【正文】 入信號(hào)波形，中間為低通濾波輸出信號(hào)，最下面的就是二階低通濾波輸出信號(hào)波形，二階低通濾波后得到的是基本 上沒(méi)有紋波 的直流信號(hào)。 經(jīng)過(guò)低通濾 波電路之后，信號(hào)轉(zhuǎn)變成近似于直流的有效值直流信號(hào)。這個(gè)直流信號(hào)直接可以接入單片機(jī)部分處理了 [ 11]。 硬件設(shè)計(jì) 部分 單片機(jī)硬件部分 (1)單片機(jī)硬件部分 本設(shè)計(jì)在 數(shù)據(jù)處理中 引入單片 機(jī) , 利用其強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算功能 對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算和處理 。 一般 單片機(jī)的選擇 需考慮 很多 因素比如說(shuō) 1). 單片機(jī) 的基本參數(shù)例如速度，程序存儲(chǔ)器容量， I/O 引腳數(shù)量 2). 單片機(jī)的增強(qiáng)功能，例如看門狗，雙指針，雙串口， RTC（實(shí)時(shí)時(shí)鐘）， EEPROM，擴(kuò)展 RAM， CAN 接口， I2C接口， SPI 接口， USB 接口。 3). Flash 和 OTP（一次性可編程）相比較，最好是 Flash。 4). 封裝 （雙列直插）， PLCC（ PLCC 有對(duì)應(yīng)插座）還是貼片。 DIP 封裝在做實(shí)驗(yàn)時(shí)可能方便一點(diǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 29 頁(yè) 共 55 頁(yè) 5). 工作溫度范圍，工業(yè)級(jí)還是商業(yè)機(jī)。如果設(shè)計(jì)戶外產(chǎn)品，必須選用工業(yè)級(jí)。 6). 功耗，比如設(shè)計(jì)并口加密狗，信號(hào)線取電只 能提供幾個(gè) mA,用 PIC 就是因?yàn)榈凸?，后?lái)出了 MSP430 也不錯(cuò)。 7). 工作電壓范圍。例如設(shè)計(jì)電視機(jī)遙控器， 2節(jié)干電池供電，至少應(yīng)該能在 電壓范圍內(nèi)工作。 8). 供貨渠道暢通。能申請(qǐng)樣片，小批量購(gòu)買有現(xiàn)貨。最好像標(biāo)準(zhǔn) 51，中發(fā)里隨便找個(gè)柜臺(tái)就能買到 。 9). 價(jià)格低。 10). 有服務(wù)商，像周立功公司推 Philips，雙龍公司推 AVR，都提供了很多有用的技術(shù)支持，起碼燒寫(xiě)器有地方買。 11). 燒錄器價(jià)格低，如果是 ICP（把單片機(jī)放在燒錄器上編程）能否利用現(xiàn)有的燒錄器，如果是表 貼封裝，買一個(gè)轉(zhuǎn)接座也很貴，至少得一二百元。能否 ISP（在系統(tǒng)編程，即把芯片先焊到板子上再通過(guò)預(yù)留的 ISP 接口編程），一般 ISP 編程器比較便宜大約一二百元甚至幾十元。 12). 仿真器便宜。對(duì)于 FLASH 型單片機(jī)，仿真器不是必備的。但是對(duì)于 OTP（一次性可編程）型單片機(jī)，必須購(gòu)買或者租用仿真器。 13). 單片機(jī)匯編語(yǔ)言是自己熟悉的，并且能支持 C語(yǔ)言。編程環(huán)境要像 keil 一樣好用，并且還是免費(fèi)的。 14). 網(wǎng)站速度快，資料豐富。包括芯片手冊(cè)，應(yīng)用指南，設(shè)計(jì)方案，范例程序。最好有中文，像 Atmel 就不 錯(cuò)。 15). 保密性能好，查一下專業(yè)解密網(wǎng)站上的黑名單，再發(fā)個(gè) mail 咨詢一下解密價(jià)格。 16). 抗干擾性能好。我曾經(jīng)把 XXC52 改為 S52 后發(fā)現(xiàn)抗干擾性能下降，只好改回去。 17). 和其他外設(shè)芯片放在一起的綜合考慮 而我們這次設(shè)計(jì)則不需要考慮那么多的因素，畢竟單片機(jī)只是一個(gè)信號(hào)的處理系統(tǒng)，是輔助我們做出判斷的機(jī)器，主要考慮的因素有：低功耗、價(jià)格便宜、隨便能買得到、抗干擾性能好、存儲(chǔ)器夠用就可以了。綜合上面的考慮，比如 AT89S51 單片機(jī)就很適合這個(gè)設(shè)計(jì)。 選擇低功耗的 單片 機(jī) 產(chǎn)品 ,并使其 工作于休眠 狀態(tài)。只有當(dāng)瞬變量檢測(cè)電路受觸發(fā)時(shí) ,才將單片 機(jī)從休眠狀態(tài)喚醒 ,進(jìn)行程序規(guī)定的判別操作。單片 機(jī)在休眠狀態(tài)下 ,工作電流是 μA 級(jí) ,這種模式抗干擾 能力大為提高 ,且可大大降低功耗。使用較低頻率的 晶體振蕩器是降低功耗的另一措施。 單片機(jī)部分是設(shè)計(jì)最后一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行分析判斷，然后輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng) 數(shù)碼管顯示，提示信號(hào)的有效值，并發(fā)送數(shù)據(jù)到連接 PC 的串口，在 PC 上顯示出來(lái)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 30 頁(yè) 共 55 頁(yè) 設(shè)計(jì)采用的是廣泛應(yīng)用的 AT89S51 單片機(jī)。 AT89S51 是一個(gè)低功耗，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě) 1000 次的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的 AT89S51 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 AT89S51 具有如下特點(diǎn)： 40個(gè)引腳， 4k Bytes Flash 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器， 128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出 （ I/O）口， 5 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 2 層中斷嵌套中斷， 2個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（ WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 此外， AT89S51 設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為 0Hz并可通過(guò)軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下， CPU暫停工作，而 RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存 RAM 的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時(shí)該芯片還具有 PDIP、 TQFP 和 PLCC 等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。 