【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器件。 LM331為雙列直插式 8引腳芯片，其引腳框圖 如 圖 ： 圖 LM331引腳框圖 LM331 各引腳功能說(shuō)明如下 ： 腳 1： 為脈沖電流輸出端 ,內(nèi)部相當(dāng)于脈沖 恒流源 ,脈沖寬度與內(nèi)部單穩(wěn)態(tài)電路相同 ； 腳 2： 為輸出端脈沖電流幅度調(diào)節(jié) ,RS 越小 ,輸出電流越大 ； 腳 3： 為脈沖電壓輸出端 ,OC 門結(jié)構(gòu) ,輸出脈沖寬度及相位同單穩(wěn)態(tài) ,不用時(shí)可懸空 或 接地 ； 腳 4： 為地 ； 腳 5： 為單穩(wěn)態(tài)外接定時(shí)時(shí)間常數(shù) RC ； 腳 6： 為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖輸入端 ,低于腳 7 電壓觸發(fā)有效 ,要求輸入負(fù)脈沖寬度小于單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖寬度 Tw ； 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 15 頁(yè) 共 40 頁(yè) 腳 7： 為比較器基準(zhǔn)電壓 ,用于設(shè)置輸入脈沖的有效觸發(fā)電平高低 ； 腳 8： 為電源 Vcc , 正常工作電壓范圍為 4～ 40V。線性度好 , 最大非線性失真小于0. 01 % , 工作頻率低到 0. 1Hz 時(shí)尚有較好的線性 。變換精度高數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位 。 外接電路簡(jiǎn)單 , 只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/ F 或 F/ V 等變換電路 ,并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 電壓 頻率轉(zhuǎn)換 電路 如圖 ： 圖 電壓 頻率轉(zhuǎn)換電路圖 LM331 采用單電源供電，電源電壓 VCC，模擬信號(hào) Vin的輸入范圍 VCC～ 0V,頻率范圍為 1～ 500KHZ，非線性低于 ％。模擬信號(hào) Vin 經(jīng)積分器 LF356 積分處理后 ,在INPUT 端變成與輸入電壓 Vin成正比的穩(wěn)定電流輸入 ,通過(guò) LM331 芯片進(jìn)行 V/F 轉(zhuǎn)換后 ,變成與電壓成正比的頻率信號(hào) ,FOUT 端輸出的頻率信號(hào)送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù) /定時(shí)端口 ,計(jì)算機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行采集、處理、存儲(chǔ)。從而實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換。由于 LM331的轉(zhuǎn)換線性度直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性，而通常引起 V/F 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生非線性誤差的原因是引腳 1的輸出阻抗 ，它使輸出電流隨輸入電壓的變化而變化，因而影響轉(zhuǎn)換精度，為克服此缺點(diǎn)，高精度 V/F 轉(zhuǎn)換器在 1 腳和 7腳間加入了一個(gè)積分器，這個(gè)積分器是由常規(guī)運(yùn)放 LF356 和積分電容 C4構(gòu)成的反積分器。加上積分電路后，由于電流源（ 1引腳）總是保持地電位，電壓不隨 Vin 或 FOUT 變化，因此有很高的線性度。 頻率 數(shù)字信號(hào)變換 框架圖如圖 所示 ： 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 16 頁(yè) 共 40 頁(yè) 圖 頻率 數(shù)字信號(hào)變換框架圖 模擬信號(hào)經(jīng)壓 /頻轉(zhuǎn)換器 LM331,把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào) ,脈沖信號(hào)送到計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù) /定時(shí)端口 ,有計(jì)算機(jī)對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行接收、處理、儲(chǔ)存。由于壓 /頻轉(zhuǎn)換器 LM331的壓 /頻轉(zhuǎn)換關(guān)系成線性 ,所以我們可以根據(jù)采集到頻率數(shù)據(jù)知道模擬信號(hào)的大小 ,從而實(shí)現(xiàn)了模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換 .頻率計(jì)數(shù)器、定時(shí)器可以使用計(jì)算機(jī)的計(jì)數(shù) /定時(shí)端口，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)?；鶞?zhǔn)頻率，數(shù)據(jù)處理也是通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)可以儲(chǔ)存到內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。 系統(tǒng)使用 LM331作為 V/F轉(zhuǎn)換器，把 AD524輸出的 0— 10V電壓，轉(zhuǎn)換成 0— 100kHz頻率的脈沖信號(hào)，送入 8051單片機(jī)的 T0口。測(cè)量溫度數(shù)據(jù)與 V/F轉(zhuǎn)換后的脈沖信號(hào)頻率 成線性正比關(guān)系，溫度越高，儀器放大器輸出電壓越高， V/F轉(zhuǎn)換器輸出的頻率值越高。溫度為 0℃時(shí)，儀器放大器輸出的電壓為 0V， V/F轉(zhuǎn)換后的頻率值為 0kHz。溫度為 40℃時(shí)，儀器放大器輸出的電壓為 10V,V/F轉(zhuǎn)換后的頻率值為 100kHz。