【正文】 下面說(shuō)明各引腳功能。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs(時(shí)鐘為 640kHz時(shí) )， 128μs（時(shí)鐘為 500kHz時(shí)） 4）單個(gè)＋ 5V 電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 本設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換器采用 主次逼近型 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809， 芯片的管腳圖如圖 所示。 如圖 所示，當(dāng)輸入的正弦波電壓的瞬時(shí)的電壓低于 1/3VDD 時(shí)， 555 置位，輸出呈 高電平；而當(dāng)瞬時(shí)電壓高于 2/3VDD 復(fù)位，輸出呈低電平。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 23 圖 3. 5 整形電路 施密特觸發(fā)器用于波形變換和整形，有著極為廣泛的應(yīng)用 。 圖 3. 4 小信號(hào)放大電路 整形電路 波形變換和波形整形電路實(shí)現(xiàn)把正弦波樣的正負(fù)交替的信號(hào)波形變換成可以被單片機(jī)接受的 TTL/COMS 兼容信號(hào)。本設(shè)計(jì)因?yàn)橐獙⑿盘?hào)送入 ADC0809 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換， 而 ADC0809 的模擬輸入電壓范圍 為 0～＋ 5V 所以要將交流電壓降到 5V 內(nèi)，本電路中用的變壓器的變比系數(shù)為： 21 LLn? ，所以根據(jù)變比系數(shù) 設(shè)定好電感值就 做到 達(dá)到 線(xiàn)性降壓 ， 電路如圖 所示。首先將信號(hào)通過(guò)濾波器濾去高頻干擾和低頻漂移信號(hào)，同時(shí)也進(jìn)行線(xiàn)性放大、使之變?yōu)橐徊ㄐ握?guī)、幅值適當(dāng)?shù)恼倚盘?hào)，然后經(jīng)過(guò)整形電路變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)進(jìn)入單片機(jī)。 XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。為了使單片機(jī)能夠 有效的傳送外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器從0000H 到 FFFH 單元的指令， EA必須同 GND 相連接。但也要注意，每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。當(dāng)向 P3 口寫(xiě) 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。當(dāng)利用 8 位地址線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)（例MOVX ＠ R1） ,P2 口輸出特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)向 P2 口寫(xiě) 1 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可以用作輸入口。當(dāng)對(duì) P1 口寫(xiě) 1 時(shí)，它們被內(nèi)部的上拉電阻拉升為高電平，此時(shí)可以作為輸入端使用。 在 EPROM 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，同時(shí)輸 出指令字節(jié)在程序校驗(yàn)時(shí)。 引腳說(shuō)明： VCC：電源電壓 GND:地 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 20 P0 口： P0 口是一組 8 位漏極開(kāi)路型雙向 I/O 口，作為輸出口用時(shí)，每個(gè)引腳能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門(mén)電路。它的顯著優(yōu)點(diǎn)是：⑴內(nèi)含 FLASH 存儲(chǔ)器，這在系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可隨意進(jìn)行程序修改，既便錯(cuò)誤編程之后仍可以重新編程，故不存在廢品且大大縮短了程序的開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)在系統(tǒng)工作過(guò)程中能有效地保存數(shù)據(jù)信息。 單片機(jī)蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 18 接收外部脈沖，啟動(dòng)定時(shí)／計(jì)數(shù)器對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行定時(shí)計(jì)數(shù)， 從而 計(jì)算得出 相應(yīng)的 頻率值；另外一路輸入用于電壓測(cè)量值，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓被送到 A／ D 轉(zhuǎn)換部分，經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換 芯片的轉(zhuǎn)換，將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到單片機(jī) P0口 ，得到量化電壓值；同時(shí)，串口電路部分則負(fù)責(zé)將得到的頻率值、電壓值發(fā)送至上位機(jī)，從而，上位機(jī)對(duì)頻率值和電壓值進(jìn)行直觀(guān)的顯示。 系統(tǒng) 總體 框 圖 本設(shè)計(jì)以單片機(jī) AT89C52 為核心，結(jié)合外圍信號(hào)放大、整形電路 ,通過(guò)對(duì)輸出波形的計(jì)數(shù)和對(duì)模擬電壓的采樣、量化得到交流電頻率和電壓的數(shù)字量，將所得數(shù)據(jù)通過(guò)串行接口發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行直觀(guān)顯示，很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)電壓頻率的監(jiān)測(cè)。如此反復(fù)，便在 VO 端得到矩形輸出脈沖。 