【正文】 據(jù)采集顯示。該過程是：先將輸入信號（電壓、 電流、頻率 ）經(jīng)過轉(zhuǎn)換（電壓轉(zhuǎn)換成電流或者頻率，電流轉(zhuǎn)換成電壓或者頻率，頻率轉(zhuǎn)換成電壓或者電流），并將轉(zhuǎn)換后的信號經(jīng)過調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換為TLC1549 可以接受的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字限號輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理，或者直接輸入到單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)過處理后把數(shù)據(jù)送到 LCD 中顯示。 PC 機(jī)與單片機(jī)的通訊在此主要是用于向單片機(jī)燒錄程序。當(dāng)然如果數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，也可以把采集到的數(shù)據(jù)送到 PC機(jī)中處理。按鍵部分，可以通過按鍵結(jié)合單 片機(jī)復(fù)位，以便采集下一次的數(shù)據(jù)。 實(shí)際電路 單片機(jī)系統(tǒng) 根據(jù)硬件電路的不同，單片機(jī)的時(shí)鐘連接方式分為內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。 內(nèi)部振蕩方式： MCS51 單片機(jī)內(nèi)有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接，就構(gòu)成了內(nèi)部自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。 外部振蕩方式：外部振蕩方式就是把外部已有的時(shí)鐘信號引入單片機(jī)內(nèi)，即接XTAL2 引腳， XTAL1 引腳接地。 對于本次 設(shè)計(jì) ，使用內(nèi)部振蕩方式就能滿足要求，并且節(jié)約成本。晶體振蕩器選用石英晶體。其典型值為 12MHZ、 和 6MHZ，本設(shè)計(jì)中使用的石英晶體頻率為 。電容 C1 和 C0 主要作用是幫助振蕩器起振．其值的大小對振蕩頻率也有影響，因此常用調(diào)節(jié)電容的大小實(shí)現(xiàn)對頻率微調(diào)，典型值為 30pf和 22Pf,本設(shè)計(jì)采用 22Pf。 晶振與電容組成并聯(lián)諧振蕩回路，從而使單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生自振蕩。其原理圖如圖 41。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 18 頁 共 48 頁 18 圖 41 時(shí)鐘電路 圖 圖中 XTAL XTAL2 分別接到單片機(jī)的 XTAL XTAL2 引腳 ，在單片機(jī)內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入輸出端，要檢查單片機(jī)的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。 51 單片機(jī)的復(fù)位分為上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位 。這次設(shè)計(jì)采用手動(dòng)復(fù)位方式。復(fù)位電路圖如圖 42 所示。 圖 42 手動(dòng)復(fù)位電路 圖 RESET 引腳是復(fù)位信號輸入端，復(fù)位信號為高電平有效，有效持續(xù)時(shí)間在 24 個(gè)振蕩周期以上才能有效完成復(fù)位操作。在通電瞬間，由于 RC 的充電過程，在 RST 端出現(xiàn)一定寬度的正脈沖；只要該脈沖保持 10ms 以上，就能保證單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位。 C10 取10pF， R0 取 10kΩ,這樣就能可靠地上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 19 頁 共 48 頁 19 A/D 轉(zhuǎn)換電路 我們利用 TLC1549 作為 A/D 數(shù)據(jù)采樣，它是串行接口方式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，僅有 8個(gè)引腳，外圍接線很少。體積小，速度快、精度高。適用于儀器儀表、傳感器、工程檢測等方面。 圖 43 A/D 轉(zhuǎn)換電路圖 LCD1602 顯示電路設(shè)計(jì) 我們采用字符型液晶，其原理圖如圖 44 所示。 RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平時(shí)選擇指令寄存器、 RW 為讀寫信號線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng) RS 和 RW 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng) RS為低電平 RW 為高電平時(shí)可以讀忙信號，當(dāng) RS 為高電平 RW 為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)、D0~D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。主單片機(jī)通過控制 RW 和 RS，數(shù)據(jù)由 D0~D7 輸入液晶顯示。報(bào)警由單片機(jī)控制并作出響應(yīng)。 圖 44 LCD 顯示電路圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 20 頁 共 48 頁 20 單片機(jī)與 PC 機(jī)通訊電路 MAX232 是一種雙組驅(qū)動(dòng)器 /接收器，片內(nèi)含有一個(gè)電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V電源供電時(shí)提供 ELA/TIA232E 電平。每個(gè)接收器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS 電平。 