【文章內(nèi)容簡介】 I/O 接口部分 端口 A?？删幊绦?8 位 I/O 端口 07PA 。 端口 B?？删幊绦?8 位 I/O 端口 07PB 。 端口 C?？删幊绦?6 位 I/O 端口 07PC 。 命令寄存器。 8 位寄存器，只允許寫入。 狀態(tài)寄存器。 8 位寄存器，只允許讀出。 3 計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器的部分 是一個(gè) 14 位的二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器。 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 8155 的引腳功能 8155 具有 40 個(gè)引腳采用 雙列直插式封裝，其功能定義如下： 1. 07AD （三態(tài)） 07AD 是地址 /數(shù)據(jù)總線，可以直接與 8031 的 P0 口相連接。在允許地址鎖存信號(hào)ALE 的后沿（即下降沿），將 8 位地址所存在內(nèi)部地址寄存器中。該地址可作為存儲(chǔ)器部分的低 8 位地址，也可是 I/O 接口的通道地址，這將由輸入的 IO/M 信號(hào)的狀態(tài)來決定。在 07AD 引腳上出現(xiàn)的數(shù) 據(jù)信息是讀出還是寫入 8155，由系統(tǒng)控制信號(hào) WR或RD 來決定。 1. RESET 這是由 8031 提供的復(fù)位信號(hào)，作為總清器件使用。 RESET 信號(hào)的脈沖寬度一般為 ，各轉(zhuǎn)接口被置成輸入工作方式。 2. ALE 允許地址鎖存信號(hào)。該控制信號(hào)由 8031 發(fā)出，在該信號(hào)的后沿，將 07AD 上的低8 位地址、片選信號(hào) CE 以及 IO/M 信號(hào)所存在片內(nèi)的鎖存器內(nèi)。 這是低電平有效的片選信號(hào)。當(dāng) 8155 的引腳 CE =0 時(shí)，器件才允許被啟用，否則為禁止使用。 4. IO/M 這是一個(gè) I/O 轉(zhuǎn)接口或存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。當(dāng) IO/ M =1 時(shí)，選擇 I/O 電路；當(dāng)IO/M =0 時(shí)，選擇存儲(chǔ)器。 （寫） 在片選信號(hào)有效的情況下（即 CE =0），該引腳上輸入一個(gè)低電平信號(hào)（ WR =0）時(shí)，將 AD0～ 7 線上的數(shù)據(jù)寫入 RAM 某一單元內(nèi)（當(dāng) IO/M =0 時(shí)），或?qū)懭肽骋?I/O端口電路（當(dāng) IO/M =1 時(shí)）。 （讀） 在片選信號(hào)有效的情況下（即 CE =0），如果該引腳上輸入一個(gè)低電平信號(hào)（ RD =0）時(shí)，將 8155RAM 某單元的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。若輸入一個(gè)高電平（ RD =1），則將某一 I/O 轉(zhuǎn)接口電路的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。 由于系統(tǒng)控制的作用， WR（寫）和 RD（讀）信號(hào)不會(huì)同時(shí)有效。根據(jù)上面分析： （ 1） 寫 RAM 必要條件是：（ IO/M =0）（ WR =0）（ CE =0）。 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 （ 2） 寫 I/O 端口電路的必要條件是：（ IO/M =1）（ WR =0）（ CE =0）。 （ 3） 讀 RAM 必要條件是： (IO/M =0) (RD =0) (CE =0)。 （ 4） 讀 I/O 端口電路的必要條件是： （ IO/M =1）（ RD =0）（ CE =0）。 7. 07PA 這是一組 8 根通用的 I/O 端口線，其數(shù)據(jù)輸入或輸出的方向由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容決定。 8. 07PB 這是一組 8 位的通用 I/O 端口，其數(shù)據(jù)輸入或輸出的方向由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容決定。 9. 05PC 這是一組 6 位的既具有通用 I/O 端口功能，又具有對(duì) PA 和 PB 起某種控制作用的I/O 電路。各種功能的實(shí)現(xiàn)均有可編程序的命令寄存器的內(nèi)容決定。 PA， PB 和 PC 各 I/O 端口的狀態(tài)，可由讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容而得到。 IN 這是 14 位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器的輸入端。 11. TIMEROUT 這是一個(gè)計(jì)時(shí)器的輸出引腳?？捎捎?jì)時(shí)器的工作方式?jīng)Q定該輸出信號(hào)的波形。 為 +5V電源引腳。 為 +5V電源的地線。 發(fā)光二極管顯示器 LED 發(fā)光顯示器是單片機(jī)應(yīng)用中常用的廉價(jià)輸出設(shè)備。它是由若干個(gè)發(fā)光二極管組成的，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)筆劃發(fā)光，控制不同組合的二極管導(dǎo)通，就能顯示出各種字符，常用七段顯示器結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 （ a） 共陽極 (c) 外形 (b) 共陰極 圖 23 發(fā)光顯示器結(jié)構(gòu) 點(diǎn)亮顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個(gè)字符時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定地導(dǎo)通或截止。