【正文】 itation of software program. This system can fulfill the function of measure and displaying under the demanded conditions. Over the designing of the whole system, the method of modularity is used. Key words: AT89C51 MCU。 Digital Voltmeter。另外，在每一模塊電路中都對元器件的選擇作了簡單的 介紹，其中包括有關(guān)數(shù)值的計算和分析。另外，前向通道的設(shè)計還應(yīng)包括對模擬信號的采集部分。圖中 U10 工作于同相放大狀態(tài)，運放 U11 工作于反相放大狀態(tài)，比較器的輸入引自 U10 的放大輸出信號，這有利于提高比較器對信號的靈敏度。 顯然，此電路滿足本設(shè)計的要求，而且它集量程轉(zhuǎn)換于一體，為量程轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計提供了方便，節(jié)省了硬件資源。 1/100 檔和 1/10 檔由分壓電路來完成，它們是用來測量較大電壓的。在本設(shè)計中采用的是 MAX4602,因為它的耐壓值可達到兩千伏左右，故可以應(yīng)用在本系統(tǒng)中。其數(shù)字脈沖重復(fù)率正比于模 擬輸入電壓的幅值。 在本設(shè)計中，為了消除干擾，在輸入信號端加一個低通濾波器， C=1uF,R=100KΩ ,低通濾波的截止頻率為： IN7RC5R E F2GND4V C C8OUT1T H R6F R E Q3L M 31 1L M 31 1OUT6+V8GND5C3NC1NC4A2EN76N 13 76N 13 7R 2710KR 2810KR45KR 3562KR 2662KR 2222KR 232KR 21T0C61uF R 311K V C CV C CV C CGNDC5C8GNDR 43100KQ3Q0VDDR 305KR 2412KV C C f=1/(2? RC)≈ 圖 14 中，選擇 Rl (R26)為 62K,R t (R22)為 ,C t(C5)為 ,Rs 為 R24+R30，仔細調(diào)節(jié) R30 即可滿足輸入為 5V 時，輸出 f 為 10KHZ。 51 子系列的主要功能為： ⑴ 8 位 CPU。 ⑼ 1 個全雙 工串行 I/O 接口，可多機通信。圖中 SP 是堆棧指針寄存器，棧區(qū)占用了片內(nèi)RAM 的部分單元；未見通用寄存器（工作寄存器），因單片機片內(nèi)有存儲器，與訪問工作寄存器一樣方便，所以就把一定數(shù)量的片內(nèi) RAM 字節(jié)劃作工作寄存器區(qū)； PSW 是程序狀態(tài)字寄存器，簡稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計算機的標(biāo)志寄存器； DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器，在訪問片外 RAM、片外 ROM、甚至擴展 I/O 接口時特別有用； B 寄存器又稱乘法寄存器，它與累加器 A 協(xié)同工作，可進行乘法操作和除法操作。外接晶體時， XTAL1 與 XTAL2 各接 晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。 ～ ： P3 口的 8 個引腳。單片機的振蕩器工作時，該引腳上出現(xiàn)持 續(xù)兩個機器周期的高電平就可實現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機回復(fù)到初始狀態(tài)。 ② 單片機對外呈三總線形式。顯示 RAM 容量為 16 8，即顯示器最大配置可達 16 位 LED 數(shù)碼顯示。 N 可以在 2～31 之間由軟件編程，以便從外部時鐘 CLK 分頻得到內(nèi)部所需要的 100KHz 時鐘。在逐行逐列掃描時，回復(fù)線用來搜尋每一行（列）中閉合的鍵。若 FIFO RAM 不空，例如已存有閉合鍵的鍵值，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生 IRQ=1 信號，向 CPU申請中斷。 8279 引腳及功能 8279 是具有 40 個引腳的雙列直插式封裝的芯片，其引腳及功能如圖 110 所示。 （ 2） IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。 （ 8） OUTA0～ OUTA3：通常作為顯示信號的高 4 位輸出線。 2）顯示方式 8279 的顯示方式又可分為左端入口和右端入口方式。命令寄存器共 8 位，其格式如下： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 命令特征位（ 3 位） 有關(guān)命令內(nèi)容（ 5 位） 8279 的一條命令由兩大部分組成，一部分為命令特征，代表某一類命令，由命令寄存器高 3 位 D7～ D5 決定。 所謂譯碼掃描，掃描代 碼經(jīng) SL0～ SL3 外接譯碼器輸出。 D4～ D0 用來設(shè)定分頻系數(shù)。 5）寫顯示 RAM 命令 特征位 D7～ D5＝ 100。 D1 為 A 組顯示熄滅控制， D1＝ 1 時熄滅， D1＝ 0 恢復(fù)顯示。 表 17: 清除顯示 RAM 方式 D4 D3 D2 消除方式 1 0 將全部顯示 RAM 清為 0 1 0 將顯示 RAM 置為 20H（ A 組＝ 0010 B 組＝ 0000） 1 1 將顯示 RAM 置為 FFH 0 D0＝ 0 不清除 D1＝ 1 仍按上述方式清除 8）結(jié)束中斷 /出錯方式設(shè)置命令 特征位 D7～ D5＝ 111。 根據(jù)上述 8 種命令可以確定 8279 的工作方式。 格式如表 110 所示： 表 110: 傳感器方式及選通方式數(shù)據(jù)輸入格式 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 RL7 RL6 RL5 RL4 RL3 RL2 RL1 RL0 五、 8279 內(nèi)部譯碼和外部譯碼方式 8279 的內(nèi)、外譯碼由鍵盤 /顯示命令字的最低位 D0 選擇決定。 開 始設(shè) 置 最 大 量 程采 樣 1 0 m s采 樣 1 0 m s設(shè) 置 1 / 1 0 量 程采 樣 值 1 0 0m s采 樣 值 9設(shè) 置 乘 1 量 程設(shè) 置 乘 1 0 0 量 程1 0 m s 采 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)為選擇量程并進行量程的處理。