【正文】 在此，我也感謝各位老師對我的悉心教導(dǎo)。 在我 三 年的學(xué)習(xí)生活中，我也得到了各位領(lǐng)導(dǎo)和老師對我的幫助和鼓勵。 致 謝 本論文是在老師的精心指導(dǎo)下完成的。在本次設(shè)計中涉及到得知識涵蓋了大學(xué)所學(xué)的所有知識，包 括單片機(jī)、自動控制控制、電工電子技術(shù)、傳感器等多領(lǐng)域知識。例如在設(shè)計中的 A/D 轉(zhuǎn)化模塊中，由于大學(xué)課程中學(xué)到的 ADC 芯片是 ADC0809 并行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，而在設(shè)計中考慮到轉(zhuǎn)換精度問題和單片機(jī) I/O 口的擴(kuò)展問題，本設(shè)計采用了 MAX187 串行模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 51 單片機(jī)具有體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好等各種優(yōu)點。在對電阻爐的溫度控制主電路部分，本設(shè)計采用了晶閘管控制電路，在單片機(jī)和帶過零檢測的芯片 MOC3061 的共同配合下實現(xiàn)對晶閘管的過零控制，從而實現(xiàn)對電阻爐的溫度控制。檢測部分采用了熱敏電阻 Pt100 搭建的電橋作為傳感電路，再使用運算放大器構(gòu)成運算放大電路將輸出的電壓值進(jìn)一步放大控制部分，之后由 MAX187 將輸入的電壓模擬量轉(zhuǎn)化成可供單片機(jī)識別的數(shù)字量送入單片機(jī)。本電路中沒有采用十進(jìn)制計數(shù)，因為 AT89C51 內(nèi)置計數(shù)器只能進(jìn)行二進(jìn)制加法計數(shù)，計數(shù)結(jié)束后再進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制運算，然后將結(jié)果送到顯示緩沖區(qū)進(jìn)行顯示。 16 位二進(jìn)制的最大計數(shù)值為 65535，不能滿足精確測量 的需要，雖然可以通過軟件計數(shù)的方法來提高分辨率，但是 AT89C51 內(nèi)置計數(shù)器的計數(shù)速率受500KHz（ 24M 時鐘）的限制，所以意義并不大。 閘門開通矩形脈沖送到 74LS393進(jìn)行記數(shù)和分頻， 74LS393是雙四位二進(jìn)制計數(shù)器，在這里接成級連方式，組成一個 8 位二進(jìn)制計數(shù)器，同時也是分頻比為 256 的分頻器。當(dāng) 11 腳為高電平是閘門打開，低電平時閘門關(guān)閉。閘門關(guān)閉后 , 結(jié)果送至緩沖單元 30~ 32H,其中 30 H 單元存放低位字節(jié) (從 P1 口讀入的數(shù)據(jù) ,即 74LS393的值 ), 31H和 32H 單元分別存放 TL1和 TH1的值 ,然后調(diào)用二進(jìn)制度轉(zhuǎn)十進(jìn)制子程序 , 把二進(jìn)制的計數(shù)結(jié)果轉(zhuǎn)為十進(jìn)制 ,送至 40H 至 3H (壓縮 BCD 碼 )單元 ,顯示子程序則將 BCD 碼經(jīng)查表指令譯為 7 段 LED 字形碼 ,然后進(jìn)行顯示 22 T 1 中 斷 子 程 序A 、 P S W 入 棧計 數(shù) 是 否 到 1 s ？關(guān) 閘 門 ， 關(guān) 閉 T 0 、 T 1P 1 口 、 T L 1 和 T H 1 數(shù)據(jù) 送 緩 沖 區(qū)L S 3 9 3 清 零調(diào) 轉(zhuǎn) 換 子 程 序A 、 P S W 出 棧返 回 圖 42 T0中斷服務(wù)子程序 5 結(jié)束語 前置放大器完成信號的放大、電平平移的任務(wù)，被測的交流信號 D 被放大、平移成脈沖支流信號 E，再經(jīng)過 74HC14 施密特反相器整形形成矩形脈沖。測頻時 ,定時器 T1 工作在定時方式 2,每次定時 100uS ,則 T0 中斷 10000 次正好為 1s,即 T1用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒信號 ,定時器 T1用作計數(shù)器 ,對待測信號計數(shù) ,每秒鐘的開始啟動 T1 ,每秒鐘的結(jié)束關(guān)閉 T1 ,則定時器 T1 之值乘以分頻系數(shù)就為待測信號的頻率。 16 位定時／計數(shù)器的最高計數(shù)值為 65535，當(dāng)待測信號的頻率較低時，定時／計數(shù)器可以對被測信號直接計數(shù)，當(dāng)被測信號的頻率較高時，先由硬件十分頻后再有定時／計數(shù)器對被測信號計數(shù)，加大測量 的精度和范圍。