【正文】 最后可求得相當(dāng)于 10 倍 t2 的時(shí)間。首先要對相位差的測 量過程有個(gè)基本的了解，經(jīng)分檔降壓后的待測信號輸入相位測量電路，經(jīng)過整形、鑒相一系列處理后，最終得到了相位差信號，將該相位差信號送入 口（ INT0），再將取反后的相位差信號送入 口（ INT1）。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)思想 本系統(tǒng)對核心測量電路 —— 相位測量部分進(jìn)行了詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)。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。 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)。 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。 24 C 語言的優(yōu)勢 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級語言。而且計(jì)算功能、邏輯判斷功能也比較強(qiáng)大，可以實(shí)現(xiàn)決策目的的游戲。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入 指針 概念，可使程序效率更高。 C 語言是以函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點(diǎn)是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個(gè)部分除了必要的信息交流外彼此獨(dú)立。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作， 而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。 C 語言的簡介 C 語言特點(diǎn) C 是高級語言。 C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持， C語言程序本身并不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可以根據(jù)單片機(jī)的不同較快的移植過來。匯編語言是一種文字用助記符來表示機(jī)器指令的符號語言，其優(yōu)點(diǎn)是程序占用資源少、運(yùn)行速度快、執(zhí)行效率高，但具有缺乏通用性、程序可移植性差、編程比高級語言困難等缺點(diǎn)。 圖 鑒相器輸入輸出波形圖 由圖可知，鑒相器的輸出信號是兩輸入信號的二倍頻信號，而該輸入信號是經(jīng)過JK 觸發(fā)器的二分頻信號，由此可知，該相位差信號和待測信號是同頻的。 圖 74LS113 管腳圖 引腳介紹： /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 所示： 表 74LS113 功能表 22 （說明： H— 高電平， L— 低電平， X— 任意， ? — 高到低電平跳變 ） 鑒相器電路的設(shè)計(jì) 鑒相器就是異或門電路，在鑒相器的輸入波形 Ug、 Uh 中，正脈沖寬度就是 Ug和 Uh 相位差所對應(yīng)的時(shí)間差 ?T ，由此可見，鑒相器在相位測量電路中起到了測量時(shí)間差的重要作用。 74LS113 為雙下降沿 JK 觸發(fā)器，有預(yù)置位端。 JK 觸發(fā)器工作原理的簡要介紹 21 相位測量電路中用到兩個(gè) JK 觸發(fā)器，二者工作原理一樣，這里以前者為例來加以闡述： JK 觸發(fā)器的 J 端、 K 端及電源端均接到 +5V 上，清零端通過 C9 接地，當(dāng)接通電源瞬間，清除端通過 C9 處于低電平，使 Q 端置為低電平； C9 逐漸充電完畢，這時(shí)清零端通過 R30 處于高電平。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 用在弱信號檢測等場合是比較理想的。當(dāng)“ +”端電壓高于“ ”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開路。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。 圖 LM339 管腳圖 LM339 類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。 LM339 集成塊采用 C14 型封裝。 1V~177。利用 lm339 可以方便的組成各種電壓比較器電路和振蕩器電路。所以要加上拉電阻才能保證有高電平輸出，本設(shè)計(jì)中采用的是 10K 的上拉電阻。選不 同阻值的上拉電阻會影響輸出端高電位的值。其中， Ua、 Ub 分 別是待測信號和參考信號； Uc、 Ud 分別是經(jīng)過過零比較整形后的兩路矩形波信號； Ue、 Uf 分別是經(jīng)過三極管轉(zhuǎn)換電路得到的只有 0、 1 電平的矩形波信號，用以作為 JK 觸發(fā)器的時(shí)鐘信號；Ug、 Uh 分別是經(jīng) JK 觸發(fā)器后的二分頻信號，同時(shí)也是鑒相器的輸入信號； Ui、 Uj 19 分別是相位差信號及其取反后的信號。而且，為了避免待測信號和參考信號在整形電路中產(chǎn)生附加相移或者發(fā)生相對相移，本設(shè)計(jì)對兩路信號采用了相同的整形電路，這樣即使發(fā)生相移，也能保證二者的相對相移為 0。 相位測量電路的設(shè)計(jì) 相位測量模塊主要包括整形電路的設(shè)計(jì)和鑒相器電路的設(shè)計(jì)。當(dāng)片選 CS 為 高時(shí)，內(nèi)部所有寄存器清 0，輸出變?yōu)楦咦钁B(tài)。 ADC0832接著在第 4 個(gè)時(shí)鐘下降沿輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。當(dāng)輸入啟動(dòng)位和配置位后，選通輸入電平與吼和模擬通道，轉(zhuǎn)換開始。在時(shí)鐘的上升沿， DI 端的數(shù)據(jù)移人 ADC0832 內(nèi)部的多路地址移位寄存器。輸入配置位時(shí)，高位 (CHO)在前，低位 (CHl)在后。 ADC0832 的配置位邏輯表如表 1 所列。 配置位說明： ADC0832 工作時(shí)，模擬通道的選擇及單端輸入和差分輸入的選擇，都取決于輸入時(shí)序的配置位。 VCC／ REF 為正電源端和基準(zhǔn)電壓輸入端。 D0 為模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果串行輸出端。 CH0， CHl 為兩路模擬信號輸入端。 ADC0832 有 DIP 和 SOIC 兩種封裝，本設(shè)計(jì)額中采用的是 DIP 封裝，如上圖 所示。 AD0832 簡要介紹 ADC0832 是 NS(National Semiconductor)公司生產(chǎn)的具有 Microwire／ Plus 串行接口的 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，通過三線接口與單片機(jī)連接，功耗低，性能價(jià)格比較高，芯片引腳少，適宜在袖珍式智能儀器中使用。 圖 AD 轉(zhuǎn)換電路 判斷依據(jù)是：對于未知的輸入信號，首選的是將信號送入最大檔位進(jìn)行測量。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常 閉觸點(diǎn)”。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動(dòng)觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）釋放。 關(guān)于電磁繼電器：電磁繼電器一般由鐵芯 、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。當(dāng)感應(yīng)電壓與 12V 電源電壓之和大于晶體管的集電結(jié)的反向耐壓時(shí)，晶體管有可能損壞。