【正文】 或復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。當(dāng) VCC 下降到某規(guī)定值以下， VPD 便向片內(nèi) RAM 供電。 VCC 掉電期間，該引腳如接備用電源 VPD（ +5V177。單片機(jī)的振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持 續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。 在訪問(wèn)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間， PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 PSEN ： 片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，或稱 片外取指信號(hào)輸出端。 表 22: 輸入 /輸出引腳 引腳 第二功能 RXD (串行輸入口 ) TXD (串行輸出口 ) INT0 (外部中斷 0 請(qǐng)求輸入端 ) INT1 (外部中斷 1 請(qǐng)求輸入端 ) T0 (定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 計(jì)數(shù)脈沖輸入端 ) T1 (定時(shí)器 /計(jì) 數(shù)器 1 計(jì)數(shù)脈沖輸入端 ) WR (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸入端 ) RD (片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸入端 ) ALE/ PROG ： 地址鎖存有效信號(hào)輸出端。 ～ ： P3 口的 8 個(gè)引腳。 ～ ： P2 口的 8 個(gè)引腳。 ～ ： P1 口的 8 個(gè)引腳。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入 /輸出接口。外接晶體時(shí)， XTAL1 與 XTAL2 各接 晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。 XTAL1： 片內(nèi)反相放大器輸入端。 RST VRXD TXD INT0 INT1 T0 T1 WR RD XTALXTALVPD21SSVccEA/VALE/ PROGPSENDDMCS51系列 單片 機(jī)12345678910111213141516171819204039383736353433323130292827262524232221（8031）（8051） 圖 16 MCS51 系列單片機(jī)芯片引腳圖 現(xiàn)將各引腳分別說(shuō)明如下： VCC：接 +5V 電源正端。用 HMOS 工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝，見(jiàn)下圖 16。圖中 SP 是堆棧指針寄存器，棧區(qū)占用了片內(nèi)RAM 的部分單元；未見(jiàn)通用寄存器（工作寄存器），因單片機(jī)片內(nèi)有存儲(chǔ)器，與訪問(wèn)工作寄存器一樣方便，所以就把一定數(shù)量的片內(nèi) RAM 字節(jié)劃作工作寄存器區(qū)； PSW 是程序狀態(tài)字寄存器，簡(jiǎn)稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計(jì)算機(jī)的標(biāo)志寄存器； DPTR 是數(shù)據(jù)指針寄存器，在訪問(wèn)片外 RAM、片外 ROM、甚至擴(kuò)展 I/O 接口時(shí)特別有用； B 寄存器又稱乘法寄存器，它與累加器 A 協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作。 ⒂ 用單一 +5V 電源。 ⒀ 有強(qiáng)的位尋址、位處理能力。 ⑾ 中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。 ⑼ 1 個(gè)全雙 工串行 I/O 接口，可多機(jī)通信。 ⑺ 21 個(gè)字節(jié)專用寄存器。 ⑸ 程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為 64K 字節(jié)。 ⑶ 128 個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 51 子系列的主要功能為： ⑴ 8 位 CPU。 4. 控制電路的設(shè)計(jì) 總體概況 一 .主要功能 MCS51 系列單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司在 1980 年推出的高性能 8 位單片微型計(jì)算機(jī)，比原來(lái)的 MCS48 系列結(jié)構(gòu)更為先進(jìn)，功能增強(qiáng)，它包括 51 和 52 兩個(gè)子系列。 LM331 的輸出接光電耦合器 6N137,6N137 采用射極輸出，不改變輸出相位，集電極開(kāi)路，內(nèi)部有脈沖整形電路，其輸出可直接接單片機(jī)的引腳，而不會(huì)改變信號(hào)的 頻率輸出。流入 C6 的 Iaver=i( Rt C t)f。 