直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì)

1、班班 級級 0833108331 學(xué)學(xué) 號號 0833101008331010 0 0 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 題題 目目 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì)直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 學(xué)學(xué) 院院 專專 業(yè)業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 導(dǎo)師姓名導(dǎo)師姓名 宋金茂 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信聲明書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立研究、寫作的成果，論文中所引用他人 的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中加以說明；有 關(guān)教師、同學(xué)和其他人員對本文的寫作、修訂提出過并為我在論文中 加以采納的意見、建議，均已在我的致謝辭

2、中加以說明并深致謝意。 本論文和資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 論文作者： （簽字） 時間：2012 年 5 月 20 日 指導(dǎo)教師已閱： （簽字）時間：2012 年 5 月 20 日 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 長 安 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)生姓名 學(xué)號 08331010 指導(dǎo)教師 宋金茂 職稱 高工 學(xué)院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 題目名稱 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 任務(wù)與要求： 一、任務(wù) 1. 學(xué)習(xí)單片機(jī)及數(shù)字電路方面的知識。2. 完成電路的整體設(shè)計(jì)。 二、要求 1. 編寫單片機(jī)程序。 2. 完成硬件電路的安裝及其調(diào)試。 3. 電流用 le

3、d 數(shù)碼管顯示。 開始日期 2012 年 1 月 5 日 完成日期 2012 年 5 月 24 日 院長（簽字） 年 月 日 注：本任務(wù)書一式兩份，一份交學(xué)院，一份學(xué)生自己保存。 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 長 安 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃 學(xué)生姓名 學(xué)號 08331010 指導(dǎo)教師 宋金茂 職稱 高 工 學(xué) 院 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 題目名稱 直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)度 起 止 時 間 工 作 內(nèi) 容 2012.1.52012.2.5 學(xué)習(xí)單片機(jī)和數(shù)字電路的相關(guān)知識。 2012.2.52012.3.5 查閱文獻(xiàn)資料，完成設(shè)計(jì)方案

4、。 2012.3.52012.4.5 編寫及調(diào)試單片機(jī)程序。 2012.4.52012.5.5 完成電路安裝及調(diào)試。 2012.5.52012.5.24 撰寫及完善論文，準(zhǔn)備論文答辯 二、主要參考書目（資料） 1 吳金戌.8051 單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2002 2 余錫存 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 西安電子科技大學(xué)出版社 2000 年 3 龍脈工作室51 單片機(jī) c 語言應(yīng)用開發(fā)技術(shù)大全 人民郵電出版社 08 年 9 月 4 余錫存 單片機(jī)原理及接口技術(shù) 西安電子科技大學(xué)出版社 2000 年 5 張國勛.縮短 icl7135a/d 采樣程序時間的一種方法，1993 6 潭浩強(qiáng)

5、c 程序設(shè)計(jì)清華大學(xué)出版社 2003 年 三、主要儀器設(shè)備 計(jì)算機(jī)一臺 四、教師的指導(dǎo)安排情況（場地安排、指導(dǎo)方式） 場地安排在物理實(shí)驗(yàn)中心，每周與學(xué)生會面兩個下午，指導(dǎo)并解決畢業(yè)設(shè)計(jì)的相 關(guān)問題。 五、對計(jì)劃的說明 注：本計(jì)劃一式兩份，一份交學(xué)院，一份學(xué)生自己保存（計(jì)劃書雙面打?。?西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 長 安 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 學(xué)學(xué) 院院專專 業(yè)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué)生姓名學(xué)生姓名學(xué)學(xué) 號號 08331010 班班 級級 08331 導(dǎo)師姓名導(dǎo)師姓名宋金茂職職 稱稱高 工單單 位位理學(xué)院 題目名稱題目名稱直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 檢檢

6、 查查 內(nèi)內(nèi) 容容檢檢 查查 結(jié)結(jié) 果果 題目是否更換及更換原因否 學(xué)生出勤情況 該生能經(jīng)常與老師聯(lián)系，積極學(xué)習(xí)相關(guān)知識，與 老師探討相關(guān)問題，出勤情況良好。 進(jìn) 度 評 價(jià) （完成總工作量的百分比） 70% 質(zhì)量評價(jià)、進(jìn)度描述軟件、硬件已做好 總 體 評 價(jià) （按優(yōu)、良、中、及格、不 及格五擋評價(jià)） 良 存在的問題與建議進(jìn)一步完善軟、硬件并抓緊撰寫論文。 學(xué) 院 審 核（蓋章） 檢查組教師： 2012 年 4 月 15 日 注：此表由指導(dǎo)教師填寫，中期檢查成績將作為畢業(yè)設(shè)計(jì)總成績的一部分；此表裝訂入畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中。 西 安 電 子 科 技 大 學(xué) 長 安 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績登記

7、表畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績登記表 學(xué)學(xué) 院院專專 業(yè)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 姓姓 名名學(xué)學(xué) 號號 08331010 成成 績績 題目名稱題目名稱直流數(shù)字電流表的設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師宋金茂職職 稱稱高工 指導(dǎo)教師 評語及對 成績的評 定意見 雷立磊同學(xué)能夠按照畢業(yè)設(shè)計(jì)工作計(jì)劃，在廣泛閱讀有關(guān)單片 機(jī)原理及 a/d 轉(zhuǎn)換等相關(guān)參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，基于單片機(jī)和 c 語言 基本理論，利用實(shí)驗(yàn)方法系統(tǒng)地開展了對直流數(shù)字電壓表的研究， 獲得了比較理想的設(shè)計(jì)作品，對相關(guān)結(jié)論及存在問題進(jìn)行了討論、 分析，同時將有關(guān)實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果進(jìn)行了比較驗(yàn)證。 該同學(xué)在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，能按指導(dǎo)教師的要求認(rèn)真開展工作， 出勤情況良好

