【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 V； （ 2）電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為 177。1V177。18V； （ 3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限制較寬； （ 4）共模范圍很大，為 0~（ ） Vo ； （ 5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； （ 6）輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339 集成塊采用 C14 型封裝，圖 42 為外型及管腳排列圖。由于 LM339 使用靈活，應(yīng)用廣泛，所以世界上各大 IC 生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己 的四比較器，如IR233 ANI33 SF339 等，它們的參數(shù)基本一致，可互換使用。 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 9 圖 42 LM339 外型及管腳排列圖 LM339 類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用 “ +” 表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用 “ ”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng) “ +” 端電壓高于 “ ” 端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。當(dāng) “ ” 端電壓高于 “ +” 端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339 用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。 LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻 （ 稱為上拉電阻，選 3— 15K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 鑒相器 鑒相器就是我們所說的異或門電路 [11]， 在相位測(cè)量電路中起到了測(cè)量 時(shí)間差 ?T的作用。在這里我們選用的是 74LS86 芯片。 74LS86 為四組 2 輸入端異或門， 管腳圖如圖 43 所示： 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 10 圖 43 74LS86 管腳圖 引出端符號(hào)： 1A － 4A ， 1B － 4B 為輸入端； 1Y － 4Y 為輸出端。 其邏輯表達(dá)式為： BABABAY ???? （ ） 所以，其真值表如表 41 所示： 表 41 74LS86 真值表 輸入 輸出 A B Y L L L L H H H L H H H L 相位測(cè)量 電路設(shè)計(jì) 由 前面所 說的相位和相位差的概念及聯(lián)系，以及相位差與時(shí)間差之間的比例關(guān)系為： ??:360: TT ? （ ） 可以通過測(cè)量時(shí)間差 ?T 及信號(hào)周期 T ，計(jì)算得到相位差 ? 。 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 11 相位測(cè)量原理 結(jié)合我們?cè)O(shè)計(jì)的相位測(cè)量 電路原理 圖 44 所示 ，當(dāng)輸入信號(hào) UA、 UB經(jīng)過運(yùn)算放大器 N N2 過零檢測(cè)之后，其輸出信號(hào) UC、 UD分別通兩 JK 觸發(fā)器，兩個(gè) JK 觸發(fā)器的輸出信號(hào) UE、 UF經(jīng)過異或門，而 異或門的輸出 信號(hào) UG是 一個(gè)脈沖寬度與 UA、UB 兩信號(hào)之間相位查成正比的脈沖序列信號(hào)。再將此脈沖序列信號(hào)送入到單片機(jī)外部中斷口，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 [12]。 圖 44 相位測(cè)量電路電路圖 其 各點(diǎn)的 輸出波形如圖 45 所示： 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 12 圖 45 相位測(cè)量電路 各點(diǎn)波形圖 單元電路的工作原理 JK 觸發(fā)器 2 的工作原理一樣，這里我們以 JK 觸發(fā)器 1 為例來說明一下它們的工作原理： JK 觸發(fā)器的 J 端、 K 端和電源端均接高電平 +5V 上（注意 JK 觸發(fā)器 1 處在計(jì)數(shù)狀態(tài)）。清除端通過 R10 接到電源 +5V 上，并清除端通過 C1 接地，當(dāng)接通電 源瞬間，清除端通過 C1 處于低電平，使 Q 端置于低電平； C1 逐漸充電完畢，這時(shí)清除端通過 R10 處于高電平。如果觸發(fā)端 C 端接收觸發(fā)脈沖時(shí)， Q 端由低電平變?yōu)楦唠娖剑辉賮硐乱粋€(gè)脈沖， Q 端又由高電平變?yōu)榈碗娖剑绱瞬粩喾磸?fù)。 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 13 74LS113 的特性分析 74LS113 為雙下降沿 JK 觸發(fā)器（有預(yù)置端）的 簡(jiǎn)要說明： 74S113 為帶預(yù)置的兩組 JK 觸發(fā)器，其主要電特性的典型值如表 42 所示： 表 42 74LS113 主要電特性 其管腳圖如圖 46 所示： 圖 46 74LS113 管腳圖 引出端符號(hào)： /CP /CP2 時(shí)鐘輸入端（下降沿有效） J J K K2 數(shù)據(jù)輸入端 Q Q /Q /Q2 輸出端 /SD /SD2 直接置位端（低電平有效） 功能表如表 43 所示： 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 14 表 43 74LS113 功能表 輸入 輸出 PR /CP J K Q /Q L X X X H L H ↓ L L QO /QO H ↓ H L H L H ↓ L H L H H ↓ H H /QO QO H H X X QO /QO （說明： H－高電平， L－低電平， X－任意， ↓－高到低電平跳變） 單片機(jī)最小系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 這部分是由單片機(jī)、晶振電路、按鍵電路等組成。在設(shè)計(jì)中，我們充分利用單片機(jī)具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力和控制能力這一特點(diǎn)，使用單片機(jī)外部中斷 INT0、 INT1 接收外部送來的對(duì)應(yīng)于被測(cè)信號(hào)的時(shí)間、周期差，并在單片機(jī)內(nèi)部完成相應(yīng)的處理及相關(guān)運(yùn)算。另外，在設(shè)計(jì)中使用單片機(jī)串口 UART,，將待顯示信息送給顯示模塊顯示。 