基于單片機的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計

1、基于單片機的電量檢測系統(tǒng)設(shè)計摘要隨著電力系統(tǒng)電量的日益擴大和電壓運行等級的不斷提高，傳統(tǒng)的電量檢測系統(tǒng)暴露出越來越多的缺點，難以滿足現(xiàn)代電網(wǎng)向自動化、數(shù)字化發(fā)展的需要。本文首先概述了WB系列交流電量傳感器的工作原理和各項工作技術(shù)指標，并做了硬件系統(tǒng)的設(shè)計，包括控制電路、模塊轉(zhuǎn)換部分、鍵盤輸入部分、LED顯示部分方面的設(shè)計。然后介紹了ADC0809和74HC595中電子接口的各項特性，同時對單元的結(jié)構(gòu)原理和功能劃分進行了分析和研究，選擇了合適的各種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換軟件按。通過分析和研究，提出了軟件系統(tǒng)方面的設(shè)計方案，最關(guān)鍵的問題是A/D轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計、主程序和子程序的流程方案關(guān)鍵詞 A/D轉(zhuǎn)換器LED顯

2、示器ADC0809 74HC595單片機POWER DETECTIO SYSTEM BESEDON SINGLE CHIP DESIGNABSTRACTWith the growing power system capacity and the increasing level voltage operation, the traditional amount of power detection system weaknesses exposed more and more difficult to meet the modern power grid to the automation,

3、digital development. This paper outlines the WB series AC power sensor working principle and the work of technical indicators, and made the hardware system design, including control circuits, modules conversion component, keyboard part, LED showed that some aspects of the design. Then introduced the

4、 ADC0809 and the 74HC595 in the electronic interface properties, while the structural principles and functions of cell division was analyzed and studied, the suitable range of data conversion software by. Through analysis and research, the design of software systems, the most critical issue is A / D

5、 conversion process of design, the main program and subroutine program flow.KEYWORDSA/D conversion chip74HC595SCMADC0809LED display chip目錄中文摘要I英文摘要II1緒論12WB系列交流電量傳感器22.1 概述22.2 WB交流電量傳感器的工作原理22.3 傳感器型號及技術(shù)指標33 硬件系統(tǒng)的設(shè)計43.1 硬件框圖43.2 控制電路的設(shè)計5單片機的選擇5模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計11 A/D 轉(zhuǎn)換器概述及單片機接口的一般特點11 ADC0809簡介123.3 鍵盤輸入部

6、分15矩陣式鍵盤15獨立式鍵盤15LED顯示部分163.4 LED的動態(tài)顯示方式16 LED靜態(tài)顯示方式17 74HC595簡介17 鍵盤及顯示電路194 軟件系統(tǒng)設(shè)計194.1 C語言簡介194.2 主程序流程圖204.3 按鍵程序流程圖204.4 定時器0中斷服務(wù)程序設(shè)計214.5 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計24結(jié)束語25致 謝26參考文獻27附錄1 設(shè)計原理圖28附錄2 源程序291緒論自第一個微處理器問世以來，以微處理器為核心構(gòu)成的計算機以各種各樣的形式，無孔不入的滲入到人們的生產(chǎn)、生活、科研等各個領(lǐng)域，為人類帶來了滲透到各個領(lǐng)域的“智能”。微處理器是整個智能儀器儀表的核心，檢測電路時微處理器

7、的外圍設(shè)備，微機通過接口發(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。微機通過查詢或檢測電路向微機提出的中斷請求，使微機及時了解檢測電路的工作狀態(tài)。當檢測電路完成一次測量后，微機讀取測量數(shù)據(jù)，進行了解檢測電路的工作狀態(tài)。當檢測電路完成一次測量后，微機讀取測量數(shù)據(jù)，進行必要的加工、計算、變換等處理，最后以各種方式輸出，如送顯示器、打印機打印，或送給系統(tǒng)的主控制器等等。近二十年來，以計算機科學(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)。例如：在冶金工業(yè)、

