【正文】 1H f 1／ F 210 則有 Y xy ／ FQ 211 整理得 Y Xf／ F1 QF／ F1 212 由式 212 可以看出當頻率 F接近于 0時輸出 y接近于 x并且沒有噪聲分量當頻率增加時 X 項的值減小而噪聲分量增加對于高頻輸入輸出主要是量化噪聲 實際上模擬濾波器對輸入信號具有低通濾波作用對噪聲分量具有高通濾波作用因此可以將調(diào)制器的模擬濾波器的作用看成是一種噪聲整形濾波器 和一般的濾波器一樣濾波器的階數(shù)越高其濾波性能越好因此高階的∑一調(diào)制器得到廣泛應(yīng)用原理圖如圖 23 所示 圖 23 二階∑一調(diào)制器原理框圖 數(shù)字濾波 ∑一△調(diào)制器對量化噪聲整形后將量化噪聲移到所關(guān)心的頻帶以外然后對整 形的量化噪聲進行數(shù)字濾波數(shù)字濾波的作用有兩個一是對于最終采樣速率 Fs它必須起到抗混疊的作用二是它必須清除∑一△調(diào)制器在噪聲整形的過程中產(chǎn)生的高頻噪聲 因為數(shù)字濾波器降低了帶寬所以輸出數(shù)據(jù)速率要低于原始采樣速率直到滿足奈奎斯特定理降低輸出數(shù)據(jù)速率的方法是通過對每輸出 M個數(shù)據(jù)抽取 1個數(shù)字的數(shù)字重采樣辦法這種方法叫做輸出速率降為 1／ M 的采樣抽取這種采樣抽取的辦法不會對數(shù)據(jù)產(chǎn)生任何損失它實際上是去除過采樣過程中產(chǎn)生多余信號的一種方法 數(shù)字濾波器既可以用有限脈沖響應(yīng)濾波器也可以用無限脈沖響應(yīng)濾波器或者兩個的組合有限脈 沖響應(yīng)濾波器容易設(shè)計能與采樣抽取過程合并計算具有線性相位特性等優(yōu)點但是它需要計算大量的系數(shù)無限脈沖響應(yīng)濾波器具有非線性特性不能與采用抽取過程合并而且需要考慮穩(wěn)定性和溢出等問題所以應(yīng)用起來比較復(fù)雜交流采樣場合比較多采用有限脈沖響應(yīng)濾波器 數(shù)字濾波器是數(shù)字信號處理的一個重要組成部分數(shù)字濾波器實際上是一種運算過程它是指完成頻率選擇或頻率分辨任務(wù)的線性時不變系統(tǒng)的通用名稱因此離散時間 LTI 系統(tǒng)也稱為數(shù)字濾波器其功能是將一組輸入的數(shù)字序列通過一定的運算后轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪唤M輸出的數(shù)字序列因此它本身就是一臺數(shù)字式的處理設(shè)備與模 擬濾波器類似數(shù)字濾波器按照頻率特性劃分也有低通高通帶通帶阻全通等類型由于頻率響應(yīng)的周期性頻率變量以數(shù)字頻率來表示 ／ fsfs 為模擬角頻率 T 為抽樣時間間隔為抽樣頻率 數(shù)字濾波器一般可以用兩種方法實現(xiàn)一種是設(shè)計專用的數(shù)字硬件專用的數(shù)字信號處理器或采用通用的數(shù)字信號處理器來實現(xiàn)另一種是直接用計算機將所需要的運算編成程序即用軟件的方式來實現(xiàn)數(shù)字濾波 FIR 濾波器的頻率采樣型結(jié)構(gòu)的優(yōu)點首先它的系數(shù) H k 直接是濾波器在 ／N178。 8 位分辨率 178。 輸入輸出電平與 TTLCMOS 相兼容 178。 工作頻率為 250KHZ 轉(zhuǎn)換時間為 32μ S 178。 8P14PDIP 雙列直插 PICC 多種封裝 178。 C～ 70176。 C～ 85176。 CS 片選使能低電平芯片使能 178。 CH1 模擬輸入通道 1 或作為 IN使用 178。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入選擇通道控制 178。 CLK 芯片時鐘輸入 178。 30％的浮動壓敏電阻177。 