【正文】 振蕩器特性 ： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 石晶 振蕩和陶瓷振蕩均可采用。有余輸入至內部 時鐘信號 要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。它結合單片機內部電路產(chǎn)生單片機所需的時鐘頻率 。 在通常工作條件下 ，普通 晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十 。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器，振蕩電路參見圖 。對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 10 微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。 10F。本設計 采用前一種方法，選用 33pF 的電容和12MHz 的石英晶體 相配合 ，這樣可以提供準確而又穩(wěn)定的 us 級定時時鐘 。 89 系列單片機的復位信號是從 RST 引腳輸入到芯片內的施密特觸發(fā)器中的。單片機系統(tǒng)的復位方式有：手動按鈕復位和上電復位。一般采用的辦法是在RST 端和正電源 Vcc 之間接一個按鈕。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通達數(shù)十毫秒，所以完全能夠滿足復位的時間要求。對于 CMOS 型單片機，由于在 RST 端內部有一個下拉電阻，故可將外部電阻去掉，而將外接電容減至 1uF。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復位， RST 端的高電平信號必須維持足夠長的時間。當 Vcc 掉電時，必然會使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內部電路的限制作用，這個負電壓將不會對器件產(chǎn)生損害。如果系統(tǒng)在上電時得不到有效的復位，則程序計數(shù)器 PC 將得不到一個合適的初值，因此， CPU 可能 會從一個未被定義的位置開始執(zhí)行程序。當單片機已在運行當中時，按下復位鍵后松開，也能使RST 為一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電或開關復位的操作。工作期間，按下 S1， C3 放電。幾個毫秒后，單片機 又 進入工作狀態(tài)。單片機將處理后的數(shù)據(jù)送到LCD1602 中進行輸出顯示。 圖 液晶 LCD1602 顯示電路 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 12 LCD1602 液晶顯示屏以其微功耗、體積小、顯示內容豐富、超薄輕巧等諸多優(yōu)點，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。 表 LCD1602 管腳功能表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說 明 1 VSS 電源地 4~6 RS、 RW、 E 數(shù)據(jù)命令選擇 2 VDD 電源正極 7~14 DE0~DE7 數(shù)據(jù) I/O 3 V0 液晶顯示偏壓信號 15~16 BLA、 BLK 背光源正、負極 由管腳功能表可知， VSS 接 地 ， VDD 接 5V電源正極 ， V0 為液晶顯示器對比度調整端（ 接正電源時對比度最弱 ， 接地電源時對比度最高 ）， 通過一個 10K 的電位器 R3 調整對比度 。 單片機的 ~ 口分別與 LCD1602 液晶顯示屏的 RS、 RW、 E 引腳相連接，來控制 LCD 的初始化及顯示模式。 穩(wěn)壓電路的設計 電路提供 +5V 的穩(wěn)定電源，主要用于單片機（ AT89C51） 及周邊外圍電路、液晶顯示、 AD 轉換、相位測量、超限報警等電路。電池提供的 12V 直流電壓通過 LM7805 可以輸出穩(wěn)定的 5V 電壓。 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 13 LM7805 是美國四家半導體公司的三端固定穩(wěn)壓集 成電路，用于將輸入的電壓穩(wěn)壓集為 5V 后提供給有關電路，其應用十分廣泛，在視頻、音頻、計算機、游戲機等各種電器上均有應用。