【正文】 表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地4~6RS、RW、E數(shù)據(jù)命令選擇2VDD電源正極7~14DE0~DE7數(shù)據(jù)I/O3V0液晶顯示偏壓信號(hào)15~16BLA、BLK背光源正、負(fù)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(duì)比度調(diào)整端（接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高）， 通過一個(gè)10K的電位器R3調(diào)整對(duì)比度。~、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(shè)計(jì)電路提供+5V的穩(wěn)定電源，主要用于單片機(jī)（AT89C51）及周邊外圍電路、液晶顯示、AD轉(zhuǎn)換、相位測量、超限報(bào)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。LM7805是美國四家半導(dǎo)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(guān)電路，其應(yīng)用十分廣泛，在視頻、音頻、計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)等各種電器上均有應(yīng)用。他使用方便，用很簡單的電路就可以輸入一個(gè)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(jī)工作所需的電壓，它有很多的系列，如KA780ADS780CW7805等等，性能上有微小差別，用的最多的還是LM7805,。 超限報(bào)警電路的設(shè)計(jì)蜂鳴器俗稱喇叭，是廣泛應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品的一種元器件，它用于提示、報(bào)警、音樂等許多應(yīng)用場合。本設(shè)計(jì)采用了一種很簡單的電路來實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的聯(lián)結(jié)，而且增加了三極管來增加通過蜂鳴器的電流。 時(shí)差檢測電路的設(shè)計(jì)時(shí)差檢測電路主要包含以下幾個(gè)主要模塊：自動(dòng)量程控制、繼電器驅(qū)動(dòng)、AD轉(zhuǎn)換、相位測量四個(gè)部分。以下將闡述各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)方法。這樣的兩路待測信號(hào)為同頻不同相的正弦交流信號(hào)，幅度為0V～500V，而單片機(jī)和相位測量電路的工作電壓是5V，因此在進(jìn)行相位測量前必須做分檔降壓的處理。 自動(dòng)量程控制電路，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(hào)（上面一條支路），被測網(wǎng)絡(luò)的輸入作為參考信號(hào)（下面一條支路），每一路信號(hào)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。降壓電路里分壓電阻的取值因輸入信號(hào)的幅值的不同而不同，與接地端直接相連的電阻取1k，待測信號(hào)的幅值為Vm，則有 （）由此可知， （）因此，當(dāng)Vm分別為500V、50V、5V時(shí)，Rx對(duì)應(yīng)的分別為199k、19k、1k。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。本設(shè)計(jì)采用晶體管來驅(qū)動(dòng)繼電器。當(dāng)三者之一輸出低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的繼電器J吸合，同時(shí)分檔電路里對(duì)應(yīng)的繼電器也吸合，對(duì)應(yīng)檔位導(dǎo)通；若為高電平，繼電器J釋放。繼電器J由晶體管9013驅(qū)動(dòng)，9013可以提供300mA的驅(qū)動(dòng)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。才能保證向繼電器提供300mA的電流。當(dāng)繼電器J吸合時(shí)，二極管D截止，不影響電路工作。這個(gè)感應(yīng)電壓的極性是上負(fù)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(yīng)電流由二極管D流過，因此不會(huì)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，晶體管便得到了保護(hù)。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會(huì)流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會(huì)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(dòng)銜鐵的動(dòng)觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。 AD0832轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) AD0832工作原理，選通的待測信號(hào)輸入到AD0832的CH1端，但先要經(jīng)過整流二極管，將交流轉(zhuǎn)換為直流后方可輸入到AD0832中進(jìn)行轉(zhuǎn)換和判斷。表示該檔是合理的檔位，可以將其送入相位測量電路進(jìn)行后續(xù)處理；若Vm1V，表示該信號(hào)相對(duì)于當(dāng)前檔位偏小，則選通下一檔位，采用相同的方法進(jìn)行比較判斷；若Vm，表示該信號(hào)超過了本設(shè)計(jì)規(guī)定的測量范圍，同時(shí)發(fā)出超限報(bào)警信號(hào)。