【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 (1) CD4066 管腳圖 如圖 (1)所示，在本次設(shè)計(jì)中 DDV 接＋ 5V， ssV 接地。當(dāng)控制 CONTROL 為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電阻約為 270? ；當(dāng)控制 CONTROL 為低電平 時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。 運(yùn)算方大器 LM741： 圖 (2) LM741 管腳圖 如圖 5 所示，在本次設(shè)計(jì)中 Vin（ +）接地， VCC接 +5V， VEE接 5V，故運(yùn)放的輸出電壓不超過(guò)5V。 自動(dòng)增益控制模塊 描述 概述 功能描述 1） 增益值隨輸入信號(hào)幅度自動(dòng)變化。 2） 限制輸出信號(hào)幅度。 第 10頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 接口定義 該模塊可通過(guò)檢波電路與放大器輸出端及比較器連接，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路連接單片機(jī)輸出與放大器輸入。 技 術(shù)要求 同 。 實(shí)現(xiàn)方式 自動(dòng)增益控制模塊原理圖如圖 3. （ 1）所示。它是在第一個(gè)模塊的基礎(chǔ)上增加了電平轉(zhuǎn)換以及對(duì)輸出的一個(gè)反饋電路，該反饋電路由檢波電路和 741 比較器組成。 檢波電路如圖 （ 2）所示。在這個(gè)電路中，檢波電路的作用是將輸入的交流信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)輸出。首先，輸入的正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)二極管之后就被濾去了負(fù)值部分。正的信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè) RC 耦合電路，進(jìn)行充放電，當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，電容開(kāi)始充電，電位升高；無(wú)輸入時(shí)，由于電容需要放電，電位還會(huì)維持在原來(lái)的電位附近，保持一段時(shí)間，這 就要求這個(gè) RC 電路的時(shí)間常數(shù)較大，所以取電阻一般為千歐級(jí)，甚至兆歐，在電容放電過(guò)程中若又有信號(hào)輸入，電容將繼續(xù)充電，這樣的過(guò)程不斷反復(fù)進(jìn)行，因此，輸出信號(hào)因?yàn)?RC 耦合電路的作用而近似為直流信號(hào)。 輸出的直流信號(hào)將通過(guò)電壓比較器，這里，我們用的是 uA741。比較后的結(jié)果將被反饋到單片機(jī)，再由單片機(jī)控制增益值，以此達(dá)到自動(dòng)增益的效果。 第 11頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 （ 1）自動(dòng)增益原理圖（摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4） 圖 （ 2）檢波電路（摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4） 圖 （ 3）摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4 電路中還有一個(gè)重要的部分是電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換的電路如圖 （ 3）所示。電平轉(zhuǎn)換電路的功能是將輸入范圍在 0~5V的信號(hào)轉(zhuǎn)換為 5~+5V。用 LM324 做電壓比較器。 電平轉(zhuǎn)換模塊 功能描述 輸入 (+5V,0V) =輸出 (+5V,5V)，使交流信號(hào)可順利通過(guò)模擬開(kāi)關(guān) 接口定義 電平轉(zhuǎn)換模塊共有兩個(gè)接口： 輸入端：接單片機(jī)。 輸出端：接基礎(chǔ)部分。 實(shí)現(xiàn)方式 可變?cè)鲆娣糯笃麟娐啡鐖D （ 1） 第 12頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 （ 1）可變?cè)鲆娣糯笃麟娐吩韴D（摘自講義 2） 主要原理：輸入端輸入 +5V，輸出端還是 +5V，輸入端輸入 0V，輸出端變?yōu)?5V，目的就是使 4066 工作在 +5V的電壓下。 主要元件 —— LM324 LM324 內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 （ 2） 圖 （ 2） LM324 內(nèi)部結(jié)構(gòu)（摘自 LM324 datasheet） 工作原理： LM324 是由 4 個(gè)運(yùn)算放大器組成。 管腳定義： LM324 的管腳圖見(jiàn)圖 （ 3） 第 13頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 （ 3） LM324 管腳定義圖（摘自 LM324 datasheet） 外圍電路設(shè)計(jì) 圖 （ 4）電平轉(zhuǎn)換外圍電路 第 14頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 電壓比較模塊 功能描述 比較檢波得到的峰值電壓與基準(zhǔn)電壓，使得輸出電壓變?yōu)?0V和 +5V。 