【正文】 ...... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。微處理器是整個(gè)智能儀器儀表的核心，檢測電路時(shí)微處理器的外圍設(shè)備，微機(jī)通過接口發(fā)出各種控制信息給檢測電路，以規(guī)定功能、啟動測量、改變工作方式等。當(dāng)檢測電路完成一次測量后，微機(jī)讀取測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行了解檢測電路的工作狀態(tài)。 近二十年來，以計(jì)算機(jī)科學(xué)，信息學(xué)，生命科學(xué)為代表的各門新興學(xué)科的迅猛發(fā)展，極大限度的刺激了全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在現(xiàn)代化的工業(yè)生產(chǎn)中，電流、電壓、溫度、壓力、流量、流速和開關(guān)量都是常用的主要被控參數(shù)。 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 2 WB 系列交流電量傳感器 概述 WB 系列交流電量傳感器采用電磁隔離技術(shù)和專用厚膜集成電路。傳感器的輸出可以與各型 AD轉(zhuǎn)換器配接構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也可以與傳統(tǒng)模式、數(shù)字式指示儀表配接，顯示被測量之值 。結(jié)構(gòu)形式多樣，提供直插式、 DIN 卡裝式安裝方式，方便各種場合使用等特點(diǎn)。 l xU x123 4576 EV gV zI zF k+ E圖 21 電路結(jié)構(gòu) 被測電流信號 Ix ﹝或被測電壓信號 Ux ﹞經(jīng)電流測頭 1﹝或電壓測頭 2﹞隔離 變換，在二次回路形成高精度毫安級跟蹤電流，經(jīng)采樣電路 3 轉(zhuǎn)換為跟蹤電壓信號，在經(jīng)定標(biāo)放大器 4 進(jìn)行放大、定標(biāo)，形成跟蹤電壓輸出 Vg； 跟蹤電壓信號經(jīng) AC/DC 轉(zhuǎn)換器 5 后，形成直流電壓輸出 Vz 。只有輸出跟蹤電壓 Vg 的產(chǎn)品才使用正負(fù)電源基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 ﹝ +E,E﹞ ,其他產(chǎn)品才使用單一正電源。定標(biāo)放大器 4 是一個(gè)寬帶交流放大器，它產(chǎn)生的電壓輸出 Vg ，在波形和相位上快速跟蹤輸入信號的變化， Vg 輸出型傳感器適用于交流采樣系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換原理分為平均值轉(zhuǎn)換和真有效值轉(zhuǎn)換，平均值轉(zhuǎn)換器成本低，適用于標(biāo)準(zhǔn)正弦交流信號轉(zhuǎn)換；真有效值轉(zhuǎn)換器適用于含有多次諧波的交流信號 （ 如三角波、矩形波、梯形波、可控硅調(diào)功波等 ） ，單成本較高。 傳感器型號及技術(shù)指標(biāo) 采用 WBV413AS3﹝交流電壓傳感器﹞和 WB1414AS1﹝交流電流傳感器﹞對電流和電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 硬件框圖 A D C 0 8 0 9按 鍵A T 8 9 C 5 1L E D 顯 示W(wǎng) B V 4 1 4 A S 3W B I 4 1 4 A S 1 圖 31 硬件框圖 本設(shè)計(jì) 是 AT89C51 單片機(jī)控制的電量檢測系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)的控制器有單片機(jī) AT89C51 為核心，系統(tǒng)采用 WB1414AS1（ 交流電流傳感器 ） 和 WBV1414AS3﹝交流電壓傳感器﹞對電流和電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并輸出標(biāo)準(zhǔn)電流 4mA～ 20mA， WB1414AS WBV1414AS3 具有新型電磁隔離，高精度變送等優(yōu)點(diǎn)。 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 控制電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上 一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已經(jīng)投放市場的產(chǎn)品就有 50 多個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。 盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用最多還是 Intel 公司的 MCS51 系列單片機(jī)和美國 Amtel 公司的 89C51 單片機(jī)。 8031 內(nèi)部包括一個(gè) 8 為 CPU、 128 個(gè)字節(jié) RAM， 21 個(gè)特殊功能的寄存器（ SFR）、4 個(gè) 8 位并行 I／ O 口、 1 個(gè)全雙工穿行口、 2 個(gè) 16 位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴(kuò) EPROM 芯片 。 8051 是在 8031 的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有 4KROM，作為程序存儲器，是一個(gè)程序不超過 4K 字節(jié)的小系統(tǒng)。所以 8051 適用用應(yīng)用在程序已定且批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中，所以也不采用。用戶可以將程序固化在 EPROM,可以反復(fù)修復(fù)程序。 8031 外擴(kuò)一片 4KB EPROM 就相當(dāng)于 8751，它的最 大優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低。