基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)

(此文檔為word格式，下載后您可任意編輯修改！)畢業(yè)論文基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)摘要本設(shè)計(jì)主要研究的是以AT89C51單片機(jī)為核心的電壓測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在單片機(jī)的控制下完成對(duì)電壓信號(hào)采集，能夠根據(jù)采樣值進(jìn)行量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并且測(cè)量結(jié)果可通過四個(gè)數(shù)碼管顯示出來。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完成了硬件電路的設(shè)計(jì)及軟件程序的編寫，通過最終硬件電路的調(diào)試及軟件程序的仿真，使該系統(tǒng)能夠在要求的條件下到達(dá)正常的測(cè)量及顯示功能。在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，主要采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機(jī)；數(shù)字電壓表；模塊化DesignofthedigitalvoltmeterbasedontheMCUAbstractThispaperintroducesanachievementofavoltagemeasuresystembasedontheAT89C51MCU.Thissystemcanaccomplishthesignalsamplingofvoltage,andchangerangeautomaticallyaccordingtothesignalsampled.Theresultcanbedisplayedthroughnumeralrubeoffourplaces.Inthisdesign,theofsoftwareprogram.Thissystemcanfulfillthefunctionofmeasureanddisplayingunderthedemandedconditions.Overthedesigningofthewholesystem,themethodofmodularityisused.Keywords:AT89C51MCU;DigitalVoltmeter;Modularity目錄TOC\o"1-4"\h\z緒論 1第一篇硬件局部的設(shè)計(jì) 11.數(shù)據(jù)采集局部的設(shè)計(jì) 21.1交流信號(hào)和直流信號(hào)的采樣 22.量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 43.模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì) 54.控制電路的設(shè)計(jì) 74.1總體概況 7一.主要功能 7二.內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 8三.外部引腳說明 94.2單片機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用 115.顯示局部的設(shè)計(jì) 125.1鍵盤顯示8279芯片 125.28279的組成和根本工作原理 135.38279引腳及功能 155.48279的工作方式及命令字格式 17第二篇軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 231.MCS-51單片機(jī)匯編語言 232.主程序的設(shè)計(jì) 233.子程序的設(shè)計(jì) 253.1采樣程序的設(shè)計(jì) 253.2量程處理程序的設(shè)計(jì) 263.21采樣及其處理程序 263.22計(jì)算局部的設(shè)計(jì) 283.23顯示局部的軟件設(shè)計(jì) 293.3超量程處理 294.系統(tǒng)程序清單 29設(shè)計(jì)總結(jié) 41參考文獻(xiàn) 41緒論在電氣測(cè)量中，電壓是一個(gè)很重要的參數(shù)。如何準(zhǔn)確地測(cè)量模擬信號(hào)的電壓值，一直是電測(cè)儀器研究的內(nèi)容之一。數(shù)字電壓表是通用儀器中使用較廣泛的一種測(cè)試儀器，很多電量或非電量經(jīng)變化后都用可數(shù)字電壓表完成測(cè)試。因此，數(shù)字電壓表被廣泛地應(yīng)用于科研和生產(chǎn)測(cè)試中。本文將介紹一種以單片機(jī)為核心的電壓測(cè)量?jī)x表，它能夠測(cè)量電壓量，能夠自動(dòng)進(jìn)行量程選擇，并且測(cè)量結(jié)果能夠通過數(shù)碼管顯示，從而具有一定的智能性。本文將就這一系統(tǒng)的硬件電路局部和軟件程序局部分別作以介紹。在硬件局部，本文就系統(tǒng)的各個(gè)組成模塊的原理作了詳細(xì)的介紹。另外，在每一模塊電路中都對(duì)元器件的選擇作了簡(jiǎn)單的介紹，其中包括有關(guān)數(shù)值的計(jì)算和分析。在軟件局部，詳細(xì)闡述了各個(gè)模塊電路的軟件設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)。第一篇硬件局部的設(shè)計(jì)分析本設(shè)計(jì)，可以看出其主要任務(wù)就是對(duì)電壓信號(hào)能夠自動(dòng)選擇適宜的量程進(jìn)行測(cè)量并顯示。本設(shè)計(jì)要求采用單片機(jī)進(jìn)行控制，由于單片機(jī)的有效輸入輸出信號(hào)均為數(shù)字信號(hào)，而對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的前向通道有效信號(hào)均應(yīng)為模擬信號(hào)，所以在設(shè)計(jì)過程中必然包括模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量單元的設(shè)計(jì)。根據(jù)要求本設(shè)計(jì)中采用的是VF轉(zhuǎn)換電路。對(duì)于VF轉(zhuǎn)換電路，要使其轉(zhuǎn)換具有良好的線性度和精度必須使其輸入電壓變化范圍較小。而本系統(tǒng)中要求測(cè)量的電壓范圍是0～500V,無法滿足VF轉(zhuǎn)換的要求。所以，前向模擬通道的設(shè)計(jì)要包括量程轉(zhuǎn)換局部，即對(duì)大信號(hào)進(jìn)行分壓變小，對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大，顯然，這樣不僅能滿足VF轉(zhuǎn)換電路的要求，而且也能有效的防止超量程測(cè)量。另外，前向通道的設(shè)計(jì)還應(yīng)包括對(duì)模擬信號(hào)的采集局部。本設(shè)計(jì)框圖如圖1-1所示：圖1-1設(shè)計(jì)總框圖在以后的各節(jié)中，將分別介紹各個(gè)局部的設(shè)計(jì)。1.數(shù)據(jù)采集局部的設(shè)計(jì)根據(jù)本系統(tǒng)的要求所采集的信號(hào)應(yīng)為電壓信號(hào)，同時(shí)電壓信號(hào)還應(yīng)有交流和直流之分。所以在設(shè)計(jì)中應(yīng)該具有相應(yīng)的處理電路，使最終的信號(hào)得以統(tǒng)一。對(duì)于交流信號(hào)可以采用交直流變換的方法變?yōu)橹绷?，這樣最終進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換單元〔即VF轉(zhuǎn)換單元〕的模擬信號(hào)就應(yīng)該為直流電壓信號(hào)。對(duì)于信號(hào)變換局部應(yīng)該注意的是所采樣的信號(hào)種類應(yīng)能夠通知控制局部〔單片機(jī)〕，以使控制局部做出相應(yīng)的計(jì)算處理，只有這樣才能保證最終的顯示結(jié)果的正確性。1.1交流信號(hào)和直流信號(hào)的采樣本設(shè)計(jì)中所采用的交直流轉(zhuǎn)換電路如圖1-2所示：分析此電路，可以看出此電路集精密全波整流、量程切換、信號(hào)過零比擬于一體。CD4053是三組單刀雙擲集成模擬開關(guān)，開關(guān)X承當(dāng)了全波整流的任務(wù)，其控制端A受控于比擬器的輸出電平。圖中U10工作于同相放大狀態(tài)，運(yùn)放U11工作于反相放大狀態(tài)，比擬器的輸入引自U10的放大輸出信號(hào)，這有利于提高比擬器對(duì)信號(hào)的靈敏度。