【文章內(nèi)容簡介】 路：由于電流傳感器采集到的是微弱的電壓信號，該小信號不能直接被單片機系統(tǒng)所使用，所以需對采集到的信號進行放大調(diào)理，因此要用到電壓調(diào)理電路、電流調(diào)理電路。 ：無線接收和發(fā)射模塊是由帶編碼器的無線發(fā)射模塊和帶解碼器的無線商丘師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 接收模塊共同組成。模塊 的 內(nèi)部有編碼芯片，用戶可以根據(jù)需要進行編譯，不能重復 的 編碼，只有當編解碼一致時，才能完成信號的發(fā)射和接受，因此 具有了 保密性能好，抗干擾性能強以及靈敏度高等特點。 ：該顯示模塊是有四個七段數(shù)碼管組成，主要完成數(shù)據(jù)的顯示。 3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 PIC 單片機 單片機的簡介 單片機又 叫做 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 中 到一個 小 芯片上 ， 相當于 了 一個微型計算機，和計算機相比， 它 只 是 缺少了 I/O 設(shè)備。 也就是說 ：一塊芯片就成 為了 一臺 小型的 計算機。 它具有很多的優(yōu)勢，比如：體積較小、價格較便宜、質(zhì)量輕等等。 同時，學習使用單片機 也可以學習計算機原理與結(jié)構(gòu)打下了很好的基礎(chǔ)。 單片機 是有 運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成 的。 單片機 具有廣泛的應用，比 如智能儀表、實時工控、導航系統(tǒng)、家用電器 等 等 。 不管是何種 產(chǎn)品 ，只要用到 了單片機， 就能夠使產(chǎn)品的功能效率提升很多，就是大家常說的 “智能型”， 比 如智能型洗衣機等。 PIC16F877 的介紹 PIC16F877 是 PIC16F87X 中的一種， PIC16F87X 是 1998 年 的 年底微芯 (Microchip)公司 新 推出的產(chǎn)品，采用了哈佛總線 的 結(jié)構(gòu)， 除地址分支指令外 ， 其余全 都是 單周期指令 。 PIC16F877DE 尋址方式 很 簡單，有 直接 /間接 /相對 共 三種尋址方式 。 高性能精簡指令集 (RISC)，僅 35 條指令。運行速度快、功耗低、驅(qū)動能力強， 高驅(qū)動 的 電流 I/O 腳 ，可以方便地 驅(qū)動 LED 顯示 ， 每根 I/O 口線最大灌電流 為 20mA， 每根 I/O 口線最大拉電流 為 25mA。有 8 位 的 定時器 /計數(shù)器 ， 可 警醒進行 8 位預分頻器 。 具備 USART 模塊和 MSSP 模塊，目前 還沒有 其他 的 辦法對其直接進行解密拷貝。它 的 一大特征是片內(nèi)帶有 6 128 或 256 字節(jié) EEPROM 的 數(shù)據(jù)存儲器，另外 ， 其程序存儲器是 Flash 型存儲器，可以實現(xiàn)在電路板上直接 的 擦 /寫程序。 其 微控制器特性 為 上電復位 ； 四種可 的 選擇振蕩方式 ；器件復位定時器 (DRT)為 低成本阻容 RC ； 標準晶體 /陶瓷 (XT)振蕩定時器保障 其 的 振 蕩穩(wěn)定建立 ；自振式 的 看門狗 ； 程序 的 保密位 為 低頻晶體 LP；有 低功耗 的 睡眠狀態(tài) [57]。 PIC 單片機的應用 隨著微型計算機的不斷發(fā)展，越來越多的人吧目光集中到單片機上，它的使用價值急劇上升，在大學里，《微機原理》這門課被當作專業(yè)課中的重點，在我所知道的，它有如下這些實例：在工控儀表鐵路等的控制領(lǐng)域，使用單片機實現(xiàn) LCD 的 液晶顯示；在證劵交易、車站碼頭等一些宣傳廣告中，利用它彩色點陣樣式的 LED 顯示；在公共場所廣泛使用的語音控制裝置；在公交金融等場合實用的 IC 卡；在儀表工控等等一些實時監(jiān)控中用到 的 DS12887 時鐘監(jiān)控等等好多實例都證實單片機的強大用途 [8]。 