8、。畢業(yè)設(shè)計(jì)工作反映出作者在通信工程專業(yè)方面已掌 握了一定的基礎(chǔ)理論和基本技能、具有一定的創(chuàng)新能力和解決相關(guān) 實(shí)際問題的能力。論文工作量飽滿，寫作認(rèn)真，條理清晰，推理嚴(yán) 謹(jǐn)，圖表曲線齊全。本論文已全面完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。 建議成績?yōu)椋?。 簽名 年 月 日 評閱人評 語及成績 評定意見 論文主要針對直流數(shù)字電流表進(jìn)行了深入研究，選題具有實(shí)際應(yīng) 用的現(xiàn)實(shí)意義，該項(xiàng)研究對于單片機(jī)的推廣具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值， 對數(shù)字測量儀表的發(fā)展具有重要意義。論文主要包括以下內(nèi)容： 1.掌握了單片機(jī)、數(shù)字電路方面的基本原理和基本理論。 2.具有分析和設(shè)計(jì)電路的基本技能和能力。 3.能夠解決硬件設(shè)計(jì)和調(diào)試方面的實(shí)

9、際問題。 4.在硬件設(shè)計(jì)和焊接方面具有一定的獨(dú)立工作能力。 論文撰寫認(rèn)真，內(nèi)容詳細(xì)，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，條理清晰。從論文中可 以看出作者閱讀了大量的國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，在通信工程專業(yè)方面掌 握了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)知識和基本應(yīng)用技能，具有一定的分析問題和 解決問題的能力。建議成績?yōu)椋?。 簽名 年 月 日 答辯小組 意見 雷立磊同學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，條理清晰，內(nèi)容詳細(xì)?；?答問題正確，通過答辯體現(xiàn)了雷立磊同學(xué)掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其 自動化專業(yè)方面的基本理論和基本技能，并能熟練的利用機(jī)械設(shè)計(jì) 制造及其自動化專業(yè)基本知識和單片機(jī)基本技能完成測量儀器方面 的應(yīng)用工作。經(jīng)過答辯組全體教師認(rèn)真討論，無記名投票同意該同

10、學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績?yōu)?。 簽名 年 月 日 學(xué)院答辯 委員會 意見 答辯委員 會主任簽名 （學(xué)院蓋章） 年 月 日 注：學(xué)院、專業(yè)名均寫全稱；成績登記表雙面打印。 摘要 直流數(shù)字電流表的誕生打破了傳統(tǒng)電子測量儀器的模式和格局。它顯示清晰 直觀、讀數(shù)準(zhǔn)確，采用了先進(jìn)的數(shù)顯技術(shù)，大大地減少了因人為因素所造成的測 量誤差事件。數(shù)字電流表是建立在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，讓電壓表與電阻串聯(lián)， 其顯示的是電流，數(shù)字電壓表是把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、 離散的數(shù)字形式，并加以顯示的儀表。數(shù)字電流表把電子技術(shù)、計(jì)算技術(shù)、自動 化技術(shù)的成果與精密電測量技術(shù)密切的結(jié)合在一起，成為儀器、儀表領(lǐng)域中獨(dú)立 而完

11、整的一個分支，數(shù)字電流表標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代 電子測量技術(shù)的先河。本設(shè)計(jì)采用了以單片機(jī)為開發(fā)平臺，控制系采用 at89c52 單片機(jī)，a/d 轉(zhuǎn)換采用 adc0809。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外，還可以方便 進(jìn)行 8 路其它 a/d 轉(zhuǎn)換量的測量、遠(yuǎn)程測量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。簡易數(shù)字電流 測量電路由 a/d 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。 關(guān)鍵詞：單片機(jī) at89c51at89c51 a/da/d 轉(zhuǎn)換 adc0809adc0809 數(shù)據(jù)處理 abstract the birth of digital voltage meter to break the tradit

12、ional mode of electronic measuring instruments and patterns. it shows the clear and intuitive, accurate reading, the use of advanced digital technology, greatly reducing the human factor due to measurement errors caused by the incident. digital voltmeter is the continuous analog (dc input voltage) i

13、nto a non- continuous, discrete digital form and displayed in the instrument. digital voltage meter to electronic technology, computing technology, automation technology and precision electrical measurement results of the close combination of technology, as equipment, instruments and complete the fi

14、eld of a branch of the independent, digital voltage meter marks a revolution in the field of electronic devices also created a precedent for modern electronic measurement technology. this design uses a microcontroller as a development platform, the control system using at89c52 microcontroller, a / d

15、 conversion using adc0809. system in addition to ensure the required functionality, but also can facilitate the 8 other a / d conversion volume measurement, such as extended transmission distance measurement function. simple digital voltage measuring circuit from the a / d conversion, data processin

16、g, display control and so on. key words: scm at89c51 a / d converter adc0809 data processing 目 錄 第一章第一章引言引言.1 1.1引言.1 1.2課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.1 1.3智能儀表目前發(fā)展?fàn)顩r.2 第二章第二章設(shè)計(jì)任務(wù)及可行性分析設(shè)計(jì)任務(wù)及可行性分析.5 2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求.5 2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路.5 2.3總體結(jié)構(gòu).6 2.3.1數(shù)字電流表的組成.6 2.3.2電路設(shè)計(jì).6 2.3.310 倍放大器電路.7 2.3.4a/d 轉(zhuǎn)換電路.7 2.3.5電橋輸入電路.8 2.3.6測量電路.

