選擇也由單片機(jī)引腳控制多路選擇開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在本設(shè)計(jì)中， 1 檔， 10 檔， 100 檔可由交直流轉(zhuǎn)換部分的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，見圖 14。因?yàn)?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(guò) 1/100 分壓后降為 5V，恰好可以滿足 V/F 轉(zhuǎn)換的要求。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的功能，并且能夠自動(dòng)判斷是否超量程測(cè)量。電路的輸入端無(wú)論接入的是直流正信號(hào)還是直流負(fù)信號(hào)，輸出的幅值都是 0 伏以上的直流正信號(hào)，這對(duì)于后續(xù)電路的設(shè)計(jì)尤其適用，而此時(shí)可以從比較器輸出的電平高低獲知是正輸入還是負(fù)輸入。由數(shù) 據(jù) 采 集 量 程 自 動(dòng) 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(guò)零躍變的準(zhǔn)數(shù)字量控制的全波整流過(guò)程。 交流信號(hào)和直流信號(hào)的采樣 本設(shè)計(jì)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(hào)過(guò)零比較于一體。 1. 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計(jì) 根據(jù)本系統(tǒng)的要求所采集的信號(hào)應(yīng)為電壓信號(hào)，同時(shí)電壓信號(hào)還應(yīng)有交流和直流之分。而本系統(tǒng) 中要求測(cè)量的電壓范圍是 0～ 500V,無(wú)法滿足 V/F 轉(zhuǎn)換的要求。 第一篇 硬件部分的設(shè)計(jì) 分析本設(shè)計(jì)，可以看出其主要任務(wù)就是對(duì)電壓信號(hào)能夠自動(dòng)選擇合適的量程進(jìn)行測(cè)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(zhǔn)確地測(cè)量模擬信號(hào)的電壓值，一直是電測(cè)儀器研究的內(nèi)容之一。 在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成了硬件電路的設(shè)計(jì)及軟件程序的編寫，通過(guò)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(dá)到正常的測(cè)量及顯示功能。 Modularity 目 錄 緒論 ............................................................................................................................. 1 第一篇 硬件部分的設(shè)計(jì) ............................................................................... 1 1. 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計(jì) .................................................