系統(tǒng)硬件的組成 在滿足設(shè)計要求的情況下，將該系統(tǒng)的硬件設(shè)計分為兩部分：前向通道設(shè)計和后向通道設(shè)計，其中，前向通道設(shè)計包括電壓采集模塊、電流采集模塊和無線接收發(fā)射模塊，后向通道設(shè)計包括數(shù)碼管接口和 LED 接口，在數(shù)碼管接口中將用到 MAX7219 驅(qū)動芯片。其硬件組成框圖如圖 ： 商丘師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 8 圖 系統(tǒng)硬件組成框圖 前向通道設(shè)計 電流采集 電路 該電流傳感器采用的是北京科海電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 KT100A/P 型 號，其額定電流值為100A，有如下的特點：采用磁平衡式電流傳感器、磁補償 的 原理、霍爾效應原理；被測回路與輸出回路是絕緣的；可以測量交流、直流、以及脈動電流；被測電流有效值是 100A， 輸出電流有效值是100mA，并且輸出電流是正比于被測電流的，線性誤差＜ =%，滿足該裝置的設(shè)計要求。 該電流傳感器采用的是磁補償式電流傳感器，其工作原理是：當主回路有一個電流 Ip 通過時，它產(chǎn)生的磁場被 將會被 聚磁環(huán)聚集并且感應到霍爾器件上，輸出的信號可以用來驅(qū)動功率管并使其導通，這樣一來就獲得 了 一個補償電流 Is，這個電流再通過 多匝繞組的方式 來 產(chǎn)生磁場，該磁場方向與原磁場正好相反，因此起到 了 一個補償作用，此時霍爾器件的輸出就會減小，直到和 Ip 與匝數(shù)所產(chǎn)生的磁場相同時， Is 不再變化，霍爾器件指示為零。一旦磁場失去平衡，霍爾器件就會有信號輸出的變化，此時重復以上過程，將重新達到平衡，所以這是一個動態(tài)平衡。 電壓采集 電路 該課題要求電壓的檢測范圍是 050V，我們用到電阻分壓的方式來測量 。 無線接收發(fā)射模塊 該無線接收接受發(fā)射模塊使用的是深圳市運籌實業(yè)有限公司生產(chǎn)的 YCR200 型，遙控模塊發(fā)射距離＞ 200m，需要 9V 的 電壓來供電，接收模塊工作電源是 5V，輸出電流為 5mA，滿足該裝置設(shè)計的要求 。 接收模塊的 A、 B、 C、 D 端口與發(fā)射模塊的 A、 B、 C、 D 端口是一一對應的，輸出都是高電平且?guī)в墟i存功能。 VT 是解碼有效信號輸出，常低電平，解碼有效時變成高電平，此時輸出電壓幅值為 4V，輸出電流約為 4mA，為非鎖存輸出 。 后向通道設(shè)計 MAX7219 的介紹 MAX7219 是美國 MAXIM 公司推出的，它是多功能串行的串行輸入 /輸出共陰極數(shù)碼管顯示驅(qū)動芯片。 MAX7219 能驅(qū)動 8 位七段數(shù)碼管或者 64 個獨立的 LED。用它的 3 線串行接口 來 傳輸數(shù)據(jù)，可方便的與單片機相連，并完成該裝置的設(shè)計要求。該芯片內(nèi)包括 了 BCD 譯碼器、多路掃描控制電商丘師范學院 20xx 屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 路、段和位驅(qū)動器和一個 8 8 的靜態(tài) RAM， 可以用 來存放每一位數(shù)碼管要顯示的內(nèi)容。 MAC7219的 外部只需要接一個電阻就能設(shè)置 了 所有 LED 顯示器字段電流。允許對每一位 的 選擇采用 BCD 譯碼方式顯示或不譯碼方式來顯示， 同時 還可以選擇停機 的 模式、數(shù)字亮度 的 控制模式、從 1~8 選擇掃描位數(shù) 的 模式以及對所有的 LED 顯示器的測試 的 模式等。 采用 MAX7219 芯片 來 實現(xiàn) LED 數(shù)碼顯示，具有電 更 路緊湊、節(jié) 省 CPU 的 I/O 接口、芯片功能 更 強大、編程 更 簡單等優(yōu)點，得到了廣大電路設(shè)計者 的 認可。 MAX7219 是 24 引腳 的 DIP（ Dual In Line/SO(Small Outline)封裝。 