17、9 第三章第三章元器件的選擇元器件的選擇.11 3.1單片機(jī)的選擇.11 3.2a/d 轉(zhuǎn)換器的選擇.12 3.3led 顯示電路的選擇.13 3.4所需元器件清單.14 第四章第四章數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計(jì)數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計(jì).15 4.1硬件電路設(shè)計(jì)概述.15 4.2主要元器件的介紹.15 4.2.1單片機(jī) at89s51.15 4.2.2主要性能參數(shù).16 4.2.3at89s51 的引腳.16 4.2.4a/d 轉(zhuǎn)換芯片 adc0809.22 4.2.5adc0809 內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu).22 4.2.6adc0809 的引腳.23 4.2.7adc0809 的工作原理.24 4.2.84

18、位一體 7 段 led 數(shù)碼管.24 4.3控制電路模塊.25 4.3.1總電路.25 4.3.2at89s51 的復(fù)位電路和時鐘電路.26 4.3.3a/d 轉(zhuǎn)換電路.27 4.3.4顯示電路.28 第五章第五章數(shù)字式電流表的軟件設(shè)計(jì)數(shù)字式電流表的軟件設(shè)計(jì).29 5.1系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)總方案.29 5.2系統(tǒng)子程序設(shè)計(jì).29 5.2.1初始化程序.29 5.2.2a/d 轉(zhuǎn)換子程序.29 5.2.3顯示子程序.30 5.3系統(tǒng)程序代碼.31 第六章第六章數(shù)字式電流表的調(diào)試數(shù)字式電流表的調(diào)試.35 6.1軟件調(diào)試.35 6.2顯示結(jié)果及誤差分析.35 6.2.1顯示結(jié)果.35 6.2.2誤差分析.

19、38 第七章第七章結(jié)結(jié) 論論.39 致謝致謝.41 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).43 第一章引言 1.1 引言 傳統(tǒng)的指針式刻度電流表功能單一，精度低，容易引起視差和視覺疲勞，因 而不能滿足數(shù)字化時代的需求。采用單片機(jī)的數(shù)字電流表，將連續(xù)的模擬量如直 流電壓轉(zhuǎn)化成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強(qiáng)， 可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與 pc 實(shí)時通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的 核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電流表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀 表及各種非電量的數(shù)字化儀表。目前，由各種單片機(jī)和 a/d 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字 電流表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試

20、系統(tǒng)等智能 化測量領(lǐng)域。顯示出強(qiáng)大的生命力。與此同時，由 dvm 擴(kuò)展而成的各種通用及專 用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新的水平。因此對數(shù)字電 壓表作全面深入的了解是很有必要的。 1.2 課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 最近的十幾年來，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成電路 (ic)和微處理器技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術(shù)也有了巨大的進(jìn)步，從而促使了數(shù)字電流表的日新 月異，并不斷出現(xiàn)新的類型。 數(shù)字電流表從 1952 年問世以來，經(jīng)歷了不斷改 進(jìn)的過程，從最早采用繼電器、電子管的型式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化 (ic 化 。另一方面，精度也從 0.1%提高到了現(xiàn)在的 0.01%0.0

21、05%，而且從 實(shí)驗(yàn)中空用的“高價(jià)樣品” 開始已發(fā)展到了現(xiàn)在為廠礦企業(yè)廣所使用的的“廉 價(jià)型” ，進(jìn)而出現(xiàn)了能夠用于安裝板上作指示儀表的“安裝型” 。 目前，數(shù)字電 流表的內(nèi)部核心部件是 a/d 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電流表的 準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電流表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個方面。 1.3 智能儀表目前發(fā)展?fàn)顩r 在自動化控制系統(tǒng)中，儀器儀表作為其構(gòu)成元素，它的技術(shù)進(jìn)展是跟隨控制 系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展的。常規(guī)的自動化儀器儀表適應(yīng)常規(guī)控制系統(tǒng)的要求，它們以經(jīng) 典控制理論和現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，以控制對象的數(shù)學(xué)模型為依據(jù)。當(dāng)今，控制 理論已發(fā)展到智能控制的新階段，自動化儀器儀表

22、的智能化就成為必然和必須。 本文將就自動化儀器儀表的智能化的狀況與進(jìn)展，以及當(dāng)今對智能儀器儀表研究、 開發(fā)熱點(diǎn)做概要的分析與表述。作者建議人們關(guān)注自動化儀器儀表智能化技術(shù)的 進(jìn)展，關(guān)注儀器儀表裝置與控制系統(tǒng)技術(shù)的互動發(fā)展，這對推進(jìn)我國自動化技術(shù) 水平的進(jìn)一步提高將是大為有益的。智能化的自動化儀器儀表應(yīng)以智能控制理論 為基礎(chǔ)，體現(xiàn)人的智能行為。人工智能是智能控制理論的基本組成部分之一，它 以知識為基礎(chǔ)，它的目標(biāo)是建造智能化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用來模擬和執(zhí)行人類的智 力功能，如判斷、理解、推理、識別、規(guī)劃、學(xué)習(xí)和問題求解等等，進(jìn)而用自動 機(jī)模仿人類的思維過程和智能行為?；谥悄芸刂评碚摶A(chǔ)的智能儀器儀表