8、化工生產(chǎn)、電力工程、造紙行業(yè)、機械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，電能是人們?nèi)粘Ｉ詈凸I(yè)生產(chǎn)中的重要能源之一，在現(xiàn)代社會中起著越來越重要的作用，而電壓、電流是其中最關(guān)鍵的兩個因素，是否準確的測量電壓、電流對我們的生活和生產(chǎn)有著至關(guān)重要的影響，特別是電工和電力系統(tǒng)等領(lǐng)域經(jīng)常要對交流電量進行采樣測試以了解工作電壓或整個電網(wǎng)的工作情況。2 WB系列交流電量傳感器2.1 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。對電網(wǎng)或電路中的交流電流或交流電壓進行實時測量，將其變換成跟蹤電壓暑促（）、直流電壓輸出（）、直流電壓輸出（）、頻率輸出（）。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

9、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。體積小、重量輕、精度高、耗能低，輸入電路、輸出電路完全隔離，輸出信號可以共地，輸出形式多樣，滿足各種使用要求，在0120%標稱輸入范圍內(nèi)，輸出信號入輸出信號之間保持正比例關(guān)系，通聘寬帶，可以測量5kHz以內(nèi)的正弦交流電流或交流電壓。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。2.2 WB交流電量傳感器的工作原理 本系列傳感器采用模塊化電路結(jié)構(gòu)，如圖2-1主要由電流測頭1（或電壓側(cè)頭2）、采樣電路3、定標放大器4、裝用厚膜集成轉(zhuǎn)化器5、6、7組成。圖2-1 電路結(jié)構(gòu)被測電流信號或被測電壓信號經(jīng)電流測頭1或電

10、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)定標放大器4進行放大、定標，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。輸出經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換器6后形成直流輸出,輸出經(jīng)V/F變換器7后形成頻率輸出。只有輸出跟蹤電壓的產(chǎn)品才使用正負電源+E,-E,其他產(chǎn)品才使用單一正電源。圖2-1中電流測頭1和電壓測頭2是本系列產(chǎn)品的關(guān)鍵部件，屬于精密互感器系列，承擔隔離和線性變換的雙重作用，改變電流測頭規(guī)格或改變電壓測頭的輸入電阻可以改變傳感器的測量范圍。定標放大器4是一個寬帶交流放大器，它產(chǎn)生的電壓輸出，在波形和相位上快速跟蹤輸入信號的變化

11、，輸出型傳感器適用于交流采樣系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換器5是配套研發(fā)的專用厚膜集成器件，它把交流電壓信號變換為直流電壓或直流電流輸出。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，適用于標準正弦交流信號轉(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。轉(zhuǎn)換器5（或轉(zhuǎn)換器6）的“基準波”接地時，他輸出05V（或020mA）；為它們配加以個高穩(wěn)定的偏置電路，就形成1V5V（或4mA20mA）；為它們配加一個高穩(wěn)定的偏置電路，就形成了1V5V（4mA20mA）輸出。2.3 傳感器型號及技術(shù)指標采用WBV413AS3交流電壓傳感器和WB1414AS1

12、交流電流傳感器對電流和電壓進行數(shù)據(jù)采集。WBV141AS3技術(shù)指標：輸入規(guī)格：10V1000VAC輸出規(guī)格：4mA20mA響應(yīng)時間: 250MS負載能力：6V靜態(tài)功耗：50MW供電電源：+12或+24其他指標：（1）線性范圍：0120%標稱輸入（2）輸入頻響：255K（3）環(huán)境條件：0+50WB1414AS1技術(shù)指標：輸入規(guī)格：5A50A輸出規(guī)格：4mA20mA精度等級：0.5級響應(yīng)時間：300ms負載能力：6V靜態(tài)功耗：800mW供電電源：+12或+24其他指標：（1）線性范圍：0120%標稱輸入（2）輸入頻響：25Hz5kHz，特別適合工頻至中頻（3）環(huán)境條件：0+50。3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計