例如，七段顯示器的 a,b,c,d,e,f 導(dǎo)通， g截至，則顯示 0。這種顯示器方式，每一位都需要有一個(gè) 8 位輸出口控制，所以占用硬件多，一般用于顯示器位數(shù)較少 （很少）的場合。當(dāng)位數(shù)較多時(shí)，用靜態(tài)顯示所需的 I/O 口太多，一般采用動(dòng)態(tài)顯示方法。 所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮各位顯示器（掃描），對(duì)于每一位顯示器來說，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的點(diǎn)亮既跟點(diǎn)亮?xí)r的導(dǎo)通電流有關(guān)，也跟點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。調(diào)整電流和時(shí)間參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于 8 位，則控制顯示器公共極電位只需一個(gè) I/O 口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個(gè) 8 位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 表 1 七段 LED 數(shù)碼的段碼 顯示數(shù)碼 共陰極段碼 共陽極段碼 顯示數(shù)碼 共陰極段碼 共陽極段碼 0 3FH C0HH 8 7FH 80H 1 06H F9H 9 6FH 90H 2 5BH A4H A 77H 88H 3 4FH B0H b 7CH 83H 4 66H 99H c 39H C6H 5 60H 92H d 5EH A1H 6 70H 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 鍵盤接口 鍵盤事由若干個(gè)按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是一種廉價(jià)的設(shè)備。一個(gè)鍵盤，通常包括有數(shù)字鍵（ 0~ 9） ,字母鍵（ ~AZ）以及一些功能鍵。 用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的鍵盤有兩類：一類是編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識(shí)別由專用硬件實(shí)現(xiàn)的。另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上鍵入及閉合鍵的識(shí)別由軟件來完成。 8051 與鍵盤的接口可采用下列四種方式： 通過并行口（如 8155， 8255）與鍵盤接口。 通過串行口與鍵盤接口。 通過 9279 與鍵盤接口。 的并行口直接與鍵盤接口。 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 第 3 章 數(shù)字 多用表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件電路 數(shù)字多用表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 多用表的組成框圖如圖 所示。交流信號(hào)放大后，一方面由過零比較電路轉(zhuǎn)為方波信號(hào)，由單片機(jī)計(jì)數(shù)器測量出信號(hào)周期和測量出電壓、電流之間的相位差；同時(shí)電壓、電流信號(hào)經(jīng) A/D 采樣轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)系統(tǒng)在每個(gè)信號(hào)周期內(nèi)分別采樣 N 個(gè)電壓、電流值，根據(jù)離散積分公式計(jì)算出電壓、電流的有效值以及有功功率、無功功率、功率因數(shù)，再根據(jù)離散傅立葉變換計(jì)算出電壓基波有效值、電壓總諧波有效值等參數(shù)。在測量過程中，單片機(jī)系統(tǒng)根據(jù)不同的信號(hào)有效值，自動(dòng)改變數(shù)字電位器的參數(shù) ,以改變信號(hào)放大倍數(shù) ,使系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采樣保持在最佳線性狀態(tài)，保證了測量的精度。 圖 31 多用表組成框圖 移相變幅電路 電路圖如圖 32 所示。該圖采用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)的形式，圖中 +12V， 12V 為 LM324 的供電電源； LM324 是四運(yùn)放電路； AGND 表示模擬地； Vin 表示信號(hào)輸入； Vout 表示信號(hào)輸出。 在 Vin 處輸入一 個(gè)交流信號(hào)。調(diào)整可變電阻 R1 的大小，可使輸出信號(hào)在輸入信號(hào)的基礎(chǔ)上發(fā)生移位偏移；調(diào)整 R3 的大小，可使輸出信號(hào)的幅值大小發(fā)生變化。 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 圖 32 移相變幅電路 輸入調(diào)理電路 A/D 轉(zhuǎn)換模塊工作時(shí)，一般用芯片的工作電壓作為 A/D 轉(zhuǎn)換的參考電源；因此對(duì)交流信號(hào)而言，需把雙極性輸入電壓經(jīng)過提升變成單極性電壓，提升電路如圖所示： 圖 33 輸入調(diào)理電路 實(shí)際測出，輸入的信號(hào) CH0 在輸入信號(hào) VIN0 基礎(chǔ)疊加了一個(gè)直流分量，調(diào)節(jié) VREF的值，該直流分量大小可以改變。 