設(shè)計(jì)中的單片機(jī)是 AT89C51[13]，是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的 8 位單片機(jī)，它的主要特性有：與 MCS— 51 兼容 ， 其內(nèi)部有 4KB 可編程 Flash存儲(chǔ)器 ； 128*8 位內(nèi)部 RAM，有 1000 次寫 /擦循環(huán)； 0—— 24MHz 全靜態(tài)工作模式 ； 32 根可編程 I/O 線；兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)含有振蕩器和時(shí)鐘電路。因此， 它 完全可以滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求。 圖 47 為 AT89C51單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 。 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 15 圖 47 AT89C51 最小系統(tǒng)電路圖 AT89C51 的特性分析 主要參數(shù) 89C51 具有 4 個(gè) I/O 口， 32 根 I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)， AT89C51 可降至 0Hz的靜 態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存了 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作指導(dǎo)下一個(gè)硬件復(fù)位。 引腳 功能 說明 電源和晶振 ： VCC：運(yùn)行和程序校檢時(shí)加 +5V。 GND：地。 圖 48 40 腳雙列直插（ DIP）封裝圖 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 16 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。 I/O 口 ： P0： P0 口是一組 8 位漏極開路的雙向 I/O 口，也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。 作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫 “ 1” 可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。 P1： P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “ 1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因 為內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IU）。 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。 P2： P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì)端口寫 “ 1”， 通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流（ IU）。 在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪 問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX ＠ RI 指令）時(shí)， P2 口線上的內(nèi)容（也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中 R2 寄存器中的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。 P3： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對(duì) P3 口寫入 “ 1” 時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可以作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IU）。 低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 17 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的用途 是它的第二功能，如表 44 所示： 表 44 89c51— P3 口功能表 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0） T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。 RXD、 TXD：分別為串行輸入口、輸出口，分別 作輸入和輸出用。 0INT 、 1INT ：外部中斷 0、 1，輸入。 控制線 ： RST：復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平使單片機(jī)復(fù)位。 PROGALE/ ：地址鎖存允許信號(hào)，輸出。當(dāng)訪問外部程序或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址所存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器 ，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可以對(duì)外部時(shí)鐘或用于定時(shí)母的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG ）。 如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE 才會(huì)被激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。 PSEN ：片外程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)，低電平有效。程序儲(chǔ)存允許（ PSEN ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89C51 由外部存儲(chǔ)器讀取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，低頻相位測(cè)量?jī)x硬件電路設(shè)計(jì) 18 每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 PSEN 信號(hào)不出 現(xiàn)。 ppVEA/ ：外部訪問允許。 欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—— FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位 LB1被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 ccV 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程