13、3.1 硬件框圖圖3-1 硬件框圖本設(shè)計是AT89C51單片機控制的電量檢測系統(tǒng)。其工作原理是：先由電量傳感器采集數(shù)據(jù)，啟動AD轉(zhuǎn)換，后將數(shù)據(jù)讀入單片機中進行運算并顯示，即由數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理三部分完成。本設(shè)計中，控制系統(tǒng)的控制器有單片機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行數(shù)據(jù)采集，并輸出標準電流4mA20mA，WB1414AS1、WBV1414AS3具有新型電磁隔離，高精度變送等優(yōu)點。AT89C51單片機控制AD0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機的運算，輸出結(jié)果，并把結(jié)果在4位8段數(shù)碼管上顯示。3.

14、2 控制電路的設(shè)計單片機的選擇20世紀80年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，就通用單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已經(jīng)投放市場的產(chǎn)品就有50多個系列，數(shù)百個品種。目前世界上較為著名的8位單片機的生產(chǎn)廠家和主要機型如下：美國Intel公司：MCS-51系列和其增強型系列美國Motorola公司：6801系列和6805系列美國Amtel公司:89C51等單片機美國Zilog公司：Z8系列和3870系列美國Fairchild公司：F8系列及SUPER8美國ROCKWELL公司：65001系列美國TI（德克薩斯儀器儀表）公司：TMS7000系列NS（美國國家半導(dǎo)體）公司：NS8070系列等等。盡管

15、單片機的品種很多，但是在我國使用最多還是Intel公司的MCS-51系列單片機和美國Amtel公司的89C51單片機。MCS-51系列單片機包括三個基本型8031、8051、8751。8031內(nèi)部包括一個8為CPU、128個字節(jié)RAM，21個特殊功能的寄存器（SFR）、4個8位并行IO口、1個全雙工穿行口、2個16位定時器計數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴EPROM芯片。比較麻煩，不予采用。8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4KROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒紙的，出場的8051都是含有特殊用途的單片機。所以8051適用

16、用應(yīng)用在程序已定且批量大的單片機產(chǎn)品中，所以也不采用。8751是在8031基礎(chǔ)上，增加了4K字節(jié)的EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在EPROM,可以反復(fù)修復(fù)程序。但其價格相對8031較貴。8031外擴一片4KB EPROM就相當于8751，它的最大優(yōu)點是價格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口。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。所以不采用89C51單片機是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable a

17、nd Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。89C51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。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。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)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。所以采用此單片機較好。AT89C51單片機簡介主要特征：與MCS-51 兼容；4K字節(jié)可

18、編程閃爍存儲器 ；壽命：1000寫/擦循環(huán) ；數(shù)據(jù)保留時間：10年 ；全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz；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16位定時器/計數(shù)器 ；5個中斷源 ；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式 ；片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。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。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外

19、部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給

20、出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。除了作為一般的IO口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表3-1 P3口的替代功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2(外中斷0)P3.3(外中斷1)P3.4

21、T0(定時計數(shù)器0)P3.5T1(定時計數(shù)器1)P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選器）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。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將單片機復(fù)位。ALE：當訪問外部程序存儲器或說句存儲器時，ALE(地址鎖存允許)輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE仍一時鐘振蕩頻率的16輸出固定的正弦脈沖信號，因此它可以對外輸出時鐘或用于定時目的。但要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個ALE脈沖。對FLASH存儲器編程期間，該引腳還用于輸入變成脈沖。如有必要，可

22、通過對特殊功能寄存器(SFR)區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置后，只有一條MOVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活，此外，該引腳后被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。：程序存儲允許()輸出時外部程序存儲器的讀取通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令或數(shù)據(jù)時，每個機器周期兩次有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)儲存器時，這兩次有效的信號不出現(xiàn)。EAVPP：外部訪問允許，欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000HFFFFH),EA端必須保持低電平接地。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。FLASH存儲器編程時

