【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 號(hào)接至單片機(jī)的 INT1 口，兩個(gè)中斷都是下降沿中斷，INT1 一產(chǎn)生中斷就開始計(jì)時(shí)，INT0 一產(chǎn)生中斷就停止計(jì)時(shí)。因?yàn)?T0（或 T1）在做定時(shí)器使用時(shí)，輸入的時(shí)鐘脈桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 總 35 頁(yè)6沖式有晶體振蕩器的輸出經(jīng) 12 分頻后到的，所以定時(shí)器可看作是對(duì)單片機(jī)機(jī)器周期的計(jì)數(shù)器，因此它的技術(shù)頻率為晶振頻率的 1/12，該系統(tǒng)用的是 12MHZ 的晶振，則點(diǎn)時(shí)期沒接收一個(gè)技術(shù)脈沖的時(shí)間間隔為 Tus,T 即為圖 中方波信號(hào) 3 高電平部分的時(shí)間長(zhǎng)度；從而可以計(jì)算其相位差。由于已知電路交流信號(hào)的頻率為 50HZ，所以它的周期為 ,所以所測(cè)到的相位差為(T/10000)*π。從而就可以計(jì)算出功率因數(shù)，以致可以有功功率和無功功率。其輸出信號(hào)波形如圖 ，圖 所示 2 號(hào)波形是電壓信號(hào)，2 號(hào)是電流信號(hào)波形，3 號(hào)波形信號(hào)為比較后得到的波形。其實(shí)本電路的相位比較方法還有一種，就是將兩個(gè)比較器的輸出信號(hào)同時(shí)接到一個(gè)或非門，比較后輸出的波形如圖 中的 3 號(hào)波形，再將該波形信號(hào)當(dāng)做外部中斷源接入單片機(jī)的 INT0 腳，同時(shí)將該信號(hào)接入單片機(jī)的 T0 腳，當(dāng)出現(xiàn)高電平時(shí) T0 開始計(jì)時(shí)，當(dāng)信號(hào)由高變低時(shí)，INT0 產(chǎn)生中斷，T0 停止計(jì)時(shí)，并讀取計(jì)時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度 Tus,然后再將 1/2 周期的時(shí)間 10000us 減去 Tus,得到的時(shí)間就是相位差所占的時(shí)間，計(jì)算公式為：（10000T）*π/10000,因此即可計(jì)算功率角。由于還要添加一塊或非門的芯片，增加了電路的復(fù)雜度，而且還浪費(fèi)資源，但是前一種方法在產(chǎn)生中斷時(shí)需要延時(shí)，所以誤差比較大，為了提高信號(hào)的精確度，最終采用了后一種比較方法。R14KR24KR34k567U1LM39332148 V+VU1LM393VCCR44kD11D22D33D44123U2A74021J6INT0C1104C2104T0T1一一一一一 一一一一一一一一一一 一一一一一R5R6 電壓電流相位差電路桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁(yè) 總 35 頁(yè)7123 電壓與電流相位差波形圖123 電壓與電流相位差波形圖LM393的兩個(gè)輸出端信號(hào)電路都需要加電容濾波，把信號(hào)中殘留的雜波濾掉，否則在信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，信號(hào)中的雜波會(huì)使輸出端出現(xiàn)錯(cuò)誤或誤差。同時(shí)，LM393電壓比較器，是集電極開路輸出的，所以必須加上拉電阻，才能輸出高電平。芯片LM393工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源：2～36V，雙電源:177。1～177。18V；所以在電路設(shè)計(jì)中就使用單電源+5V直流電壓供電。 LM393內(nèi)部框圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路 A／D 轉(zhuǎn)換電路的接口設(shè)計(jì)A／D轉(zhuǎn)換器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的器件或裝置，是一種模擬系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間的接口，在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)的讀取是采用A/D的轉(zhuǎn)換方式，這一方法對(duì)輸出阻抗低，惰性強(qiáng)，變化緩慢，傳輸距離長(zhǎng)的信號(hào)，采用A/D轉(zhuǎn)換的抗干擾性能就比較差。對(duì)于不需要較快檢測(cè)速度信號(hào)采集時(shí)，桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁(yè) 總 35 頁(yè)8CPU發(fā)出指令，定時(shí)時(shí)間一到，從讀到的計(jì)數(shù)乘以一定的系數(shù)，就可以得到相應(yīng)的電壓值。常用的A／D轉(zhuǎn)換方式有逐次逼近式和雙斜積分式，考慮到前者轉(zhuǎn)換時(shí)間短，因此選用逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器。ADC0809為8位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，分辨率為 ，82/1轉(zhuǎn)換時(shí)間100μs左右。在本系統(tǒng)中選用+5V的直流電壓為基準(zhǔn)電壓，所以ADC0809的分辨能力為5V/255≈, *51==1V,而本系統(tǒng)要求的電壓誤差小于或等于177。2V,電流的誤差小于或等于177。,功率誤差小于或等于177。1W,從以上的分析中看出，0809的分辨能力完全能夠滿足要求。A／D轉(zhuǎn)換器采用集成電路ADC0809。ADC0809具有8路模擬量輸入信號(hào)IN0一IN7(1～26—28腳)，地址線C、B、A(23—25腳)決定哪一路模擬輸入信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，本電路只需兩個(gè)輸入通道，將地址線C、B、所以IN0和IN1的地址線選擇應(yīng)分別為的值分別為000和010，即選擇O號(hào)通道輸入模擬量電壓信號(hào)，選擇1號(hào)通道輸入模擬量電流信號(hào)。