主要特點(diǎn)有：8位分辨率，逐次逼近型，基準(zhǔn)電壓為5V；輸入模擬信號(hào)電壓范圍為0～5V；輸入和輸出CMOS兼容；在250KHz時(shí)鐘頻率時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；具有兩個(gè)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(shí)鐘輸入端。GND為電源地。當(dāng)差分輸入時(shí)，要分配輸入通道的極性，兩個(gè)輸人通道的任何一個(gè)通道都可作為正極或負(fù)極。 ADC0832配置位的說明輸入格式配置位選擇通道號(hào)CH0CHlCH0CHl差分LL+LH+單端HL+HH+表中“+”表示輸入通道的端點(diǎn)為正極性；“”表示輸入端點(diǎn)為負(fù)極性；H或L表示高、低電平。工作時(shí)序：當(dāng)CS由高變低時(shí)，選中ADC0832。在第一個(gè)時(shí)鐘期間，DI為高，表示啟動(dòng)位，緊接著輸入兩位配置位。轉(zhuǎn)換開始后，經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期延遲，以使選定的通道穩(wěn)定。數(shù)據(jù)輸出時(shí)先輸出最高位(D7～DO)；輸出完轉(zhuǎn)換結(jié)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(jìn)行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，片選CS必須再次從高向低跳變，后面再輸入啟動(dòng)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(hào)變成矩形波信號(hào)，然后再送給鑒相器電路進(jìn)行下一步的處理。其中，Ua、Ub分別是待測信號(hào)和參考信號(hào)；Uc、Ud分別是經(jīng)過過零比較整形后的兩路矩形波信號(hào)；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(hào)，用以作為JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)；Ug、Uh分別是經(jīng)JK觸發(fā)器后的二分頻信號(hào)，同時(shí)也是鑒相器的輸入信號(hào)；Ui、Uj分別是相位差信號(hào)及其取反后的信號(hào)。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。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。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。1V~177。LM339集成塊采用C14型封裝。 LM339管腳圖LM339類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。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。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(hào)檢測等場合是比較理想的。 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(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。74LS113為雙下降沿JK觸發(fā)器，有預(yù)置位端。 鑒相器輸入輸出波形圖由圖可知，鑒相器的輸出信號(hào)是兩輸入信號(hào)的二倍頻信號(hào)，而該輸入信號(hào)是經(jīng)過JK觸發(fā)器的二分頻信號(hào)，由此可知，該相位差信號(hào)和待測信號(hào)是同頻的。匯編語言是一種文字用助記符來表示機(jī)器指令的符號(hào)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(jí)語言困難等缺點(diǎn)。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。 C語言的簡介 C語言特點(diǎn)C是高級(jí)語言。C 語言可以像匯編語言一樣對(duì)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。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。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。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。 C語言的優(yōu)勢C語言是一種結(jié)構(gòu)化的高級(jí)語言。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(jí)語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。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)。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。本系統(tǒng)對(duì)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)。首先要對(duì)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(hào)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(hào)，（INT0），（INT1）。