電路輸入交流信號(hào)的正半波時(shí)，同相連接的比擬器U9輸出高電平，模擬開關(guān)X接通運(yùn)放U10輸出信號(hào)送后續(xù)的模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換單元；電路輸入交流信號(hào)的負(fù)半波時(shí)，比擬器U9輸出低電平，模擬開關(guān)X接通反相器U11的輸出信號(hào)送后續(xù)的模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換單元。由此完成了由U9過零躍變的準(zhǔn)數(shù)字量控制的全波整流過程。這個(gè)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)就可以用來通知控制局部所進(jìn)行測(cè)量的是交流信號(hào)還是直流信號(hào)，以使控制局部進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和顯示。CD4053的另兩組模擬開關(guān)Y和Z承當(dāng)了三個(gè)量程的切換任務(wù)，它們的控制端B和C通過來自單片機(jī)的量程切換命令。圖1-2交直流轉(zhuǎn)換電路另外，圖1-2電路能同樣有效地用于直流信號(hào)的前置處理。電路的輸入端無論接入的是直流正信號(hào)還是直流負(fù)信號(hào)，輸出的幅值都是0伏以上的直流正信號(hào)，這對(duì)于后續(xù)電路的設(shè)計(jì)尤其適用，而此時(shí)可以從比擬器輸出的電平上下獲知是正輸入還是負(fù)輸入。特別重要的示，直流信號(hào)和交流信號(hào)具有同樣的傳輸增益，給交直流參數(shù)的測(cè)量軟件同一處理提供了極大的方便。顯然，此電路滿足本設(shè)計(jì)的要求，而且它集量程轉(zhuǎn)換于一體，為量程轉(zhuǎn)換局部的設(shè)計(jì)提供了方便，節(jié)省了硬件資源。2.量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)在儀表的設(shè)計(jì)過程中，量程轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)應(yīng)該具有自動(dòng)轉(zhuǎn)換量程的功能，并且能夠自動(dòng)判斷是否超量程測(cè)量。這樣才能夠?yàn)楹罄m(xù)的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元提供適當(dāng)?shù)妮斎腚妷?，使其轉(zhuǎn)換具有良好的精度和線性度。在本設(shè)計(jì)中模數(shù)轉(zhuǎn)換單元選擇的是電壓頻率轉(zhuǎn)換電路，對(duì)于VF轉(zhuǎn)換電路，其輸入電壓選擇0～5V。這樣，經(jīng)過量程轉(zhuǎn)換后的電壓范圍就應(yīng)該為0～5V。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的輸入電壓范圍是0～500V，故我們可以選擇1100作為其最大電壓的量程檔，500V經(jīng)過1100分壓后降為5V，恰好可以滿足VF轉(zhuǎn)換的要求。在本設(shè)計(jì)中，對(duì)于電壓信號(hào)設(shè)置了五個(gè)量程，即1100檔，110檔，×1檔，×10檔，×100檔。1100檔和110檔由分壓電路來完成，它們是用來測(cè)量較大電壓的。而×1檔，×10檔，×100檔那么是應(yīng)用放大電路來完成的，它們那么是用來測(cè)量較小的電壓的。在本設(shè)計(jì)中，×1檔，×10檔，×100檔可由交直流轉(zhuǎn)換局部的電路來實(shí)現(xiàn)，見圖1-4。此電路中的多路選擇開關(guān)CD4053可以用來選擇放大倍數(shù)，在該電路中分別設(shè)置了×1，×10和×100的放大倍數(shù)。具體選擇多大的放大倍數(shù)可以通過單片機(jī)的引腳P1.3和P1.4電平來控制。本設(shè)計(jì)中CD4053各個(gè)開關(guān)的導(dǎo)通與單片機(jī)引腳的關(guān)系見表1-1所示。表1-1：CD4053與單片機(jī)引腳的關(guān)系C〔P1.4〕B(P1.3)Y選通情況Z選通情況00Y Y0——01Y Y1Z Z010Y Y0——11Y Y1Z Z1本設(shè)計(jì)中1100和110分壓比的選擇也由單片機(jī)引腳控制多路選擇開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。由于本系統(tǒng)要求的電壓測(cè)量范圍是0～500V,所以多路開關(guān)的選擇應(yīng)特別注意其耐壓值。在本設(shè)計(jì)中采用的是MAX4602,因?yàn)樗哪蛪褐悼傻竭_(dá)兩千伏左右，故可以應(yīng)用在本系統(tǒng)中。分壓比的選擇由單片機(jī)的P1.0和P1.1來控制。電路圖見圖1-3。圖1-3量程轉(zhuǎn)換局部的分壓電路由上述分析可知量程的轉(zhuǎn)換由兩局部〔即分壓和放大〕共同完成，所以在量程的選擇時(shí)需注意兩局部的關(guān)系，即選用分壓時(shí)放大電路的放大倍數(shù)要選為1，選用放大時(shí)信號(hào)要直接進(jìn)來而不經(jīng)過分壓。3.模數(shù)轉(zhuǎn)換單元的設(shè)計(jì)單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)的讀取通常是采用AD轉(zhuǎn)換方式，這一方法對(duì)輸出阻抗低，惰性強(qiáng)，變化緩慢，傳輸距離長(zhǎng)的信號(hào)，采用AD轉(zhuǎn)換的抗干擾性能就比擬差。對(duì)于不需要較快檢測(cè)速度的信號(hào)，如果采用VF變換器代替原有的AD轉(zhuǎn)換器，把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)〔f=kv〕,由單片機(jī)CPU計(jì)數(shù)器在采樣周期內(nèi)對(duì)頻率脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，采樣時(shí)，CPU發(fā)出計(jì)數(shù)指令，定時(shí)時(shí)間一到，計(jì)數(shù)停止，從讀到的計(jì)數(shù)值乘以一定的系數(shù)，就可以得到相應(yīng)電壓值。本設(shè)計(jì)中，采用的是LM331轉(zhuǎn)換芯片〔VF〕將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的頻率信號(hào)，具體電路如圖1-4所示：圖1-4VF轉(zhuǎn)換電路LM331是單片集成芯片，在VF轉(zhuǎn)換器中，它是LMΧ31系列中的一種，它作為一種簡(jiǎn)單廉價(jià)的電路很適用于模數(shù)轉(zhuǎn)換。它使用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)和低到4.0V電源電壓下都有較高的精度，最大線性度達(dá)0.01%，6個(gè)數(shù)量級(jí)的動(dòng)態(tài)范圍，即滿量程的頻率范圍為1HZ～100KHZ。其數(shù)字脈沖重復(fù)率正比于模擬輸入電壓的幅值。這類器件的高精度，高線性度，低溫移及單調(diào)性的組合所提供的性能是其它技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。逐次近似AD轉(zhuǎn)換器定期進(jìn)行“抽樣〞，因此易受噪聲尖峰的影響，而電壓——頻率轉(zhuǎn)換器的輸出端一直在進(jìn)行積分，因此能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑，特別適合于噪聲工作環(huán)境。對(duì)VF變換，整個(gè)電路都是線性放大。對(duì)LM331,根據(jù)VF變換的原理，其輸出頻率與輸入電壓的關(guān)系滿足下面的公式:f=(V2.09)×(RR)×(1R)×(1C)(1-3)由公式1-3可以看出輸出頻率f與輸入電壓V成正比。對(duì)VF轉(zhuǎn)換，滿度頻率f大，閘門周期短，轉(zhuǎn)換快，分辨率高，但同時(shí)線性度下降。因此在選擇參數(shù)R、R、R、C時(shí)格外要注意。本設(shè)計(jì)中的輸入電壓Vi在0～5V(即量程轉(zhuǎn)換后的電壓均為0～5V)內(nèi)變化，輸出f選擇在0—10KHZ內(nèi)變化，既可滿足轉(zhuǎn)換率又可滿足分辨率的要求。在本設(shè)計(jì)中，為了消除干擾，在輸入信號(hào)端加一個(gè)低通濾波器，C=1uF,R=100KΩ,低通濾波的截止頻率為：f=1(2RC)≈1.59HZ圖1-4中，選擇R(R26)為62K,R(R22)為5.1K,C(C5)為0.01uF,R為R24+R30，仔細(xì)調(diào)節(jié)R30即可滿足輸入為5V時(shí)，輸出f為10KHZ。LM331由7腳輸入電壓，由5腳輸入偏置電流，5腳最大保持電壓為7Vs,2腳的參考電壓為1.9V。流入C6的Iaver=i(1.1RC)f。f輸出期間〔t=1.1RC〕,C14充電到V,此后，i=0,f無輸出，C14從V放電到V,而后比擬器工作，開始另一個(gè)循環(huán)，整個(gè)過程始終保持電荷平衡。