這些接收器具有 的典型門限值及 的典型遲滯，而且可以接收177。 30V 的輸入。每個(gè)驅(qū)動(dòng)將 TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 EIA/TIA22E 電平。 TTL電平信號對于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外 TTL 電平信號直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路；再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而 TTL 接口的操作恰能滿足這個(gè)要求。 TTL 型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù) 傳輸方式，而并行傳輸對于超過10 英尺的距離就不合適了，這由于可靠性和成本兩方面的原因。因此，在并行接口中存在著偏相和不對稱的問題，這些問題對可靠性均有影響；另外，對于并行數(shù)據(jù)傳輸，電纜以及連接器的費(fèi)用比起串行通信方式來說也要高一些。 圖 45 單片機(jī)與 PC 機(jī)通訊電路圖 將 MAX232 和單片機(jī)串口的 TTL 電平相互轉(zhuǎn)換，使得兩個(gè)設(shè)備可以相互通訊。整個(gè)電路只要求信號的收發(fā)，所以只用到 MAX232 接口的 RXD、 TXD 和地，通過電平轉(zhuǎn)換電路連接在 AT89C51 的 TXD、 RXD 和地，也就是說 MAX232 的接收端連到 單片機(jī)的發(fā)送端，而發(fā)送端則連到單片機(jī)的接收端，如圖 45 所示。 電源電路設(shè)計(jì) 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)需要 +5V 電壓，而現(xiàn)有的供電電源沒有 +5V，只有 +12V，所以必須要將 +12V 轉(zhuǎn)換成 +5V 電壓。此外本次設(shè)計(jì)需要將電源中的不穩(wěn)定因素（包括竄入電路中的干擾信號）去除，保證有一個(gè)穩(wěn)定的電源輸出，所以需要到 AMS1117 穩(wěn)壓管和電容，桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 21 頁 共 48 頁 21 它們能夠有效去除干擾信號（交流電流），并得到穩(wěn)定的 +5V 電壓輸出。其原理圖如圖46 所示。 圖 46 電源電路設(shè)計(jì)圖 電壓電流轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 在信號傳輸過程中，假如以電壓 作為信號傳輸，在長距離傳輸?shù)倪^程中，電壓壓降明顯，信號損失較大。所以在某些情況之下必須要將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號。而現(xiàn)在大多數(shù)運(yùn)用的方法是利用放大器和電容、電阻一起作為轉(zhuǎn)換電路，雖然達(dá)到了功能，但是因?yàn)槠骷^大，信號轉(zhuǎn)換誤差大，容易引入干擾信號，而且電路繁瑣。現(xiàn)在運(yùn)用集成芯片 AD694 代替?zhèn)鹘y(tǒng)的轉(zhuǎn)換電路。 AD694 體積小，外圍電路簡單，利于編程，減少了很多工作。如圖 37 所示，電壓信號通過 AD694 的 +SIG 口接入，由 Iout 端口輸出，外圍電路簡單（只需要一個(gè)電容） 圖 47 電壓電流轉(zhuǎn)換電路圖 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 22 頁 共 48 頁 22 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 電壓頻率轉(zhuǎn)換即 V/F 轉(zhuǎn)換，是將一定的輸入電壓信號按線性比例關(guān)系轉(zhuǎn)換成頻率信號，當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，輸出頻率也響應(yīng)變化。實(shí)現(xiàn) V/F 轉(zhuǎn)換有很多的集成芯片可以利用，其中 LM331 是一款性價(jià)比較高的芯片，也是一種十分常用的電壓頻率轉(zhuǎn)換器，還可以作精密頻率轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制調(diào)解、長時(shí)間積分器及其相關(guān)器件。由于 LM131 采用了溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低于 電源電壓下有極高的精度。 LM131 的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100dB。線性度好，最大非線性失真小于 %，工作頻率低于 1Hz時(shí)還有較好的線性；轉(zhuǎn)換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 位；外接電路簡單，只有需要接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V/F 或 F/V 等變換電路，并容易保證轉(zhuǎn)換精度。 LM131 可采用雙電源或者單電源供電，可工作在 ~40V 之間，輸出可達(dá) 40V，而且可防止 Vs 短路。電壓頻率轉(zhuǎn)換電路如圖 48 所示。 圖 48 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路圖 電流電壓轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 根據(jù)測試系統(tǒng)的要求，往往需要采集被測對象的各種參數(shù)，如過渡過程的電壓 U電流 I 等，這些量的采集是至關(guān)重要的，它們直接影響到整個(gè)測試系統(tǒng)的測量精 度。很多場合需要在被測系統(tǒng)工作時(shí)，對其電流進(jìn)行在線的檢測，因此如何無需串入電流表，直接對被測器件進(jìn)行電流檢測就相當(dāng)重要了。 常規(guī)測量電流 I 的方法存在測量范圍小、測量誤差大等缺點(diǎn)，而這次設(shè)計(jì)需要較高的測量精，而電流 /電壓轉(zhuǎn)換芯片 MAX472 克服了常規(guī)方法的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電流的高精度測量。