具體算法如下：設(shè)相位差信號(hào)高電平的時(shí)間為t1，低電平的時(shí)間為t2，則相位差t為 （） 其中，相位差信號(hào)高電平的時(shí)間為t1，通過INT1測得，因?yàn)镮NT1管腳接入的是相位差取反后的信號(hào)，而取反信號(hào)低電平的時(shí)間就是原信號(hào)高電平的時(shí)間，當(dāng)外部中斷INT1的中斷服務(wù)子程序啟動(dòng)時(shí)，軟件計(jì)數(shù)也同時(shí)開始了，定時(shí)器T0開始定時(shí)，沒來一次下降沿，軟件計(jì)數(shù)自動(dòng)加1，知道計(jì)數(shù)值為10，關(guān)閉定時(shí)器T0，并記錄此時(shí)所用時(shí)間，改時(shí)間相當(dāng)于10倍的t1；同理，相位差低電平的時(shí)間為t2，通過INT0測得，相位差信號(hào)直接送了INT0口，所以記錄INT0低電平的時(shí)間即為t2，當(dāng)外部中斷INT0的中斷服務(wù)子程序啟動(dòng)時(shí)，同樣軟件計(jì)數(shù)的方法，并結(jié)合定時(shí)器T1定時(shí)，最后可求得相當(dāng)于10倍t2的時(shí)間。若有不清楚之處，可參見下圖幫助理解。外部中斷INT1入口開啟定時(shí)器T0軟件計(jì)數(shù)值a是否為0定時(shí)器T0初始化計(jì)數(shù)值a自加a是否計(jì)數(shù)到10關(guān)閉定時(shí)器T0，a重新從0開始計(jì)數(shù)記錄此時(shí)定時(shí)器的時(shí)間值返回是是否否 INT1中斷服務(wù)子程序 Keil3的使用本設(shè)計(jì)的軟件設(shè)計(jì)是在Keil3中完成的，下面就來介紹一下他的使用步驟。 “CreateNewProject”對(duì)話窗口單擊“保存(S)”按鈕，彈出“Select Device for Target”對(duì)話窗口。 選擇CPU在Keil μVision3的菜單欄中選擇“File”一“New”命令，新建文檔，然后在菜單欄中選擇“File”一“Save”命令，保存此文檔，這時(shí)會(huì)彈出“Save As”對(duì)話窗口，在“文件名(N)”一欄中，為此文本命名，注意要填寫擴(kuò)展名“.c”。程序編寫完后，再次保存。在“Source Group1”文件夾上單擊鼠標(biāo)右鍵，在右鍵菜單中選擇“Add File to Group‘GroupSourcel’”，彈出“Add File to Group”對(duì)話窗口，在此對(duì)話窗口的“文件類型”欄中，選擇“C Source File（*.c）”，并找到剛才編寫的“.c”文件，雙擊此文件，將其添加到Source Group中，此時(shí)的“Project Workspace”。在此對(duì)話窗口中選擇“Output”選項(xiàng)卡，選中“Create HEX File”選項(xiàng)。”一“Build Target”命令，編譯源文件。 編譯源文件程序調(diào)試完畢后，再次在菜單欄中選擇“Debug”—“Start/Stop Debug Session”選項(xiàng)，退出調(diào)試環(huán)境。 Proteus中仿真圖的繪制與調(diào)試 仿真圖的繪制打開Proteus ISIS編輯環(huán)境。其工作界面分為原理圖編輯窗口（Editing window）、預(yù)覽窗口（Overview window）和工具欄。（1）添加元器件：元件拾取共有兩種辦法，一種是按類別查找和拾取元件，另一種是直接查找和拾取元件。我們?cè)谌∫粋€(gè)元件時(shí)，首先要清楚它屬于哪一大類，然后還要知道它歸屬哪一子類，這樣就縮小了查找范圍，然后在子類所列出的元件中逐個(gè)查找，根據(jù)顯示的元件符號(hào)、參數(shù)來判斷是否找到了所需要的元件。右側(cè)列表中自上而下分別為元件圖形和元件封裝。 元件的放置示意圖（3）電路連線PROTEUS的連線是非常智能的，它會(huì)判斷你下一步的操作是否想連線從而自動(dòng)連線，而不需要選擇連線的操作，只需用鼠標(biāo)左鍵單擊編輯區(qū)元件的一個(gè)端點(diǎn)拖動(dòng)到要連接的另外一個(gè)元件的端點(diǎn)，先松開左鍵后再單擊鼠標(biāo)左鍵，即完成一根連線。 連線后的完整原理圖（4）選中AT89C51并單擊鼠標(biāo)左鍵，打開“Edit Component”對(duì)話窗口，在此窗口中的“Program File”欄中，選擇先前用Keil生成的．HEX文件。在保存設(shè)計(jì)文件時(shí)，最好將與一個(gè)設(shè)計(jì)相關(guān)的文件(如Keil項(xiàng)目文件、源程序、Proteus設(shè)計(jì)文件)都存放在一個(gè)目錄下，以便查找。 仿真圖的調(diào)試當(dāng)兩路信號(hào)的相位差在0~360176。 相位差測量數(shù)據(jù)表差位相相位差頻率5176。129176。20 Hz100 Hz1 kHz10 kHz本設(shè)計(jì)中，相位測量部分采用了軟件計(jì)數(shù)的方法，而且是沿觸發(fā)狀態(tài)，對(duì)相位差脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)（每來一個(gè)上升沿，計(jì)數(shù)值加1），因此其誤差來自所計(jì)脈沖數(shù)，此誤差最大，為一個(gè)脈沖，因此，最大誤差為 （）其中，為待測信號(hào)的頻率。除了軟件上帶來的誤差外，實(shí)際電路方面也會(huì)因相互間的干擾帶來誤差。第6章 結(jié)語經(jīng)過測試，可以看到系統(tǒng)能夠正常工作，測量結(jié)果都能保證在允許的誤差范圍之內(nèi)，本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，通過軟硬件的完美結(jié)合，克服了以往只能測量某一頻率信號(hào)相位的局限。因此，本次電路設(shè)計(jì)的性價(jià)比相對(duì)較高。本系統(tǒng)僅設(shè)計(jì)了幾個(gè)核心模塊供使用，但是在未來隨著個(gè)人能力的不斷完善和發(fā)展，還可以開發(fā)更多的功能模塊來