【正文】 在本系統(tǒng)中選擇的是 12MHz，因而時鐘信號的震蕩頻率為 12MHz。 圖 211 顯示模塊圖 LED 是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。 LED 顯示器 [13]即數(shù)碼管 是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件。七段數(shù)碼 管 由 8 個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中 7 個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。 能顯示 4個數(shù)碼管叫四位數(shù)碼管。 共陽極數(shù)碼管 是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。 共陰極數(shù)碼管在應用時應將公共極 COM 接到地線 GND 上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮。 原理圖及引腳圖 對于一位數(shù)碼管對應的端名稱及排列如下圖所示 圖 212 一位數(shù)碼 管引腳端名 稱 內(nèi)部的工作原理即如下面兩圖所示。下面的示例圖都以共陽極數(shù)碼管為例，共陰極數(shù)碼管原理相同，只是二極管方向相反。共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路構(gòu)造 如單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 15 圖 214 所示 （共陰極數(shù)碼管二極管反向）。 數(shù)碼管的譯碼方式 表 23 共陰極字段碼表 顯示字符 共陰極字段碼 0 3FH 1 06H 2 5BH 3 4FH 4 66H 5 6DH 6 7DH 7 07H 8 7FH 9 6FH 譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應的字段碼的方式，對于 LED 數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種 [8]。 軟件譯碼就是編寫軟件譯碼程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 16 段碼，譯碼程序通常為查表程序。由于本設計采用的是共陰極數(shù)碼管，其對應的字符和字段碼如表 23 所示（本系統(tǒng)采用的是共陰極的數(shù)碼管）。如果驅(qū)動電路能力差，即負載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負荷下運行容易損壞，因此， 數(shù)碼管 的驅(qū)動電路設計是一個非常重要的問題。 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動 5 個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 端口來驅(qū)動，一個 89S51 單片機可用的 I/O 端口才 32 個，實際應用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復雜性。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。 所以為了簡化電路，本系統(tǒng)在數(shù)碼管驅(qū)動電路的設計上，利用單片機 P0口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)，即將數(shù)碼管的 AG 段顯示引腳和 DP 小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到 P0 口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大 P0 口作為輸出口的驅(qū)動能力，使得數(shù)碼管能按照正常的亮度顯示出數(shù)字。 圖 216 分壓電路圖 圖中的滑動變阻器相當于變化的電阻，與已知電阻 R0 串聯(lián)在地與 5V 正電壓之間，構(gòu)成分壓電路。 整體的電路原理圖設計 整體原理圖如圖 217 所示 ： 圖 217 系統(tǒng)總電路圖 此電路的工作原理是： +5V 模擬電壓信號通過變阻器 RV1 分壓后由ADC0808 的 IN0 通道進入（由于使用的 IN0 通道，所以 ADDA、 ADDB、ADDC 均接低電平），經(jīng)過模 /數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0D7 傳送給 AT89C51 芯片的 P1 口， AT89C51 負責把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的 7 段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位 數(shù)碼管 ，同時 單片機的 P2 端口的低四位 、 、 、 產(chǎn)生位選信號控制數(shù) 碼管的亮單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 18 滅。