LM331的輸出接光電耦合器6N137,6N137采用射極輸出，不改變輸出相位，集電極開路，內(nèi)部有脈沖整形電路，其輸出可直接接單片機(jī)的引腳，而不會(huì)改變信號(hào)的頻率輸出。使用光電耦合器，一方面可以抑制較大的隨機(jī)干擾信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)，〔6N137最大可抑制3000V的噪聲干擾〕，減少進(jìn)入單片機(jī)的干擾信號(hào)修改單片機(jī)內(nèi)部存放器的數(shù)值或發(fā)生死機(jī)的現(xiàn)象；另一方面可以防止數(shù)字電路，模擬電路的共地，因而能有效的抑制由于數(shù)字電路，模擬電路的共地帶來的地電位脈沖引起的數(shù)據(jù)抖動(dòng)現(xiàn)象。4.控制電路的設(shè)計(jì)4.1總體概況一.主要功能MCS-51系列單片機(jī)是美國(guó)Intel公司在1980年推出的高性能8位單片微型計(jì)算機(jī)，比原來的MCS-48系列結(jié)構(gòu)更為先進(jìn)，功能增強(qiáng)，它包括51和52兩個(gè)子系列。在51子系列中，主要有8031、8051、8751三種機(jī)型，他們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)ROM有所不同。51子系列的主要功能為：⑴8位CPU。⑵片內(nèi)帶振蕩器，振蕩頻率fosc范圍為1.2～12MHZ；可有時(shí)鐘輸出。⑶128個(gè)字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。⑷4K字節(jié)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器〔8031無〕。⑸程序存儲(chǔ)器的尋址范圍為64K字節(jié)。⑹片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64K字節(jié)。⑺21個(gè)字節(jié)專用存放器。⑻4個(gè)8位并行IO接口：P0、P1、P2、P3。⑼1個(gè)全雙工串行IO接口，可多機(jī)通信。⑽2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器。⑾中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，可編程為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。⑿111條指令，含乘法指令和除法指令。⒀有強(qiáng)的位尋址、位處理能力。⒁片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。⒂用單一+5V電源。二.內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖MCS-51系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如以下圖1-5所示：通道0驅(qū)動(dòng)器通道通道0驅(qū)動(dòng)器通道2驅(qū)動(dòng)器RAM地址鎖存器RAM通道0鎖存器通道2鎖存器ROMB存放器程序地址存放器緩沖器PC遞增器程序計(jì)數(shù)器DPTR指針VCCGNDP1.0～P1.7堆棧指針SPACCTMP2PSW通道3鎖存器通道1鎖存器通道1驅(qū)動(dòng)器通道3驅(qū)動(dòng)器TMP1SCONTMODPCONTCONTL0TH1TH0TL1IESBUF(TX/RX)IP中斷、串行口和定時(shí)器邏輯振蕩器P3.0～P3.7RSTEAALEPSENXTAL2XTAL1ALU(+5V)指令存放定時(shí)邏輯指令譯碼由圖可大致看到：它含運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲(chǔ)器、4個(gè)IO 接口、串行接口、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。圖中SP是堆棧指針存放器，棧區(qū)占用了片內(nèi)RAM的局部單元；未見通用存放器〔工作存放器〕，因單片機(jī)片內(nèi)有存儲(chǔ)器，與訪問工作存放器一樣方便，所以就把一定數(shù)量的片內(nèi)RAM字節(jié)劃作工作存放器區(qū)；PSW是程序狀態(tài)字存放器，簡(jiǎn)稱程序狀態(tài)字，相當(dāng)于其他計(jì)算機(jī)的標(biāo)志存放器；DPTR是數(shù)據(jù)指針存放器，在訪問片外RAM、片外ROM、甚至擴(kuò)展IO接口時(shí)特別有用；B存放器又稱乘法存放器，它與累加器A協(xié)同工作，可進(jìn)行乘法操作和除法操作。三.外部引腳說明MCS-51系列單片機(jī)芯片有40個(gè)引腳。用HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝，見以下圖1-6。低功耗的、采用CHMOS工藝制造的機(jī)型〔在型號(hào)中間加一“C〞字作為識(shí)別，如80C31、80C51、87C51〕也有用方封裝結(jié)構(gòu)的。圖1-6MCS-51系列單片機(jī)芯片引腳圖現(xiàn)將各引腳分別說明如下：1.主電源引腳VCC：接+5V電源正端。VSS：接+5V電源地端。2.外接晶體引腳XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時(shí)，XTAL1與XTAL2各接晶體的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。3.輸入輸出引腳P0.0～P0.7：P0口的8個(gè)引腳。在不接片外存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展IO接口時(shí)，可作為準(zhǔn)雙向輸入輸出接口。在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展IO接口時(shí)，P0口分時(shí)復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。P1.0～P1.7：P1口的8個(gè)引腳?？勺鳛闇?zhǔn)雙向IO接口使用。P2.0～P2.7：P2口的8個(gè)引腳。一般可作為準(zhǔn)雙向IO接口；在接有片外存儲(chǔ)器或擴(kuò)展IO接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用為高8位地址總線。P3.0～P3.7：P3口的8個(gè)引腳。除作為準(zhǔn)雙向IO接口使用外，還具有第二功能，見表2-2。表2-2:輸入輸出引腳引腳第二功能P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2(外部中斷0請(qǐng)求輸入端)P3.3(外部中斷1請(qǐng)求輸入端)P3.4T0(定時(shí)器計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖輸入端)P3.5T1(定時(shí)器計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)脈沖輸入端)P3.6(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸入端)P3.7(片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸入端)4.控制端ALE：地址鎖存有效信號(hào)輸出端。在訪問片外程序存儲(chǔ)器期間，每機(jī)器周期該信號(hào)出現(xiàn)兩次，其下降沿用于控制鎖存P0口輸出的低8位地址。：片外程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，或稱片外取指信號(hào)輸出端。在向片外程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期該信號(hào)兩次有效〔低電平〕，以通過數(shù)據(jù)總線P0口讀回指令或常數(shù)。在訪問片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，信號(hào)將不出現(xiàn)。RSTVPD：RET寫全是RESET，是復(fù)位端。單片機(jī)的振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)回復(fù)到初始狀態(tài)。上電時(shí)，考慮到振蕩器有一定的起振時(shí)間，該引腳上高電平必須持續(xù)10ms以上才能保證有效復(fù)位。VCC掉電期間，該引腳如接備用電源VPD〔+5V±0.5V〕,可用于保存片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)。