當(dāng) CT 上的電壓 VcT 上升到 2/3Vcc 時(shí)，則觸發(fā)器被置成 Q=0， T2 截止， Vo=1。剛接通電源時(shí) CL 和 CT 兩個(gè)電容上沒(méi)有電壓，若輸入控制電壓 VI 為大于 零的某個(gè)值，則比較器 C1 的輸出為 1 而比較器C2 的輸出為 0，觸發(fā)器被置成 Q=1 狀態(tài)。 3 .定時(shí)器型壓控振蕩器 現(xiàn)以 LM331 為例介紹定時(shí)器型壓控振蕩器的基本原理。電流 I0 轉(zhuǎn)而經(jīng) TN1 和 Tp2 自右向左地向電容 Cex1 充電。G1 和 G2 用作電容充、放電的轉(zhuǎn)換控制開(kāi)關(guān)，而 G1 和 G2 的輸出狀態(tài)由觸發(fā)器的狀態(tài)來(lái)決定。這樣就可以用輸入電壓控制振蕩頻率。 電壓 /頻率 (V/F)轉(zhuǎn)換器能把輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的頻率信號(hào)，即它的輸出信號(hào)頻率與輸入信號(hào)電壓值成比例，故又稱(chēng)為電壓控制 (壓控 )振蕩器 (VCO)。雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于低速型 AD轉(zhuǎn)換器，一次轉(zhuǎn)換時(shí)間在 1~2ms，而逐次比較型 A/D 轉(zhuǎn)換器可達(dá)到 1?s。 tt1T2T1t 2t39。如圖 所示。計(jì)數(shù)器復(fù) “ 0” 時(shí)，同時(shí)給出一個(gè)溢出脈沖（即進(jìn)位脈沖）使控制邏輯電路發(fā)出信號(hào)，令開(kāi)關(guān) S1 轉(zhuǎn)換至參考電壓 VREF 一側(cè)，采樣階段結(jié)束。積分結(jié)束時(shí)積分器的輸出電壓為： I10 I1O 1 d)(1 URCTtRUCU T ???? ? () 可見(jiàn)積分器的輸出 UO1 與 UI 成正比。轉(zhuǎn)換開(kāi)始，斷開(kāi) S0。 A/D 轉(zhuǎn)換器 雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器屬于間接型 A/D 轉(zhuǎn)換器，它是把待轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓先轉(zhuǎn)換為一個(gè)中間變量，例如時(shí)間 T；然后再對(duì)中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果，這種 AD 轉(zhuǎn)換器多稱(chēng)為電壓 時(shí)間變換型（簡(jiǎn)稱(chēng) VT型）。然后在第二個(gè) CP 作用下，移位寄存器的次高位置 1，其他低位置0。仿照這一思路，逐次 逼近 型 A/D 轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。天平稱(chēng)重物過(guò)程是，從最重的砝碼開(kāi)始試放，與被稱(chēng)物體進(jìn)行比較，若物體重于砝碼，則該砝碼保留，否則移去。如不考慮上述器件的延遲，可認(rèn)為輸出的數(shù)字量是與 uI 輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 11 經(jīng)代碼轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò) (優(yōu)先編碼器 )輸出數(shù)字量 D2D1D0。圖中的八個(gè)電阻將參考電壓 VREF 分成八個(gè)等級(jí)，其中七個(gè)等級(jí)的電壓分別作為七個(gè)比較器 C1~C7 的參考電壓，其數(shù)值分別為 VREF/1 3VREF/1 …13 VREF/15。 逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，在精度、轉(zhuǎn)換速度和價(jià)格上都適中，是最常用的 A/D 轉(zhuǎn)換器件。 直接型 A/D 轉(zhuǎn)換器可直接將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這類(lèi)轉(zhuǎn)換器工作速 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 10 度快。將 51 單片機(jī)內(nèi)的兩個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器分別定義為： T0 為計(jì)數(shù)器， T1 為定時(shí)器，均采用方式1，即方式控制字 TMOD 為 51H。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 8 脈沖形成 閘門(mén) 計(jì)數(shù)器時(shí)基信號(hào)發(fā)生器門(mén)控電路 圖 2. 7 直接測(cè)頻率 測(cè)頻原理圖 計(jì)數(shù)法測(cè)量頻率是利用單片機(jī)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0 和 T1，使一個(gè)工作在定時(shí) 模式，另一個(gè)工作在計(jì)數(shù)模式下完成測(cè)量功能的。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 7 開(kāi)始中斷初始化開(kāi)啟檢測(cè)到下降沿0INT關(guān)開(kāi)啟 T 0 計(jì)數(shù)開(kāi)啟 T 1 計(jì)數(shù)0INTt 1 設(shè)定時(shí)間到重新開(kāi)啟檢測(cè)到下一個(gè)下降沿關(guān)閉 T 0 計(jì)數(shù)關(guān)閉 T 1 計(jì)數(shù)取 T 0 、 T 1 內(nèi)部數(shù)據(jù)處理 f = N / T 1數(shù)碼管顯示結(jié)束T 0 計(jì)數(shù) 、 T 1 計(jì)時(shí)0IN TYN 圖 2. 6 多周期同步測(cè)量法的流程圖 直接測(cè)頻法 適用于高頻信號(hào)。直至設(shè)定的計(jì)數(shù)時(shí)間 t1 到，然后再重新打開(kāi)外部中斷，而此時(shí)并不會(huì)立即 關(guān)閉計(jì)數(shù)器 T0 和定時(shí)器 T1，而是要等到被測(cè)脈沖的下一個(gè)下降沿到來(lái)觸發(fā)外部中斷0 響應(yīng)后，再去同時(shí)關(guān)閉計(jì)數(shù)器 T0 和定時(shí)器 T1，此時(shí)做到了測(cè)量結(jié)束的同步?？