其中， 發(fā)正脈沖啟動 A/D轉(zhuǎn)換， ADC0808 的 CLOCK 與地址鎖存允許輸入端 ALE 共同接在單片機的 端口由定時器發(fā)出的方波控制， 檢測 A/D 轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后， 置高從 P1 口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給 LED 顯示出來。 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 19 第 3 章 系統(tǒng)軟件 部分 設計 對于 單片機 控制的系統(tǒng) ，軟件和硬件 同樣重要 ，硬件 僅 解決了信號輸入輸出問題，軟件 完成對數(shù)據(jù) 的處理、傳送、存儲、顯示等， 是系統(tǒng)的控制和處理核心。隨著硬件技術(shù)的發(fā)展，單片機的程序設計語言從匯編語言過渡到高級語言 C 已經(jīng)成為時代的潮流。 支持 51 單片機 用的 C 語言編程的編譯器主要有兩種： Franklin C51 編譯器和 Keil C51 編譯器，我們簡稱 C51。由 C51 產(chǎn)生的目的代碼的運行速度極高，所需存儲空間極小，完全可以和匯編語言媲美。 電阻測量儀的主程序 本 論文 電阻測試系統(tǒng)的測試流程 如下圖 所示，主要包含了系統(tǒng)初始化 部分 、 A/D 轉(zhuǎn)換部分、顯示部分 。 初始化中 TMOD 設置為 0x10，轉(zhuǎn)換為二進制的為 00010000，對應定時器的工作方式寄存器可以知道，設定的模式為，定時器 1 工作在方式 1 圖 32 工作方式寄存器 TMOD GATE：門控位 GATE=0 時，只要用軟件使 TCON 中的 TR0 或者 TR1 為 1，就可以啟動定時 /計數(shù)器工作； GATE=1 時，要同時滿足以下要求，才能啟動定時 /計數(shù)器工作（一般不使用） ① 用軟件使 TR1 或 TR0 為 1， ② 同時外部中斷（ INT0/1）引腳（ ， ）也為高電平 M1M0；工作方式設置位。 表 31 定時 /計數(shù)器工作方式設置表 對定時器裝初值 [16]：本系統(tǒng)用的定時器 1 TH1=(65536200)/256。 所設定時間為 200ms 中斷設置： 對 IE 賦值，開中斷 ① 開定時器中斷（ ET0=1 或 ET1=1） ② 開總中斷（ EA=1）。 置 1 時，相應的中斷打開；清 0 時，相應的中斷關(guān)閉。 A/D 轉(zhuǎn)換 子 程序 A/D 轉(zhuǎn)換程序用來控制對輸入的模塊電壓信號的采集測量，進行轉(zhuǎn)換并將轉(zhuǎn)換后對應的數(shù)值存入相應的內(nèi)存單元。 ADC0809 的 VREF 接＋ 5V電壓。 在 ST 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號 ， 實現(xiàn)方式即為 ST 由 0 變 1 再變 0。 在轉(zhuǎn)換期間， ST 應保持低電平。 因為只有一路輸入信號，故將與 A/D 轉(zhuǎn)換連接的單片機的 、 、 在程 序中均設為 0。 ③ 根據(jù) EOC 信號來判斷 是否轉(zhuǎn)換完畢 。 否則，表明正在進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 ⑤ 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 顯示子程序 顯示子程序采用動態(tài)掃描實 現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得數(shù)碼管顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設置適當?shù)膾呙桀l率，當掃描頻率在 70Hz 左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔 10ms 對數(shù)碼管進行動態(tài)掃描一次，每一位數(shù)碼管顯示時間為1ms。 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 23 第 4 章 系統(tǒng)運行及測試結(jié)果分析 本章主要介紹系統(tǒng)樣應用結(jié)果，并對結(jié)果進行分析。它不僅具有其它 EDA 工具 的軟件仿真功 能，還能仿 真單片機及其外圍器件 。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青 睞。這些功能是： （ 1）原理布圖 （ 2） PCB 自動或人工布線 （ 3） SPICE 電路 仿真 革命性的特點 （ 1）互動的電路仿真 用戶甚至可以實時采用諸如 LED/LCD、鍵盤、 RS232 終端等動態(tài)外設模型來對設計進行交互仿真。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。 軟件調(diào)試的主要任務是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。 Proteus 支持的微處理芯片包括 8051 系列、 AVR 系列、PIC 系列、 HC11 系列及 Z80 等等。 調(diào)試過程中的問題及解決方案 本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是 Proteus 軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用 Keil 軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C。