判斷該數(shù)的最高位，若該位不為 0，滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求，測量 值和量程信息一起送到顯示模塊；若該位為 0，將計數(shù)閘門的寬度擴(kuò)大 10 倍， 21 重新對待測信號的計數(shù)，直到滿足測量數(shù)據(jù)有效位數(shù)的要求。計數(shù)閘門由軟件延時程序?qū)崿F(xiàn)，從計數(shù)閘門的最小值（即測量頻率的高量程）開始測量，計數(shù)閘門結(jié)束時 TR 清 0，停止計數(shù)。定時／計數(shù)器的工作首先被設(shè)置為計數(shù)器方式，即用來測量信號頻率。 頻率計開始工作或者完成一次頻率測量，系統(tǒng)軟件都進(jìn)行測量初始化。整個系統(tǒng)由初始化模塊，信號頻率測量模塊，顯示模塊等模塊組成。采用八位動態(tài)顯示電路。所謂動態(tài)，就是利用循環(huán)掃描的方式，分時輪流選通各顯示器的公共極，使各個顯示器輪流導(dǎo)通。每一個顯示器的公共端 COM 各自獨立地受 I/O 線控制， “稱位掃描口 ”。從段選線 I/O 口上按位次分別傳送顯示字符的段選碼，在位選控制口也按相應(yīng)的次序分別選通相應(yīng)的顯示位（共陰極送低電平，共陽極送高電平）。故在位數(shù)較多時往往采用動態(tài)顯示方式。每位 LED 顯示器的 8 位字段控制線（ a～h）分別與一個具有鎖存功能的輸出引腳相連接。所謂靜態(tài)顯示，是指當(dāng)顯示器顯示某一字符時，相應(yīng)段的發(fā)光二極管處于恒定的導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，直到需要 顯示另一個字符為止。數(shù)字顯示方式目前以分段式應(yīng)用最普遍。第二種是分段式，數(shù)碼是由分布在同一平面上若干段發(fā)光的筆劃組成，如熒光數(shù)碼管等。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有 1～ 2 mA，最大極限電流也只有 10～ 30 mA，所以它的輸入端在 5 V 電源或高于 TTL 高電平 ( V)的電路信號相接時，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。 a b c d pgfedC O M共 陰 極 L E D 數(shù) 碼 管 19 abcgfedd p共 陽 極 L E D 數(shù) 碼 管C O M 圖 316 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理 LED 數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。 引出端符號： 1A， 2A 時鐘輸入端（下降沿有效） 1clear,2clear 異步清零端 1Q0~1Q 2Q0~2Q3 輸出端 外接管腳圖； 17 o u t p u t sDQDQCCBQBQAC L E A RC L E A R1c l e a r1 A1 4 1 3 1 21 11 0 9 87654321 0 D1 0 C1 0 B1 0 A1G N D2 0 A 2 0 B2 0 C2 0 Dc l e a r2 AV c co u t p u t sA 圖 314 管腳圖 邏輯圖： （ 3 , 1 1 ）（ 4 , 1 0 ）（ 5 , 9 ）（ 6 , 8 ）o u t p u to u t p u to u t p u to u t p u tTAQC L E A RTC L E A RTC L E A RTC L E A RBQCDQAQBCQDQ（ 1 , 1 3 ）i n p u ti n p u t（ 2 , 1 2 ）C L E A R7 4 L S 3 9 3 圖 315 邏輯圖 18 真值表如表 34 所示： 表 34 真值表 Counts Outputs DQ CQ BQ AQ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 顯示模塊 LED 數(shù)碼管介紹 常見的數(shù)碼管由七個條狀和一個點狀發(fā)光二極管管芯制成，叫七段數(shù)碼管，根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同，可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。 74LS393 芯片介紹 74LS393 為兩個 4 位二進(jìn)制計數(shù)器，異步清零端（ 1clear,2clear）為高電平時，不管時鐘端 1A， 2A 狀態(tài)如何，既可以完成清除功能。 