電流電壓轉(zhuǎn)換電路如圖 49 所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 23 頁 共 48 頁 23 圖 49 電流電壓轉(zhuǎn)換電路圖 電流頻率轉(zhuǎn)換 雖然電流傳輸和頻率傳輸信號都能減少信號的干擾，減少遠(yuǎn)距離傳輸中的噪聲干擾。但是采用頻率信號傳輸比電流信號傳輸更穩(wěn)定。因此 在一些場合必須將電流信號轉(zhuǎn)換成頻率信號。電流頻率轉(zhuǎn)換器將模擬電流輸入信號轉(zhuǎn)換成頻率并與其電流幅值對應(yīng)的輸出信號，它是一種輸出頻率與輸入信號成正比的電路。其電路圖如圖 49 所示。 圖 410 電流頻率轉(zhuǎn)換電路圖 頻率電壓轉(zhuǎn)換 頻率電壓轉(zhuǎn)換，即 F/V 轉(zhuǎn)換，是將頻率參數(shù)轉(zhuǎn)換為電壓參數(shù)，用于信號處理或者控制技術(shù)，常見于 FM 解調(diào)，點(diǎn)擊變頻控制等領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)頻率電壓轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換的電壓參數(shù)與頻率參數(shù)存在一個(gè)線性函數(shù)關(guān)系，某個(gè)特定頻率信號與一個(gè)特定電壓信號對應(yīng)。而輸出的電壓幅度與輸入信號的幅度無關(guān)，僅與其頻率 有關(guān)。頻率電壓轉(zhuǎn)換原理圖如圖410 所示。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 24 頁 共 48 頁 24 圖 411 頻率電壓轉(zhuǎn)換圖 頻率電流轉(zhuǎn)換 頻率電流轉(zhuǎn)換器是自動(dòng)化儀表和計(jì)算控制中的一個(gè)重要轉(zhuǎn)換單元。它能將頻率脈沖信號線性地轉(zhuǎn)換成電流信號以滿足遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)檢測、調(diào)節(jié)、控制的需要。因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)中可以直接將頻率信號輸入到單片機(jī)，有單片機(jī)計(jì)算出頻率值。而頻率轉(zhuǎn)換成電壓后，將電壓轉(zhuǎn)換成電流后可以不必再將電流轉(zhuǎn)換成頻率輸入單片，可以直接接一個(gè)負(fù)載即可。而電壓轉(zhuǎn)換成電流的原理圖與以上所述一樣，所以這里不再重述。 5. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)編程 可以采用 C 語言 ， 也可以采用匯編語言 。 C 語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。 C 語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外， C 語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。因此，使用 C 語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。用 C 語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明 顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。 而匯編語言對于單片機(jī)編程就較為復(fù)雜。因此本次設(shè)計(jì)采用 C 語言編程。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總體流程圖 主機(jī)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 51 所示。子機(jī)的系統(tǒng)軟件流程圖如圖 52 所示。圖 51 和圖 52 是主機(jī)和子機(jī)的基本功能。在實(shí)際的編寫程序中，相對于上面的流程圖主機(jī)和子機(jī)都有一定的功能擴(kuò)展。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 25 頁 共 48 頁 25 Y N Y N Y N 測量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 在每次進(jìn)行測量之前，必須要對測量系統(tǒng)的 LCD 液晶顯示器和單片機(jī)定時(shí)器和計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化。經(jīng)過測量可知，在測量頻率 信號時(shí)，即使沒有輸入頻率，電路中也會(huì)產(chǎn)生方波，這是由于系統(tǒng)存在信號串?dāng)_，所以必須要對電路進(jìn)行頻率的零輸入校正。當(dāng)輸入信號時(shí)，必須進(jìn)行按鍵掃描，如圖 51 所示。 圖 51 主機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程圖 開始 選擇子機(jī) 等待回應(yīng) 接收信息 發(fā)送測量請求 選定子機(jī)發(fā)送回的信息 處理信息 顯示數(shù)據(jù) 結(jié)束 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 26 頁 共 48 頁 26 Y N Y N Y N 圖 52 數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)程序流程圖 開始 信息請求 接收信息 主機(jī) 發(fā)送的地址為本機(jī)地址 測量數(shù)據(jù) 發(fā)送數(shù)據(jù) 等待回應(yīng) 接收 結(jié)束 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)用紙 第 27 頁 共 48 頁 27 N N N Y Y Y 圖 53 數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)程序流程