在本設(shè)計(jì)中，為了消除干擾，在輸入信號(hào)端加一個(gè)低通濾波器， C=1uF,R=100KΩ ,低通濾波的截止頻率為： IN7RC5R E F2GND4V C C8OUT1T H R6F R E Q3L M 31 1L M 31 1OUT6+V8GND5C3NC1NC4A2EN76N 13 76N 13 7R 2710KR 2810KR45KR 3562KR 2662KR 2222KR 232KR 21T0C61uF R 311K V C CV C CV C CGNDC5C8GNDR 43100KQ3Q0VDDR 305KR 2412KV C C f=1/(2? RC)≈ 圖 14 中，選擇 Rl (R26)為 62K,R t (R22)為 ,C t(C5)為 ,Rs 為 R24+R30，仔細(xì)調(diào)節(jié) R30 即可滿足輸入為 5V 時(shí)，輸出 f 為 10KHZ。因此在選擇參數(shù) Rs 、 Rl 、 Rt 、 Ct 時(shí)格外要注意。對(duì) LM331,根據(jù) V/F 變換的原理，其輸出頻率與輸入電壓的關(guān)系滿足下面的公式 : f=(Vin /) (Rs /Rl ) (1/Rt ) (1/Ct ) (13) 由公式 13 可以看出輸出頻率 f 與輸入電壓 Vin 成正比。逐次近似 A/D 轉(zhuǎn)換器定期進(jìn)行“抽樣”，因此易受噪聲尖峰的影響，而電壓 —— 頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端一直在進(jìn)行積分，因此能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑，特別適合于噪聲工作環(huán)境。其數(shù)字脈沖重復(fù)率正比于模 擬輸入電壓的幅值。 本設(shè)計(jì)中，采用的是 LM331 轉(zhuǎn)換芯片（ V/F）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的頻率信號(hào)，具體電路如圖 14 所示： 圖 14 V/F 轉(zhuǎn)換電路 LM331 是單片集成芯片，在 V/F 轉(zhuǎn)換器中，它是 LMΧ 31 系列中的一種，它作為一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的電路很適用于模 /數(shù)轉(zhuǎn)換。 3. 模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì) 單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)的讀取通常是采用 A/D 轉(zhuǎn)換方式，這一方法對(duì)輸出阻抗低，惰性強(qiáng)，變化緩慢，傳輸距離長(zhǎng)的信號(hào)，采用 A/D 轉(zhuǎn)換的抗干擾性能就比較差。電路圖見(jiàn)圖 13。在本設(shè)計(jì)中采用的是 MAX4602,因?yàn)樗哪蛪褐悼蛇_(dá)到兩千伏左右，故可以應(yīng)用在本系統(tǒng)中。 表 11： CD4053 與單片機(jī)引腳的關(guān)系 C（ ） B() Y 選通情況 Z 選通情況 0 0 Y Y0 —— 0 1 Y Y1 Z Z0 1 0 Y Y0 —— 1 1 Y Y1 Z Z1 本設(shè)計(jì)中 1/100 和 1/10 分壓比的選擇也由單片機(jī)引腳控制多路選擇開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體選擇多大的放大倍數(shù)可以通過(guò)單片機(jī)的引腳 和 電平來(lái)控制。在本設(shè)計(jì)中， 1 檔， 10 檔， 100 檔可由交直流轉(zhuǎn)換部分的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)圖 14。 1/100 檔和 1/10 檔由分壓電路來(lái)完成，它們是用來(lái)測(cè)量較大電壓的。因?yàn)?本系統(tǒng)的輸入電壓范圍是 0～ 500V，故我們可以選擇 1/100 作為其最大電壓的量程檔， 500V 經(jīng)過(guò) 1/100 分壓后降為 5V，恰好可以滿足 V/F 轉(zhuǎn)換的要求。在本設(shè)計(jì)中模數(shù)轉(zhuǎn)換單元選擇的是電壓/頻率轉(zhuǎn)換電路，對(duì)于 V/F 轉(zhuǎn)換電路，其輸入電壓選擇 0～ 5V。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的功能，并且能夠自動(dòng)判斷是否超量程測(cè)量。 顯然，此電路滿足本設(shè)計(jì)的要求，而且它集量程轉(zhuǎn)換于一體，為量程轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì)提供了方便，節(jié)省了硬件資源。電路的輸入端無(wú)論接入的是直流正信號(hào)還是直流負(fù)信號(hào)，輸出的幅值都是 0 伏以上的直流正信號(hào)，這對(duì)于后續(xù)電路的設(shè)計(jì)尤其適用，而此時(shí)可以從比較器輸出的電平高低獲知是正輸入還是負(fù)輸入。 CD4053 的另兩組模擬開(kāi)關(guān) Y 和 Z 承擔(dān)了三個(gè)量程的切換任務(wù)，它們的控制端 B 和 C通過(guò)來(lái)自單片機(jī)的量程切換命令。由數(shù) 據(jù) 采 集 量 程 自 動(dòng) 轉(zhuǎn) 換 模 擬 量 轉(zhuǎn) 變 為 數(shù) 字 量 （ V / F ）控 制 單 元 （ M C U ）顯 示 單 元 此完成了由 U9 過(guò)零躍變的準(zhǔn)數(shù)字量控制的全波整流過(guò)程。圖中 U10 工作于同相放大狀態(tài)，運(yùn)放 U11 工作于反相放大狀態(tài)，比較器的輸入引自 U10 的放大輸出信號(hào)，這有利于提高比較器對(duì)信號(hào)的靈敏度。 