為了防止系統(tǒng)采樣電壓過高而損壞芯片本設(shè)計采用在采樣輸入端并聯(lián)瞬態(tài)電壓抑制二極管 Transient Voltage Suppressors 的辦法進行保護當由于系統(tǒng)電源不正?；蛘咂渌蛞鸩蓸与妷荷邥r TVS 管擊穿將采樣電壓限制在可靠的采樣電壓范圍內(nèi)為防止系統(tǒng)由于受到高頻電磁場等干擾除了 PCB 板布線時注意還在芯片附近和重要的電路附近放置貼片電容以去除高頻電磁干擾保證 系統(tǒng)可靠工作 5V 直流電源的實現(xiàn) 圖 36 電源模塊原理電路 如圖 36 所示電路為輸出電壓 5V 輸出電流 15A 的穩(wěn)壓電源它由電源變壓器B 橋式整流電路 D1～ D4 濾波電容 C1C3 防止自激電容 C2C3 和一只固定式三端穩(wěn)壓器 7805 極為簡捷方便地搭成的 220V 交流市電通過電源變壓器變換成交流低壓再經(jīng)過橋式整流電路 D1～ D4和濾波電容 C1的整流和濾波在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805的 Vin和 GND兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓 該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發(fā)生變化 此直流電壓經(jīng)過 LM7805 的穩(wěn)壓和 C3 的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高穩(wěn)定度好的直流輸出電壓本穩(wěn)壓電源可作為 TTL 電路或單片機電路的電源三端穩(wěn)壓器是一種標準化系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路以其體積小成本低性能好工作可靠性高使用簡捷方便等特點成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件當電網(wǎng)停電時 36V 鋰電池供電電網(wǎng)上電時由 7805 三端穩(wěn)壓器的輸出引腳輸出的 5V 直流供電 時鐘模塊 分時計費電度表中利用單片機內(nèi)部定時器作為時鐘基準無需附加外部元件通過軟件編程和單片機內(nèi)部的中斷就可實現(xiàn)實時時鐘功能但是這種做法有很多缺點由于受到單片機主晶振以及與其相連電容的影響較大無法做到很高的精度累計誤差大主電源掉電時為了維持時鐘不停必須要有外接電池給整個單片機供電導(dǎo)致儀表本身功耗增大外接專用實時時鐘是一種專門用于產(chǎn)生同期時鐘信息的集成電路芯片它可以獨立于單片機而工作不受 MCU 主晶振及其電容的影響計時精確月累積誤差一般小于 l0s 芯片還具有主電源掉電情況下的時鐘保護電路和備份電源自動切換控制電路可以保證在主電源掉電和其他一些惡劣環(huán)境下系統(tǒng)實時實鐘的定時準確性實時時鐘芯片內(nèi)部集成有一定容量具有掉電保護特性的靜態(tài) RAM 可用于保存一些重要數(shù) 據(jù)由于芯片可獨立工作主電源掉電時備份電源只需為該時鐘芯片供電可有效降低儀表功耗實時時鐘芯片與單片機的接口根據(jù)其數(shù)據(jù)傳送方式可分為兩種一種是以并行方式與 MCU 接口其數(shù)據(jù)傳送速度較快但接口擴展電路較復(fù)雜需要考慮接口擴展時的驅(qū)動能力而且并行接口芯片本身占用較大的印制版空間連線多不利于縮小儀表體積另一種是以串行方式與MCU 接口這種芯片通常為 8腳 DIP 封裝占用空間小連線簡單一般只需占用 CPU 的23 條 I／ o 口線可有效減小儀表體積提高工作可靠性 本設(shè)計中采用 DSl302芯片它是美國 DALLAS公司推出的串行接口專用實時 時鐘芯片芯片內(nèi)部具有可編程日歷時鐘和 31 個字節(jié)的靜態(tài) RAM 日歷時鐘可自動進行閏年補償計時準確接口簡單工作電壓范圍 2． 5V5． 