【正文】 展名“ .c”，如圖 所示。 外部中斷 INT1 入口 開啟定時器 T0 軟件計數(shù)值 a是否為 0 定時器 T0 初始化 計數(shù)值 a 自加 a 是否計數(shù)到 10 關(guān)閉定時器 T0， a 重新從 0 開始計數(shù) 記錄此時定時器的時間值 返回 是 是 否 否 27 圖 “ CreateNewProject”對話窗口 單擊“保存 (S)”按鈕，彈出“ Select Device for Target”對話窗口。 是 否 初始化 開始 t1 和 t2 是否非零 顯 示當前相位差 寫入以下字符串：“ … ” 26 圖 INT1 中斷服務(wù)子程序 Keil3 的使用 本設(shè)計的軟件設(shè)計是在 Keil3 中完成的，下面就來介紹一下他的使用步驟。若有不清楚之處，可參見下圖幫助理解。具體算法如下： 設(shè)相位差信號高電平的時間為 t1，低電平的時間為 t2，則相位差 t 為 36021 1 ??? tt tt （ ） 其中， 相位差信號高電平的時間為 t1，通過 INT1 測得，因為 INT1 管腳接入的是相位差取反后的信號，而取反信號低電平的時間就是原信號高電平的時間，當外部中斷INT1 的中斷服務(wù)子程序啟動時，軟件計數(shù)也同時開始了，定時器 T0 開始定時，沒來一次下降沿，軟件計數(shù)自動加 1，知道計數(shù)值為 10，關(guān)閉定時器 T0，并記錄此時所用時間，改時間相當于 10 倍的 t1；同理，相位差低電平的時間為 t2，通過 INT0 測得，相位差信號直接送了 INT0 口，所以記錄 INT0 低電平的時間即為 t2，當外部中斷 INT0 25 的中斷服務(wù)子程序啟動時，同 樣軟件計數(shù)的方法，并結(jié)合定時器 T1 定時，最后可求得相當于 10 倍 t2 的時間。首先要對相位差的測 量過程有個基本的了解，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)計思想 本系統(tǒng)對核心測量電路 —— 相位測量部分進行了詳細的軟件設(shè)計。因此，使用 C 語言進行程序設(shè)計已成為軟件開發(fā)的一個主流。 C 語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計語言，它支持當前程序設(shè)計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(shù)。 C 語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，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。而且計算功能、邏輯判斷功能也比較強大，可以實現(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)式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。 C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作， 而這三者是計算機最基本的工作單元。 C 語言的簡介 C 語言特點 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器硬件系統(tǒng)，基本上不做修改就可以根據(jù)單片機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器指令的符號語言，其優(yōu)點是程序占用資源少、運行速度快、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。 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） 22 功能表如表 所示： 表 74LS113 功能表 （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 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)的時間差 ?T ，由此可見，鑒相器在相位測量電路中起到了測量時間差的重要作用。 74LS113 為雙下降沿 JK 觸發(fā)器，有預置位端。 JK 觸發(fā)器工作原理的簡要介紹 相位測量電路中用到兩個 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，這時清零端通過 R30 處于高電平。兩個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“ +”端電壓高于“ ”端時，輸出管截止，相當于輸出端開路。 21 兩個輸入端一個 稱為同相輸入端，用“ +”表示，另一個稱為反相輸入端，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)器的時鐘信號； Ug、 Uh 分別是經(jīng)JK 觸發(fā)器后的二分頻信號，同時也是鑒相器的輸入信號； Ui、 Uj 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 相位測量模塊主要包括整形電路的設(shè)計和鑒相器電路的設(shè)計。當片選 CS 為 高時，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 個時鐘下降沿輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。當輸入啟動位和配置位后，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，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，模擬通道的選擇及單端輸入和差分輸入的選擇，都取決于輸入時序的配置位。 VCC／ REF 為正電源端和基準電壓輸入端。 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連接，功耗低，性能價格比較高，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行測量。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常 閉觸點”。當線圈斷電后，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，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。 關(guān)于電磁繼電器：電磁繼電器一般由鐵芯 、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。當感應(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，晶體管有可能損壞。繼電器釋放時，由于繼電器線圈存在電感，這時晶體管 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 的作用是保護晶體管 9013。當繼電器線圈工作電流為 300mA 時，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位或單片機受控復位時不吸合。 圖 繼電器驅(qū)動電路 繼電器的動作由單片機的 、 、 口控制。本設(shè)計采用晶體管來驅(qū)動繼電器。在使用較多繼電器的系統(tǒng) 16 中，可用功率接口集成電路驅(qū)動，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 ?? （ ） 因此，當 Vm 分別為 500V、 50V、 5V時， Rx 對應(yīng)的分別為 199k、 19k、 1k。 15 圖 自動量程控制電路 從圖 可以看到，自動量程控制分為兩個支路，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)過三個檔位的選擇電路，從上至下分別為 500V檔、 50V 檔、 5V 檔。本設(shè)計中選用純電阻電路的降壓法，這樣電路實現(xiàn)起來簡單可行，最重要的是不會引入新的相移。 自動量程控制電路的設(shè)計 本設(shè)計中，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行測量。主要完成量程的自動選擇和相位差信號的獲得。 如圖 所示，蜂鳴器的負極性的一端接地，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，當待測信號不在規(guī)定的測量范圍時， 腳為低電平，三極管導通， 這樣蜂鳴器電路形成回路，發(fā)出警報聲；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)動不了蜂鳴器，需要增加一個電流放大的電路才可以。 LM7805 有三個引腳，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)其正負極分別與電源正負極相連接。其各管腳功能如表 所示。顯示電路如圖 所示。 圖 復位電路 顯示電路的設(shè)計 本設(shè)計采用由液晶 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，使得單片機復位。 本設(shè)計采用的是上電復位，如圖 所示，原理是上電時， C3 充電，在 10K 電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后， C3 充滿， 10K 電阻上電流降為 0，電壓也為 0，使得單片機進入工作狀態(tài)。 積分型上電復位 常用的還有上電或開關(guān)復位電路，上電后，由于電容的充電和反相門的作用，使RST 持續(xù)一段時間的高電平。 11 另外，在復位期間，端口引腳處于隨機狀態(tài)，復位后，系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。上電時， Vcc 的上升時間約為10ms，而振蕩器的起振時間取決于振蕩頻率，如晶振頻率為 10MHz，起振時間為 1ms；晶振頻率為 1MHz，起振時間則為 10ms。上電復位的工作過程是在加電時，復位電路通過電容加給 RST 端一個短暫的高電平信號，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)時間取決于電容的充電時間 。 上電復位 AT89C51 的上電復位，只要在 RST 復位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個電阻到地即可。當人為按下按 鈕時，則 Vcc 的 +5V 電平就會直接加到 RST 端。 手動按鈕復位 手動按鈕復位需要人為在復位輸入端 RST上加入高電平。當系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個高電平并維持 2 個機器周期 (24 個振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復位。 復位電路的設(shè)計 單片機在啟動時都需要復位，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。也可以采用外部時鐘，這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(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