23、，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放電器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器3放大器的輸出端。時鐘振蕩器：AT89C51中有一個用于購車個內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2F分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個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3-2所示。外界適應(yīng)晶體(或陶瓷振蕩器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，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

24、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30pF±10pF，而如使用陶瓷振蕩器建議使用40pF±10pF。用戶也可以采用外部時鐘，采用時鐘的電路如圖3-3。在這種情況下，外部時鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。圖3-2 內(nèi)部振蕩電路圖3-3 外部振蕩電路由于外部時鐘信號是通過一個2分鐘觸發(fā)器作為內(nèi)部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。AT89C51單片機中，有些屬于低電平編程方式，而有些則是高電壓編程方式。用戶可以從芯片上的型號和讀取芯片內(nèi)的

25、簽名字節(jié)獲得該信息。如表3-2所示表3-2Vpp12VVpp5V芯片頂面標示AT89C51xxxxyywwAT89C51xxxx5yyww簽名字節(jié)030H1EH031H5EH032HFFH030H1EH031H51H032H05HAT89C51的程序存儲器列陣采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個字節(jié)要對整個芯片內(nèi)的PEROM程序存儲器寫入一個非空字節(jié)，必須使用擦除的方式將整個存儲器的內(nèi)容寫清楚。編程方法:編程前，先設(shè)置好地址，數(shù)據(jù)及控制信號，編程單元的地址加在PI口和P2口,P1.0P2.311位地址范圍為0000H0FFFH，數(shù)據(jù)從P0口輸入，為低電平，RST保持高電平，EA/Vpp引腳是編

26、程電源的輸入端，按要求加上標稱電壓，ALE/PROG引腳輸入編程脈沖負脈沖。編程時，可采用4 MHz20MHz的時鐘振蕩器,AT89C51編程方法如下：(1)在底線上加上要編程單元的地址信號。(2)在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。(3)激活相應(yīng)的控制信號。(4)在高電壓編程方式時，將EAVpp加上+12V編程電壓。(5)每對FLASH存儲陣列寫入一個字節(jié)，加上一個ALEPROG編程脈沖。改變編程電源的地址和寫入一個字節(jié)，重復(fù)1-5步驟，直到全部文件編程結(jié)束。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為1.5ms。AT89C51的極限參數(shù)：工作溫度: -55to+125；儲藏溫度：-60to+150；

27、任一引腳對地電壓：-1.0to+7.0；最高工作電壓：6.6V；直流輸出電壓：15.0mA。模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計隨著半導(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、微機械電子系統(tǒng)的發(fā)展中，也推動了嵌入或隱形模數(shù)AD轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展，AD轉(zhuǎn)換技術(shù)在變得越來越復(fù)雜的同時，也正朝著高精度、高速度的發(fā)展方向邁進。由于數(shù)字信號處理技術(shù)在圖形、視頻、無線通訊的廣泛應(yīng)用，對高速高精度的CMOS工藝的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求日益迫切。AD轉(zhuǎn)換器的種類繁多，工作原理各異，但逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器是應(yīng)用較多的類型之一，其原因是該類型的AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快、精度高。因此本次設(shè)計選用一款逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器AD

28、C0809.被采樣的電壓、電流信號分兩路進入ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，寫信號WR和P2.7控制ADC0809的地址鎖存和轉(zhuǎn)換器，即當START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下調(diào)沿時，開始進行AD轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。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。當EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束，否者表明正在進行AD轉(zhuǎn)換，即ECO=1時，讀信號RD和P2.7控制的ADC0809的OE信號即控制三條鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。3.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換器概述及單片機接口的一般特點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