交流信號(hào)和直流信號(hào)的采樣 本設(shè)計(jì)中所采用的交直流轉(zhuǎn)換電路如圖 12 所示： 分析此電路，可以看出此電路集精密全波整流、量程切換、信號(hào)過(guò)零比較于一體。對(duì)于交流信號(hào)可以采用交/直流變換的方法變?yōu)橹绷?，這樣最終進(jìn)入模 /數(shù)轉(zhuǎn)換單元（即 V/F 轉(zhuǎn)換單元）的模擬信號(hào)就應(yīng)該為直流電壓信號(hào)。 1. 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計(jì) 根據(jù)本系統(tǒng)的要求所采集的信號(hào)應(yīng)為電壓信號(hào)，同時(shí)電壓信號(hào)還應(yīng)有交流和直流之分。另外，前向通道的設(shè)計(jì)還應(yīng)包括對(duì)模擬信號(hào)的采集部分。而本系統(tǒng) 中要求測(cè)量的電壓范圍是 0～ 500V,無(wú)法滿足 V/F 轉(zhuǎn)換的要求。根據(jù)要求本設(shè)計(jì)中采用的是 V/F 轉(zhuǎn)換電路。 第一篇 硬件部分的設(shè)計(jì) 分析本設(shè)計(jì)，可以看出其主要任務(wù)就是對(duì)電壓信號(hào)能夠自動(dòng)選擇合適的量程進(jìn)行測(cè)量并顯示。另外，在每一模塊電路中都對(duì)元器件的選擇作了簡(jiǎn)單的 介紹，其中包括有關(guān)數(shù)值的計(jì)算和分析。本文將就這一系統(tǒng)的硬件電路部分和軟件程序部分分別作以介紹。因此，數(shù)字電壓表被廣泛地應(yīng)用于科研和生產(chǎn)測(cè)試中。 如何準(zhǔn)確地測(cè)量模擬信號(hào)的電壓值，一直是電測(cè)儀器研究的內(nèi)容之一。 Digital Voltmeter。 在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。畢 業(yè) 論 文 基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì) 摘 要 本設(shè)計(jì)主要研究的是以 AT89C51 單片機(jī)為核心的電壓測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在單片機(jī)的控制下完成對(duì)電壓信號(hào)采集，能夠根據(jù)采樣值進(jìn)行量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并且測(cè)量結(jié)果可通過(guò)四個(gè)數(shù)碼管顯示出來(lái)。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成了硬件電路的設(shè)計(jì)及軟件程序的編寫，通過(guò)最終硬件電路的調(diào)試及軟件程序的仿真，使該系統(tǒng)能夠在要求的條件下達(dá)到正常的測(cè)量及顯示功能。 關(guān)鍵詞： AT89C51 單片機(jī)；數(shù)字電壓表；模塊化 Design of the digital voltmeter based on the MCU Abstract This paper introduces an achievement of a voltage measure system based on the AT89C51 MCU. This system can acplish the signal sampling of voltage, and change range automatically according to the signal sampled. The result can be displayed through numeral rube of four places. In this design, the hardware circuit and software programming are both realized at the judge of hardware circuit and imitation of software program. This system can fulfill the function of measure and displaying under the demanded conditions. Over the designing of the whole system, the method of modularity is used. Key words: AT89C51 MCU。 Modularity 目 錄 緒論 ............................................................................................................................. 1 第一篇 硬件部分的設(shè)計(jì) ............................................................................... 1 1. 數(shù)據(jù)采集部分的設(shè)計(jì) ........................................................................................... 2 交流信號(hào)和直流信號(hào)的采樣 ................................................................................ 2 2. 量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) .............