1．主要特性： ? 8031 CPU 與 MCS51 兼容 ? 4K 字節(jié)可編程 FLASH 存儲(chǔ)器 (壽命： 1000 寫(xiě) /擦循環(huán) ) ? 全靜態(tài)工作： 0Hz24KHz ? 三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密鎖定 ? 128*8 位內(nèi)部 RAM ? 32 條可編程 I/O 線 ? 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ? 6 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)振蕩器和時(shí)鐘電路 2．管腳說(shuō)明： P0 口： P0口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng)P1 口的管腳第一次寫(xiě) 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外 部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫(xiě)入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 31 頁(yè) 共 55 頁(yè) 外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O口， P2口緩沖器可接收，輸出 4 個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫(xiě) “1” 時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 “1” 時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3 口： P3口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。當(dāng) P3口寫(xiě)入 “1 ” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 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（記時(shí)器 0 外部輸入） T1（記時(shí)器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 I/O 口 作為輸入口時(shí)有兩種工作方式即所謂的讀端口與讀引腳讀端口時(shí)實(shí)際上并不從外部讀入數(shù)據(jù)而是把端口鎖存器的內(nèi)容讀入到內(nèi)部總線經(jīng)過(guò)某種運(yùn)算或變換后再寫(xiě)回到端口鎖存器只有讀端口時(shí)才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線上面圖中的兩個(gè)三角形表示的就是輸入緩沖器 CPU 將根據(jù)不同的指令分別發(fā)出讀端口或讀引腳信號(hào)以完成不同的操作這是由硬件自動(dòng)完成的不需要我們操心 1 然后再實(shí)行讀引腳操作否則就可能讀入出錯(cuò)為什么看上面的圖如果不對(duì)端口置 1 端口鎖存器原來(lái)的狀態(tài)有可能為 0Q 端為 0Q^為 1 加到場(chǎng)效應(yīng)管柵極的信號(hào)為 1 該場(chǎng)效應(yīng)管就導(dǎo)通對(duì)地呈現(xiàn)低阻抗 ,此時(shí)即使引腳上輸入的信號(hào)為 1也會(huì)因端口的低阻抗而使信號(hào)變低使得外加的 1 信號(hào)讀入后不一定是 1 若先執(zhí)行置 1 操作則可以使場(chǎng)效應(yīng)管截止引腳信號(hào)直接加到三態(tài)緩沖器中實(shí)現(xiàn)正確的讀入由于在輸入操作時(shí)還必須附加一個(gè)準(zhǔn)備動(dòng)作所以這類 I/O 口被稱為準(zhǔn)雙向口 89C51 的 P0/P1/P2/P3口作為輸入時(shí)都是準(zhǔn)雙向口接下來(lái)讓我們?cè)倏戳硪粋€(gè)問(wèn)題從圖中可以看出這四個(gè)端口還有一個(gè)差別除了 P1 口外 P0P2P3 口都還有其他的功能 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 32 頁(yè) 共 55 頁(yè) RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng) 訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的 選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)， 單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 [4][10] 本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)接線圖如下： 圖 26 單片機(jī)部分電路圖 E A /V P31X119X218R E SE T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10U48 0 5 1R 2 21kC53 0 pC63 0 px11 2 M H ZC42 2 uV C Ccba畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 33 頁(yè) 共 55 頁(yè) AD 轉(zhuǎn)換硬件部分 設(shè)計(jì)中用到 數(shù)據(jù)采集，在這些被采集的數(shù)據(jù)中，大部分可以通過(guò)我們的 I/O 口擴(kuò)展接口電路直接得到，由于 51 單片機(jī)大部分不帶 AD 轉(zhuǎn)換器，所以模擬量的采集就必須靠A/D 或 V/F 實(shí)現(xiàn)。下現(xiàn)我們就來(lái)了解一下 AD0809 與 51 單片機(jī)的接口及其程序設(shè)計(jì)。 AD0809 的邏輯結(jié)構(gòu) ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè) 8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器