當(dāng)VCC下降到某規(guī)定值以下，VPD便向片內(nèi)RAM供電。VDD：片外程序存儲(chǔ)器選用端。該引腳有效〔低電平〕時(shí)只選用片外程序存儲(chǔ)器，否那么計(jì)算機(jī)上電或復(fù)位后先選用片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。綜上所述，對(duì)MCS-51系列單片機(jī)的引腳可歸納出以下兩點(diǎn)：=1\*GB3①單片機(jī)功能多，引腳少，許多引腳都具有第二功能。=2\*GB3②單片機(jī)對(duì)外呈三總線形式。由P2、P0組成16位地址總線；由P0分時(shí)復(fù)用為數(shù)據(jù)總線；由ALE、、RST、、與P3口中的、、T0、T1、、共10個(gè)引腳組成控制總線。因是16位地址線，使片外存儲(chǔ)器的尋址范圍到達(dá)64K字節(jié)。4.2單片機(jī)在系統(tǒng)中的應(yīng)用在整個(gè)系統(tǒng)中，單片機(jī)的控制功能為：采用T0口對(duì)VF轉(zhuǎn)換之后的頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用T1口進(jìn)行定時(shí)，采用P1.0、P1.1、P1.3和P1.4進(jìn)行量程選擇，采用P1.2口判斷所測(cè)信號(hào)是交流信號(hào)還是直流信號(hào)，采用P0.0口作為顯示電路的清零端，采用串行輸入端RXD作為移位存放器的輸入端，采用串行輸出端TXD作為移位脈沖，電路如圖1-7所示：圖1-7控制局部電路圖圖1-7控制局部電路圖系統(tǒng)的控制過程為：T1口定時(shí)，T0口采樣，定時(shí)時(shí)間到，采樣結(jié)束，通過單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算并選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋缓笤龠M(jìn)行采樣、計(jì)算、顯示。5.顯示局部的設(shè)計(jì)5.1鍵盤顯示8279芯片圖1-8顯示電路8279是一種可編程的鍵盤顯示器接口芯片。它既具有按鍵處理功能，又具有自動(dòng)顯示功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。8279內(nèi)部有鍵盤FIFO〔先進(jìn)先出堆棧〕傳感器，雙重功能的8×8＝64BRAM，鍵盤控制局部可控制8×8＝64個(gè)按鍵或控制8×8陣列方式的傳感器。該芯片能自動(dòng)消除鍵抖動(dòng)并具有雙鍵鎖定保護(hù)功能。顯示RAM容量為16×8，即顯示器最大配置可達(dá)16位LED數(shù)碼顯示。5.28279的組成和根本工作原理圖1-9為8279內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。CNTL/STBSHIFT數(shù)據(jù)緩沖器I/O控制FIFO/CNTL/STBSHIFT數(shù)據(jù)緩沖器I/O控制FIFO/傳感器RAM的狀態(tài)存放器鍵盤去抖動(dòng)與控制8×8FIFO/傳感器RAM控制與定時(shí)存放器顯示地址存放器16×8顯示RAM顯示存放器定時(shí)與控制掃描計(jì)數(shù)器回復(fù)OUTA0~3OUTB0~3SL0~3RL0~7時(shí)鐘復(fù)位D0~D7A0IRQ圖1-98279內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖1〕數(shù)據(jù)緩沖器和IO控制數(shù)據(jù)緩存器為雙向緩沖器，連接內(nèi)、外總線，用于傳送CPU和8279之間的命令或數(shù)據(jù)。IO控制線用于CPU對(duì)8279內(nèi)部各種存放器、緩沖器讀寫數(shù)據(jù)和讀寫狀態(tài)命令的控制。是片選信號(hào)，=0時(shí)8279被選通，CPU才能對(duì)其進(jìn)行讀、寫操作；、是來自CPU的讀、寫控制信號(hào)；A0用于區(qū)別信息的特性，A0＝1，表示數(shù)據(jù)線輸入的是指令，輸出的是狀態(tài)字；A0＝0，表示輸入輸出的是數(shù)據(jù)。2〕控制與定時(shí)存放器及定時(shí)控制控制與定時(shí)存放器用來存放鍵盤和顯示器的工作方式，以及由CPU編程的其他操作方式。這些存放器一旦接收并鎖存CPU送來的命令，就通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，從而完成相應(yīng)的控制功能。定時(shí)控制包含根本的計(jì)數(shù)鏈，首級(jí)計(jì)數(shù)器是一個(gè)可編程的N分頻計(jì)數(shù)器。N可以在2～31之間由軟件編程，以便從外部時(shí)鐘CLK分頻得到內(nèi)部所需要的100KHz時(shí)鐘。然后再經(jīng)過分頻，為鍵盤掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示時(shí)間。3〕掃描計(jì)數(shù)器掃描計(jì)數(shù)器由兩種工作方式：編碼方式和譯碼方式。編碼工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器作二進(jìn)制計(jì)數(shù)，4位計(jì)數(shù)狀態(tài)從掃描線SL0～SL3輸出。外接416譯碼器，能提供16位LED的字位控制；外接38譯碼器，能為行列式鍵盤提供8列掃描信號(hào)，與RL0～RL7構(gòu)成8×8鍵盤的行列掃描。譯碼方式工作時(shí)，掃描計(jì)數(shù)器的最低二位被譯碼后，從SL0～SL3輸出一位低電平，可接4位LED或4×8鍵盤。4〕回復(fù)緩沖器、鍵盤去抖動(dòng)及控制、回復(fù)緩沖器用來接收并鎖存來自回復(fù)線RL0～RL7的8個(gè)回復(fù)信號(hào)?！?〕在鍵盤工作方式中，回復(fù)線為行列式鍵盤的行〔列〕輸入線。在逐行逐列掃描時(shí)，回復(fù)線用來搜尋每一行〔列〕中閉合的鍵。當(dāng)某一鍵閉合時(shí)，去抖電路被置位，延時(shí)10ms后，再檢驗(yàn)該鍵是否繼續(xù)閉合，并將該鍵的地址和附加的移位、控制狀態(tài)一起形成鍵盤數(shù)據(jù)，送入8279內(nèi)部FIFORAM〔先入先出存儲(chǔ)器〕。鍵盤數(shù)據(jù)格式如表3-3所示：表3-3鍵盤數(shù)據(jù)格式D7D6D5D4D3D2D1D0控制移位掃描回復(fù)控制〔D7〕和移位〔D6〕的狀態(tài)由CNTL、SHIFT端外接的兩個(gè)附加按鍵決定；掃描〔D5、D4、D3〕來自掃描計(jì)數(shù)器，是閉合鍵所在列的編號(hào)，由SL0～SL3確定；回復(fù)〔D2、D1、D0〕是閉合鍵所在行的編號(hào)，由RL0～RL7確定。〔2〕在傳感器開關(guān)狀態(tài)矩陣方式中，回復(fù)線的內(nèi)容直接被送往相應(yīng)的傳感器RAM〔即FIFO存儲(chǔ)器〕。〔3〕在選通輸入方式工作時(shí)，回復(fù)線的內(nèi)容在CNTLSTB信號(hào)的脈沖上升沿被送入FIFORAM。5〕FIFO傳感器RAM及其狀態(tài)存放器FIFO傳感器RAM是一個(gè)雙重功能的8×8位RAM。在鍵盤或選通方式工作時(shí)，它是FIFORAM，其寫入或讀出遵循先入先出的原那么。FIFO狀態(tài)存放器用來存放FIFORAM的狀態(tài)，如RAM是滿還是空，其中存有多少數(shù)據(jù)，是否操作出錯(cuò)等。假設(shè)FIFORAM不空，例如已存有閉合鍵的鍵值，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生IRQ=1信號(hào)，向CPU申請(qǐng)中斷。在傳感器矩陣方式工作時(shí)，這個(gè)存儲(chǔ)器又是傳感器存儲(chǔ)器，它存放著傳感器矩陣中的每一個(gè)傳感器狀態(tài)。在此方式中，假設(shè)檢索出傳感器的變化，IRQ信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑駽PU申請(qǐng)中斷。6〕顯示RAM和顯示地址存放器顯示RAM用來存儲(chǔ)顯示數(shù)據(jù)，容量為16×8位。在顯示過程中，存儲(chǔ)的顯示數(shù)據(jù)輪流從顯示存放器輸出。顯示存放器分為A、B兩組，OUTA3～0和OUTB3～0可以單獨(dú)送數(shù)，也可以組成一個(gè)8位的字。顯示存放器的輸出與顯示掃描配合，不斷從顯示RAM中讀出顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)輪流驅(qū)動(dòng)被選中的顯示器件，以到達(dá)多路復(fù)用的目的，使顯示器件呈現(xiàn)穩(wěn)定的顯示狀態(tài)。顯示地址存放器用來存放CPU讀寫顯示RAM的地址，它可以由命令設(shè)定，也可以設(shè)置成在每次讀出或?qū)懭胫笞詣?dòng)遞增。5.38279引腳及功能8279是具有40個(gè)引腳的雙列直插式封裝的芯片，其引腳及功能如圖1-10所示。下面介紹各引腳功能。1〕數(shù)據(jù)線D0~D7是雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，在接口電路中與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，用以傳送CPU與8279之間的數(shù)據(jù)和命令。2〕地址線＝0選中8279，當(dāng)A0＝1為命令字及狀態(tài)字地址。A0＝0為片內(nèi)數(shù)據(jù)地址，故8279芯片占用兩個(gè)端口地址。3〕控制線