在引腳圖中，包括 +5V 的 電源和 2 個 GND 的 引腳 ，其中 DIG 0～ DIG 7 引腳 是 8 位數(shù)字 的 驅(qū)動線， 可以從數(shù)碼管共陰極吸收電流， 輸出 的是 位選信號 ， SEG A～ SEG G 和 SEG DP 引腳為 LED 7 段 的 驅(qū)動線和小數(shù)點 的驅(qū)動 線，來 給顯示器驅(qū)動電流 ， ISET 引腳外接電阻 ，來 調(diào)整 LED 的 顯示亮度； DIN（數(shù)據(jù)輸入端）、 CLK（時鐘輸入端）、 LOAD（鎖存信號）引腳， 分別 與通用 的 微處理器 3 線串行線相連，接收的數(shù)據(jù)和命令格式為 16 位 的 數(shù)據(jù)包 ， DOUT 引腳是串行數(shù)據(jù) 的 輸出端口，用于多片 MAX7219 的 級聯(lián)擴展 。 MAX7219 的 數(shù)據(jù)接收 MAX7219 能夠接收數(shù)據(jù)和命令格式為 16 的數(shù)據(jù)包，如表 所示。其中前 8 位 用來 選擇 7219內(nèi)部寄存器地址，后 8 位是指令或數(shù)據(jù)的內(nèi)容，高位（ MSB）在前，低位（ LSB）在后。 表 31 串行數(shù)據(jù)格式 D15 D14 D13 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X X X ADDRESS MSB DATA LSB MAX7129 是 SPI 的一種總線驅(qū)動方式。它不僅僅向寄存器內(nèi)寫入控制字，還需要讀取相應寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)。想與 MAX7129 通信， 就要 要先了解 MAX7129 控制字。工作時， MAX7219 規(guī)定一次性 的 接收 16 位數(shù)據(jù)，這 16 位數(shù)據(jù)中， D15~D12 可以與操作無關(guān)，它們可以任意寫入， D11~D8決定了所選通的內(nèi)部寄存器地址， D7~D0 做為待顯示數(shù)據(jù)或初始化控制字。在 CLK 的脈沖作用下，DIN 數(shù)據(jù)以串行 的方式依次移入內(nèi)部 的 16 位寄存器，然后在一個 LOAD 上升沿的作用下，鎖存到內(nèi)部寄存器中。應該注意在接收時，先接收最高位 D16，最后是 D0。因此，在程序發(fā)送時必須要先送高位數(shù)據(jù)，在循環(huán)移位。 16 位 的 數(shù)據(jù)采用串行移位接收 的 方式，即 單片機 將 16 位二進制數(shù)逐位 的 發(fā)送到 DIN 端 ， 在CLK 的 上升沿到來前準備就緒， CLK 每個上升沿將一位數(shù)據(jù)移入 MAX7219 的 內(nèi)移位寄存器 ，當 16位數(shù)據(jù)移入完畢 后 ，在 LOAD 引腳信號上升沿 的過程中， 將 16 位 的 數(shù)據(jù)裝入 MAX7219 內(nèi)的相應位置，在 MAX7219 的 內(nèi)部硬件動態(tài)掃描顯示控制電路作用下 ，就 可以 實現(xiàn)動態(tài)顯示。 MAX7219 的控制操作很方便，片內(nèi)有 8 個位寄存器和 6 個控制寄存器。位寄存器 的作用是 對應 LED 具體顯示內(nèi)容，控制寄存器決定 了 LED 工作方式。控制寄存器 有 ：不工作方式 的 寄存器、譯碼方式 的 寄存器、亮度控制 的 寄存器、掃描個數(shù) 的 寄存器、關(guān)閉 的 寄存器、顯示 測試 的 寄存器。寄存器操作格式為 2 字節(jié)的串行數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)為寄存器地址，第二個字節(jié)為控制命令或待顯數(shù)據(jù)。 MAX7219 與 PIC16F877 的接口電路 在 MAX7219 驅(qū)動的七段數(shù)碼管的接口電 路中， CLK,LOAD,DIN 是 分別接到單片機 RC3， RC4， RC5對應位置上。在條件比較惡劣的背景下，干擾可能會通過 3 根信號線串入到顯示電路，造成數(shù)碼管的 顯示不穩(wěn)定。因此，我們在 3 根信號線上對地分