【正文】 來。而且成本也較低，功能強(qiáng)大、便于攜帶。基于以上，我們選擇第二種方案。1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeBDate: 24May2022 Sheet of File: C:\Documents and Settings\Guest\桌桌\ By:GE R0Rx長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5單片機(jī)模擬開關(guān)頻率功能選擇按鍵LED 顯示器RC 振蕩器RC 振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器被測電阻被測電容被測電感圖 25 系統(tǒng)原理框圖長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）63 硬件設(shè)計(jì) 測電阻 Rx 的 RC 振蕩電路圖 6 是一由 555 電路構(gòu)成的多諧振蕩電路。8)2(ln1Ck?4b?為了避免直接采用式(1)來計(jì)算時(shí)由于某種原因引起的非線性誤差,本設(shè)計(jì)引入了直線插值算法,做法如下：用本設(shè)計(jì)去測量標(biāo)準(zhǔn)電阻 R0、R1……Rn，記下測得相應(yīng)的周期 T0、T1……Tn，得到基準(zhǔn)點(diǎn)（R0，T0） 、 （R1，T1）……（Rn，Tn） ，則有(i=0,1,……n)bkTRii??測量未知電阻 Rx 時(shí)，測得的周期為 T，若 ,則1???iikiibTRii???1kx聯(lián)立以上三式，得（2）)(1iiiix TRR???用式（2）計(jì)算 Rx 時(shí)，結(jié)果與電路中的元件參數(shù)無關(guān)，這樣可以避免電路元件帶來的誤差。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7圖 31 測電阻 Rx 的 RC 振蕩電路 測量電容 Cx 的 RC 振蕩電路如圖 7 所示，測量 Cx 的 RC 振蕩電路與測 Rx 的振蕩電路完全一樣。1)(lk與測量電阻的過程相似，通過標(biāo)準(zhǔn)電容的測量可以得到基準(zhǔn)點(diǎn) ， ……??0,TC1,，當(dāng)測量未知電容 得到相應(yīng)的脈沖周期為 T 時(shí)，有??nTC, xC （3）)(1iiiix T???長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8圖 32 測量電容 Cx 的 RC 振蕩電路 測量電感 Lx 的電容三點(diǎn)式振蕩電路 如圖 8 所示，在電容三點(diǎn)振蕩電路中，CC2 分別采用 1000pF 和 2200pF 的獨(dú)石電容，其電容值遠(yuǎn)大于晶體管極間電容，可以把極間電容忽略。由式(4)得,其中2241kTCfLx??C241?通過對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)電感的測量,可得到一些基準(zhǔn)點(diǎn) , …… ，當(dāng)測量)(20TL)(21),(2nTL未知電容 得到相應(yīng)的脈沖周期的平方為 時(shí)，由直線插值法可得xL2（5）)(221iiiix TT???長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9C7C22200pFC11000pF22uFLR8100kR71kR171kR9100k R162k+12V+12Vf 圖 33 測量電感 Lx 的電容三點(diǎn)式振蕩電路 模擬開關(guān)模擬開關(guān)是一種三穩(wěn)態(tài)電路，它可以根據(jù)選通端的電平，決定輸人端與輸出端的狀態(tài)。模擬開關(guān)在電子設(shè)備中主要起接通信號(hào)或斷開信號(hào)的作用。 模擬開關(guān)的電路組成及工作原理 圖 34 模擬開關(guān)的電路組成長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10模擬開關(guān)電路由兩個(gè)或非門、兩個(gè)場效應(yīng)管及一個(gè)非門組成，如圖一所示。 當(dāng)選通Ｅ為 0 時(shí)，而輸人端Ａ為０時(shí)，則 S2 端為 1，S1 端為０，這時(shí)ＶＴ1 截止，VT2 導(dǎo)通，輸出端Ｂ為０，Ａ＝Ｂ，也相當(dāng)于輸人端和輸出端接通。 從上面的分析可以看出，只有當(dāng)選通端Ｅ為高電平時(shí)，模擬開關(guān)才會(huì)被接通，此時(shí)可從Ａ向Ｂ傳送信息；當(dāng)輸人端Ａ為低電平時(shí)，模擬開關(guān)關(guān)閉，停止傳送信息。現(xiàn)將常用的模擬開關(guān)集成電路的型號(hào)、名稱及特性列入表 32 中。其真值表見表 1。此外，CD4051 還設(shè)有另外一個(gè)電源端 VEE，以作為電平位移時(shí)使用，從而使得通常在單組電源供電條件下工作的 CMOS 電路所提供的數(shù)字信號(hào)能直接控制這種多路開關(guān)，并使這種多路開關(guān)可傳輸峰－峰值達(dá) 15V 的交流信號(hào)。 表 33 輸入狀態(tài)與接通通道INH 0 0 0 0 0 0 0 0 1C 0 0 0 0 0 1 1 1 1B 0 0 1 1 0 0 1 1輸入狀態(tài)A 0 1 0 1 0 1 0 1接通通道 0 1 2 3 4 5 6 7 均不接通在設(shè)計(jì)中我們只需用 3 個(gè)通道即可?，F(xiàn)在人們可以把 CPU、存儲(chǔ)器、I/O 接口等功能部件都集長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12成到，一塊芯片上。單片機(jī)目前還沒有一個(gè)確切的定義。