29、二進制數(shù)的器件，其工作原理方框圖如圖3-4所示。圖3-4 AD轉(zhuǎn)換器原理方框圖由圖中可以看出，AD轉(zhuǎn)換器的輸入有兩種，即模擬輸入信號Vin和參考電壓Vref；其輸出時一組二進制數(shù)?？梢哉J為，AD轉(zhuǎn)換器是一個將模擬信號值編制成對應(yīng)的二進制碼的編碼器。常用的AD轉(zhuǎn)換器有：雙積分式、逐位比較式及秉性比較時幾種。如圖3-5所示，一個完整的AD轉(zhuǎn)換器應(yīng)該包含這樣的一些輸入、輸出信號。圖3-5 AD轉(zhuǎn)換器的輸入位置（1） 模擬輸入信號Vin和參考電壓Vref（2） 數(shù)字輸出信號（3） 啟動轉(zhuǎn)換新號，輸入（4） 轉(zhuǎn)換完成信號或者“忙”信號，輸出（5） 數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入為了與單片機接口，必須設(shè)置圖所示的

30、一些數(shù)據(jù)輸入接口、狀態(tài)輸入接口及控制輸出接口等。首先，單片機通過控制口發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號，命令A(yù)D轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換，肉厚單片機通過狀態(tài)讀入轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)，并判斷它是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。轉(zhuǎn)換結(jié)束，CPU發(fā)出數(shù)據(jù)輸出允許信號，將裝換完成的數(shù)據(jù)讀入。3.2.4ADC0809簡介圖3-6是 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，圖3-7 ADC0809引腳圖。ADC0809是8位逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器，它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個AD轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用AD轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存AD轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從

31、三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。圖3-6 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。信號單極性，電壓范圍是0V5V，若信號太小，必須進行放大。ALE：地址鎖存允許信號，輸入。由低到高的正跳變有效，此時鎖存地址選擇先的狀態(tài)，從而選通相應(yīng)的模擬通道，一邊進行AD轉(zhuǎn)換。當ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道模擬量進轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A、B、C為地址輸入線，用于選通IN0IN7的一路模擬量輸入。通道選擇表如表3-3所示。圖3-7 ADC0809引腳圖表3-3通道選擇表CBA選擇的通道

32、000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7INOIN7：8條模擬量輸入通道。2-12-8：8位數(shù)量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC:3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE:地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START： AD轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動AD轉(zhuǎn)換）。EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三

33、態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：電源，單一5V。GND：地。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。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上3.3 鍵盤輸入部分3.3.1 矩陣式鍵盤在鍵盤中按鍵數(shù)

34、量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。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，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口（如P1口）就可以構(gòu)成4*4= 16個按鍵，比之直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線數(shù)越多，區(qū)別越明顯，比如再多加一條線就可以構(gòu)成20鍵的鍵盤，而直接用端口線則只能多出一鍵（9鍵）。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是合理的。 矩陣式結(jié)構(gòu)的鍵盤顯然比直接法要復(fù)雜一些，識別也要復(fù)雜一些，列線通過電阻接正電源，并將行線所接的單片機的I/O口作為輸出端，而列線所接的 I/O口則作為輸入。這樣，當按鍵沒有按下時，所有的輸出

35、端都是高電平，代表無鍵按下。行線輸出是低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有鍵按下了。3.3.2獨立式鍵盤獨立式按鍵就是各按鍵相互獨立，每個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)。因此，通過檢測輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個按鍵按下了。獨立式按鍵電路配置靈活，軟件簡單，但每個按鍵需要占用一個輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時，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。在此系統(tǒng)中，查看電壓、電流只需要兩個按鍵，比較簡單，所以就采用獨立式按鍵接口電路。3.3.3LED顯示部分LED顯

36、示屏是二十世紀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。它具有可靠性高、使用壽命長、性能價格比較高等特點。在單片機應(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)碼顯示清晰、成本低廉，配置靈猴，與單片機接口簡單易行。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)ag筆端構(gòu)成“日”字形，另一個發(fā)光二極管Dp作為小數(shù)點。因此這種LED顯示器被稱為七段數(shù)碼管或八段數(shù)碼管。圖3-9 數(shù)碼管LED顯示器是由N各LED顯示塊拼接成N個LED顯示器。N個LED顯示塊有NG根位選線，根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接