分頻器設(shè)計模塊 分頻電路分析 該部分的電路由起到閘門功能的與非門 74LS0起到分頻作用的 74LS393 和AT89C51 的內(nèi)部 16 位計數(shù)器實現(xiàn)，電路中受到 引腳控制的二輸入與門用于實現(xiàn)閘門功能，當(dāng)通過程序指令使 為高電平時，閘門被打開，在 1s 到時又發(fā)指令 為低電平，使得閘門關(guān)閉，這樣在閘門開啟的 1s 內(nèi)，被測方波信號脈沖送至計數(shù)器 74LS393進(jìn)行計數(shù)和分頻，該計數(shù)器是 雙 4 位二進(jìn)制計數(shù)器，通過級聯(lián)使用，可以構(gòu)成一個分頻比為 256 的分頻器，其中 為計數(shù)器和分頻器的清零端。v 上升和下降過程中，利用兩級反相器的正反饋作用可使輸出波形有陡直的上升沿和下降沿。 b) 整形級 整形級由 TP TP TP T10 組成，電路為兩個首尾相連的反相器。在 vⅠ 下降過程中的負(fù)向閾值電壓 VT也要比 VDD/2 低得多。v 為高電平， ?v = OHV 的狀態(tài)。v 的低電平使 TN6 截止， TP3 導(dǎo)通且工作于源極輸出器狀態(tài)， TP2 的 源極電壓vS2≈0VTP。v 為低電平，電路輸出狀態(tài)轉(zhuǎn)換為 0??v 。 ONGS Rvvv ? （ TN5 導(dǎo)通電阻） 5ONR 下降導(dǎo)致 ?39。 當(dāng) ?39。 1v 電位逐漸升高，當(dāng) 1v 4TNV 時， TN4 先導(dǎo)通，由于 TN5 其源極電壓 VS5 較大，即使 1v VDD/2， TN5 仍不能導(dǎo)通，直至 1v 繼續(xù)升高直至 TP TP2 趨于截止時，隨著其 1v內(nèi)阻增大， ?39。v 的高電平同時使 TP3 截止， TN6 導(dǎo)通且工作于源極輸出狀態(tài)。v 使 TP7導(dǎo)通， TN8 截止，維持 ?39。v 為低電平，使 TP11 導(dǎo)通， TN12 截止， OHVv ?? 。v 為高電平（ ?39。 a) 施密特電路 施密特電路由 P 溝道 MOS 管 TP1～ TP N 溝道 MOS 管 TN4～ TN6 組成，設(shè) P 溝道 MOS 管的開啟電壓 VGS 為 VTP， N 溝道 MOS 管開啟電壓 VGS 為 VTN，輸入信號 1v為三角波。集成施密特觸發(fā)器性能穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，以 CMOS 集成施密特觸發(fā)器 CC40106 為例介紹其工作原理。 tv0v?TV ?TVOOHVOLV 圖 311 施密特電路的傳輸特性 選用芯片如圖 313 為 74LS14 六反向器施密特觸發(fā)器。 施密特觸發(fā)器不同于其他各類觸發(fā)器，它具有以下特點： a) 施密特觸發(fā)器屬于電平觸發(fā)，對于緩慢變化的信號仍然適用，當(dāng)輸入信號達(dá)到某一定電壓值時，輸出電壓會發(fā)生突變。將正弦波，三角波變換成方波。具有電路簡單、高頻、高輸入阻抗等特點。當(dāng)輸入信號電壓幅度較小時，前級輸入衰減為零時若不能驅(qū)動后面的整形電路，則調(diào)節(jié)輸入放大的增益，時被測信號得以放大。所以在通 過整形之前通過放大衰減處理。而后面的閘門或計數(shù)電路要求被測信號為矩形波，所以需要設(shè)計一個整形電路把待測信號轉(zhuǎn)化為可以進(jìn)行計數(shù)的脈沖波，在測量的時候，首先通過整形電路將正弦波或者三角波轉(zhuǎn)化成矩形波。具體的 5V電源電路如下圖 39 所示。 電源模塊 電源電路設(shè)計 根據(jù)上述介紹設(shè)計，電源電路包括變壓器、整流電路、濾波電路 、穩(wěn)壓電路等模塊組成，使用 LED 進(jìn)行電源工作狀態(tài)指示。 預(yù)置值計算：用最大計數(shù)量減去需要的計數(shù)辭舊即可。 12 工作方式 1： 16 位定時 /計數(shù)方式，因此，最多可以寄到 2 的 16 次方，也就是 865536次。單位 Hz，則一個機(jī)器周期為 12oscT f? （ 31） 若定時時間為 t，則對應(yīng)的計數(shù)次數(shù) N= t機(jī) 器 周 期 （ 32） 由于 MCS51 單片機(jī)的定時器 \計數(shù)器是加 1 計數(shù)器，計滿回零，故對應(yīng)定時時間 t應(yīng)裝入的計數(shù)初值為 n2 N? (n 為工作方式選擇所確定的定時器位數(shù) )。 一般在系統(tǒng)需要增加一個額外的 8 位定時器時， T0 可設(shè)置為工作方式 3，此時T1 雖定義為工作方式 0、工作方式 1 和工作方式 2，但只能用在不需中斷控制的場合。 T0 工作在方式 3 時， TL0 構(gòu)成 8 位計數(shù)器可工作于定時 /計數(shù)狀態(tài)，并使用 T0 的控制位與 TF0 的中斷源。 TL1 用作 8 位計數(shù)器， TH1 用來保護(hù)初值，每 當(dāng) TL1 計數(shù)溢出時，硬件自動將 TH1 的值裝入 TL1 中。 b) 工作