23、目前 大致有幾方面的進(jìn)展: （1）專家控制系統(tǒng)(expert control system, ecs)是典型的基于知識控制系 統(tǒng)，它是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)。它運(yùn)用人工智能技術(shù)和計(jì) 算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模 擬人類專家的決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的復(fù)雜問題。專家控 制器的結(jié)構(gòu)按控制要求的不同而有所不同。典型的結(jié)構(gòu)由知識庫、推理機(jī)、人機(jī) 接口等組成。其中，知識的獲取、知識庫的建立是關(guān)鍵。人們已經(jīng)總結(jié)出的方法 是領(lǐng)域?qū)＜液椭R專家的有機(jī)結(jié)合，同時收集、歸納有經(jīng)驗(yàn)的操作員方面的知識。 然后把獲取的知識變成可用的規(guī)則，以期在推

24、理過程中得到更高的命中率。專家 控制已在工業(yè)控制中得到廣泛的應(yīng)用。 （2）模糊控制器(fc-fuzzy controller)，也稱模糊邏輯控制器(flc-fuzzy logic controller)。自然界的事物都具有一定的模糊性，模糊邏輯在控制領(lǐng)域 中的應(yīng)用產(chǎn)生了模糊控制技術(shù)。由于模糊控制技術(shù)具有處理不確定性、不精確性 和模糊信息的能力，對無法建造數(shù)學(xué)模型的被控過程能進(jìn)行有效的控制，能解決 一些用常規(guī)控制方法不能解決的問題，因而模糊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛 的應(yīng)用。模糊控制器一般由輸入標(biāo)定、模糊化、模糊決策、清晰化、輸出標(biāo)定等 幾個部分組成。其中，模糊化、模糊決策、清晰化是主要和基本

25、的部分， “模糊 化”將輸入量(精確量)變?yōu)槟：浚?“模糊決策”進(jìn)行模糊運(yùn)算，其過程是由推 理機(jī)進(jìn)行預(yù)估輸出推理，得到模糊量輸出。 “清晰化”將模糊量輸出轉(zhuǎn)化為精確 量，提供給系統(tǒng)的驅(qū)動器定標(biāo)后使用。當(dāng)前，模糊控制技術(shù)在工業(yè)控制中得到廣 泛的應(yīng)用，尤其在不確定性過程、難于建模的場合發(fā)揮了模糊控制技術(shù)的長處。 模糊控制器在家電和其它行業(yè)同樣得到了廣泛的應(yīng)用。 （3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了系統(tǒng)的信息處理能力，提高 了系統(tǒng)的智能水平。所謂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，簡稱神經(jīng)控制，它是指采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這 一技術(shù)對復(fù)雜的非線性對象進(jìn)行建模，或擔(dān)當(dāng)控制器，或優(yōu)化計(jì)算，或進(jìn)行推理， 或故障診斷等工作。由于神

26、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的并行結(jié)構(gòu)和并行實(shí)現(xiàn)能力，具有對 任意非線性關(guān)系的描述能力，具有通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)歸納全部數(shù)據(jù)能力，使得它在控 制系統(tǒng)中被廣泛靈活地應(yīng)用。 數(shù)字電流表，作為智能儀表的一種，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模 擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng) 的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機(jī)的 數(shù)字電流表，由精度高、抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)、集成方便，還可與 pc 進(jìn) 行實(shí)時通信。目前，由各種單片 a/d 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電流表，已被廣泛用于電 子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域，示出強(qiáng)大的 生命力。 第二

27、章 設(shè)計(jì)任務(wù)及可行性分析 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1、可以測量 0-5v 的 8 路輸入電壓值； 2、測量結(jié)果可在四位 led 數(shù)碼管上輪流顯示后單路選擇顯示； 3、測量最小分辨率為 0.019a； 4、測量誤差約為+0.0av； 2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 1、 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇 at89s51 單片機(jī)作為核心控制器件。 2、 a/d 轉(zhuǎn)換采用 adc0809 實(shí)現(xiàn)。與單片機(jī)的接口為 p0 口和 p2 的高 四位引腳。 3、 電壓顯示采用 4 位一體的 led 數(shù)碼管。 4、 led 數(shù)碼管的段碼輸入，由并行端口 p1 產(chǎn)生；位碼輸入，由并行 端口 p3 低三位產(chǎn)生。 主控模塊 顯示模塊 a/d

28、轉(zhuǎn)換模塊 圖 2.1 設(shè)計(jì)思路框圖 2.3 總體結(jié)構(gòu) 2.3.1數(shù)字電流表的組成 圖2.2 數(shù)字電流表的組成框圖 數(shù)字直流電流表的核心是a/d轉(zhuǎn)換器。按系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng) 采用at89c51單片機(jī)，a/d轉(zhuǎn)換采用adc0809。系統(tǒng)除能確保實(shí)現(xiàn)要求的功能外， 還可以方便地進(jìn)行8路其他a/d轉(zhuǎn)換量的測量和遠(yuǎn)程測量結(jié)果傳送等擴(kuò)展功能。數(shù) 字電流表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖如圖2.3所示。 at89c5 1 p0 p 2 p 1 p3 adc0809 4 位 led 顯示 上電復(fù)位 串口通信 電源電路 圖 2.3 數(shù)字電流表系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案框圖 2.3.2電路設(shè)計(jì) 1、io 口資源分配 p3 口連接