在proteus 面板上畫出系統(tǒng)的電路圖。 下載程序的步驟： 雙擊仿真圖中的芯片出現(xiàn)下面窗口 圖 41 程序下載窗口截圖 1 點擊畫圈的文件夾即可進入文件路徑便可顯示文件下的 .hex 文件點擊 圖 42 程序下載窗口截圖 2 點擊打開，然后點擊 ok。 圖 43 仿真窗口截圖 然后點擊仿真界面左下角開始鍵即可進行仿真。誤差在允許范圍內(nèi)。 改完再仿真中結(jié)果一直不正確。 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 25 ② 顯示數(shù)字但是不規(guī)則。 //1 語句 temp=v； dispbuf[0]=temp%10。 dispbuf[2]=temp/100%10。 上進行改動。全局變量 temp 即為將要通過程序換成成的十進制的電壓值。 5/255 是八位二進制數(shù)最大為 256 相當于 分成 255 份，總量程是 5V 所以其對應的含義即為每份對應的電壓值。 做的改成顯示電壓值的方式是利用電壓與電阻的關(guān)系，待顯示電阻的值Rx=（ 5V） R0/V。 ① 最開始加的是 Rx=（ 5V） R0/V； temp=Rx；編譯仿真完了就對應出現(xiàn)了第一種錯誤，數(shù)碼管只顯示五個數(shù)。 最終的正確改動結(jié)果是 Rx = (–V)*R0*。 仿真中的數(shù)碼管在變阻器的改變下，數(shù)值在 之間變動，誤差在允許的范圍內(nèi)，仿真成功。 實物完成及實物調(diào)試 在仿真成功之后，著手完成真正的實物制作，我采用的是網(wǎng)孔電路板焊接器件，按照電路圖排版。我實際中使用的單片機為 AT89C52。 數(shù)碼管亮度不夠的 解決方案 對于數(shù)碼管亮度不夠，閃爍的問題，請教了電航的一些經(jīng)常參加比賽的同學，同時也上相關(guān)的單片機網(wǎng)站查閱搜索了相關(guān)的資料。有兩種相關(guān)的解決方案： ① 仍由 P1 口接數(shù)碼管，但是要在數(shù)碼管位選端口和其余單片機連接的P2 口低四位之間加驅(qū)動電路 如圖 46： 單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 27 圖 46 驅(qū)動電路圖 并在 P1 口加上拉電阻，以達到增加輸出電流的效果從而使數(shù)碼管亮度增加。 但是這種方案是要求改程序的，因為端口發(fā)生了變化。所以，只能再重新焊板，既然重新焊板，第二種方案器件少， 焊接相比較更容易一些，所以就換成可第二種方案，自然程序也改動了。 數(shù)碼管閃爍的解決方案 以下是相關(guān)網(wǎng)站上單片機愛好者給出的 我認為可以采納的 回答： ① 既然 是動態(tài)顯示，那么一定要反復的輸出顯示數(shù)據(jù)，當輸出顯示數(shù)據(jù)之間的時間間隔太小時 ，就會出現(xiàn)閃爍！最好的問題就是用靜態(tài)的，否則就要讓間隔時間很小 。 ③ 有新數(shù)據(jù)的時候才更新顯示緩沖區(qū)，否則就不更新 。 ② 顯示部分每次顯示完有一個延時程序的部分。因為定時器在程序中有兩部分作用，一時給ADC0809 提供時鐘脈沖，二是接在 ADC0809 的地址鎖存允許輸入端 ALE上， ALE 高電平時鎖存輸入模擬信號的端口，進行模擬數(shù)據(jù)的輸入，相 當于掃描了。 第一部分： 原來的程序 while(EOC==0)。getdata=P0。 改為 if(EOC == 1){OE = 1。?? Display()。這樣相比較原來的程序就不存在空白等待的情況，因為即使 EOC 為低的時候也是有值被取出的，這個值為原來的值，所以表現(xiàn)在數(shù)碼管上還是亮著的。 for(。i) { for(j=0。j++) {。對此我的做法是一點一點減小試驗最終定在 i 的值為 3。 TH1=(65536200)/256。 定時器在程序中結(jié)尾的時候重裝了一下，其在系統(tǒng)中的作用是為ADC0809 提供時鐘脈沖同時還為 ALE 端口提供一個定時的脈沖，在一定的時間頻率下鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端口，錄入模擬量信號。而且在查資料的時候我讀到有資料中說定時器的初值設定時間最長為 ，所以有可能是我定時器初值設定的太大了，導致掃描頻率太低了從而造成閃爍。 TL1=(6553665)%256。最終保留的有效程序，現(xiàn)在數(shù)碼管閃爍這個問題也解決了。 測量結(jié)果與分析 由于接入電路的的穩(wěn)定性缺陷，手動控溫導致測試過程的準確性很難控制，而且其變化速率太快直接讀數(shù)記錄很不現(xiàn)實，所以只能將測試過程的整個數(shù)值變化過程都錄下來了，然后回去再視頻中等時間間隔的暫停取數(shù)。 表 41 為隨時間變化的兩組 電阻的 測量值。從系統(tǒng)的設計初衷對比測試結(jié)果來看，系統(tǒng)是成功的。因為熱敏電阻式長方體的所以必須要有兩個面完全跟輔助接入的電路裝置接觸，而輔單通道動態(tài)數(shù)字電阻測量儀 31 助電路時用兩個螺絲固定的，其中一個螺絲是固定死的，另一個螺絲是帶彈簧可以拉動的，因為要夾緊熱敏電阻。而當熱敏電阻與接入電路即與兩個接觸螺絲的接觸面積 發(fā)生變化時阻值也會相應的發(fā)生變化，比如當其發(fā)生側(cè)移的時候接觸面變的很小阻值會瞬間變得很大。 這樣當手不穩(wěn)，接觸點發(fā)生變化，或者移動造成的熱敏電阻兩端短路， 都會造成溫度變化不連續(xù)，從而影響