【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，CH1作為負(fù)輸入端IN進(jìn)行輸入。當(dāng)配置2位數(shù)據(jù)為0、1時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN，CH1 作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之后D1端的輸入電平就失去輸入作用，此后D0/D1端則開始利用數(shù)據(jù)輸出D0進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)時(shí)鐘脈沖開始由D0端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位D7，隨后每一個(gè)脈沖D0端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)D0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出D0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。下圖312為ADC0832時(shí)序圖。圖312 ADC0832串口輸出采樣時(shí)序圖Figure 312 ADC0832serialoutputsamplingtimingdiagram ADC0832典型應(yīng)用1) 單片機(jī)串行口方式0與ADC0832接口 圖313單片機(jī)串行口方式0與ADC0832接口圖Figure 313 Single Chipserialport0andadc0832interfacemap，TXD是時(shí)鐘信號(hào)輸出端，RXD為啟動(dòng)信號(hào)，模擬通道選擇信號(hào)發(fā)送端以及A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)據(jù)的接收端。ADC0832的時(shí)鐘頻率最高為400kHz，單片機(jī)AT89C51晶振選用4MHz，在TXD端的輸出頻率為4MHz/12=333kHz，符合要求。 ADC0832 輸出的串行數(shù)據(jù)共15位，由兩段8位數(shù)據(jù)組成，前一段是最高位在先，后一段是最高位在后，兩段數(shù)據(jù)的最低位共用。只有在時(shí)鐘的下降沿，ADC0832的串行數(shù)據(jù)才移出一位。由單片機(jī)控制時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行發(fā)送，并由TXD發(fā)出，以達(dá)到控制ADC0832輸出數(shù)據(jù)位的目的。為了得到一列完整的8位數(shù)據(jù)，單片機(jī)分兩次采集含有不同位的數(shù)據(jù)，再合成一列完整的8位數(shù)據(jù)。當(dāng)REN=0時(shí)，AT89C51連續(xù)一次向ADC0832發(fā)送8個(gè)時(shí)鐘脈沖，前3個(gè)脈沖發(fā)送的是啟動(dòng)位和模擬通道選擇位，共計(jì)3位；從第4個(gè)脈沖下降沿開始，ADC0832發(fā)出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D7～D4（在脈沖上升沿單片機(jī)方可接收）。但由于REN=0，單片機(jī)不予接收，丟失D7～D4數(shù)據(jù)。當(dāng)REN=1時(shí)，單片機(jī)又向ADC0832連續(xù)發(fā)出8個(gè)時(shí)鐘脈沖，其輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)D3，D2，D1和d0，d1，d2，d3，d4存入累加器A形成如下結(jié)構(gòu)：累加器A d4d3d2d1d0D1D2D3MSB LSB上述數(shù)據(jù)右移3位，并屏蔽掉高3位，暫存于寄存器B，得到如下結(jié)構(gòu)：寄存器B000d4d3d2d1d0MSB LSB單片機(jī)第二次接收，可得到下列數(shù)據(jù)：累加器A XXXXXd7d6d5MSB LSB 以上數(shù)據(jù)左移5位，并屏蔽低5位，送入累加器A，得到如下結(jié)構(gòu)：累加器Ad7d6d500000 MSB LSB進(jìn)行（A）+（B）→（A）運(yùn)算，得到如下結(jié)構(gòu)：累加器Ad7d6d5d4d3d2d1d0MSB LSB從而得到一個(gè)完整的8位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。2) SPI串行接口方式SPI是MOTOROLA公司推出的一種同步串行外設(shè)接口，允許MCU也各個(gè)廠家生產(chǎn)工具的標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備直接接口，以串行方式交換信息。SPI使用4條線與主機(jī)（MCU）連接：串行時(shí)鐘SCK，主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線SO，主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線SI和低電平有效的從機(jī)選擇線CS。SPI串行擴(kuò)展系統(tǒng)的主器件單片機(jī)，可以帶有SPI接口，也可以不帶SPI接口，但從器件必須具有SPI接口。 圖314同步串行外設(shè)接口與主機(jī)連接圖Figure 314 SynchronousserialPeripheralInterfaceconnectedtothehostmapADC0832具有SPI接口，AT89S51與ADC0832的SPI串行接口方式。對(duì)CH0通道的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果存于累加器A中。 LCD1602液晶顯示部分本顯示電路采用了液晶顯示(LCD)模塊，系統(tǒng)顯示部分采用LCD1602，具體硬件電路圖見下圖315。本設(shè)計(jì)采用LCD1602實(shí)時(shí)顯示所測(cè)量的電壓和電流的數(shù)值，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前變壓器的工作狀態(tài)是否良好。包括溫度傳感器測(cè)量到的溫度信息。圖315 LCD1602原理圖Figure 315 SchematicdiagramofLCD16021）液晶顯示簡(jiǎn)介液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對(duì)其顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動(dòng)、易于實(shí)現(xiàn)全彩色顯示的特點(diǎn)，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、PDA移動(dòng)通信工具等眾多領(lǐng)域。