由于單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制要求設(shè)計(jì)的，常用于工業(yè)的檢測、控制裝置中、因而也稱為微控制器（MicroCotroller）或嵌入式控制器（EbeddsedController） 。本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)是 Intel 公司生產(chǎn)的 AT89C51，其具備微型化、低功耗、高速化、集成資源多、性能優(yōu)異而且價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的有利條件是價(jià)格便宜，而且容易實(shí)現(xiàn)便于修改。同時(shí)，AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“1”可作為高阻抗輸入端用。在 Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。對(duì)端口寫“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻時(shí)把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。Flash 編程和程序校驗(yàn)期間，P1 接收低 8 位地址。對(duì)端口“1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(I IL)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(如執(zhí)行 MOVX RI 指令) 時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容(也即特殊功能寄存器(SFR )區(qū)中 R2 寄存器的內(nèi)容)，在整個(gè)訪問期間不改變 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)(吸收或輸出電流)4 個(gè) TTL 邏輯門電路。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電陽輸出電流(I IL)。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使單片機(jī)復(fù)位。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。對(duì) Flash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖(FRZG)如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁 ALE 操作。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）15ALE 無效。在此期間，訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，這兩次有效的 信號(hào)不PSEN出現(xiàn)。欲使 CPU 僅訪問外程序存儲(chǔ)器(地址為 0000HFFFFH)，EA端必須保持低電平(接地)。如 EA 端為高電平(接 VCC 端)，CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。? XTAL1：振蕩器反相放人器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。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，振蕩電路參見圖 。對(duì)外接電容 C1, C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)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，推薦電容使用 30pF177。l0F。采用外部時(shí)鐘的電路如圖 右圖所示。長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16 內(nèi)部振蕩電路 外部振蕩電路 石英晶體時(shí)：C1，C2=30pF177。10pF圖 37 振蕩器電路圖由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。這兩種方式是控制專用寄存器 PCON(即電源控制寄存器)中的即(PCON. 1)和 IDL. ()位來實(shí)現(xiàn)的。IDL.是空閑等待方式，當(dāng)39。如需同時(shí)進(jìn)入兩種工作模式，即 PD 和 IDL 同時(shí)為 1，則先激活掉電模式。此時(shí)，片內(nèi) RAM 和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容保持不變。（3）終止：空閑工作模式的方法有兩種，其一是任何一條被允許中斷的事件被激活，IDL. ( PCON. 0)被硬件清除，即刻終止空閑工作模式。其二是通過硬件復(fù)位也可將空閑工作模式終止需要注意的是，當(dāng)硬件復(fù)位來終止空閑工作模式時(shí)，CPU 通常是從激活空閑模式那條指令的下一條指令開始繼續(xù)執(zhí)行程序的，要完成內(nèi)部復(fù)位操作，硬件復(fù)位脈沖要保持兩個(gè)機(jī)器周期(24長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17個(gè)時(shí)鐘周期)有效，在這種情況下，內(nèi)部禁止 CPU 訪問片內(nèi) RAM，而允許訪問其它端口。