37、方法也不同。段選線控制顯示字符的字形，而位選線為各個LED顯示塊的公共端，它控制該LED顯示位的亮、暗。LED顯示器有動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示兩種顯示方式。3.4LED的動態(tài)顯示方式在多位LED顯示時，為了簡化硬件電路，通常將所有位的段選線相應(yīng)的并聯(lián)在一起，有一個8位I/O控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。其中段選線占用一個8位I/O口，而位選段占用一個4位I/O口。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對各位來說都是相同的，因此，同一時刻，如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話，4位LED將顯示相同的字符。若要將各位LED能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示

38、字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字節(jié)的段碼。在確定LED不同位顯示的時間間隔，不能太短，因為發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延遲，導(dǎo)通時間太短，發(fā)光太弱人眼無法看清。但也不能太長，因為畢竟要受限于臨界閃爍頻率，而且此時間越長，占用CPU時間也越多，另外，顯示位增多，也將占用大量的CPU時間，因此動態(tài)顯示實質(zhì)是以犧牲CPU時間換取元就愛你的減少。3.4.1LED靜態(tài)顯示方式 LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極或共陽極連接在一起并接地（或+5V）；每位的段選碼（adp）分別與一個8位的鎖存器輸

39、出相連，所以稱為靜態(tài)顯示。各個LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，知道顯示另一個字符為止。也正因為如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易，付出的代價是占用口線較多，若用IO接口，則要占用4個8位口，若用鎖存器接口，則要4片7HC595芯片。如果顯示器位數(shù)較多，則靜態(tài)顯示方式更是無法適應(yīng)，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。由于本系統(tǒng)只涉及到4位顯示輸出，就采用了4片8位移位寄存器串級使用的LED靜態(tài)顯示方式。3.4.2 74HC595簡介3-10 74HC595引腳圖74HC595內(nèi)含有8位串入、串并出移位寄存器和8位三態(tài)輸出鎖存器。寄存器和鎖

40、存器分別由各自的時鐘輸入SRCK和RCK，都是上升沿有效。當SRCK從低到高電平跳變時，串行輸入數(shù)據(jù)SER移入寄存器；當SCR從低到高電平只對寄存器的數(shù)據(jù)置入鎖存器。清除端SRCLR的低電平只對寄存器復(fù)位QH1為低電平，而對鎖存器無影響。當輸出允許控制G為高電平時，并行輸出QSQH為高阻態(tài)，而串行輸出QH1不受影響。74HC595最多需要5根控制線，即SER、SRCK、RCK、SRCLR和G。其中SRCLR可以直接接到高電平，用軟件實現(xiàn)寄存器清零；如果不需要軟件改變亮度，G可以直接接到低電平，而用硬件來改變亮度。把其他三根線和單片機的IO口相接，即可實現(xiàn)LED控制。數(shù)據(jù)從SER口送入74HC5

41、95，在每個SRCK的上升沿，SER口上的數(shù)據(jù)移入寄存器，在SRCK的第9個上升沿，數(shù)據(jù)開始從QH1移出。如果把第一個74HC595的QH1和第二個74HC595的SER相接，數(shù)據(jù)即移入第二個74HC595中，照此一個一個接下去，可接任意多個。數(shù)據(jù)全部送完后，給RCK一個上升沿，寄存器中的數(shù)據(jù)即置入鎖存器。此時如果G為低電平，數(shù)據(jù)即從并口QAQH輸出，把QSQH與LED的8段相接。LED就可以實現(xiàn)顯示了。3.4.3鍵盤及顯示電路3-11 鍵盤及顯示電路4 軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1C語言簡介 C語言是近年來在國內(nèi)外普遍使用的一種程序設(shè)計語言。C語言功能豐富，表達能力強應(yīng)用廣，既有高級語言的特點，也有匯