液晶顯示器的分類液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)(Static)、單純矩陣驅(qū)動(dòng)(Simple Matrix)和主動(dòng)矩陣驅(qū)動(dòng)(Active Matrix)三種。液晶顯示器優(yōu)點(diǎn)顯示質(zhì)量高:由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會(huì)閃爍。簡(jiǎn)單、方便:液晶顯示器都是數(shù)字式的，和單片機(jī)系統(tǒng)的接口更加簡(jiǎn)單可靠，操作更加方便。體積小、重量輕:液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。功耗低:相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng)IC上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。2）線段的顯示點(diǎn)陣圖形式液晶由MN個(gè)顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對(duì)應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共168=128個(gè)點(diǎn)組成，屏上6416個(gè)顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對(duì)應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對(duì)應(yīng)。例如:屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)(000H)=FFH時(shí)，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長(zhǎng)度為8個(gè)點(diǎn)；當(dāng)(3FFH)=FFH時(shí)，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)(000H)=FFH，(001H)=00H，(002H)=00H，……(00EH)=00H，(00FH)=00H時(shí)，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線，這就是LCD顯示的基本原理。3）字符的顯示用LCD顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由68或88點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對(duì)應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個(gè)字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡(jiǎn)單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)找出顯示RAM對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上該字符對(duì)應(yīng)的代碼即可。圖316 LCD1602實(shí)物圖Figure 316 LCD1602physicalmap在此首先要強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，預(yù)處理部分一般應(yīng)安排在數(shù)據(jù)采集之前，甚至有時(shí)它與傳感器安排在一起，即采用就地處理的方式，這樣可大大削弱信號(hào)傳輸過程中受到的干擾影響。在本設(shè)計(jì)中，考慮到鐵心電流是電阻性電流，數(shù)量級(jí)在幾十毫安到幾安培甚至更大，由于它們的變化范圍都很寬，如果用一個(gè)長(zhǎng)線傳送器傳送這樣寬范圍的電流信號(hào)，會(huì)造成較大的測(cè)量誤差，因此，將鐵心電流分為100mA， 1A，10A三個(gè)檔，分別用三個(gè)長(zhǎng)線傳送器進(jìn)行傳送，這樣便可大大提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。鐵心電流的測(cè)量準(zhǔn)確性，取決于長(zhǎng)線傳送器在測(cè)量范圍內(nèi)的線性度和穩(wěn)定性，線性度已由分檔來保證，經(jīng)調(diào)試它的非線性誤差2%。因?yàn)樽儔浩麒F心的電磁轉(zhuǎn)換對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)產(chǎn)生電磁干擾，所以鐵心電流的取樣探頭應(yīng)具有良好的電磁屏蔽，為此，采用雙層1mm厚的鐵板做成屏蔽箱，并用高性能的同軸屏蔽電纜傳送取樣信號(hào)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖317單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖Figure 317 Schematic diagram of SCM system上圖317是單片機(jī)最小系統(tǒng)部分的原理圖,主要包括晶振電路,本系統(tǒng)單片機(jī)晶振工作在12MHz的頻率下，還有一個(gè)上電復(fù)位電路，單片機(jī)啟運(yùn)運(yùn)行時(shí)，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。因而，復(fù)位是一個(gè)很重要的操作方式。但單片機(jī)本身是不能自動(dòng)進(jìn)行復(fù)位的，必須配合相應(yīng)的外部電路才能實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)是使用上電復(fù)位。單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)系統(tǒng)起監(jiān)督、管理、控制作用，并進(jìn)行復(fù)雜的信號(hào)處理，產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)及控制整個(gè)檢測(cè)過程。所以在選擇單片機(jī)時(shí)，參考了以下標(biāo)準(zhǔn)。1) 運(yùn)行速度。單片機(jī)運(yùn)行速度一般和系統(tǒng)匹配即可。2) 存儲(chǔ)空間。單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)器容量，外部可以擴(kuò)展的存儲(chǔ)器(包括I/O口)空間3) 單片機(jī)內(nèi)部資源。單片機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)資源越多，系統(tǒng)外接的部件就越少，這可提高系統(tǒng)的許多技術(shù)指標(biāo)。