【文章內容簡介】 位 按 鍵 控制 圖 硬件設計結構框圖 軟件設計方案 軟件設計主要完成三部分工作：信號采集、數(shù)據(jù)處理、中斷控制，輸出顯示。軟件設計的主要內容是完成要完成單片機的主控制程序，芯片 CS5460 的初始化復位程序，鍵盤的掃描中斷程序以及 LCD 液晶顯示器的即時顯示程序。結構框圖如圖 所示。 模 擬 信 號 C S 5 4 6 0 A 單 片 機 L C D 液 晶 顯 示模 數(shù) 轉 換模 擬 量數(shù) 字 量輸 出 顯 示 圖 軟件設計結構框圖 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件設計方案 5 3 硬件設計 單片機概述 單片機又稱單片微控制器，它不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一 個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。概括的講，一塊芯片就成了一臺計算機。 MCS51 單片機是美國 INTEL 公司于 1980 年推出的產品，與 MCS 48單片機相比，它的結構更先進，功能更強，在原來的基礎上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達 111 條， MCS51 單片機可以算是相當成功的產品，一直到現(xiàn)在， MCS51系列或其兼容的單片機仍是應用的主流產品，各高校及專業(yè)學校的培訓教材仍與MSC51 單片機作為代表進行理論基礎學習。 MCS51 系列單片機主要包括 803 8051 和 8751 等通用產品。本設計中 所采用的單片機型號為 STC89C52。 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標準功能： 8k 字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線， 看門狗定時器 ，內置 4KB EEPROM， MAX810 復位電路，三個 16 位 定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2 級中斷結構，全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件 可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作 停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35Mhz， 6T/12T可選。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件設計方案 6 STC89C52 引腳功能介紹 圖 單片機 STC89C52 ① 電源 VCC—— 芯片電源，接 +5V； VSS—— 接地端。 ② 時鐘 XTAL XTAL2：晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。使用內部振蕩電路時外接石英晶體。 ③ 控制線 控制線共有 4根，其中 3 根是復用線。所謂復用線是指具有 兩種功能，正常使用時是一種功能，在某種條件下是另一種功能。 1） ALE/PROG—— 地址鎖存允許 /片內 EPROM 編程脈沖。 ALE 功能：用來鎖存 P0口送出的低 8位地址。 STC89C52 在并行擴展外存儲器（包括并行擴展 I/O 口）時， P0口用于分時傳送低 8 位地址和數(shù)據(jù)信號，且均為二進制數(shù)。那么如何區(qū)分是低 8位地址還是 8位數(shù)據(jù)信號呢？當 ALE 信號有效時， P0 口傳送的是低 8位地址信號； ALE 信號無效時， P0 口傳送的是 8位數(shù)據(jù)信號。在 ALE 信號的下降沿，鎖定 P0口傳送的內容，即低 8 位地址信號。 需要指出的是，當 CPU 不執(zhí)行訪問外 RAM 指令（ MOVX）時， ALE以時鐘振蕩頻率 1/6 的固定頻率輸出，因此 ALE 信號也可作為外部芯片 CLK 時鐘或其他需要。但是，當 CPU 執(zhí)行 MOVX 指令時， ALE 將跳過一個 ALE脈沖。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件設計方案 7 ALE 端可驅動 8 個 LSTTL 門電路。 PROG 功能：片內有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳輸入編程脈沖。 2） PSEN—— 外 ROM讀選通信號。 STC89C52 讀外 ROM 時，沒個機器周期內 PSEN 兩次有效輸出。 PSEN 可作為外ROM 芯片輸出允許 OE 的選通信號。 在讀內 ROM 或讀外 RAM時， PSEN 無效。 PSEN 可驅動 8個 LSTTL 門電路。 3） RST/Vpd—— 復位 /備用電源。 正常工作時， RST（ Reset）端為復位信號輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個機器周期以上高電平， STC89C52 芯片即實現(xiàn)復位操作，復位后一切從頭開始，CPU 從 0000H 開始執(zhí)行指令。 Vpd 功能：在 Vcc 掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由 Vpd 向片內供電，以保持片內 RAM 中的數(shù)據(jù)不丟失。 4） EA/Vpp —— 內外 ROM 選擇 /片內 EPROM 編程電源。 EA 功能：正常工作時， EA 為內外 ROM 選擇端。 STC89C52 單片機 ROM尋址范圍為 64KB，其中 4KB 在片內， 60KB 在片外。當 EA保持高電平時，先訪問內 ROM，但當 PC（程序計數(shù)器）值超過 4KB（ 0FFFH）時，將自動轉向執(zhí)行外 ROM 中的程序。當 EA 保持低電平時，則只訪問外 ROM，不管芯片內有否內 ROM。 Vpp 功能：片內有 EPROM 的芯片，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電源 Vpp。 對 4 個控制引腳，應熟記起第一功能，了解其第二功能。嚴格來講， STC89C52的控制線還應該 包括 P3口的第二功能。 5） I/O 引腳 STC89C52 共有 4 個 8 位并行 I/O 端口 ,共 32 個引腳 P0 口 —— 8 位雙向 I/O 口。 在不并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O 口 )時 , P0 口可用作雙向 I/O 口。 在并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O 口 )時 , P0 口可用于分時傳送低 8 位地址 (地址總線 )和 8 位數(shù)據(jù)信號 (數(shù)據(jù)總線 )。 P0 口能驅動 8個 LSTTL 門。 P1 口 —— 8 位準雙向 I/O 口 (“準雙向”是指該口內部有固定的上拉電阻 )。 P1口能驅動為 4個 LSTTL 門。 P2 口 —— 8 位準雙向 I/O 口。