42、編語言的特點。C是中級語言。它把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實用性結(jié)合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作，而這三者是計算機最基本的工作單元。 C是結(jié)構(gòu)式語言。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點是代碼及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護以及調(diào)試。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。C語言功能齊全。具有各種各樣的數(shù)據(jù)類型，并引入了指針概念，可使程序效率更高。另外C語言也具有強大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動器。而且計算功能、邏輯判

43、斷功能也比較強大。4.2 主程序流程圖圖4-1 主程序流程圖4.3按鍵程序流程圖在本系統(tǒng)中，有查看電壓或電流的功能，由兩個按鍵KEY1和KEY2控制。首先要判斷是否有減按下，如果的確有鍵按下，例如KEY1，選通模擬通道，單片機通過P2.7口發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換信號ADC0809，轉(zhuǎn)換結(jié)束，將數(shù)據(jù)從ADC0809中讀取送入AT89C51單片機中進行標度轉(zhuǎn)換和拆數(shù)等運算，并顯示于LED數(shù)碼管。標度轉(zhuǎn)換的目的是要把實際采樣的二進制轉(zhuǎn)換成BCD形式的電量值，然后存放到顯示緩沖區(qū)。一般按鍵在按下的時候有抖動的問題，即鍵的簧片會有輕微的彈跳，需要經(jīng)過一個短暫的時間才會可靠的接觸。若在簧片抖動時驚醒掃描就可能得到不

44、正確的結(jié)果。因此，在程序中需要考慮到防抖動的問題。最簡單的辦法是在檢測到有鍵按下時，延時一段時間再次檢測看是否有鍵按下，這個可以通過調(diào)用子程序來解決。圖4-2 按鍵程序流程圖KEY1和KEY2子程序流程圖如圖4-3所示。4.4定時器0中斷服務(wù)程序設(shè)計AT89C51內(nèi)部有兩個16位的可編程定時器計數(shù)器，T0和T1。定時器實際上是工作在計數(shù)方式下 ，只不過對固定平率的脈沖計數(shù)，由于脈沖周期也固定，由計數(shù)值可以計算出計數(shù)時就愛你，有定時的功能。AT89C51的TC是加1計數(shù)的。當工作在定時器方式時，對振蕩源12分頻的脈沖計數(shù)，即每個機器周期計數(shù)值加1，計數(shù)速率112fosc，當fosc=12MHz時

45、，計數(shù)速率=1000KHz,即計數(shù)器每加1用時1us。圖4-3KEY1和KEY2子程序流程圖TC的方式控制寄存器TMOD用來編程定時器計數(shù)器的工作方式。表4-1 方式寄存器TMOD各位功能位名稱功能D7GATE定時器/計數(shù)器T1門控制D6C/定時器/計數(shù)器T1功能選擇位；C/=1計數(shù)器，C/=0定時器D5M1定時器/計數(shù)器T1方式選擇位D4M0定時器/計數(shù)器T1方式選擇位D3GATE定時器/計數(shù)器T0門控制D2C/定時器/計數(shù)器T0功能選擇位；C/=1為計數(shù)器，C/=0為定時器D1M1定時器計數(shù)器T0方式選擇位D0M0定時器計數(shù)器T0凡是選擇位表4-2 定時器計數(shù)器T0、T1的四種工作方式M1

46、 MO方式功能0 00為12位定時器計數(shù)器，TL存低5位，TH存高8位0 11為16位定時器計數(shù)器1 02常數(shù)自動裝入8位定時器計數(shù)器1 13僅適用于T0，兩個8位定時器計數(shù)器適用于定時器計數(shù)器前，應(yīng)對它進行標稱初始化，在本系統(tǒng)中，適用定時器T0，工作方式1，計算T0的初值，定時2S顯示，如果到2S顯示電壓值，否則顯示電流值。流程圖如圖4-4所示。4.5 A/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 被采樣的電壓、電流信號分兩路進入ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，寫信號WR和P2.7控制ADC0809的地址鎖存器和轉(zhuǎn)換器，即當START上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行AD轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低