接口定義 電壓比較模塊共有 3 個(gè)接口：接口 1 位輸入端，通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)與基礎(chǔ)部分相連接，接口 2 和 3 均通過(guò)一個(gè) 10pin 插座與單片機(jī)相連接，連接的是單片機(jī)的 ， 接口。 實(shí)現(xiàn)方式 電壓比較模塊電路如圖 （ 1）所示。 接口2 接口3 1K 1K 1N 414 8 1N 414 8 V c m i n V c m a x 0. 1uF 2A P 9 4 M Ω 基準(zhǔn)電壓 V m a x 基準(zhǔn)電壓 V m i n V c c 接口 1 圖 （ 1）電壓比較電路圖 (1)電路連接 檢波電路如圖 （ 2），電容器與電阻要接地，二極管的另一端與電平轉(zhuǎn)換電路相連。檢波電路輸出端連接到兩個(gè) LM741 的正端，基準(zhǔn)電壓 Vmax 和 Vmin 分別接在兩個(gè) LM741 的負(fù)端。 LM741再與二極管相連，接 上 1 個(gè)接地的 1K 歐的電阻后輸出。 圖 （ 2）檢波電路圖 摘自科技創(chuàng)新 [2]課程講座 4 (2)電路原理 第 15頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 檢波電路只取輸入正弦交流電的峰值，即輸出的是直流電。這樣做的目的是使 LM741 的輸入電壓與基準(zhǔn)電壓差距較大，從而在比較電壓的時(shí)候使 LM741 工作在非線(xiàn)性區(qū)。通過(guò)調(diào)節(jié)變阻器的阻值可以控制 Vmax 和 Vmin。 LM741 對(duì)輸入電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果輸入電壓比基準(zhǔn)電壓大，則輸出 5V,反之，則輸出 5V。通過(guò)二極管時(shí)，由于負(fù)向電壓無(wú)法通過(guò)， 5V 的電壓值不便，而 5V 變?yōu)?V。 5V 和 0V 分別在單片機(jī)上表現(xiàn)為二進(jìn)制的 1 和 0，兩條電路共有四種組合，分別為 00、 0 10 和 11。但其中的 10 時(shí)不可能的，因?yàn)檩斎腚妷翰豢赡芗缺?Vmax 大又比 Vmin 小，所以實(shí)際只有00、 0 11 三種情況。當(dāng)為 00 時(shí)，說(shuō)明輸入電壓較小，單片機(jī)會(huì)控制使增益倍數(shù)增大；當(dāng)為 11時(shí)，說(shuō)明輸入電壓較大，單片機(jī)會(huì)控制使增益倍數(shù)減??；當(dāng)為 01 時(shí)，無(wú)任何動(dòng)作。 主要原件 LM741，可見(jiàn)基礎(chǔ)部分元件介紹。 第 16頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 4. 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 軟件總體結(jié)構(gòu)和功能 程序總體可以分為如下幾個(gè)部分： （ 1）程序頭 文件的聲明； （ 2）常量定義； （ 3）變量定義； （ 4）功能函數(shù)的定義； （ 5）中斷函數(shù)的定義； （ 6）主函數(shù)的定義。 圖 程序架構(gòu)圖（來(lái)自課程講義） 具體對(duì)應(yīng)于： （ 1） 鍵值處理模塊 : 獲取鍵值，選擇工作模式，針對(duì)相應(yīng)鍵值改變?cè)鲆娴燃?jí) （ 2） 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)模塊 : 對(duì)增益等級(jí)譯碼，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示譯碼結(jié)果 （ 3） 增益譯碼模塊 : 將增益等級(jí)轉(zhuǎn)化為 I/O 引腳的高低電平狀態(tài) （ 4） 本軟件完成的功能是利用單片機(jī)上的按鍵選擇增益等級(jí)和工作模式，分別以手動(dòng)的方式和自動(dòng)的方式對(duì)放大電路的輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)。 重要的全局變量 1． 按鍵定義 ：?jiǎn)纹?機(jī)小系統(tǒng)中的四個(gè)按鍵分別使用了 P1口的四個(gè)引腳 sbit KEY1= P1^0。 sbit KEY2= P1^1。 sbit KEY3= P1^2。 sbit KEY4= P1^3。 整個(gè)系統(tǒng)中 KEY1 用來(lái)對(duì)增益功能進(jìn)行選擇，即為可控增益或自動(dòng)增益。 第 17頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 基礎(chǔ)部分中 KEY3 表示的是加一， KEY4 表示的是減一， KEY2 表示的是清零。 拓展部分中， KEY2 表示的是鎖定的切換。拓展部分中， KEY KEY4 實(shí)效。 2． 1s 軟件定時(shí)器計(jì)數(shù) unsigned char clock1s。 3． 1s 軟件定時(shí)器溢出標(biāo)志 ，位變 量 bit clock1s_flag。 4． 數(shù)碼管位驅(qū)動(dòng)和指示燈驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出緩存 定義了一個(gè)可位尋址的變量 unsigned char bdata output_sel。 