VCCVCCRL1RL0CNTL/STBSHIFTSL3SL2SL1SL0OUTB0OUTB1OUTB2OUTB3OUTA0OUTA1OUTA2OUTA3A0RL2RL3CLKIRQRL4RL5RL6RL7RESETD0D1D2D3D4D5D6D7GND8279IRQD0~D7A0RESETCLKRL7~RL0SHIFTCNTL/STBSL3~SL10OUTA3~0OUTB3~088444140239338437536635734833932311082793011292812271326142515241617231822192021CPU接口鍵盤數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示圖1-108279引腳及功能(a)管腳配置;(b)引腳功能〔a〕(b)8279有較多的控制線。〔1〕CLK：時(shí)鐘輸入線8279所需時(shí)鐘頻率為100kHz,該頻率通常由8051單片機(jī)ALE端分頻得來。ALE的頻率為單片機(jī)系統(tǒng)主頻的16，再由指令送入分頻系數(shù)，從而得到100kHz的8279時(shí)鐘頻率?！?〕IRQ：中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效?！?〕、：讀、寫輸入控制線?！?〕SL0～SL3：掃描輸出線，用來作為掃描鍵盤和顯示的代碼輸出或直接輸出線?！?〕RL0～RL7：回復(fù)輸入線，它們是鍵盤或傳感器矩陣的信號(hào)輸入線?！?〕SHIFT：來自外部鍵盤或傳感器矩陣的輸入信號(hào)，它是8279鍵盤數(shù)據(jù)的次高位即D6位的狀態(tài)，該位狀態(tài)控制鍵盤上下檔功能。在傳感器方式和選通方式中，該引腳無用?！?〕CNTLSTB：控制選通輸入線，高電平有效。鍵盤方式時(shí)，鍵盤數(shù)據(jù)最高位〔D7〕的信號(hào)輸入到該引腳，以擴(kuò)充鍵功能；選通方式時(shí)，當(dāng)該引腳信號(hào)上升沿到時(shí)，把RL0～RL7的數(shù)據(jù)存入FIFORAM中?！?〕OUTA0～OUTA3：通常作為顯示信號(hào)的高4位輸出線?！?〕OUTB0～OUTB3：通常作為顯示信號(hào)的低4位輸出線?！?0〕：顯示熄滅輸出線，低電平有效。當(dāng)＝0時(shí)將顯示全熄滅。5.48279的工作方式及命令字格式一、8279的工作方式8279有三種工作方式：鍵盤方式、顯示方式和傳感器方式。1〕鍵盤工作方式8279在鍵盤方式工作時(shí)可設(shè)置為雙鍵互鎖方式和N鍵巡回方式。雙鍵互鎖方式：假設(shè)有兩個(gè)或多個(gè)鍵同時(shí)按下時(shí)，不管按鍵先后順序如何，只能識(shí)別最后一個(gè)被釋放的鍵，并把該鍵值送入FIFORAM中。N鍵巡回方式：一次按下任意個(gè)鍵均可被識(shí)別，以按鍵被掃描順序把鍵值存入FIFORAM中。2〕顯示方式8279的顯示方式又可分為左端入口和右端入口方式。顯示數(shù)據(jù)只要寫入顯示RAM那么可由顯示器顯示出來，因此顯示數(shù)據(jù)寫入RAM的順序，決定了顯示的次序。左端入口方式即顯示位置從顯示器最左端1位〔最高位〕開始，以后顯示的字符逐個(gè)向右順序排列。右端入口方式即顯示位置從顯示器最右端1位〔最低位〕開始，以后顯示的字符逐個(gè)向左順序排列。3〕傳感器方式傳感器方式是把傳感器的開關(guān)狀態(tài)送入傳感器RAM中。當(dāng)CPU對(duì)傳感器矩陣掃描時(shí)，一旦發(fā)現(xiàn)傳感器狀態(tài)發(fā)生變化就發(fā)出中斷請(qǐng)求〔IRQ置“1〞〕，中斷響應(yīng)后轉(zhuǎn)入中斷處理程序。二、8279的命令字及其格式8279的各種工作方式都要通過對(duì)命令存放器的設(shè)置來實(shí)現(xiàn)。8279共有8種命令，通過這些命令設(shè)置工作存放器，來選擇各種工作方式。命令存放器共8位，其格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D0命令特征位〔3位〕有關(guān)命令內(nèi)容〔5位〕8279的一條命令由兩大局部組成，一局部為命令特征，代表某一類命令，由命令存放器高3位D7～D5決定。D7～D5三位的狀態(tài)可組合出8種形式，分別對(duì)應(yīng)8種命令，故稱為命令特征位。另一局部為命令的具體內(nèi)容，由D4～D0決定。每一種特征所代表的命令如表1-4所示。表1-4:8279命令特征表D7D6D5代表的命令種類000鍵盤顯示命令001時(shí)鐘編程命令010讀FIFO傳感器RAM命令011讀顯示器RAM命令100寫顯示命令101顯示禁止熄滅命令110消除命令111結(jié)束中斷出錯(cuò)方式設(shè)置命令下面詳細(xì)說明各種命令中，D4～D0各位的設(shè)置方法，以便確定各種命令字。1〕鍵盤顯示命令特征位D7～D5＝000D4，D3兩位用來設(shè)定4種顯示方式，D2～D0三位用以設(shè)定8種鍵盤顯示掃描方式，分別如表1-5和表1-6所示。由于顯示是硬件掃描顯示，因此顯示方式種規(guī)定了掃描顯示的位數(shù)〔8位、16位〕和第1個(gè)顯示的字符位置〔最左端或最右端〕。表1-5:顯示方式D4D3顯示方式008個(gè)字符顯示，左端入口方式0116個(gè)字符顯示，左端入口方式108個(gè)字符顯示，右端入口方式1116個(gè)字符顯示，右端入口方式表1-6:鍵盤顯示掃描方式D2D1D0鍵盤顯示掃描方式000編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定001譯碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定010編碼掃描鍵盤，N鍵輪回011譯碼掃描鍵盤，N鍵輪回100編碼掃描傳感器矩陣101譯碼掃描傳感器矩陣110選通輸入，編碼顯示掃描111選通輸入，譯碼顯示掃描表1-6中所謂編碼掃描指掃描代碼直接由掃描線SL0～SL3輸出，每次只有1位是低電平〔4選1〕。所謂譯碼掃描，掃描代碼經(jīng)SL0～SL3外接譯碼器輸出。由于鍵盤最大8×8＝64個(gè)鍵，由SL0～SL2接3～8譯碼器，譯碼器的8位輸出作為鍵盤掃描輸出線〔列線〕，RL0～RL7為輸入線〔行線〕。8279最多驅(qū)動(dòng)16位顯示器，故可由SL0～SL3接一個(gè)4～16譯碼器，譯碼器16位輸出為顯示掃描輸出線〔16選1〕，決定第幾位顯示。顯示字段碼由OUTA0～OUTA3和OUTB0～OUTB3輸出。以上表1-4、表1-5、表1-6三個(gè)表相互組合可得到各種鍵盤顯示命令。2〕時(shí)鐘編程命令一般單片機(jī)的ALE端接8279的CLK端，但ALE端輸出的脈沖是主機(jī)頻率的16,而8279工作只需100kHz的時(shí)鐘脈沖，利用分頻系數(shù)可把CLK端輸入脈沖再分頻以到達(dá)產(chǎn)生100kHz脈沖之目的。分頻系數(shù)是由時(shí)鐘編程命令輸入。由表1-4可見時(shí)鐘編程命令特征位D7～D5＝001。D4～D0用來設(shè)定分頻系數(shù)。3〕讀FIFO傳感器RAM命令特征位D7～D5＝010。D2～D0為8279中FIFO及傳感器RAM的首地址。D3無用。D4控制RAM地址自動(dòng)加1位：D4＝1時(shí)CPU讀完一個(gè)數(shù)據(jù)，RAM地址自動(dòng)加1，準(zhǔn)備讀下一個(gè)單元數(shù)據(jù)；D4＝0時(shí)CPU讀完一個(gè)數(shù)據(jù)后，地址不變。4〕讀顯示RAM命令此命令用來讀顯示器RAM，其格式如下：特征位D7～D5＝011。D4＝1RAM地址自動(dòng)加1，D4＝0不加1。D3～D0為顯示RAM中的地址。5〕寫顯示RAM命令特征位D7～D5＝100。D4是地址自動(dòng)加1控制，D4＝1地址自動(dòng)加1，D4＝0地址不加1。D3～D0是欲寫入的RAM地址，假設(shè)連續(xù)寫入那么表示RAM首地址。命令格式同讀顯示RAM。6〕顯示器禁止寫入熄滅命令特征位D7～D5＝101。D4為無用位，可設(shè)為“1〞或“0〞。D3為禁止A組顯示RAM寫入，D3＝1禁止。D2為禁止B組顯示RAM寫入，D2＝1禁止。D1為A組顯示熄滅控制，D1＝1時(shí)熄滅，D1＝0恢復(fù)顯示。D0為B組顯示熄滅控制，D0＝1時(shí)熄滅，D0＝0恢復(fù)顯示。利用該命令可以控制A、B兩組顯示器，哪組繼續(xù)顯示，哪組被熄滅。7〕去除命令此命令用以去除顯示RAM和FIFO中的內(nèi)容。