對于小于 的信號系統(tǒng)顯示結(jié)果將為 0。 10ms 采樣最大采樣值應(yīng)為 100HZ,顯然在量程比較部分計算就比較簡單 。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(shè)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。 分析表 21，則有當(dāng)量程為 50V～ 500V 時，有 500V 對應(yīng)于 10KHZ，即 20HZ/V。 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(dāng)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。 超量程處理 當(dāng)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。當(dāng)量程為 ～ 5V 時，則有 2KHZ/V。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。 系統(tǒng)量程處理部分的流程圖見圖 22 所示 .。 采樣程序的設(shè)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(yīng)為 T0 的計數(shù)值。 本設(shè)計中通過 10ms的采樣值進行量程比較，由于本設(shè)計中采用的 V/F轉(zhuǎn)換為 0～ 10KHZ，所以 10ms 對應(yīng)的最大采樣值應(yīng)為 100HZ。 8279只能接 4 位顯示器和 4 8 矩陣式鍵盤。 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)。 （ 1）在傳感器方式，用此命令結(jié)束傳感器 RAM 的中斷請求。 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～ D0 是欲寫入的 RAM 地址，若連續(xù)寫入則表示 RAM 首地址。 D2～ D0 為 8279中 FIFO 及傳感器 RAM 的首地址。 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。另一部分為命令的具體內(nèi)容，由 D4～ D0 決定。 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。 （ 10） BD：顯示熄滅輸出線，低電平有效。 （ 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）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。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。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(fù)（ D D D0）是閉合鍵所在行的編號，由 RL0～ RL7 確定。 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。 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)。因是 16 位地址線，使片外存儲器的尋址范圍達到 64K 字節(jié)。 VCC 掉電期間，該引腳如接備用電源 VPD（ +5V177。 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。在不接片外存儲器與不擴展 I/O 接口時，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出接口。用 HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝，見下圖 16。 ⑾ 中斷系統(tǒng)有 5 個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級。 ⑶ 128 個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。流入 C6 的 Iaver=i( Rt C t)f。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。電路圖見圖 13。在本設(shè)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。所設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)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。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(zhǔn)數(shù)字量控制的全波整流過程。 1. 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計 根據(jù)本系統(tǒng)的要求所采集的信號應(yīng)為電壓信號，同時電壓信號還應(yīng)有交流和直流之分。 第一篇 硬件部分的設(shè)計 分析本設(shè)計，可以看出其主要任務(wù)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。 如何準(zhǔn)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。 整個系統(tǒng)的設(shè)計完成了硬件電路的設(shè)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。 本文將介紹一種以單片機為核心的電壓測量儀表，它能夠測量電壓量，能夠自動進行量程選擇，并且測量結(jié)果能夠通過數(shù)碼管顯示，從而具有一定的智能性。對于 V/F 轉(zhuǎn)換電路，要使其轉(zhuǎn)換具有良好的線性度和精度必須使其輸入電壓變化范圍較小。對于信號變換部分應(yīng)該注意的是所采樣的信號種類應(yīng)能夠通知控制部分（單片機），以使控制部分做出相應(yīng)的計算處理，只有這樣才能保證最終的顯示結(jié)果的正確性。 2376 5184