在不并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O口 )時 , P2 口可用作雙向 I/O 口。在并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O 口 )時 , P2口可用于傳送高 8位地址 (屬地址總線 ) 。 P2 口能驅動 4個 LSTTL 門。在結構上，P2 口比 P1 口多一個輸出控制部分。 P3 口 —— 8 位準雙向 I/O 口。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件設計方案 8 可作一般 I/O 口用 ,同時 P3口每一引腳還具有第二功能 ,用于特殊信號輸入輸出和控制信號 (屬控制總線 )。 P3口驅動能力為 4 個 LSTTL 門。 P3 口第二功能如下 : —— RXD:串行口輸入端 。 —— TXD:串行口輸出端 。 —— 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 /計數(shù)器 0外部信號輸入端 。 —— T1:定時 /計數(shù)器 1外部信號輸入端 。 —— WR:外 RAM寫選通信號輸出端 。 —— RD:外 RAM讀選通信號輸出端。 上述 4 個 I/O 口 ,各有各的用途。 在不并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O口 )時 , 4 個 I/O 口都可作為雙向 I/O口用。在并行擴展外存儲器 (包括并行擴展 I/O口 )時 , P0 口專用于分時傳送低 8位地 址信號和 8 位數(shù)據(jù)信號 ,P2 口專用于傳送高8 位地址信號。 P3口根據(jù)需要常用于第二功能 ,真正可提供給用戶使用的 I/O口是P1 口和一部分未用作第二功能的 P3 口端線。 單片機的應用領域 單片機廣泛應用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設備、航空航天、專用設備的智能化管理及過程控制等領域，大致可分為如下幾個范疇： ①在智能儀器儀表的應用：單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應用于儀器儀表中，結合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、 速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設備（功率計，示波器，各種分析儀）。 ②在家用電器中的應用：可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，從電飯煲、洗衣機、電冰箱、空調機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設備，五花八門，無所不在。 ③在工業(yè)控制中的應用：用單片機可以構成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng) ，與計算機聯(lián)網構成二級控制系統(tǒng)等。 ④在計算機網絡和通信領域中的應用：現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網絡和通信設備間的應用提供了極好的物質條件，現(xiàn)在的通信設備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制，從手機、電 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件設計方案 9 話機、小型程控交換機、樓宇自動通信呼叫系統(tǒng)、列車無線通信、再到日常工作中隨處可見的移動電話，集群移動通信，無線電對講機等。 ⑤ 單片機在醫(yī)用設備領域中的應用 : 單片機在醫(yī)用設備中的用途亦相當廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設備及病床呼叫 系統(tǒng)等等。 此外，單片機在工商、金融、科研、教育、國防航空等領域都有著十分廣泛的用途。 單片機的發(fā)展趨勢 單片機現(xiàn)在可以說是百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從 8 位、 16 位到 32 位，數(shù)不勝數(shù)，應有盡有，有與主流C51 系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應用提供了廣闊的天地。 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢：微型單片化、低功耗 CMOS化、主流與多品種共存必將成為現(xiàn)實。 CS5460A 芯片介紹 CS5460A 芯片概述 CS5460A 是美國 Cirrus Logic 公司最新推出的帶有串行接口的單相雙向功率／電能計量集成電路芯片，現(xiàn)主要應用在單相電子式電能表和三相電子式電能表中。不同于以前流行的 CS5460 芯片，該芯片特有的自動引腳模式功能，能使芯片獨立工作，得電時自動初始化，由外部的 E2PROM 引導開始工作，并從中讀取數(shù)據(jù)，如果用于高容量或用在家庭，為了降低成本，此模式下，該型芯片可以不用微控制器獨立工作。除此之外，該芯片的性能優(yōu)于其他計量芯片，主要表現(xiàn)在： ① 轉換精度高，測量功能強 。 自身轉換精度達到 0． 1級，可以實現(xiàn) 0． 2級的測量儀表?？蓽y量瞬時電流、瞬時電壓、瞬時功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值和電能計量，這在電力系統(tǒng)的測量芯片中是不多見的。 ② 外圍器件少，具有片內看門狗定時器 (WatchDog Timer)與內部電源監(jiān)視器該芯片只用很少的外圍器件即可實現(xiàn)轉換功能，確保了儀表的轉換精度及穩(wěn)定性。 ③ 接口方便 器件本身形成雙向串行接口，雙向串行接口與內部寄存器陣列可以方便地與微處理器相連接，并有功能很強的內部寄存器數(shù)組，僅用 5～ 6 根連線即可方便 地與單片機接口； 針對這些特點，選用了 CS5460 芯片，收到了很好的效果。本文著重介紹 CS5460 芯片的基本功能與運用，根據(jù)時序，給出所采用讀寫方法的一些體會以及硬件實現(xiàn)原理圖。 攀枝花學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 硬件設計方案 10 CS5460A 是一個包含兩個ΔΣ模 數(shù)轉換器（ ADC）、高速電能計算功能和一個串行接口的高度集成的ΔΣ 模 數(shù)轉換器。它可以精確測量和計算有功電能、瞬時功率、 IRMS 和 VRMS ，用于研制開發(fā)單相 2 線或 3 線電表。 CS5460A 可以使用低成本的分流器或互感器測量電流，使用分壓電阻或電壓互感器測量電壓。CS5460A 具有與微控制器通訊的 雙向串口，芯片的脈沖輸出頻率與有功能量成正比。 CS5460A 具有方便的片上 AC/DC 系統(tǒng)校準功能?！白砸龑А钡奶攸c使