47、電平。轉(zhuǎn)換完成后，讀信號RD和P2.7共同控制的ADC0809的OE信號即控制三條輸出鎖存器單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。流程圖如圖4-5所示。圖4-4 定時器0中斷流程圖圖4-5 A/D轉(zhuǎn)換流程圖結(jié)束語我做的基于單片機的電量檢測系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計完成了，基本上達到了預(yù)期的目的。當初拿到這個題目的時候都不知道怎么入手，但在老師的指導(dǎo)下，自己找資料、看書，總算完成了。通過此次的畢業(yè)設(shè)計，使我對單片機有了更深一層的了解，從理論和實踐我都得到了很大的提高，所以這次任務(wù)的完成使我學(xué)到了很多知識。首先，豐富了自己的知識面，學(xué)通了以前沒學(xué)通的東西，具體了解了怎么去完成一個電路的設(shè)計。在此次的設(shè)計中，學(xué)到了單片機AT

48、89C51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，了解了時鐘電路和控制電路的工作原理，還有共陽極數(shù)碼管的工作原理，同時也提高了我的C語言使用能力，并且挺高了自己分析問題和解決問題的能力，有了理論聯(lián)系實際的機會，為以后從事這個方面的工作打好了基礎(chǔ)，這也是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲。這次的畢業(yè)設(shè)計總的來說還是比較成功的，能夠?qū)崿F(xiàn)電壓、電壓交替顯示，如果單獨查看電壓或電流，可以通過安檢控制查看電壓或電流，但是還是有許多不足之處，不過的確從中學(xué)到了很多，也發(fā)現(xiàn)了自己的很多問題，為自己以后的學(xué)習(xí)、進步打下了不錯的基礎(chǔ)。致謝歷時四個月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)告一段落，進過自己不斷的搜索努力以及吳老師的耐心指導(dǎo)和熱情幫局，本設(shè)計已經(jīng)完成。

49、在這段時間里面，吳老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱忱的工作作風使我十分佩服，她的知道使我也受益匪淺，同組的同學(xué)也給我了我極大的幫助，在此對幫助我的老師和同學(xué)表示深深的感謝。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，讓我深刻的認識到專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了大學(xué)四年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運用和銜接不夠熟練，但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善，這四個月的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充的過徹骨，為以后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。由于自身水平有限，設(shè)計中的不足之處。敬請各位老師批評指導(dǎo)。參考文獻1 張毅民，彭喜元.MCS51單片機應(yīng)用技術(shù)M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

50、72 何立民. MCS51單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京航空航天大學(xué)出版社，1998.73 徐愛軍. 單片機高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計M.電子工業(yè)出版社，1997.74 李華. MCS51系列單片機實用接口技術(shù)M北京航空航天大學(xué)出版社，1993.35 王福瑞.單片機微機測控系統(tǒng)設(shè)計大全M北京航天航空大學(xué)出版社，2000.56 廖忠. 單片機對交流電量直接采樣測試的實現(xiàn)J南昌水專學(xué)報，1995.27 詹新生，張江偉.基于AT89C51的數(shù)控直流電壓源的設(shè)計J現(xiàn)代電子技術(shù)，2008.18 楊妍，孫震，蘇為均.基于AT89C51的雙路智能測控儀的設(shè)計與實現(xiàn)J.北京工商大學(xué)學(xué)報，2007.79 林添成，赫魏東，徐健等.基于AT89C51的電量測量儀設(shè)計J.中國科技信息，2007.1210 趙負圖. 傳感器集成電路手冊M.化學(xué)工業(yè)出版社.2002.411 袁衛(wèi)華.多電量參數(shù)檢測用點偏激系統(tǒng)