29、adc0804 的 8 位數(shù)據(jù)口； p1.4 連接 adc0804 的 2、3 引腳，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取控制； p0 口連接 led 數(shù)碼管段碼 a-h； p2、0-p2、2 連接 led 數(shù)碼管的位選驅(qū)動； p1.0,p1.1 連接按鍵,p1.2 連接 led 指示燈； 2.3.310 倍放大器電路 下圖是一個最簡單的 10 倍放大電路，運(yùn)算放大器使用的是精度比較高的 op07，利用它，可以把 0200mv 的電壓放大到 02.000v。在使用的數(shù)字電流 表量程為 2.000a 時，特別有用。如果把它應(yīng)用在基本量程為200.0ma 的數(shù)字電 流表上，就相當(dāng)于把分辨力提高了 10 倍，在一些測量領(lǐng)域

30、中，傳感器的信號往 往覺得太小了，這時，可以考慮在數(shù)字流表前面加上這種放大器來提高分辨力。 圖 2.4 倍放大器電路 2.3.4a/d 轉(zhuǎn)換電路 在電流或者電壓的測量中，經(jīng)常遇見測量的并不是直流而是交流，這時候， 絕對不可以把交流信號直接輸入到數(shù)字電流表去，必須先把被測的交流信號變 成直流信號后，才可以送入數(shù)字電流表進(jìn)行測量。下圖就是一個把交流信號轉(zhuǎn) 換成為直流信號的參考電路。（說明：更好的交流轉(zhuǎn)換成為直流的電路是一種 “真有效值”轉(zhuǎn)換電路，但是由于其專用芯片價(jià)格昂貴，多應(yīng)用在一些高檔場合。 ） 本電路中，輸入的是 0200.0mv 的交流信號，輸出的是 0200.0mv 的直 流信號，從信號

31、幅度來看，并不要求電路進(jìn)行任何放大，但是，正是電路本身 具有的放大作用，才保證了其幾乎沒有損失地進(jìn)行 acdc 的信號轉(zhuǎn)換。因此， 這里使用的是低功耗的高阻輸入運(yùn)算放大器，其不靈敏區(qū)僅僅只有 2ma 左右， 在普通數(shù)字萬用表中大量使用，電路大同小異。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(jìn)行。直到 ad 轉(zhuǎn)換完成，eoc 變?yōu)楦唠?平，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(dāng) oe 輸入

32、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。 圖 2.5 ac-dc 轉(zhuǎn)換電路 2.3.5電橋輸入電路 在溫度測量和其他物理及化學(xué)量的測量中，經(jīng)常會出現(xiàn)“零點(diǎn)”的時候信號 不是零的情況，這時候，下面的“電橋輸入”電路就被優(yōu)先采用了?？梢愿鶕?jù)被 測信號的特點(diǎn)，用傳感器替換電橋回路中的某一個電阻元件。數(shù)字電壓表的兩 個輸入端也不再有接地點(diǎn)，作為一種典型的“差分”輸入來使用了。 圖 2.6 電橋輸入（差分輸入，比例輸入）電路 2.3.6 測量電路 電橋輸入電路的變種還可以延伸到下面的電路，這是一個把 420ma 電流 轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示的電路。它的零點(diǎn)就是 4ma 而不是 0ma。當(dāng)輸

33、入零點(diǎn)電流為 4ma 的時候，利用 in-上面建立起來的電壓，抵消掉 in+由于 4ma 出現(xiàn)的無用 信號，使得數(shù)字電壓表差分輸入0,就實(shí)現(xiàn)了 4ma 輸入時顯示為 0 的要求。隨 著信號的繼續(xù)增大，例如到了 20ma，對數(shù)字電流表來說，相當(dāng)于差分輸入電 流為 20-4=16ma，這個 16ma 在 62.5r 電阻上的壓降，就是數(shù)字電流表的最大 輸入信號。這時候，把數(shù)字電流表的基準(zhǔn)電壓調(diào)整到與 16*62.51000mv 相等， 顯示就是 1000 個字。 圖 2.7 測量電路 簡易數(shù)字電流表測量電路由 a/d 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。 a/d 轉(zhuǎn)換有集成電路 adc0809 完成。

34、adc0809 具有 8 路模擬輸入端口，地 址線(第 23-25 腳)可決定對哪一路模擬輸入作 a/d 轉(zhuǎn)換。第 22 腳位地址鎖存控制， 當(dāng)輸入為高電平時，對地址信號進(jìn)行鎖存。第 6 腳位測試控制，當(dāng)輸入一個 2 寬高電平脈沖時，就開始 a/d 轉(zhuǎn)換。第 7 腳為 a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) a/d 轉(zhuǎn)換 結(jié)束時，第 7 腳輸出高電平。第 9 腳為 a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) oe 腳為 高電平時，a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出。第 10 腳為 adc0809 的時鐘輸入端，利用 單片機(jī)第 30 腳嘚分頻晶振頻率，再通過 14024 二分頻得到 1mhz 時鐘。 單片機(jī)的 p1、p3.0-

35、p3.3 端口作為 4 位 led 數(shù)碼管顯示控制。p3.5 端口用作 單路顯示/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕。p3.6 端口用作單路顯示時選擇顯示的通道。p0 端 口用作 a/d 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入，p2 端口用作 adc0809 的 a/d 轉(zhuǎn)換控制。 第三章 元器件的選擇 3.1 單片機(jī)的選擇 20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上 一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場的產(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(jī)的生產(chǎn)廠家和主要機(jī)型如下： 美國 intel 公司：mcs51 系列及其增強(qiáng)型系列 美國 motorola 公司：6801 系列和 6