梢钥闯觯瑢?shí)際閘門(mén)與參考閘門(mén)并不嚴(yán)格相等，但最大差值不超過(guò)被測(cè)信號(hào)的一個(gè)周期。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 5 中斷初始化檢測(cè)到第一個(gè)下降沿T 1 計(jì)時(shí)開(kāi)啟檢測(cè)到第 M 個(gè)下降沿T 1 計(jì)時(shí)關(guān)閉數(shù)據(jù)處理 f = M / T 1數(shù)碼管顯示開(kāi)始結(jié)束T 1 累積計(jì)時(shí)NY 圖 2. 3 周期測(cè)量法流程圖 多周期同步 測(cè)量 法綜合運(yùn)用了計(jì)數(shù)法和測(cè)周法，進(jìn)一步提高了測(cè)量精度， 充分利用 了 單片機(jī)內(nèi)部的中斷源，使被測(cè)信號(hào)與單片機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)同步，實(shí)現(xiàn)了同步測(cè)量。測(cè)周法測(cè)量頻率時(shí)序圖如圖 所示。 C/T 的狀態(tài)可由 T0的方式寄存器 TMOD 進(jìn)行設(shè)置。所以，為了提高測(cè)量低頻時(shí)的準(zhǔn)確度， 數(shù)字電路中 采用的是測(cè)周法，即 TX=l/fX=t/N。對(duì) fX的測(cè)量是由電路提供標(biāo)準(zhǔn)閘門(mén)信號(hào)即 t=TZ， TZ通常為 1s 或它的十倍百倍等，然后對(duì) TZ內(nèi)的被測(cè)信號(hào)變化的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，得到 NX，即可得到 fX=NX/Tz。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 3 第 二 章 系統(tǒng)概述 電壓 /頻率的測(cè)量 方法 對(duì)于單片機(jī)為核心構(gòu)成的檢測(cè)儀器，測(cè)量電壓、頻率時(shí)有多種方法， 一般根據(jù)不同的要求，采用不同的測(cè)量方法，這樣可以提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。 ① 提出系統(tǒng)的硬件方案和方案論證優(yōu)化； ② 根據(jù)要求完成單片機(jī)的基本系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū) 2 ③ 完成對(duì) 電壓、頻率等 信號(hào)的檢測(cè)和接口電路的設(shè)計(jì)； ④ 完成 顯示 電路的設(shè)計(jì)； ⑤ 完成軟件需求的系統(tǒng)分析。使操作人員更加直觀(guān)的進(jìn)行系統(tǒng)供電頻率、電壓的監(jiān)測(cè)，而不用先找位置，再進(jìn)行各種儀表體積、量程的對(duì)比確認(rèn)，最后才進(jìn)行觀(guān)測(cè) 參數(shù) 的讀取，簡(jiǎn)化了 操作員操作 過(guò)程，節(jié)省了 操作 時(shí)間。 計(jì)算機(jī)和智能儀器等各種設(shè)備已經(jīng)大量進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。 因此利用 交流電頻率、電壓測(cè)量的 技術(shù)， 設(shè)計(jì)出電壓頻率監(jiān) 測(cè)系統(tǒng)，可以 簡(jiǎn)化系統(tǒng)的操作 空間 ， 提高工作效?；趩纹瑱C(jī)的電壓頻率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的電壓頻率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 目錄 摘要 .................................................................................................................................I Abstract ......................................................................................................................... II 第一章 緒論 .................................................................................................................. 1 問(wèn)題的提出 ...................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)的意義 ..................................................................................................... 1 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ............................................................................................. 1 第二章 系統(tǒng)概述 .......................................................................................................... 3 電壓 /頻率的測(cè)量方法 ................................................................................... 3 頻率的測(cè)量原理 ................................................................................... 3 周期測(cè)量法 ................................................................................ 4 直接測(cè)頻法 ................................................................................ 7 電壓測(cè)量方法 ....................................................................................... 9 A/D 轉(zhuǎn)換法 ...