5V 功耗低芯片自身還具有對備份電池進行涓流充電的功能有效延長了備用電池的使用壽命電能表中單片機 STC89C52RC 與時鐘芯片 DSl302 的接口電路如圖 37 所示 圖 37 DS1302 接口電路原理圖 按鍵模塊 最常用的鍵盤鏈接方式有兩種 1 獨立式鍵盤模塊這種鍵盤連接適用于案件數(shù)量比較少單片機管腳比較富裕的情況程序編寫比較容易易于控制 2 4179。 2 [14]如圖 39 所示它具有以下優(yōu)點 1 顯示質(zhì)量高由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度恒定發(fā)光而不像陰極射線管顯示器 CRT 那樣需要不斷刷新新亮點因此液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍 2 數(shù)字式接口液晶顯示器都是數(shù)字式的和單片機系統(tǒng)的接口更加簡單可靠操作更加方便 3 體積小重量輕液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多 4 功耗低相對而言液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電 極和驅(qū)動 IC 上因而耗電量比其它顯示器要少得多 圖 39 1602LCD 原理圖 1602LCD 的基本參數(shù)及引腳功能 1602LCD 分為帶背光和不帶背光兩種基控制器大部分為 HD44780 帶背光的比不帶背光的厚是否帶背光在應(yīng)用中并無差別兩者尺寸差別如下圖 310 所示 圖 310 1602LCD 尺寸圖 1602LCD 采用標準的 14 腳無背光或 16 腳帶背光接口各引腳介紹如下 第 1 腳 VSS 為地電源 第 2 腳 VDD 接 5V 正電源 第 3 腳 VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端接正電源時對比度最弱接地時對比度最高對比度過高時會產(chǎn)生鬼影使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度 第 4 腳 RS 為寄存器選擇高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器低電平時選擇指令寄存器 第 5 腳 RW 為讀寫信號線高電平時進行讀操作低電平時進行寫操作當 RS 和RW 共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址當 RS 為低電平 RW 為高電平時可以讀忙信號當 RS 為高電平 RW 為低電平時可以寫入數(shù)據(jù) 第 6 腳 E 端為使能端當 E 端由高電平跳變成低電平時液晶模塊執(zhí)行命令 第 7～ 14 腳 D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線 第 15 腳背光源正極 第 16 腳背光源負極 軟件設(shè)計 軟件介紹 本設(shè)計是基于 STC89C52RC 的單向電度表的設(shè)計用于單相度數(shù)的計費通過電流互感器和分壓電路采集到電壓和電流數(shù)據(jù)發(fā)送到雙通道 ADC0832 進行 AD 轉(zhuǎn)換再通過單片機進行相應(yīng)運算算出消耗的電能后通過 LCD1602 顯示出來 本程序采用兩個計數(shù)器終端分別進行時間的計算和采樣時間的計算外設(shè)三個按鍵一個按鍵表示開始設(shè)置時間一個表示時鐘加一最后一個表示分鐘加一 主程序流程圖 主程序首先對數(shù)字鐘的時鐘分鐘秒鐘清零再對 LCD1602 初始化和中斷初始化兩個中斷為 定時器 T0和 T1分別控制數(shù)字鐘和數(shù)據(jù)采集的程序最后進入一個死循環(huán)對鍵盤不停的掃描判斷鍵盤是否按下 主程序流程圖 41 如下 圖 41 主程序流程圖 顯示程序 LCD1602 的初始化寫指令 38H 顯示模式設(shè)置寫指令 08H 