22腳ALE為地址鎖存允許控制信號(hào)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。6腳START為啟動(dòng)控制信號(hào)，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，A／D轉(zhuǎn)換開始。本電路將ALE腳START腳接到一起，也就是地址鎖存和AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)是分時(shí)進(jìn)行的，共同由單片機(jī)的P2．3腳控制。7腳EOC為A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，7腳輸出一個(gè)正脈沖，此信號(hào)可作為A／D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束的檢測(cè)信號(hào)或向CPU申請(qǐng)中斷的信號(hào)，本電路連接到單片機(jī)的P3．5腳。9腳0E為A／D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制信號(hào)，當(dāng)OE腳為高電平時(shí)，允許讀取A／D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。10腳CLOCK為ADC0808的實(shí)時(shí)時(shí)鐘輸入端，信號(hào)。數(shù)字量輸出端8個(gè)接到單片機(jī)的P0口。 P0 89S52OUT1~OUT8ADD AADD B ADD CSTARTALEOEEOCCLOCK A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)電路桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 總 35 頁(yè)9 ADC0809 芯片介紹1．主要特性　　1）8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 　　2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。 　 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs?！　?）單個(gè)＋5V電源供電。 　　5）模擬輸入電壓范圍0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 　　6）工作溫度范圍為40～＋85攝氏度 　　7）低功耗，約15mW。 2．外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖 8。對(duì) ADC0809 主要信號(hào)引腳的功能說明如下：IN7～I(xiàn)N 0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng) ALE 上跳沿，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START 上升沿時(shí)，復(fù)位 ADC0809；START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為 ST.A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A 為低地址，C 為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB 和 ADDC。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見表 91。CLK——時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為 500KHz 的時(shí)鐘信號(hào)。EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7～D 0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D 0為最低位，D 7為最高 。OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc—— +5V 電源。 Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref (+)=+5V, Vref()=5V　ADC0809 的工作過程是：首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) A／D 轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到 A／D轉(zhuǎn)換完成，EOC 變?yōu)楦唠娖剑甘?A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 總 35 頁(yè)10可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng) OE 輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。ADC0809 是根據(jù)逐位逼近的方法產(chǎn)生數(shù)據(jù)的。 多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì) A、B、C 3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。運(yùn)用 ADC0809 的工作原理及其各個(gè)功能，結(jié)合本課題要求，ADC0809 轉(zhuǎn)換模塊的接線圖如圖 所示。 A/D轉(zhuǎn)換電路 IN0 是電壓信號(hào)接入通道，它的模擬信號(hào)變化范圍：0～5V 的直流電壓，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給單片機(jī)，再經(jīng)過單片機(jī)傳送給 74HC164，最后將數(shù)據(jù)送給 LCD1602 顯示輸出。IN1 是電流信號(hào)接入通道（其實(shí)是電壓信號(hào)），其工作原理和 IN0 的工作原理是一樣的。引腳 12 是接+5V 直流電壓的基準(zhǔn)電壓。、 是 38 譯碼器的三個(gè)通道選擇端，當(dāng)選擇 IN0 通道時(shí)，、 的電平應(yīng)分別為：0、0、0。