雖然雖都在不斷的改變制造工藝，但內(nèi)核卻一樣，也就是說這類單片機(jī)指令系統(tǒng)完全兼容，絕 大 多數(shù)管腳也兼容；在使用上基本可以直接互換。 89C 51是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機(jī)。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 89C51 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 AT89C51 單片機(jī)簡介 主要特征： 與 MCS51 兼容 ； 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ； 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年 ； 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz； 三級程序存儲器鎖定 ； 128*8 位內(nèi)部 RAM ； 32可編程 I/O 線 ； 兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 5個(gè)中斷源 ； 可編程 串行通道 ； 低功耗的閑置和掉電模式 ； 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 ； 管腳說明： VCC：供電電壓。 P0口： P0 口為一個(gè) 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 出 4TTL 門電流。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)， P2口輸出地址的高八位。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。當(dāng) P3口寫入 “1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 除了作為一般的 I／ O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 31 P3口的替代功能 P3口還接受一些用于 FLASH 閃速存儲器編程和程序校檢的控制信號。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問外部存儲器， ALE 仍一時(shí)鐘 振蕩頻率的 1／ 6 輸 出固定的正弦脈沖 信號，因此它可以對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。 對 FLASH 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入變成脈沖 PROG 。該位置后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令 ALE才會被激活，此外，該引腳后被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE無效。 EA／ VPP：外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器 (地址為 0000H－FFFFH),EA 端必須保持低電平﹝接地﹞。 FLASH 存儲器編程時(shí)，該引腳 加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 XTAL2：振蕩器 3放大器的輸出端。這個(gè)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(gòu)成自激振蕩器，振蕩電路如圖 32所示 。對外接電容 C C2 雖 然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕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，則推薦電容使用 30pF177。10pF。在這種情況下，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。 AT89C51 單片機(jī)中，有些屬于低電平編程方式，而有些則是高電壓編程方式。如表 32所示 表 32 Vpp＝ 12V Vpp＝ 5V 芯片頂面標(biāo)示 AT89C51 xxxx yyww AT89C51 xxxx－ 5 yyww 簽名字節(jié) ﹝ 030H﹞＝ 1EH ﹝ 031H﹞＝ 5EH ﹝ 032H﹞＝ FFH ﹝ 030H﹞＝ 1EH ﹝ 031H﹞＝ 51H ﹝ 032H﹞＝ 05H AT89C51 的程序存儲器列陣采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個(gè)字節(jié)要對整個(gè)芯片內(nèi)的 PEROM 程序存儲器寫入一個(gè)非空字節(jié)，必須使用擦除的方式將整個(gè)存儲器的內(nèi)容寫清楚。編程時(shí)，可采用 4 MHz－ 20MHz 的時(shí)鐘振蕩器 ,AT89C51 編程方法如下： (1)在底線上加上要編程單元的地址信號。 (3)激活相應(yīng)的控制信號。 (5)每對 FLASH 存儲陣列寫入一個(gè)字節(jié)，加上一個(gè) ALE／ PROG 編程脈沖。每個(gè)字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的，通常約為 。 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì) 隨著半導(dǎo)體技術(shù)數(shù)字化和集成化的日益調(diào)高，在推動微控制器、數(shù)字信號處理器、微機(jī)械電子系統(tǒng)的發(fā)展中，也推動了嵌入或隱形模數(shù)﹝ A／ D﹞轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展，A／ D 轉(zhuǎn)換技術(shù)在變得越來越復(fù)雜的同時(shí)，也正朝著高精度、高速度的發(fā)展方向邁 進(jìn)。 