特征位D7～D5＝110。D0為總?cè)コ卣魑?，D0＝1把顯示RAM和FIFO全可去除。D1=1去除FIFO狀態(tài)，使中斷輸出線復(fù)位，傳感器RAM的讀出地址清0。D4～D2設(shè)定去除顯示RAM的方式，如表1-7所示。表1-7:去除顯示RAM方式D4D3D2消除方式10×將全部顯示RAM清為010將顯示RAM置為20H〔A組＝0010B組＝0000〕11將顯示RAM置為FFH0D0＝0不去除D1＝1仍按上述方式去除8〕結(jié)束中斷出錯(cuò)方式設(shè)置命令特征位D7～D5＝111。D4＝1時(shí)〔其D3～D0位任意〕有兩種不同作用?！?〕在傳感器方式，用此命令結(jié)束傳感器RAM的中斷請(qǐng)求。因?yàn)樵趥鞲衅鞴ぷ鞣绞綍r(shí)，每當(dāng)傳感器狀態(tài)發(fā)生變化，掃描電路自動(dòng)將傳感器狀態(tài)寫入傳感器RAM，同時(shí)發(fā)出中斷申請(qǐng)即將IRQ置高電平，并禁止再寫入傳感器RAM。中斷響應(yīng)后，從傳感器RAM讀走數(shù)據(jù)進(jìn)行中斷處理，但中斷標(biāo)志IRQ的撤除分兩種情況。假設(shè)讀RAM地址自動(dòng)加1標(biāo)志位為“0〞，中斷響應(yīng)后IRQ自動(dòng)變低，撤銷中斷申請(qǐng)；假設(shè)讀RAM地址自動(dòng)加1標(biāo)志位為“1〞，中斷響應(yīng)后IRQ不能自動(dòng)變低，必須通過結(jié)束中斷命令來撤銷中斷請(qǐng)求?！?〕在設(shè)定為鍵盤掃描N鍵輪回方式時(shí)作為特定錯(cuò)誤方式設(shè)置命令。在鍵盤掃描N鍵輪回工作方式，又給8279寫入結(jié)束中斷錯(cuò)誤方式命令，那么8279將以一種特定的錯(cuò)誤方式工作，即在8279消顫周期內(nèi)，如果發(fā)現(xiàn)多個(gè)按鍵同時(shí)按下，那么將FIFO狀態(tài)字中錯(cuò)誤特征位置“1〞，并發(fā)出中斷請(qǐng)求阻止寫入FIFORAM。根據(jù)上述8種命令可以確定8279的工作方式。在8279初始化時(shí)把各種命令送入命令地址口，根據(jù)其特征位可以把命令存入相應(yīng)的命令存放器，執(zhí)行程序時(shí)8279能自動(dòng)尋址相應(yīng)的命令存放器。三、8279的狀態(tài)字及其格式狀態(tài)字顯示出8279的工作狀態(tài)。狀態(tài)字和8種命令字共用1個(gè)地址口。當(dāng)A0＝1時(shí)，從8279命令狀態(tài)口地址讀出的是狀態(tài)字。狀態(tài)字格式如表1-8所示：表1-8狀態(tài)字格式D7D7＝1表示顯示無效，此時(shí)不能對(duì)顯示RAM寫入D6D6＝1表示至少有1個(gè)鍵閉合；在特殊錯(cuò)誤方式時(shí)有多鍵同時(shí)按下錯(cuò)誤D5D5＝1表示FIFORAM已滿，再輸入1個(gè)字那么溢出D4D4＝1表示FIFO中已空，無數(shù)據(jù)可讀D3D3＝1表示FIFORAM中數(shù)據(jù)已滿D2～D0FIFORAM中數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)狀態(tài)字主要用于鍵盤和選通工作方式，以指示FIFORAM中的字符數(shù)及有無錯(cuò)誤發(fā)生。四、8279數(shù)據(jù)輸入輸出格式對(duì)8279輸入輸出數(shù)據(jù)不僅要先確定數(shù)據(jù)地址口，而且數(shù)據(jù)存放也要按一定格式，其格式在鍵盤和傳感器方式有所不同。1〕 鍵盤掃描方式數(shù)據(jù)輸入格式鍵盤的行號(hào)、列號(hào)及控制鍵位置如表1-9所示：表1-9:鍵盤的行號(hào)、列號(hào)及控制鍵位置D7控制鍵CNTL狀態(tài)D6控制鍵SHIFT狀態(tài)D5～D3被按鍵所在列號(hào)〔由SL0～SL2狀態(tài)確定〕D2～D0被按鍵所在行號(hào)〔由RL0～RL7狀態(tài)確定〕2〕 傳感器方式及選通方式數(shù)據(jù)輸入格式此種方式8位輸入數(shù)據(jù)為RL0～RL7的狀態(tài)。格式如表1-10所示：表1-10:傳感器方式及選通方式數(shù)據(jù)輸入格式D7D6D5D4D3D2D1D0RL7RL6RL5RL4RL3RL2RL1RL0五、8279內(nèi)部譯碼和外部譯碼方式8279的內(nèi)、外譯碼由鍵盤顯示命令字的最低位D0選擇決定。D0＝1選擇內(nèi)部譯碼，也稱為編碼方式，該方式SL0～SL3每時(shí)刻只能有一位為低電平。8279只能接4位顯示器和4×8矩陣式鍵盤。D0＝0選擇外部譯碼方式，SL0～SL3為計(jì)數(shù)分頻式波形輸出，顯示方式可外接4～16譯碼器驅(qū)動(dòng)16位顯示器。鍵盤方式按3～8譯碼器，構(gòu)成8×8矩陣式鍵盤。第二篇軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)硬件電路和軟件程序是組成一個(gè)系統(tǒng)不可缺少的兩局部，二者的正確與否將直接影響整個(gè)程序的可實(shí)現(xiàn)性。在上一章中已經(jīng)將整個(gè)系統(tǒng)的硬件局部作了介紹，在這一章中將就系統(tǒng)的軟件局部加以分析說明1.MCS-51單片機(jī)匯編語言由于本系統(tǒng)所需要完成的軟件程序不是很大，并且數(shù)據(jù)的計(jì)算也不是很繁瑣，因此本系統(tǒng)軟件將采用匯編語言進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.主程序的設(shè)計(jì)分析本設(shè)計(jì)，可知其軟件所要完成的功能是：對(duì)VF轉(zhuǎn)換后的頻率信號(hào)進(jìn)行采樣，并通過計(jì)算比擬選擇適當(dāng)?shù)牧砍蹋缓笤俅芜M(jìn)行采樣，通過FV轉(zhuǎn)換使其轉(zhuǎn)換為最初模擬信號(hào)的值，最后顯示，以后將再次進(jìn)行采樣比擬重復(fù)上述操作。圖2-1主程序流程圖:由上述分析可知，主程序的功能應(yīng)為選擇量程并進(jìn)行量程的處理。本設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖2-1所示。本設(shè)計(jì)中通過10ms的采樣值進(jìn)行量程比擬，由于本設(shè)計(jì)中采用的VF轉(zhuǎn)換為0～10KHZ，所以10ms對(duì)應(yīng)的最大采樣值應(yīng)為100HZ。設(shè)計(jì)中單片機(jī)引腳與量程選擇以及電壓范圍的關(guān)系見表2-1。從表2-1中可以看出，每一量程下限對(duì)應(yīng)的頻率均應(yīng)為10HZ，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為了使量程轉(zhuǎn)換的臨界值得以測(cè)量準(zhǔn)確，可選擇下限頻率為9HZ。表2-1:量程與控制引腳的電平關(guān)系量程輸入電壓范圍P1.0P1.1P1.3P1.4110050～500V11111105～50V1011×10.5～5V0011×100.05～0.5V0010×1000.005～0.05V0000另外，在主程序的設(shè)計(jì)中還應(yīng)注意在進(jìn)行量程選擇時(shí)，必須將系統(tǒng)置于最大量程，因?yàn)檫@樣可以防止所測(cè)信號(hào)在系統(tǒng)要求范圍內(nèi)的超量程測(cè)量。從表2-1中可以看出本設(shè)計(jì)中所測(cè)量的電壓范圍是：0.005V～500V。對(duì)于超出500V，系統(tǒng)將做超量程處理。對(duì)于小于0.005V的信號(hào)系統(tǒng)顯示結(jié)果將為0。3.子程序的設(shè)計(jì)由系統(tǒng)的主程序流程圖可以看出，系統(tǒng)子程序的設(shè)計(jì)即為對(duì)采樣程序的設(shè)計(jì)和量程處理程序的設(shè)計(jì)以及超量程處理程序的設(shè)計(jì)。3.1采樣程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)采樣的實(shí)現(xiàn)為：T1口進(jìn)行定時(shí)，T0口進(jìn)行計(jì)數(shù)，在T1定時(shí)器開始工作的同時(shí)計(jì)數(shù)器T0開始計(jì)數(shù)，T1定時(shí)時(shí)間到，那么T0停止計(jì)數(shù)，最終的采樣值就應(yīng)為T0的計(jì)數(shù)值。系統(tǒng)采樣的流程圖見圖2-2。在采樣程序的設(shè)計(jì)中要注意系統(tǒng)的采樣時(shí)間。由于采樣值僅作為量程比擬的數(shù)據(jù)，故采樣時(shí)間可以選擇小一些，這樣既可以節(jié)省整個(gè)程序的執(zhí)行時(shí)間，也可以使后續(xù)的量程比擬計(jì)算局部簡(jiǎn)單些。但是采樣時(shí)間也不能選擇太小，如果選擇太小顯然采樣誤差就會(huì)很大。