36、805 系列 美國 atmel 公司：89c52 等單片機(jī) 美國 zilog 公司：z8 系列及 super8 美國 fairchild 公司：f8 系列和 3870 系列 美國 rockwell 公司：6500/1 系列 美國 ti（德克薩司儀器儀表）公司：tms7000 系列 ns（美國國家半導(dǎo)體）公司：ns8070 系列 等等。 盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用最多的還是 intel 公司的 mcs51 系列單片機(jī)和美國 atmel 公司的 89c52 單片機(jī) mcs51 系列單片機(jī)包括三個基本型 8031、8051、8751 8031 內(nèi)部包括一個 8 位 cpu、128 個字節(jié)

37、ram，21 個特殊功能寄存器（sfr） 、 4 個 8 位并行 i/o 口、1 個全雙工串行口、2 個 16 位定時器/計(jì)數(shù)器，但片內(nèi)無程 序存儲器，需外擴(kuò) 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 4k rom，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，代為用戶燒制的， 出廠的 8051 都是含有特殊用途的單片機(jī)。所以 8051 適合與應(yīng)用在程序已定，且 批量大的單片機(jī)產(chǎn)品中。也不予采用。 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

38、戶可以將程序固化在 eprom 中，可以反復(fù)修改程序。但其價(jià)格 相對 8031 較貴。8031 外擴(kuò)一片 4kb eprom 的就相當(dāng)于 8751，它的最大優(yōu)點(diǎn)是價(jià) 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)的外圍接口電路也可以 是大規(guī)模的。也不予采用。 at89s51 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低功耗、高性能 cmos 8 位單片機(jī)。圖 1-6 和 1-7 分別為其實(shí)物圖和內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)圖。at89s51 片內(nèi)含有 4k 字節(jié) flash 閃速 存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部 ram，32 個 i/o 口線，看門狗(wdt)，兩個數(shù)據(jù)指針，兩 個 16 位定時/計(jì)數(shù)器,一個 5 向量兩級

39、中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi) 振蕩器及時鐘電路。同時,s51 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?？臻e方式停止 cpu 的工作，但允許 ram，定時/計(jì)數(shù)器，串行 通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并 禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。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 at89s51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控 制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。因此我選擇 at89s51 為系統(tǒng)的控制器。 3.2 a/d 轉(zhuǎn)換器的選擇 a/d 轉(zhuǎn)換器大致分有三類：一是雙

40、積分 a/d 轉(zhuǎn)換器，二是逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn) 換器，三是并行 a/d 轉(zhuǎn)換器。 雙積分 a/d 轉(zhuǎn)換器通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時間或頻率，然后 由定時器/計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。它的優(yōu)點(diǎn)是分辨率高，抗干擾性好，價(jià)格便宜， 但轉(zhuǎn)換速率低。 逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器是將采樣輸入信號與給定電壓不斷地進(jìn)行比較，從逐 次逼近寄存器的最高位開始，順序地對寄存器的每一位將輸入電壓與內(nèi)置 d/a 轉(zhuǎn) 換器輸出進(jìn)行比較，一個時鐘周期完成 1 位轉(zhuǎn)換，進(jìn)過 n 次比較而得到數(shù)字值。 它的優(yōu)點(diǎn)是精度、速度、價(jià)格適中、不存在延遲問題。適合于中速率而分辨率較 高的場合。 并行 a/d 轉(zhuǎn)換器是內(nèi)部有多個比較器

41、，只需要作一次比較就可完成轉(zhuǎn)換。優(yōu) 點(diǎn)是它是所有 a/d 轉(zhuǎn)換器中速度最快的，但價(jià)格也昂貴，分辨率卻不是很高。 在轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速率、以及經(jīng)濟(jì)上的考慮，該系統(tǒng)決定選用逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器的 adc0809 型。adc0809 是典型的 8 位 mos 型 8 通道逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換器，每采集一次一般需 100s。 圖 3.1 逐次逼近式 a/d 轉(zhuǎn)換原理圖 3.3 led 顯示電路的選擇 led 顯示器是由 n 個 led 顯示塊拼接成 n 位 led 顯示器。n 個 led 顯示塊有 n 跟位選線，根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同，段 選線控制顯示字符的字型

42、，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 顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。 （1）led 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） ；每位的段選線（adp）分別與一個 8 位的鎖存器輸出相連。 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，直到顯示另一個字符為止。也正因此如此，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(jià)是占用口線較多，若用 i/o 接口，則要占用 4 個 8 位 i/o 口，若用鎖存器接口，則要用 4 片 7

43、4ls373 芯片。如果顯示器位數(shù) 增多，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。 順序脈沖 發(fā)生器 逐次逼近 寄存器 dac 電流 比較器 輸入數(shù)字電流 輸入電流 （2）led 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 口控制，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(shí)現(xiàn)各位的分時選通。其中段選線占用一個 8 位 i/o 口，而位選線占用一個 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

44、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。若要各位 led 能夠顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符， 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?yàn)榘l(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定 的延時，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?yàn)楫吘挂?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(shí)質(zhì)是一犧牲 cpu 時間來換取元件的減 少。 所以，由于本系統(tǒng)