用 V/F轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)化，消除了轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)過(guò)程中的干擾，并且通過(guò)調(diào)整 T1口的定時(shí)時(shí)間，改變 T0口計(jì)數(shù)器接受脈沖的數(shù)量，可改變 A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)。本系統(tǒng)把 T1口的定時(shí) 時(shí)間設(shè)定為 100ms，使 V/F轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于 14b的 A/D轉(zhuǎn)換器。通過(guò)增大 T1口的定時(shí)時(shí)間，提高了 A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)，進(jìn)而提高了系統(tǒng)測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的精度和分辨率。為了更好的改善儀器性能，把定時(shí)時(shí)間 T1增大 n倍（ n為正整數(shù)），將 T0口接受的脈沖數(shù)據(jù)除以 n，以實(shí)現(xiàn)軟件濾波。 單片機(jī)是一種集成在 電路 芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、 只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 【 10】 。 模擬信號(hào) LM331 頻率信號(hào) 頻率計(jì)數(shù)器 數(shù)字信號(hào) 數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ) 基準(zhǔn)頻率 定時(shí)器 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 17 頁(yè) 共 40 頁(yè) 此次設(shè)計(jì)選用 8051 單片機(jī) 。 8051 單片機(jī)分類 8051 單片機(jī)可分為無(wú) ROM 型和 ROM 型兩種 無(wú) ROM 型的芯片，必須外接 EPROM 才能應(yīng) 用（典型芯片為 8031） ROM 型芯片又分為 EPROM 型（典型芯片為 8751）、 FLASH型（典型芯片為 89C51）、 掩膜 ROM 型（典型芯片為 8051 ）、一次性 可編程 ROM（ One Time Programming,簡(jiǎn) 稱 OTP）的芯片（典型芯片為 97C51） 【 11】 。 8051 單片機(jī)包含部件 1) 一個(gè)位微處理器 CPU。 2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和特殊作用寄存器 和特殊作用寄存器 。 3) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM。 4) 兩個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器 TO、 T1，可用作定時(shí)器， 也可用做計(jì)數(shù)器， 對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。 5) 四個(gè) 8位可編程的并行 I/O 端口，每個(gè)端口既可作輸 入，也可以作輸出。 6) 一個(gè)串行端口，用于數(shù)據(jù)的串行通信。 7) 中斷控制系統(tǒng)。 8) 內(nèi)部時(shí)鐘電路 【 12】 。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 18 頁(yè) 共 40 頁(yè) 引腳功能 單片機(jī)引腳圖 如圖 所示 ： 圖 8051單片機(jī)引腳圖 ~ P0 口 8位雙向口線 ； ~ P1 口 8 位雙向口線 ； ~ P2 口 8位雙向口線 ； ~ P3 口 8 位雙向口線。 P0 口有三個(gè)功能 ： 1) 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)做數(shù)據(jù)總線 。 2) 外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線 。 3) 不擴(kuò)展時(shí)，可做一般的 I/O 使用，但內(nèi)部無(wú)上拉電阻，作為輸入或輸出時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 P1 口 ： 只做 I/O 口使用：其內(nèi)部有上拉電阻 。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 19 頁(yè) 共 40 頁(yè) P2 口有兩個(gè)功能 ： 1) 擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線使用 2) 做一般 I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻； P3 口有兩個(gè)功能 ： 1) 作為 I/O 使用 2) 由特殊寄存器來(lái)設(shè)置 的一些特殊功能 【 13】 。 VCC：接 +5V 電源。 VSS：接地端。 XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。 XTAL2：接外部晶體的另一端。 時(shí)針引 腳 ： 外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 ALE/PROG：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖下降沿用于鎖存 16位地址的低 8位。即使不訪問(wèn)外部存貯器， ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率 的 1/6。 EA/VPP： 當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)的是內(nèi)部程序存貯器 (對(duì) AT89S5 8751來(lái)說(shuō) )，但當(dāng) PC(程序計(jì)數(shù)器 )值超過(guò)某值（如 8751 內(nèi)部含有 4KB EPROM，值為 0FFFH）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng) EA 端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問(wèn)外部程序存貯器。 