sbit led_1 = output_sel^5。 sbit led_2 = output_sel^6。 sbit led_3 = output_sel^7。 sbit led_4 = output_sel^4。 5．?dāng)?shù)碼管掃描驅(qū)動(dòng)指針 為測(cè)試外部存儲(chǔ)器（ U3 6264），特使用 xdata 類(lèi)型 unsigned char xdata digi_scaner。 6． 測(cè)試用計(jì)數(shù)器 為測(cè)試外部存儲(chǔ)器（ U3 6264），特使用 xdata 類(lèi)型 unsigned int xdata test_counter。 7． 測(cè)試用計(jì)數(shù)值十進(jìn)制表示 為測(cè)試外部存儲(chǔ)器（ U3 6264），特使用 xdata 類(lèi)型 unsigned char xdata digi[1400]。 float xdata a[30]。 流程邏輯 主要模塊描述 〈定時(shí)中斷 0〉描述 函數(shù)名 timer0 ( ) interrupt 1 using 0 功能描述 實(shí)現(xiàn) 5ms 秒的硬件定時(shí)中斷。主要用于： 1．每 5ms 驅(qū)動(dòng)一次數(shù)碼管的顯示 2．提供 1s 軟定時(shí)，用于鍵盤(pán)掃描 第 18頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 開(kāi)機(jī) 單片機(jī)初始化 中斷寄存器初始化 計(jì)時(shí)寄存器初始化 開(kāi)計(jì)時(shí)器 , 開(kāi)中斷 5m s 計(jì)時(shí)到 ,計(jì)時(shí)器溢出 ? Y 中斷服務(wù)子程序 根據(jù) c ur r ent _v al ue 的值設(shè)置 D 1_0 ~ D 1_3 根據(jù) c ur r ent _v al ue 的值設(shè)置 D 2_0 ~ D 2_3 是否是模是 1（ m ode= 1 ? ） Y N N 圖 流程邏輯圖（來(lái)自 11 年 040 組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告） 定時(shí)器初值設(shè)定 TH0=V_TH0。 // V_TH0＝ 0xfd TL0=V_TL0。 // V_TL0=0xee。 TR0=1。 EA=0 //關(guān)中斷 數(shù)碼管的掃描 在本系統(tǒng)中采用每 5ms 間隔對(duì)一個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 20ms 一個(gè)輪回 digi_scaner 為數(shù)碼管掃描指針，它的值從 1 到 4 重復(fù)變 換，控制數(shù)碼管逐一驅(qū)動(dòng)。 1s 軟件定時(shí)的實(shí)現(xiàn) 由于硬件定時(shí)器只能實(shí)現(xiàn)短時(shí)間的定時(shí)功能，最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間為 。因此要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的定時(shí)功能，就必須利用軟件定時(shí)實(shí)現(xiàn)。 本系統(tǒng)中使用 clock1s 變量進(jìn)行計(jì)數(shù)， 20 個(gè) 5ms 為 1s，此時(shí)輸出 1s 溢出標(biāo)志。 1s 溢出標(biāo)志由一個(gè)位變量 clock1s_flag 來(lái)控制， 1s 溢出時(shí)， clock1s_flag 置 1，否則為 0。 第 19頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 關(guān)中斷 重制定時(shí)器初值 模式為 1 ？ 按鍵 1 按下？ 按鍵 2 按下？ 按鍵 3 按下？ 按鍵 4 按下？ C ur r ent _v al ue 加 1 C ur r ent _v al ue 減 1 C ur r ent _v al ue 置為 10 模式變?yōu)?2 ( m ode = 2) I N 1 和 I N 2 的值是多少？ 10 01 00 Current_value加1 Current_value減1 Current_value不變 按鍵 4 按下？ C ur r ent _v al ue 的值送 譯碼器譯碼 譯碼結(jié)果送數(shù)碼管顯示 開(kāi)中斷 模式變?yōu)?2 ( m ode = 2) Y Y Y Y Y Y N N N N N N Y 圖 中斷函數(shù)的流程圖（來(lái)自 11 年 040 組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告） 實(shí)際實(shí)現(xiàn)過(guò)程不同于前人，具體如下： 主程序 變量初始化 num=15//初始發(fā)大倍數(shù) , numtemp1=15。 numtemp=15。 fun=1//模式的切換 , lock=0。//鎖定的切換 P1=0XFF。 P3=0XFF。 管腳高低電平初始化 P35=1。 P32=1。 P34=1。 第 20頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 P33=1。 數(shù)碼管顯示初始化 digi[0]=1。 digi[1]=0。 digi[2]=39。 39。 digi[3]=5。 clock1s=0。 //1s 軟件定時(shí)器計(jì)數(shù)