45、涉及到 4 位顯示輸出，采用 led 動態(tài)掃描顯示方式。 3.4 所需元器件清單 表 3.1 所需元器件材料表 器件類型器件名數(shù)值數(shù)量 單片機(jī)at89s51 1 a/d 轉(zhuǎn)換器adc0809 1 數(shù)碼管tseg-mp*4- cc-blue 1 開關(guān)按鍵開關(guān) 1 電容c1、c233uf 2 電解電容c310uf 1 電阻r11k 2 排阻rp1200 1 變阻器rv11k 1 晶振x11mhz 1 第四章 數(shù)字式電流表的硬件設(shè)計(jì) 4.1 硬件電路設(shè)計(jì)概述 硬件電路設(shè)計(jì)主要包括：at89s51 單片機(jī)系統(tǒng)，a/d 轉(zhuǎn)換電路，顯示電路。 測量最大電壓為 5a，顯示最大值為 5.00a。本實(shí)驗(yàn)采用 a

46、t89s51 單片機(jī)芯片配合 adc0809 模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個簡易的數(shù)字電流表。 硬件電路設(shè)計(jì)由 6 個部分組成; a/d 轉(zhuǎn)換電路，at89c51 單片機(jī)系統(tǒng)，led 顯 示系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路以及測量電流輸入電路。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示。 時鐘電路 復(fù)位電路 a/d 轉(zhuǎn)換電路測量電流輸入 顯示系統(tǒng) at89c51 p1 p 2 p2 p0 圖 4.1 數(shù)字式電流表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 4.2 主要元器件的介紹 4.2.1單片機(jī) at89s51 at89s51 是美國 atmel 公司生產(chǎn)的低功耗、高性能 cmos 8 位單片機(jī)。圖 4.2 和 4.3 分別為其實(shí)物圖和內(nèi)部總體

47、結(jié)構(gòu)圖。at89s51 片內(nèi)含有 4k 字節(jié) flash 閃速 存儲器，128 字節(jié)內(nèi)部 ram，32 個 i/o 口線，看門狗(wdt)，兩個數(shù)據(jù)指針，兩 個 16 位定時/計(jì)數(shù)器,一個 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi) 振蕩器及時鐘電路。同時,s51 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?？臻e方式停止 cpu 的工作，但允許 ram，定時/計(jì)數(shù)器，串行 通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 ram 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并 禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。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

48、 at89s51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控 制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 4.2.2主要性能參數(shù) 與 mcs-51 產(chǎn)品指令系列完全兼容； 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程(isp)flash 閃速存儲器； 1000 次擦寫周期； 4.05.5 v 工作電壓范圍； 全靜態(tài)工作模式：0hz33mhz； 三級程序加密鎖； 128 字節(jié)內(nèi)部 ram； 32 個可編程 i/o 口線； 2 個 16 位的定時/計(jì)數(shù)器； 6 個中斷源； 全雙工串行 uart 通道； 低工耗空閑和掉電模式； 中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)； 看門狗(wdt)及雙數(shù)據(jù)指針； 掉電標(biāo)識和快速編程特性； 靈活的在系統(tǒng)編程 4.

49、2.3at89s51 的引腳 at89s51 芯片為 40 引腳雙列直插式封裝，其引腳排列如圖 4.2 所示。 圖 4.2 at89s51 的引腳圖 (1)vcc：電源電壓； (2)gnd：接地； (3)p0 口：p0 口是一組 8 位漏極開路雙向 i/o 口，每位引腳可驅(qū)動 8 個 ttl 邏輯門路。對 p0 口的管腳寫“1”時，被定義為高阻抗輸入。在訪問外部數(shù)據(jù) 存儲器或程序存儲器時，它可以被定義為數(shù)據(jù)總線和地址總線的低八位。在 flash 編程時，p0 口作為原碼輸入口；當(dāng) flash 進(jìn)行校驗(yàn)時，p0 輸出原碼，此 時 p0 外部必須接上拉電阻。 (4)p1 口：p1 口是一個內(nèi)部提供

50、上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口的輸出 緩沖器可驅(qū)動 4 個 ttl 邏輯門電路。對 p1 口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉電 阻拉高，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) 部接有上拉電阻的緣故。在 flash 編程和校驗(yàn)時，p1 口作為低八位地址接收。 p1 口還具有第二功能，如表 4.1 所示。 表 4.1 p1 口的第二功能 端口引腳第二功能 p1.5 mosi(用于 isp 編程) p1.6 miso(用于 isp 編程) p1.7 sck(用于 isp 編程) (5)p2 口：p2 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口的輸

51、出緩 沖器可驅(qū)動 4 個 ttl 邏輯門電路。對 p2 口管腳寫入“1”后，被內(nèi)部上拉電阻拉 高，可用作輸入。p2 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部接有 上拉電阻的緣故。p2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行 存取時，p2 口輸出地址的高八位。在訪問 8 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2 口線 上的內(nèi)容，在整個訪問期間不改變。p2 口在 flash 編程和校驗(yàn)時接收高八位地址 信號和控制信號。 (6)p3 口：p3 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p3 口的輸出緩 沖器可驅(qū)動 4 個 ttl 邏輯門電路。對 p3 口管腳寫入“1”后，被內(nèi)

52、部上拉電阻拉 高，可用作輸入。p3 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部接有 上拉電阻的緣故。p3 口除了一般 i/o 線的功能外，還具有更為重要的第二功能， 如表 4.2 所示。p3 口同時為 flash 編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號 表 4.2 p3 口的第二功能 端口引腳第二功能 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /into（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（定時器 0 外部輸入） p3.5 t1（定時器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選

53、通） (7) rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 rst 腳兩個機(jī)器周期的 高電平時間。 (8) ale/rpog：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存 地址的地位字節(jié)。在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用 作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲 器時，將跳過一個 ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時， ale 只有在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。 如