他使用方便，用很簡單的電路就可以輸入一個直流穩(wěn)壓電源，它的輸出電壓恰好為 5V，剛好是 51 系列單片機工作所需的電壓，它有很多的系列，如 KA780 ADS780 CW7805 等等，性能上有微小差別，用的最多的還是 LM7805,。 超限報警電 路的設計 蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛應用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報警、音樂等許多應用場合。本設計采用了一種很簡單的電路來實現(xiàn)蜂鳴器的聯(lián)結，而且增加了三極管來增加通過蜂鳴器的電流。 圖 超限報警電路 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 14 時差檢測電路的設計 時差檢測電路主要包含以下幾個主要模塊：自動量程控制、 繼電器 驅動、 AD 轉換、相位測量四個部分。以下將闡述各個部分的具體設計方法。這樣的兩路待測信號為同頻不同相的正弦交流信號， 幅度為 0V～ 500V，而單片機和相位 測量電路的工作電壓是 5V，因此在進行相位測量前必須做分檔降壓的處理。 具體電路如圖 所示。選通開關這里用的是 電磁式繼電器，選通原理是這樣的：當 繼電器驅動電路檢測到對應的 IO 口 為低電平 時，則繼電器吸合，對應的檔位同時被選通。 繼電器 驅動 電路的設計 電磁式繼電器一般用功率接口集成電路或晶體管驅動。一片 SN75468 可以驅動 7 個繼電器，驅動電流可達 500mA，輸出端最大工作電壓為 100V。如圖 所示。當三者之一輸出低 電平時，對應的 繼電器 J 吸合 ，同時分檔電路里對應的繼電器也吸合，對應檔位導通 ；若為 高電平，繼電器 J 釋放。 繼電器 J 由晶體管 9013 驅動， 9013 可以提供 300mA 的驅動電流，適用于繼電器線圈工作電流小于 300mA 的場合。晶體管 9013 的電流放大倍數(shù)大于 50。輸入沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 16 光耦的電流必須大于 ，才能保證向繼電器提供 300mA 的電流。當繼電器 J 吸合時，二極管 D 截止，不影響電路工作。這個感應電壓的極性是上負下正 ，正端接在 T 的集電極上。加入二極管后，繼電器線圈產(chǎn)生的感應電流由二極管D 流過，因此不會產(chǎn)生很高的感應電壓，晶體管便得到了保護。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。 AD0832 轉 換 電路的設計 AD0832 工作原理 如圖 所示，選通的待測信號 輸入到 AD0832 的 CH1 端， 但先要經(jīng)過整流二極管，將交流轉換為直流 后 方可輸入到 AD0832 中進行轉換和判斷 。若經(jīng) 過整流二極管轉換 后的待測信號幅值 Vm 滿足 1V? Vm? ，表示該檔是合理的檔位，可以將 其送入相位測量電路進行后續(xù)處理；若 Vm1V，表示該信號相對于當前檔位偏小，則選通下一檔位，采用相同的方法進行比較判斷 ；若 Vm，表示該信號超過了本設計規(guī)定的測量范圍，同時發(fā)出超限報警信號。主要特點有： 8 位分辨率，逐次逼近型，基準電壓 為 5V；輸入模擬信號電壓范圍為 0～ 5V；輸入和輸 出 CMOS 兼容；在 250KHz時鐘頻率時，轉換時間為 32us；具有兩個可供選擇的模擬輸入通道；功耗低， 15mW。 各引腳說明如下： CS 為片選端，低電平有效。 DI 為兩路模擬輸入選擇輸入端。 CLK 為串行時鐘輸入端。 GND 為電源地。當差分輸入時，要分配輸入通道的極性，兩個輸人通道的任何一個通道都可作為正極或負極。 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 18 表 ADC0832 配置位的說明 輸入格式 配置位 選擇通道號 CH0 CHl CH0 CHl 差分 L L + L H + 單端 H L + H H + 表中“ +”表示輸入通道的端點為正極性；“ ”表示輸入端點為負極性； H 或 L表示高、低電平。 工作時序： 當 CS 由高變低時，選中 ADC0832。在第一個時鐘期間， DI 為高，表示啟動位，緊接著輸入兩位配置位。