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這時(shí)晶體管 9013 已經(jīng)截止，所以會在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。 這里的二極管 D 的作用是保護(hù)晶體管 9013。當(dāng)繼電器線圈工作電流為 300mA時(shí)，光耦需要輸出大于 的電流，其中 9013 基極對地的電阻分流 ?；诠怆婑詈掀饔休^高的電流傳輸比，且最小值為 50%。采用這種控制邏輯可以使繼電器在上電復(fù)位或單片機(jī)受控復(fù)位時(shí)不吸合。 圖 繼電器驅(qū)動(dòng)電路 繼電器的動(dòng)作由單片機(jī)的 、 、 口控制。本設(shè)計(jì)采用晶體管來驅(qū)動(dòng)繼電器。在使用較多繼電器的系統(tǒng)中，可用功率接口集成電路驅(qū)動(dòng)，例如 SN75468 等。降壓電路里分壓電阻的取值因輸入信號的幅值的不同而不同，若設(shè)參考信號的幅值為 ，與接地端直接相連的電阻取 1k，待測信號的幅值為 Vm，則有 * ?? kRx kVm （ ） 由此可知， kVmkRx *1 ?? （ ） 15 因此，當(dāng) Vm 分別為 500V、 50V、 5V時(shí)， Rx 對應(yīng)的分別為 199k、 19k、 1k。 圖 自動(dòng)量程控制電路 從圖 可以看到，自動(dòng)量程控制分為兩個(gè)支路，分別是被測網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出兩部分，被測網(wǎng)絡(luò)的輸出作為待測信號（上面一條支路），被測網(wǎng)絡(luò)的輸入作為參考信號（下面一條支路），每一路信號都將經(jīng)過三個(gè)檔位的選擇電路，從上至下分別為500V 檔、 50V 檔、 5V檔。本設(shè)計(jì)中選用純電阻電路的降壓法，這樣電路實(shí)現(xiàn)起來簡單可行，最重要的是不會引入新的相移。 自動(dòng)量程控制電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，相位測量儀主要是對被測網(wǎng)絡(luò)的輸入、輸出信號的相位差進(jìn)行測量。主要完成量程的自動(dòng)選擇和相位差信號的獲得。 如圖 所示，蜂鳴器的負(fù)極性的一端接地，正極性的一端接在 PNP 三極管的集電極上，三極管的基極由 管腳來控制，當(dāng)待測信號不在規(guī)定的測量范圍時(shí)， 腳為低電平，三極管導(dǎo)通， 這樣蜂鳴器電路形成回路，發(fā)出警報(bào)聲；在沒有超限的情況下，該管腳為高電平，則三極管截止，蜂鳴器不響。蜂鳴器與家用電器上面的喇叭在用法上也有相似之處，通常工作電流比較大，電路上的 TTL 電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，需要增加一個(gè)電流放大的電路才可以。 LM7805 有三個(gè)引腳，分別為 Vin:輸入引腳，電壓為 12V； Vout:輸出引腳，電壓為 5V； GND:接地端。 LM7805 是最常用到的穩(wěn)壓芯片。電池提供的 12V 電壓可用于驅(qū)動(dòng)繼電器的工作。 圖 7805 穩(wěn)壓電路 圖 所示，電源電路采用集成穩(wěn)壓管 LM7805 進(jìn)行穩(wěn)壓。 ~ 口分別與 LCD1602 液晶顯示屏的DE0~DE7 引腳相連接， 來顯示所測量的數(shù)據(jù)。背光源根據(jù)其正負(fù)極分別與電源正負(fù)極相連接。其各管腳功能如表 所示。顯示電路如圖 所示。 圖 復(fù)位電路 顯示電路的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用由液晶 LCD1602 組成的顯示的電路。 S1 松開， C3又充電，在 10K 電阻 上又出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位。 本設(shè)計(jì)采用的是上電復(fù)位，如圖 所示，原理是上電時(shí)， C3 充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒后， C3 充滿， 10K 電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。 積分型上電復(fù)位 常用的還有上電或開關(guān)復(fù)位電路，上電后，由于電容的充電和反相門的作用，使RST 持續(xù)一段時(shí)間的高電平。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。上電時(shí)， Vcc 的上升時(shí)間約為 10ms，而振蕩器的起振時(shí)間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時(shí)間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時(shí)間則為 10ms。上電復(fù)位的工作過程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號，此高電平信號隨著 Vcc 對電容的充電過程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間 。 上電復(fù)位 AT89C51 的上電復(fù)位，只要在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個(gè)電阻到地即可。當(dāng)人為按下按 鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。 手動(dòng)按鈕復(fù)位 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2 個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 復(fù)位電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。也可以采用外部時(shí)鐘，這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2 則懸空。 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。 圖 晶振電路 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及 電容 C C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 AT89C5l 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高量程反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率越高，那么單片機(jī)運(yùn)行速度就越快，單片接的一切指令的執(zhí)行都是建立在單片機(jī)晶振提供的時(shí)鐘頻率 的基礎(chǔ)之上的 。 晶振電路的設(shè)計(jì) 晶振 是 一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化 ，產(chǎn)生 穩(wěn)定 、 精確 的共振頻率 的元件。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也 用于施加 12V編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH）， 9 不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。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。 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。在給出地址 “1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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