54、果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。 (9)/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每 個機(jī)器周期兩次/psen 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的信號將 不出現(xiàn)。 (10)/ea/vpp：當(dāng)保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h- ffffh） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內(nèi)部鎖定為 reset；當(dāng)/ea 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 flash 編程期間，此引 腳也用于施加 12v 編程電源（vpp） 。 at89s51 有 256 個字節(jié)的內(nèi)部 ram，80h-ffh 高 128 個字

55、節(jié)與特殊功能寄存 器（sfr）地址是重疊的，也就是高 128 字節(jié)的 ram 和特殊功能寄存器的地址是 相同的，但物理上它們是分開的。 定時器 0 和定時器 1： at89s51 的定時器 0 和定時器 1 的工作方式與 at89c51 相同。定時和計(jì)數(shù)功 能由特殊功能寄存器 tmod 的控制位 c/t 進(jìn)行選擇，這兩個定時/計(jì)數(shù)器有 4 種操 作模式，通過 tmod 的 m1 和 m0 選擇。其中模式 0、1 和 2 都相同，模式 3 不同。 定時器 2： 定時器 2 是一個 16 位定時/計(jì)數(shù)器。它既可當(dāng)定時器使用，也可作為外部 事件計(jì)數(shù)器使用，其工作方式由特殊功能寄存器 t2con 的

56、c/t2 位選擇。定時器 2 有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)）方式和波特率發(fā) 生器方式，工作方式由 t2con 的控制位來選擇。 定時器 2 由兩個 8 位寄存器 th2 和 tl2 組成，在定時器工作方式中，每個 機(jī)器周期 tl2 寄存器的值加 1，由于一個機(jī)器周期由 12 個振蕩時鐘構(gòu)成，因此， 計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的 1/12。 在計(jì)數(shù)工作方式時，當(dāng) t2 引腳上外部輸入信號產(chǎn)生由 1 至 0 的下降沿時， 寄存器的值加 1，在這種工作方式下，每個機(jī)器周期的 5sp2 期間，對外部輸入 進(jìn)行采樣。若在第一個機(jī)器周期中采到的值為 1，而在下一個機(jī)器周期中采到的 值為 0

57、，則在緊跟著的下一個周期的 s3p1 期間寄存器加 1。由于識別 1 至 0 的 跳變需要 2 個機(jī)器周期（24 個振蕩周期） ，因此，最高計(jì)數(shù)速率為振蕩頻率的 1/24。為確保采樣的正確性，要求輸入的電平在變化前至少保持一個完整周期的 時間，以保證輸入信號至少被采樣一次。 可編程時鐘輸出： 定時器 2 可通過編程從 p1.0 輸出一個占空比為 50%的時鐘信號。p1.0 引腳 除了是一個標(biāo)準(zhǔn)的 i/o 口外，還可以通過編程使其作為定時/計(jì)數(shù)器 2 的外部時 鐘輸入和輸出占空比 50%的時鐘脈沖。當(dāng)時鐘振蕩頻率為 16mhz 時，輸出時鐘頻 率范圍為 61hz4mhz。 uart： at89s

58、51 的工作方式與 at89c51 工作方式相同。串口為全雙工結(jié)構(gòu)，表示可 以同時發(fā)送和接收，它還具有接收緩沖，在第一個字節(jié)從寄存器讀出之前，可以 開始接收第二個字節(jié)。 （但是如果第二個字節(jié)接收完畢時第一個字節(jié)仍未讀出， 其中一個字節(jié)將會丟失） 。串口的發(fā)送和接收寄存器都是通過 sfr sbuf 進(jìn)行訪問 的。寫入 sbuf 的數(shù)據(jù)裝入發(fā)送寄存器，對 sbuf 的讀操作是對物理上分開的接收 寄存器進(jìn)行訪問。 該串口有 4 種操作模式（模式 0、模式 1、模式 2 和模式 3） ，在這 4 種模式 中，發(fā)送過程是以任意一條寫 sbuf 作為目標(biāo)寄存器的指令開始的，模式 0 時接 收通過設(shè)置 r0

59、=0 及 ren=1 初始化，其他模式下如若 ren=1 則通過起始位初始化。 中斷： at89s51 共有 6 個中斷向量：兩個外中斷（int0 和 int1） ，3 個定時器中斷 （定時器 0、1、2）和串行口中斷。 這些中斷源可通過分別設(shè)置專用寄存器 ie 的置位或清 0 來控制每一個中斷 的允許或禁止。ie 也有一個總禁止位 ea，它能控制所有中斷的允許或禁止。 定時器 2 的中斷是由 t2con 中的 tf2 和 exf2 邏輯或產(chǎn)生的，當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷 服務(wù)程序時，這些標(biāo)志位不能被硬件清除，事實(shí)上，服務(wù)程序需確定是 tf2 或 exf2 產(chǎn)生中斷，而由軟件清除中斷標(biāo)志位。 定時器 0 和

60、定時器 1 的標(biāo)志位 tf0 和 tf1 在定時器溢出那個機(jī)器周期的 s5p2 狀態(tài)置位，而會在下一個機(jī)器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。然而，定時器 2 的標(biāo)志位 tf2 在定時器溢出的那個機(jī)器周期的 s2p2 狀態(tài)置位，并在同一個機(jī)器 周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。 時鐘振蕩器： at89s51 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 xtal1 和 xtal2 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。 外接石英晶體（或陶瓷諧振器）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