（4）掉電模式： 在掉電模式下，振蕩器停止工作，進(jìn)入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)?？臻e和掉電模式外部引腳狀態(tài)如下表 35 所示：表 35 空閑和掉電模式外部引腳狀態(tài)模 式 程序存儲(chǔ)器 ALE PSENP0 P1 P2 P3空閑模式 內(nèi)部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)空閑模式 外部 1 1 浮空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù)掉電模式 內(nèi)部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)掉電模式 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)(5) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常需要對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)或者每隔特定時(shí)間執(zhí)行某一操作，因此定時(shí)/計(jì)數(shù)器是單片機(jī)控制系統(tǒng)重要的外設(shè)部件之一，幾乎所有的單片機(jī)控制系統(tǒng)均有一個(gè)到數(shù)個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心部件是一個(gè)加法（或減法）計(jì)數(shù)器，可工作在定時(shí)方式或計(jì)數(shù)方式，因此稱為定時(shí)/計(jì)數(shù)器。單片機(jī)內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器屬于可編程部件，除了加法計(jì)數(shù)器（部分單片機(jī)芯片采用減法計(jì)數(shù)器 ）外，尚有工作方式控制寄存器，一般具有如下特點(diǎn)：1工作方式寄存器。3對(duì)于每來一個(gè)脈沖加 1 的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，可向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)時(shí)間到） ，以便 CPU 處理。表 36 RSRS0 對(duì)工作寄存器的選擇RSRS0 R0～R7 組號(hào) 地址00 1 00H～07H01 2 08H～0FH10 3 10H～17H11 4 18H～1FH2 專用寄存器 SFR（a） 累加器 A（Accumulator）：地址 EOH,運(yùn)算指令的目標(biāo)寄存器，存放操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果：也是用于訪問外部存儲(chǔ)器的唯一寄存器。（c） 程序狀態(tài)字 PSW：又稱為標(biāo)志寄存器，地址 DOH，可位尋址。Ac：半進(jìn)位標(biāo)志。OV: 溢出標(biāo)志：指示是否溢出，用于判斷 A 中運(yùn)算結(jié)果是否正確。 RSRS0：當(dāng)前工作寄存器組編號(hào)值，可在程序中設(shè)定。復(fù)位后 PSW＝0。復(fù)位后 SP＝07H，占用了通用寄存器堆Rn 的位置。 注意： 數(shù)據(jù)壓棧前 SP＝SP＋1，先入后出。 表 37 MCS51 堆棧特點(diǎn) 堆棧特性 MCS51 8086 內(nèi)部/外部 內(nèi)部 外部 堆棧指針位數(shù) 8 位 16 位 操作方式 單字節(jié)操作 字操作 堆棧方向 上堆式 入棧 SP+1，出棧 SP1 下推式 入棧 SP2，出棧 SP+2 棧指針復(fù)位狀態(tài) 07H(建議設(shè)置為 60H) (e) 數(shù)據(jù)指針 DPTR(Data Pointer)： 16 位寄存器，由兩個(gè)八位寄存器 DPH（82H）和DPL（83H）組成。 DPH 與 DPL 可作為通用寄存器使用。16 位寄存器，為 CPU 提供當(dāng)前待取指令的地址。 復(fù)位后 PC＝0。(g) 端口 0～3 鎖存器（P0～P3）: 地址：80H,90H,AOH,BOH.(h) 串口數(shù)據(jù)緩沖器 SBUF(Serial Data Buffer)：地址：99H長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）20(i) 其它控制寄存器： 中斷優(yōu)先 IP，中斷允許 IE，定時(shí)器方式 TMOD，定時(shí)器控制TCON，串口控制 SCON，電源控制 PCON 等 6 個(gè)。標(biāo)準(zhǔn)頻率為12MHz，即 T≈0。2 機(jī)器周期實(shí)現(xiàn)特定功能（如一條指令）所需時(shí)間。如單周期指令，雙周期指令等。4 指令時(shí)序單字節(jié)單周期指令時(shí)序：一個(gè)機(jī)器周期完成一條指令，讀一次操作碼。單字節(jié)雙周期指令時(shí)序：兩個(gè)機(jī)器周期完成一條指令，讀一次。(b)讀片外 RAMMOVX A, DPTR① 操作碼(MOVX)地址送 P0、P2 口，鎖存低 8 位地址；② CPU 讀指令碼，譯碼，發(fā)控制命令；③ 操作數(shù)地址( 存于 DPTR 中)送 P0、P2 口，鎖存低 8 位地址；長春工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21④ 讀 RAM 中操作數(shù)（低有效），送至 A。在單片機(jī)系統(tǒng)中，常用一只到數(shù)只，甚至十幾只 LED 數(shù)碼管現(xiàn)實(shí) CPU 的處理結(jié)果、輸入/輸出的狀態(tài)或大小。一英寸以下的 LED 數(shù)碼管內(nèi)，每一筆段含有一只 LED 發(fā)光二極