4) 可用性。指單片機(jī)是否能很容易地開發(fā)和利用，具體包括是否有合適的開發(fā)工具，是否適合于大批量生產(chǎn)、性能價(jià)格比，是否有充足的資源，是否有現(xiàn)成的技術(shù)資源等。5) 特殊功能。一般指可靠性、功耗、掉電保護(hù)、故障監(jiān)視等。從硬件角度來看，與MCS51指令完全兼容的新一代STC89C52系列機(jī)，比在片外加EPROM才能相當(dāng)?shù)?031單片機(jī)抗干擾性能強(qiáng)，與87C51系列單片機(jī)的性能相當(dāng)，但功耗小。程序修改直接用+5伏或+12伏電源擦除，更顯方便、因而受電壓波動(dòng)的影響更小，而且4K的程序存儲(chǔ)器完全能滿足單片機(jī)系統(tǒng)的軟件要求，故STC89C52單片機(jī)是構(gòu)造本檢測(cè)系統(tǒng)的更理想的選擇。本系統(tǒng)選用STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)，其特性如下:1) 4K字節(jié)可編程閃速程序存儲(chǔ)器，1000次循環(huán)寫/擦2) 全靜態(tài)工作:0Hz24MHz3) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定4) 128 X8位內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，32條可編程I/O口5) 兩個(gè)六位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，六個(gè)中斷源6) 可編程串行通道，低功耗閑置和掉電模式該單片機(jī)的功能強(qiáng)大，性能穩(wěn)定可靠，功耗很低。特別是用于本系統(tǒng)這樣一個(gè)控制相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，具有高的性價(jià)比。單片機(jī)主要完成了系統(tǒng)的控制功能和信息處理功能與結(jié)構(gòu)。為了理解這些功能是如何實(shí)現(xiàn)的，以下介紹AT89C51單片機(jī)的功能。單片機(jī)其DIP封裝40腳芯片引腳，引腳簡(jiǎn)要說明見表32表32 單片機(jī)引腳簡(jiǎn)單說明Table32Single Chip MicroputerpinsimpledescriptionVss接地端Vcc電源端，接＋5VXTAL1接外部晶振的一個(gè)引腳XTAL2接外部晶振的另一個(gè)引腳RST/Vpd1）復(fù)位信號(hào)的輸入 2）Vcc掉電后，此引腳可以接備用電源ALE/PROG地址鎖存器允許PSEN程序存儲(chǔ)器允許。輸出讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)EA/VppEA＝0，單片機(jī)訪問外部程序存儲(chǔ)器，EA=1,訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)/低8位地址復(fù)用總線端口靜態(tài)通用端口(I/O口)高8位地址總線動(dòng)態(tài)端口雙功能靜態(tài)端口 晶振電路圖318晶振電路原理圖Figure 318 Crystaloscillatorcircuitschematics晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。本設(shè)計(jì)的晶振電路是為單片機(jī)提供時(shí)鐘信號(hào)，如圖318晶振電路原理圖。STC89C52單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響震蕩器頻率的高低、震蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。因此，此系統(tǒng)電路的晶體振蕩器的值為12MHz，電容應(yīng)盡可能的選擇陶瓷電容，電容值約為30μF。在焊接刷電路板時(shí)，晶體振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近，以減少寄生電容，更好地保證震蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。 STC89C52的并行I/O口詳細(xì)說明由于STC89C52的并口功能強(qiáng)大，可用作地址/數(shù)據(jù)線，也作為通用I/O用于系統(tǒng)的控制工作中。因此，可以用并口來傳輸顯示電路中LED的段選碼和位選碼，也可以用并口中的某一位完成DS18B20的數(shù)據(jù)讀取。STC89C52共集成四個(gè)功能極強(qiáng)的8位雙向并行接口，每位均設(shè)有輸出鎖存器，輸出驅(qū)動(dòng)器和輸出緩沖器，四個(gè)口分別用P0， PI，P2，P3表示，由于接口所針對(duì)的主要用途不同所以有一定的差異，下面分別說明。P0口的每一位均由一個(gè)輸出鎖存器、兩個(gè)三態(tài)緩沖器、一個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)輸出控制電路組成，其工作狀態(tài)受輸出控制電路的控制。P0口既可作為地址/數(shù)據(jù)線，又可以作為通用I/O口。在外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，P0口必須做地址/數(shù)據(jù)總線用，先輸出低8位地址到外部地址鎖存器，后輸出/輸入數(shù)據(jù)或指令代碼，分時(shí)復(fù)用。在不擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)可以做通用I/O用。P1口是一個(gè)8位準(zhǔn)雙向并行I/O接口，做通用1/0用。其輸出驅(qū)動(dòng)器有內(nèi)部上拉電阻，能加速‘0’到‘1’的轉(zhuǎn)變過程。特別在位操作方式下，P1口可以進(jìn)行每位單獨(dú)輸出/輸入操作。P2口同樣是一個(gè)8位的準(zhǔn)雙向并行I/O口，在結(jié)構(gòu)上它比P1口多出了一個(gè)輸出轉(zhuǎn)換控制部分。P2口由內(nèi)部硬件控制，當(dāng)作為通用I/O口時(shí)是一個(gè)準(zhǔn)雙向1/0口。當(dāng)有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器或接口時(shí)，可用于輸出高8位地址。在擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器或接口時(shí)，由于訪問外部存儲(chǔ)器的操作是連續(xù)不斷的，所以不能再擴(kuò)展為通用I/O口。但是P2口作為地址輸出時(shí)是由內(nèi)部控制開關(guān)轉(zhuǎn)換的，并不會(huì)改變其輸出寄存器的內(nèi)容，故訪問外部地址結(jié)束后，P2口的輸出鎖存