A／ D 轉(zhuǎn)換器的種類繁多，工作原理各異，但逐次比較型 A／ D 轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用較多的類型之一，其原因是該類型的 A／ D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快、精度高。 EOC通過非門連接到 AT89C51 的 INTO 腳，可通過查詢方式來檢測轉(zhuǎn)換是否完成。 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 A/D 轉(zhuǎn)換器概述及單片機(jī)接口的一般 特點(diǎn) A/D 轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)模擬信號轉(zhuǎn)換成適合于數(shù)字處理的二進(jìn)制數(shù)的器件，其工作原理方框圖如圖 34 所示 ?？梢哉J(rèn)為， A／ D 轉(zhuǎn)換器是一個(gè)將模擬信號值編制成對應(yīng)的二進(jìn)制碼的編碼器。 如圖 35 所示，一個(gè)完整的 A／ D 轉(zhuǎn)換器應(yīng)該包含這樣的一些輸入、輸出信號 。 首先，單片機(jī)通過控制口發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號，命令 A／ D 轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換，肉厚單片機(jī)通過狀態(tài)讀入轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)，并判斷它是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。 ADC0809 簡介 圖 36是 ADC0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，圖 37 ADC0809 引腳圖 。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A／ D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 I N 0I N 1I N 2I N 3I N 4I N 5I N 6I N 78路模擬量開關(guān)8 路A / D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存器地 址 鎖 存器 與 譯 碼器ABCA L E+ E EO ES T A R TC L KD 0D 1D 2D 3D 5D 6D 7D 4E O C 圖 36 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 數(shù)字部分定義如下： ADDA、 ADDB、 ADDC:模擬通道的地址選擇線，輸入。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A、 B、 C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通道選擇表如表 33所示 。 21～ 28： 8 位數(shù)量輸出端。 ALE:地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 EOC： A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。當(dāng) A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 Vcc：電源，單一＋ 5V。 ADC0809 的工作過程： 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。直到 A／ D 轉(zhuǎn)換完成， EOC變?yōu)楦唠娖?，指?A／ D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號可用作中斷申請。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個(gè)按鍵加以連接。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時(shí)，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。這樣，當(dāng)按鍵沒有按下時(shí)，所有的輸出端都是高電平，代表無鍵按下。 獨(dú)立式鍵 盤 獨(dú)立式按鍵就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵各接入一根輸入線，一根輸入線上的安檢工作狀態(tài)不會影響其他輸入線的工作狀態(tài)。獨(dú)立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單，但每個(gè)按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 LED 顯示部分 LED 顯示屏是二十世紀(jì)八十年代后期在全球迅 速發(fā)展起來的新型信息顯示媒體。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只有數(shù)碼和某些字母，使用 LED 數(shù)碼管是一種較好的選擇。 LED 數(shù)碼管是有發(fā)光二極管作為顯示字段的數(shù)碼型顯示器件，其中七只發(fā)光二極管分別對應(yīng) a～ g 筆端構(gòu)成 “日 ”字形，另一個(gè)發(fā)光二極管 Dp 作為小數(shù)點(diǎn)。 D P YL E D g ndcbag7 段 位 L E Dfe8 段 位 L E D12345678abcdefgabcdefgd pD P Yagbdcd p 圖 39 數(shù)碼管 基 于單片機(jī)的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16