轉換開始后，經(jīng)過一個時鐘周期延遲，以使選定的通道穩(wěn)定。數(shù)據(jù)輸出時先輸出最高位 (D7～ DO)；輸出完轉換結果后，又以最低位開始重新輸出一遍數(shù)據(jù) (D7～ DO)，兩次發(fā)送的最低位共用。如果要再進行一次模數(shù)轉換，片選 CS 必須再次從高向低跳變，后面再輸入啟動位和配置位。其中，整形電路采用的是過零比較法將待測信號變成矩形波信號，然后再送給鑒相器電路進行下一步的處理。具體電路如圖 所示。 為了避免待測信號在過零點時含有干擾，這里用 LM339 組成如下圖所示的整形電路，還應注意的是， LM339 的輸出端相當于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選 315K）。因為當輸出晶體三極管截止時，它的集電極電壓基本上取決于上拉電阻與負載的值。 圖 相位測量電路 LM339 簡要介紹 LM339 電壓比較器芯片內部裝有四個獨立的電壓比較器， 圖 是很常見LM339 引腳圖的集成電路 圖 。 該電壓比較器的特點是： 1）失調電壓小，典型值為 2mV； 2）電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為177。 18V； 3）對比較信號源的內阻限制較寬； 4）共模范圍很大，為 0~（ ） Vo ； 5）差動輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； 6）輸出端電位可靈活方便地選用。由于 LM339 使用靈活，應用廣泛，所以世界上各大 IC 生產(chǎn)廠、公司竟相推出自己的四比較器，如 IR233 ANI33 SF339 等，它們的參數(shù)基本一致，可互換 使沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 20 用。每個比較器有兩個輸入端和一個輸出端。用作比較兩個電壓時，任意一個輸入端加一個固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的任何一點），另一端加一個待比較的信號電壓。當“ ”端電壓高于“ +”端時，輸出管飽和，相當于輸出端接低電位。 LM339 可構成 單限比較器、 遲滯比較器 、雙限比較器（窗口比較器） 、振蕩器等； 還可以組成高壓數(shù)字邏輯門電路，并可直接與TTL、 CMOS 電路接口。當 CLK 端接收到觸發(fā)脈沖時， Q 端有低電平變?yōu)楦唠娖?；當下一個脈沖到來， Q 端又由高電平變?yōu)榈碗娖?，如此不斷反復?其管腳圖如圖 所示。 如圖 所示。 沈陽航空 航天大學 電子 信息工程學院 畢業(yè)設計（論文） 23 第 4 章 軟件設計 在目前的單片機軟件開發(fā)中，常用的語言是匯編語言和 C語言兩種。C語言是是一種結構化程序設計語言，可產(chǎn)生緊湊代碼。鑒于 C語言編程有眾多優(yōu)點，在本 設計中，采用的是 C語言編寫程序。它把高級語言的基本結構和語句與低級語言的實用性結合起來。 C 是結構式語言。這種結構化方式可使程序層次清晰，便于使用、維護以及調試。 C 語言功能齊全。另外 C 語言也具有強大的圖形功能，支持多種顯示器和驅動器。 C 語言對編寫需要硬件進行操作的場合，明顯優(yōu)于其它解釋型高級語言，有一些大型應用軟件也是用 C 語言編寫的。其優(yōu)點是可讀性好，移植容易，是普遍使用的一種計算機語言。 C 語 言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。此外， C語言程序具有完善的模塊程序結構，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設計方法提供了有力的保障。用 C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。該軟件 設計 主要 包括主程序的設計、中斷服務子程序的設計、液晶顯示程序的設計。通過軟件計數(shù)的方法對相位差信號的高電平和低電平分別計數(shù) 10 個 ，同時 開啟定時器，記錄相應的時間。再根據(jù)式 方可得到所測相位差，并通過液晶顯示出來 。 圖 主程序流程圖 本設計用到了兩個外部中斷，二者原理相同，故此處不再贅述，以 INT1 中斷服務子程序為例，有一下流程圖，如圖 所示。 打開Keil μ Vision3，在菜單欄中選擇“ Project” — “ New Proje