當(dāng)選擇 IN1 通道時(shí)，、 的電平應(yīng)分別為：0、0。當(dāng) ADC0809 模/數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)。EOC 輸出高電平 1,即給單片機(jī)的 口一個(gè)高電平，通知單片機(jī)模/數(shù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片機(jī)立即產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，并準(zhǔn)備接收 ADC0809 發(fā)送的數(shù)據(jù)。ALE 和START 同時(shí)連接到單片機(jī)的 INT0 口，上升沿時(shí)，A、B、C 地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。同時(shí)，復(fù)位 ADC0809；START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間，START 應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為 ST。引腳 10 接至單片機(jī)的 口，通過單片機(jī)的軟件設(shè)置，使得 口給 ADC0809 一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，是 A/D 轉(zhuǎn)換器能正常工作。桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 11 頁(yè) 總 35 頁(yè)11 主控電路的設(shè)計(jì) 主要功能51 系列單片機(jī)的主要功能為： （1） 8 位 CPU。 （2） 片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率 fosc 范圍為 ～12MHZ；可有時(shí)鐘輸出。 （3） 128 個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 (4） 4K 字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。 （5） 程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為 64K 字節(jié)。 （6） 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為 64K 字節(jié)。 （7） 21 個(gè)字節(jié)專用寄存器。 （8） 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口：P0、PPP3。 （9） 1 個(gè)全雙工串行 I/O 接口，可多機(jī)通信。 （10）2 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 （11）中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。 (12）111 條指令，含乘法指令和除法指令。 （13）有強(qiáng)的位尋址、位處理能力。 （14）片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。 （15）用單一+5V 電源。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示。 圖 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 12 頁(yè) 總 35 頁(yè)12 由圖可大致看到：它含運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、4 個(gè) I/O 接口、串行接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。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(jī)片內(nèi)有存儲(chǔ)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(jiǎn)稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計(jì)算機(jī)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(kuò)展 I/O 接口時(shí)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(jìn)行乘法操作和除法操作。 外部引腳說明MCS51系列單片機(jī)芯片有 40 個(gè)引腳。用 HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝，現(xiàn)將各引腳分別說明如下： 1. 主電源引腳 VCC：接+5V 電源正端。 VSS：接+5V 電源地端。 2. 外接晶體引腳 XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。 XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時(shí)，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。 3. 輸入/輸出引腳 ～：P0 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。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，P0 口分時(shí)復(fù)用為低 8 位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。～：P1 口的 8 個(gè)引腳?？勺鳛闇?zhǔn)雙向 I/O 接口使用。 ～：P2 口的 8 個(gè)引腳。一般可作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展 I/O 接口且尋址范圍超過 256 個(gè)字節(jié)時(shí)，P2 口用為高 8 位地址總線?！篜3 口的 8 個(gè)引腳。除作為準(zhǔn)雙向 I/O 接口使用外，還具有第二功能，見表1—1。 表1—1 輸入/輸出引腳引腳 符號(hào) 第二功能 RXD 串行輸入口 T