VPP是對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時(shí)，作為施加高編程電壓（一般 12~21V）的輸入端。 PSEN： 程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。此輸出為訪問(wèn)外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。此引腳 可外 接 EPROM。此引腳 也同樣可驅(qū)動(dòng) 8個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。要檢查一個(gè) AT89S51/8031小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM/ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無(wú)脈沖輸出。 RST/VPP： 復(fù)位端，高電平有效。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位 (RST)； 第二功能是 VPP，即備用電源的輸入端 【 14】 。 8051 單片機(jī) 中斷系統(tǒng) 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 20 頁(yè) 共 40 頁(yè) 當(dāng) CPU正在處理某事件時(shí)外界發(fā)生了更為緊急的請(qǐng)求，要求 CPU 暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件。處理完成后，再回到原來(lái)被中斷的地方繼續(xù)原來(lái)的工作， 這樣的過(guò)程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)這一功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，請(qǐng)示 CPU 中斷的請(qǐng)求源稱為中斷源。中斷系統(tǒng)是使處理機(jī)對(duì)外界異步事件具有處理能力而設(shè)置的。功能越強(qiáng)的中斷系統(tǒng)，其對(duì)外界異步事件的處理能力越強(qiáng)。 8051 單片機(jī)有 5 個(gè)中斷源和兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的中斷源可以中斷低優(yōu)先級(jí)的服務(wù)程序，反之不行。 INT0T0INT1T1串口中斷。 8051 沒(méi)有專門的開中斷和關(guān)中斷的指令，中斷的開放和關(guān)閉是由特殊功能寄存器IE 來(lái)實(shí)現(xiàn)兩級(jí)控制的。有個(gè)總開關(guān) EA，然后又有 ES,ET1,EX1,ET0,EX0 五個(gè)開關(guān)。為 1表示開 ，為 0表示關(guān)。 單片機(jī)在復(fù)位后， IE各位的狀態(tài)為 0，所以 CPU 處于關(guān)中斷的狀態(tài)。對(duì)于串口來(lái)說(shuō)，其中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后， CPU 不能自動(dòng)清除中斷標(biāo)志。用指令來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)中斷。其他中斷源的中斷標(biāo)志在 CPU 響應(yīng)中斷后自動(dòng)清除。 中斷優(yōu)先級(jí)由 IP 來(lái)控制， PS,PT1,PX1,PT0,PX0，置為 1表示高優(yōu)先級(jí)。 外部中斷源的中斷觸發(fā)方式通過(guò)特殊功能寄存器 TCON,IT0:外部中斷方式，為 0低電平觸發(fā)；為 1 負(fù)沿觸發(fā)，由指令來(lái)設(shè)置； IE0：中斷申請(qǐng)，檢測(cè)到有效中斷時(shí)，硬件置位， CPU 轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，硬件清零。可見定時(shí)器和外部 中斷的申請(qǐng)標(biāo)志，在 CPU響應(yīng)中斷之后能夠自動(dòng)清除 【 15】 。 晶振 電路 晶振 全稱為 晶體振蕩器 （ Crystal Oscillators），其作用在于產(chǎn)生原始的 時(shí)鐘頻率 ，這個(gè)頻 率經(jīng)過(guò)頻率 發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。晶振一般叫做 晶體諧振器 ，是一種機(jī) 電器 件，是用電損耗很小的石英 晶體 經(jīng)精密切割磨削并鍍上 電極 焊上引線做成。這種晶體有一個(gè)很重要的特性，如果給它通電，它就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振蕩，反之，如果給它機(jī)械力，它又會(huì)產(chǎn)生電，這種特性叫 機(jī)電效應(yīng) 。 晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào)。通常一個(gè)系統(tǒng)共用一個(gè)晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過(guò)電子調(diào)整頻率的方法保持同步 【 16】 。 電路圖如圖 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 21 頁(yè) 共 40 頁(yè) 圖 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，普遍使用成本低廉、配置靈活的數(shù)碼管（ LED）做顯示器。常用的為 4～ 8位八段 LED 數(shù)碼管顯示器，即需要 4～ 8 個(gè) LED 數(shù)碼管。實(shí)現(xiàn)這種顯示的方法很多，但是，必須采用相應(yīng)的措施才能實(shí)現(xiàn)多個(gè) LED 的顯示。本文介紹了一種設(shè)計(jì)方法，利用該方法設(shè)計(jì)的多路 LED 數(shù) 碼管顯示系統(tǒng)具有硬件設(shè)備簡(jiǎn)單，可移植性好，成本低廉的特點(diǎn)，在各種儀表顯示系統(tǒng)中應(yīng)用效果良好 【 17】 。 LED 數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 1) 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) 靜態(tài)