在本系統(tǒng)中選擇采樣時(shí)間為10ms。10ms采樣最大采樣值應(yīng)為100HZ,顯然在量程比擬局部計(jì)算就比擬簡(jiǎn)單。圖2-210ms采樣流程圖圖2-3量程處理程序3.2量程處理程序的設(shè)計(jì)在量程處理程序中需要完成的功能應(yīng)為在所選量程下進(jìn)行信號(hào)的采樣，計(jì)算和顯示。系統(tǒng)量程處理局部的流程圖見圖2-2所示.。從圖2-3中可以看出，在量程處理局部又將系統(tǒng)采樣處理程序以及計(jì)算、顯示程序分別作為了子程序來調(diào)用。下面將就其各個(gè)子程序作以介紹。3.21采樣及其處理程序在量程處理程序局部，采樣程序的功能為：采樣值經(jīng)過計(jì)算后顯示，所以這局部的程序?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)來說將非常重要，采樣值的準(zhǔn)確與否將直接影響顯示結(jié)果的準(zhǔn)確與否，所以設(shè)計(jì)中要盡量使這局部的精度高些。對(duì)于采樣局部的設(shè)計(jì)與前一局部介紹的采樣實(shí)現(xiàn)方法相同，只是采樣時(shí)間的設(shè)置有所不同。前一局部的采樣精度要求不是很高，而這一局部的采樣值要求很高，所以采樣時(shí)間不能選為10ms。這一局部采樣時(shí)間相對(duì)要長(zhǎng)一些才能保證采樣精度，在本設(shè)計(jì)中選擇采樣時(shí)間為100ms,因?yàn)?00ms采樣，采樣精度能夠滿足要求，而且，最終的計(jì)算局部只需要通過移動(dòng)小數(shù)點(diǎn)位即可實(shí)現(xiàn)，另外，程序執(zhí)行的時(shí)間也不是很長(zhǎng)。為了使采樣值更為精確，本設(shè)計(jì)中采用了滑動(dòng)濾波的方法對(duì)采樣值進(jìn)行處理。即先在RAM中建立一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，一次存放10次采樣數(shù)據(jù)，然后每采進(jìn)一個(gè)新數(shù)據(jù)，就將最早采集的數(shù)據(jù)去掉。這樣，每采樣一個(gè)數(shù)值，就可計(jì)算一個(gè)新的和值進(jìn)行顯示。即測(cè)量數(shù)據(jù)取一丟一，測(cè)量一次便計(jì)算一次和值，大大加速了數(shù)據(jù)處理的能力。圖2-4滑動(dòng)濾波流程圖取采樣時(shí)間為100ms,那么采用滑動(dòng)濾波后，其顯示的刷新時(shí)間就應(yīng)為100ms左右，對(duì)于其顯示的結(jié)果分別對(duì)應(yīng)為100ms采樣值，200ms采樣值，一直到1s的采樣值，在1s以后，每次顯示的均應(yīng)為1s的采樣值，只是每采樣一次，替換一個(gè)1s以前采樣的值，求一個(gè)新的和值，顯然這樣會(huì)比采用算術(shù)平均濾波運(yùn)算獲得有效數(shù)值速度快得多?；瑒?dòng)濾波程序的流程圖見圖2-4。3.22計(jì)算局部的設(shè)計(jì)在量程處理局部需要計(jì)算的是采樣頻率值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓值，同時(shí)為了最終的正確顯示還要將轉(zhuǎn)換之后的電壓值轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制的BCD碼，另外，所測(cè)信號(hào)假設(shè)為交流信號(hào)，還應(yīng)使其轉(zhuǎn)換為有效值進(jìn)行顯示。分析表2-1，那么有當(dāng)量程為50V～500V時(shí)，有500V對(duì)應(yīng)于10KHZ，即20HZV。當(dāng)量程為5V～50V時(shí)，由50V對(duì)應(yīng)于10KHZ,即200HZV。當(dāng)量程為0.5V～5V時(shí)，那么有2KHZV?？梢钥闯鲱l率轉(zhuǎn)換為電壓值可以通過頻率值右移一位〔即除以2〕和小數(shù)點(diǎn)位的控制來實(shí)現(xiàn)。由于本設(shè)計(jì)中所用的為4位顯示，而采樣100ms對(duì)應(yīng)的最大頻率為1KHZ，如果被測(cè)量為電壓值，那么經(jīng)過右移最大為500HZ,轉(zhuǎn)換后的BCD碼應(yīng)該為3位，所以在所測(cè)頻率值右移時(shí)，要保存移出的小數(shù)局部，可將其暫存至存放器R4中，作為電壓顯示時(shí)的最低位，這樣就可使測(cè)量更為精確了。對(duì)于電壓值轉(zhuǎn)換的3位BCD碼，可將其存至R5～R7單元中，〔其中R5存放轉(zhuǎn)換后的最低位，R7存放最高位〕，這樣在顯示局部的設(shè)計(jì)就比擬容易了。對(duì)于交流信號(hào)，本設(shè)計(jì)中的測(cè)量結(jié)果應(yīng)為其平均值，而將平均值轉(zhuǎn)換為有效值還要將其再乘以1.11的系數(shù)。對(duì)于乘法顯然運(yùn)算起來會(huì)比擬麻煩，所以在本設(shè)計(jì)中采用了十進(jìn)制加法的方法，將轉(zhuǎn)換后的十進(jìn)制BCD碼乘以1.11。另外，在計(jì)算之后還要注意小數(shù)點(diǎn)的位置，如果在量程為0.05V～0.5V時(shí)，當(dāng)所測(cè)頻率轉(zhuǎn)換為四位BCD碼〔其中最高位R7非0〕時(shí),顯然，在送入R4～R7顯示時(shí)，無論小數(shù)點(diǎn)在哪一位，最終的顯示都將是錯(cuò)誤的，所以在送顯示之前還要對(duì)于不同的量程有不同的處理程序，為了顯示數(shù)據(jù)精度高一些，系統(tǒng)軟件中還采用了四舍五入的方法對(duì)最終數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。計(jì)算局部的軟件流程圖見圖2-5所示：圖2-5計(jì)算局部的流程圖3.23顯示局部的軟件設(shè)計(jì)顯示局部的軟件相比照擬簡(jiǎn)單，只是把要顯示的數(shù)據(jù)送至單片機(jī)串口即可，在這一局部需要注意的是送顯示數(shù)據(jù)的順序，要先從最低位單元R4送，然后再送R5,R6和R7。3.3超量程處理當(dāng)所測(cè)量的信號(hào)超過系統(tǒng)所要求的測(cè)量范圍時(shí)，必須要以一定的方式通知測(cè)量者，否那么被測(cè)信號(hào)過大可能將系統(tǒng)的某些元器件燒壞，從而影響系統(tǒng)的正常工作。對(duì)于智能儀器這局部的設(shè)計(jì)是很必要的。在本設(shè)計(jì)中可以通過顯示的方法來判斷是否超量程測(cè)量，通過軟件使被測(cè)信號(hào)超出系統(tǒng)要求的最大測(cè)量值時(shí)，顯示結(jié)果為E000。4.系統(tǒng)程序清單ORG0000HLLJMP0030HORG0030HSTART: LCALLP8279 ；8279初始化子程序 SETBP1.0；設(shè)置最大量程SETBP1.1SETBP1.3SETBP1.4ACALLCAI；調(diào)用10ms采樣子程序MOVA,#100；設(shè)置采樣比擬值100msCLRCSUBBA,R1；采樣值>100msJCERR；轉(zhuǎn)到超量程處理MOVA,#9；否那么，設(shè)置采樣比擬值9msCLRCSUBBA,R1；采樣值>9msJCA1；轉(zhuǎn)到1100量程處理ST1:SETBP1.0；否那么，設(shè)置110量程CLRP1.1SETBP1.3SETBP1.4ACALLCAI；調(diào)用10ms采樣子程序MOVA,#100；設(shè)置采樣比擬值100msCLRCSUBBA,R1；采樣值>100msJCSTART；轉(zhuǎn)到設(shè)置最大量程MOVA,#9；否那么，設(shè)置采樣比擬值9msCLRCSUBBA,R1；采樣值>9msJCD1；轉(zhuǎn)到110量程處理ST2:CLRP1.0；否那么，設(shè)置乘1量程CLRP1.1SETBP1.3SETBP1.4ACALLCAI；調(diào)用10ms采樣子程序MOVA,#100；設(shè)置采樣比擬值100msCLRCSUBBA,R1；采樣值>100msJCSTART；轉(zhuǎn)到設(shè)置最大量程MOVA,#9；否那么，設(shè)置采樣比擬值9msCLRCSUBBA,R1；采樣值>9msJCD2；轉(zhuǎn)到乘1量程處理ST3:CLRP1.0；否那么，設(shè)置乘10量程CLRP1.1SETBP1.3CLRP1.4ACALLCAI；調(diào)用10ms采樣子程序MOVA,#100；設(shè)置采樣比擬值100msCLRCSUBBA,R1；采樣值>100msJCSTART；轉(zhuǎn)到設(shè)置最大量程MOVA,#9；否那么，設(shè)置采樣比擬值9msCLRCSUBBA,R1；采樣值>9msJCD3；轉(zhuǎn)到乘10量程處理ST4:CLRP1.0；否那么，設(shè)置乘100量程CLRP1.1CLRP1.3CLRP1.4ACALLCAI；調(diào)用10ms采樣子程序MOVA,#100；設(shè)置采樣比擬值100msCLRCSUBBA,R1；采樣值>100msJCSTART；轉(zhuǎn)到設(shè)置最大量程MOVA,#9；否那么，設(shè)置采樣比擬值9msCLRCSUBBA,R1；采樣值>9msJCB2；轉(zhuǎn)到乘100量程處理SETBP0.0；否那么，清零LJMPSTARTB2:LJMPA5D1:LJMPA2D2:LJMPA3D3:LJMPA4ERR:MOVR4,#00H；設(shè)置E000MOVR5,#00HMOVR6,#00HMOVR7,#0EHCLRP0.0CLRP0.1CLRP0.2ACALLXIAN；調(diào)用顯示子程序LJMPSTARTA1:MOV40H,#40HMOV50H,#50HC1:ACALLF_V；調(diào)用F_V程序ACALLXIAN；調(diào)用顯示子程序CLRP0.0；以下在不同量程下的處理程序CLRP0.1SETBP0.2ACALLCAIMOVA,#100CLRCSUBBA,R1JCERRMOVA,#9CLRCSUBBA,R1JCC1LJMPST1A2:MOV40H,#40HMOV50H,#50HC2:ACALLF_VACALLXIANCLRP0.0SETBP0.1CLRP0.2ACALLCAIMOVA,#100CLRCSUBBA,R1JNCB3LJMPSTARTB3:MOVA,#09CLRCSUBBA,R1JCC2LJMPST2A3:MOV40H,#40HMOV50H,#50HC3:ACALLF_VACALLXIANSETBP0.0CLRP0.1CLRP0.2LJMPA30A30:ACALLCAIMOVA,#100CLRCSUBBA,R1JCB4MOVA,#09CLRCSUBBA,R1JCC3LJMPST3B4:LJMPSTARTA4:MOV40H,#40HMOV50H,#50HC4:ACALLF_VMOVA,R5MOVR4,AMOVA,R6MOVR5,AMOVA,R7MOVR6,AMOVR7,#00HSETBP0.0CLRP0.1CLRP0.2ACALLCAIMOVA,#100CLRCSUBBA,R1JCB5MOVA,#09CLRCSUBBA,R1JCC4LJMPST4B5:LJMPSTARTA5:MOV40H,#40HMOV50H,#50HC5:ACALLF_VMOVA,R5CLRCSUBBA,#05HJCNJWMOVA,R6ADDA,#01HCJNEA,#0AH,SMOVR6,#00HMOVA,R7ADDA,#01HMOVR7,ALJMPNJWS:MOVR6,ANJW:MOVA,R6MOVR4,AMOVA,R7MOVR5,AMOVR6,#00HMOVR7,#00HA50:ACALLXIANSETBP0.0CLRP0.1CLRP0.2ACALLCAIMOVA,#100CLRCSUBBA,R1JCB6MOVA,#09CLRCSUBBA,R1JCC5SETBP0.3B6:LJMPSTARTCAI:MOVTMOD,#15H；T0工作于計(jì)數(shù)器方式1，T1工作于定時(shí)器方式1MOVTH1,#0D8H；定時(shí)時(shí)間設(shè)置為10msMOVTL1,#0F0HMOVTH0,#00H；T0計(jì)數(shù)器清零MOVTL0,#00HSETBTR1；開計(jì)數(shù)器SETBTR0；開定時(shí)器LOOP:JBCTF1,LOOP1；定時(shí)到退出循環(huán)ALJMPLOOPLOOP1:CLRTR1；關(guān)計(jì)數(shù)器CLRTR0；關(guān)定時(shí)器MOVR1,TL0；計(jì)數(shù)值送R1RETCAI1:MOVTMOD,#15H；100ms采樣MOVTH1,#0AHMOVTL1,#0DCHMOVTH0,#00HMOVTL0,#00HSETBTR1SETBTR0LOOP0:JBCTF1,LOOP2ALJMPLOOP0LOOP2:CLRTR1CLRTR0MOVR2,TL0；保存采樣值MOVR3,TH0MOVA,40HMOVR0,A；#40H送R0MOVA,50HMOVR1,A；50H送R1MOVA,R2MOV@R,A；R2值送40H單元MOVA,40HINCAMOV40H,AMOVA,R3MOV@R,A；R3值送50H單元MOVA,50HINCAMOV50H,AMOVA,40HSUBBA,#4AHJNZF1MOV40H,#40HMOV50H,#50HF1:MOVR0,#40HMOVR1,#50HMOVR3,#00HCLRAF2:ADDA,@R；兩次采樣值相加MOVR2,AMOVA,@RADDCA,R3MOVR3,AMOVA,R2INCR0INCR1CJNER0,#4AH,F2；判斷十次采樣是否完成RETF_V:ACALLCAI1CLRCMOVA,R3；高位先右移一位RRCAMOVR3,A；低位再右移一位MOVA,R2RRCAMOVR2,A；完成采樣值除二JCB1；判斷數(shù)據(jù)位移出的值MOVR4,#00H；移出值為1時(shí)置R4為00HLJMPBCD；跳轉(zhuǎn)到電壓BCD碼轉(zhuǎn)換子程序B1:MOVR4,#05H；移出值為0時(shí)置R4為05HBCD:ACALLBCD0；轉(zhuǎn)到電壓BCD0MOVA,R0MOVR5,A；R0給R5MOVA,R2MOVR6,A；R2給R6MOVA,R2MOVR7,A；R2給R7AD:MOVC,P1.2MOV20H.0,CMOVTMOD,#10HMOVTH1,#0D8HMOVTL1,#0F0HMOVIE,#00HSETBTR1LOOP3:JBCTF1,LOOP4ALJMPLOOP3LOOP4:CLRTR1MOVC,20H.0；以下是交流信號(hào)乘1.11程序ANLC,P1.2MOV20H.1,CMOVC,P1.2ANLC,20H.0ORLC,20H.1JNCFANMOVA,R4ADDA,R5MOVR0,ASUBBA,#0AHJCN1INCR5MOVR4,ALJMPN2N1:MOVA,R0MOVR4,AN2:MOVA,R4ADDA,R6MOVR0,ASUBBA,#0AHJCN3MOVR4,AINCR5LJMPN4N3:MOVA,R0MOVR4,AN4:MOVA,R5ADDA,R6MOVR0,ASUBBA,#0AHJCN5MOVR5,AINCR6LJMPN6N5:MOVA,R0MOVR5,AN6:MOVA,R5ADDA,R7MOVR0,ASUBBA,#0AHJCN7MOVR5,AINCR6LJMPN8N7:MOVA,R0MOVR5,AN8:MOVA,R6ADDA,R7MOVR0,ASUBBA,#0AHJCN9MOVR6,AINCR7LJMPFANN9:MOVA,R0MOVR6,AFAN:RETBCD0:MOVR1,#00H；R1,R5～R7單元初始化MOVR5,#00HMOVR6,#00HMOVR7,#10H；設(shè)置循環(huán)次數(shù)為10BCD1:CLRCMOVA,R2；低位先左移一位RLCAMOVR2,A；高位再左移一位MOVA,R3RLCAMOVR3,A；完成采樣值復(fù)原MOVA,R1ADDCA,R1DAAMOVR1,AMOVA,R5ADDCA,R5DAAMOVR5,AMOVA,R6ADDCA,R6DAAMOVR6,ADJNZR7,BCD1；循環(huán)十次MOVA,R1ANLA,#0FH；截?。?低位四位MOVR0,A；存入R0MOVA,R1ANLA,#0F0H；截取R1高位四位SWAPA；上下四位互換MOVR2,A；存入R2MOVA,R5ANLA,#0FH；截取R5低位四位MOVR3,A；存入R3MOVA,R5ANLA,#0F0H；截取R5高位四位SWAPA；上下四位互換MOVR7,A；存入R7RETP8279：PUSH DPH ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH DPL PUSH ACC MOV DPTR,#0FF82H MOV A,#00H ；置8279工作方式〔8個(gè)字符顯示，左入口； ；編碼掃描鍵盤，雙鍵鎖定〕 MOVX @DTR,A MOV A,#2FH ；置鍵盤掃描速率 MOVX @DTR,A MOV A,#0C1H ；去除LED顯示 MOVX @DTR,A POP ACC ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP DPL POP DPH RETXIAN: ；4個(gè)數(shù)碼管顯示子程序 MOV50H，R7MOV51H，R6MOV52H，R5MOV53H，R4MOV R0,#50H MOV R4,#03H LOOP2： MOV A,@R MOV R5,A LCALL DISLED INC R0 MOV A,@R MOV R5,A DEC R4 LCALL DISLED INC R0 DEC R4 CJNE R4,#0FFH,LOOP2 RET DISLED： ；顯示字符子程序 PUSH DPH ；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) PUSH DPL PUSH ACC MOV A,#80H ；置顯示起始地址 ADD A,R4 ；加位置偏移量 MOV DPTR,#0FF82H MOVX @DTR,A ；設(shè)置顯示位置 MOV DPTR,#LEDSEG ；置顯示常數(shù)表起始位置 MOV A,R5 MOVC A,@ADPTR ；查表 MOV DPTR,#0FF80H MOV