如果適當(dāng)調(diào)整 VREF，使直流分量為 2V，則輸入為幅值 2V的交流正弦信號(hào)，輸入就為最大值 4V，最小值 0V的正弦單極性信號(hào)；從而得到了提升的效果，是一般的雙極性交流信號(hào)變成了適合單片機(jī)處理的單極性信號(hào)。 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第 4 章 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及計(jì)算公式 輸入電路系統(tǒng)硬件部分 該系統(tǒng)總的輸入電路如圖 41 所示。 在實(shí)驗(yàn)板上，可以通過電位器 R92 調(diào)節(jié) Vref 的值，使提升電壓為 +2V、幅值為2V的交流輸入電壓經(jīng)過提升后，輸出 0～ 4V的單極性電壓。為了保證采樣信號(hào)能充 圖 41 輸入電路 分的反映模擬信號(hào)，必須在一個(gè)工 頻周期內(nèi)采樣足夠多的點(diǎn)數(shù)，采樣點(diǎn)數(shù)根據(jù)采樣定理和所要考慮的諧波次數(shù)而定。本例中每個(gè)周期各采樣 40 個(gè)點(diǎn)。以一個(gè) 220V/8V 的變壓器，把 220V左右的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)變成 8V左右的交流電壓，再接上一個(gè) 470Ω的分壓電位器，便可調(diào)到幅值為 2V的交流電壓，經(jīng)過提升電路變成 0～ 4V的單極性電壓信號(hào)。 數(shù)據(jù)處理部分 由于 PIC 的 A/D 輸入前端加了變壓器、電位器及電壓提升電路，故 A/D 采樣得到的初始數(shù)據(jù)需要經(jīng)過調(diào)整變換后，才能得到與實(shí)際電壓電流對(duì)應(yīng)的值。這可以由簡單的數(shù)據(jù)運(yùn)算實(shí)現(xiàn)。 1. 交流電壓、電流有效值 的計(jì)算分析 對(duì)交流工頻信號(hào)的采集，一般是以其有效值進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為： 安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 20(1 / ) ( )TU T u t dt? ? （ 41） 其中 T 為信號(hào)周期。 由于在計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)中， U（ t） 是一些離散的值，故應(yīng)該用下面的計(jì)算公式 2 2 2( 1 ) ( 2 ) ( )u u u nUn? ? ?? （ 42） u(i)為各次瞬時(shí)采樣值， i=1,2,… n. 同理可以求得電流 I 的有效值。 2. 功率和功率因數(shù)的計(jì)算 在上一步中已經(jīng)測出了電壓、電流的有效值 U和 I，根據(jù)以下公式可以計(jì)算出視在功率、有功功率、無功功率及功率因數(shù)。 視在功率 S UI? （ 43） 有功功率 ( 1 ) ( 1 ) ( 2) ( 2) ( ) ( )u i u i u n i nP n? ? ? ? ? ?? （ 44） u 和 i 分別為離散瞬時(shí)采樣值。 無功功率 22Q S P?? （ 45） 功率因數(shù) /PS?? （ 46） 3. 最大值、最小值的測量與計(jì)算 在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 中，分別設(shè)置最大值寄存器和最小值寄存器。最大值寄存器先賦上一個(gè)很小的數(shù)，然后把每個(gè)的測量值和最大值寄存器里的數(shù)比較，若測量值大于該數(shù)，則測量值代替該數(shù)放入寄存器；否則寄存器的數(shù)不變。于是最大值寄存器里的數(shù)總是測量過程中最大的，即為最大值。同理可以得到測量過程中的最小值。 測量電路方案的確定 目前國外高準(zhǔn)確度的數(shù)字多用表技術(shù)已經(jīng)成熟，有許多經(jīng)典的測量電路，他們用的電子元器件也很經(jīng)典，因此在考慮測量電路的整體方案時(shí)，可以參照國外多種儀器的技術(shù)方案，由于臺(tái)式數(shù)字多用表的電路不受尺 寸的限制，電路設(shè)計(jì)可以采用許多分立元件或其廠家的專用電路，用以保證儀表的測量準(zhǔn)確度和可靠性，由于數(shù)字多用表安徽電子信息專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 的電路主要是模擬電路，元件的集成度不高，因此臺(tái)式數(shù)字多用表的體積較大。 在設(shè)計(jì)數(shù)字多用表時(shí)，只能參考臺(tái)式儀器的測量原理，根據(jù)國內(nèi)外元件的供應(yīng)情況，對(duì)部分單元電路作了簡化、修改或重新設(shè)計(jì)，在不犧牲模塊儀器的技術(shù)指標(biāo)和可靠性的前提下，盡可能采用集成電路和軟件設(shè)計(jì)，適度增加模塊的硬件費(fèi)用和程序工作量。 在測量電路的，直流電壓衰減網(wǎng)絡(luò)對(duì) 10V 以下被測電壓實(shí)現(xiàn) 100： 1 的衰減，輸入阻抗 10M 歐姆。 衰減網(wǎng)絡(luò)的電阻應(yīng)具有很好的溫度匹配特性，我們采用了國內(nèi)六位半數(shù)字多用表的匹配電阻，并經(jīng)過了多年的老化，溫度漂移很小，對(duì)于 10V以下的輸入電壓，應(yīng)該直接進(jìn)入多路開關(guān)，因此輸入電阻應(yīng)為運(yùn)放的輸入阻抗，可高達(dá) 100M歐姆；由于模塊具有自動(dòng)量程功能及過載保