顯示關(guān)閉寫指令 01H顯示清屏寫指令寫指令 06H顯示光標移動設(shè)置寫指令 0CH顯示開及光標設(shè)置見上節(jié) 應(yīng)注意的是 LCD1602 的程序 [15]寫入 void wcmd 和數(shù)據(jù)寫入 void wdata 要分兩步進行也就是說先要選第幾行第幾位顯示數(shù)據(jù)再把要顯示的數(shù)據(jù)輸入進去 按鍵程序流程圖 本設(shè)計的鍵盤采 用的是獨立式鍵盤鏈接一端接單片機管腳一端接地所以每當按鍵摁下單片機就會有低電平信號送入本程序用的是死循環(huán)對鍵盤不停的掃描 由于按鍵有可能在非自愿的情況下被按到所以按鍵按下后有一個防抖動程序使程序延時 5ms 后再判斷鍵盤連接的單片機管腳是否為低電平這樣防止鍵盤被意外按下如果按鍵真的被按下程序要判斷是那個鍵被按下如果調(diào)時鍵被按下程序會計數(shù)一次并且關(guān)閉中斷使時間計數(shù)停止這時如果時鐘鍵被按下先要運行防抖動程序判斷按鍵是否真的按下要是按下時鐘加一如果分鐘鍵被按下也要先運行防抖動程序判斷按鍵是否真的按下要是按下分鐘加一 調(diào)時鍵被第二次摁下計數(shù)被清零并開啟中斷使數(shù)字鐘工作 程序流程圖如 42 所示 數(shù)據(jù)采集中斷程序流程圖 由于本次采集數(shù)據(jù)的頻率是 50HZ 根據(jù)奈奎斯特采樣定律選擇采樣頻率為200HZ 單片機 5ms 產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)采集中斷程序由于每次進行 AD 轉(zhuǎn)換的時候都必須對 ADC0832進行初始化只有這樣才能使 ADC0832正常運行采集的數(shù)據(jù)送到單片機的緩存器中進行判斷這次是否是第四次采集如果是把計數(shù)器清零并進行有用功計算程序最后顯示到 LCD1602 上 程序流程圖如 43 所示 圖 42 按鍵程序流程圖 圖 43 數(shù)據(jù)采集中斷程 序流程圖 數(shù)字鐘中斷程序流程圖 圖 44 數(shù)字鐘中斷程序流程圖 由于定時器一在 110592的晶振下最大的計數(shù)時間是 7111ms因此一秒的時間本程序分為 20次中斷 [16]每次的計數(shù)時間為 50ms但由于中斷后有指令也需要用時間所以中斷次數(shù)應(yīng)該比 20 次要少經(jīng)調(diào)試為 10 次這樣 10 次的中斷就是一秒到第四次中斷就執(zhí)行時間程序這樣就實現(xiàn)了一秒的記時 數(shù)字鐘中斷程序流程圖如 44 所示 時間程序流程圖 圖 45 時間程序流程圖 每次數(shù)字鐘中斷程序完成 10 次代表時間過了一秒就需要運行時鐘程序使秒鐘加一如果秒鐘為 60就代表是 一分鐘這樣分鐘加一秒鐘清零如果分鐘為 60就代表是一小時這樣小時加一分鐘清零如果時鐘為 24 就代表一天這樣時鐘清零 時間程序流程圖如 45 所示 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 本次設(shè)計在硬件調(diào)試中出了一些問題如下 1 在做 PCB 板的時候需要封裝元器件遇到很多問題比如有的芯片找不到合適的封裝器件需要自己設(shè)計新的封裝 2 如果在調(diào)試按功能劃分的器件上出現(xiàn)問題可以按以下步驟進行 1 檢查原理圖連接是否正確 2 檢查原理圖與 PCB 圖是否一致 3 檢查原理圖與器件的 DATASHEET 上引腳是否一致 4 用萬用表檢查是否有虛焊 引腳短路現(xiàn)象 5查詢器件的 DATASHEET分析一下時序是否一致同時分析一下命令字是否正確 6 有條件的可以用示波器如我就是通過示波器對 SRAM 各個引腳進行檢查發(fā)現(xiàn)地址線都是有信號的而數(shù)據(jù)線無信號出現(xiàn)才找到問題所在 7 飛線用別的的口線進行控制看看能不能對其進行正常操作多試驗才能找到問題出現(xiàn)在什么地方 軟件