可测频率的交流毫伏表设计(编辑修改稿)

可测频率的交流毫伏表设计(编辑修改稿)内容摘要：

反相放大器构成了片内振荡器。 如果采用外接晶体振荡器时，此引脚应接地。 XTAL2（ 18 引脚）：接外部晶体的另一端，在该引脚内部接至内部反相放大器的输出端。 若采用外部时钟振荡器时，把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 （ 3） 控制引脚： 图 312 STC89C51 芯片 RST/VPD(9 引脚 )： RST 复位信号输入端，高电平有效。 VPD：备用电源的输入端。 ALE(30 引脚 )：地址所存允许信号，当单片机上电正常工作后， ALE 引脚不断输出正脉冲信号。 PSEN(29 引脚 )：程序存储器允许输出控制端。 EA（ 31 引脚）：内外程序存储器选择控制端。 当 EA 引脚为高电平时，单片机访问内部程序存储器，但在 PC 值超过 0FFFFH 时，将自动转向执行外部程序存储器内 15 的程序。 （ 4） I/O 口引脚： P0 口：双向 8 位 三态 I/O 口，此口为地址总线及数据总线分时复用口，可驱动 8个 LS 型 TTL 负载。 P1 口： 8 位准双向 I/O 口，可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 P2 口： 8 位准双向 I/O 口，与地址总线（高 8 位）复用，可驱动 4 个 LS 型 TTL负载。 P3 口： 8 位准双向 I/O 口，双功能复用口，可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 单片机工作的时间基准是由时钟电路提供的。 在单片机的 XTAL1 和 XTAL2 两个管脚，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图 43 所示： C 103 0 P FC 113 0 P FY111. 0592ME A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16IN T 012IN T 113T014T115P 1 0 /T1P 1 1 /T2P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10V C C40G N D20U4S T C 89C 51+5 图 313 单片机时钟电路 在单片机复位电路中，电容 C1 和 C2 对振 荡频率有微调的作用，通常的取值范围为（ 30+10） pF 或（ 3010） pF。 石英晶体选择 6MHz 或 12MHz都可以，其结果只是机器周期的不同，影响计数器的计数初值。 本设计中电容采用 30pF，石英晶体采用。 单片机的 RST 管脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。 复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间为 2 个机器周期以上。 单片机的复位方式有上电复位和手动复位两种。 图 44 所示是 51 系列单片机常用的上电复位和手动复位组合电路。 16 图 314 单片机复位电路 复位以后 ，单片机内各部件恢复到初始状态，参见表 31[13]： 表 31 复位后片内各寄存器状态 寄存器 内容 寄存器 内容 PC 00H TMOD 00H A 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 07H TH1 00H DPTR 0000H TL1 00H P0~P3 0FFH SCON 00H IP (XXX00000)B SBUF 不变 IE (0XX00000)B PCON (0XXXXXXX)B 液晶显示电路 设计 液晶显示器（ LCD） [14]是一种功耗很低的显示器。 它的使用非常的广泛，比如电子表、计数器、数码相机、计算 机的显示器或液晶电视等。 液晶显示以其优越的性能，越来 越受到 设计人员 的 青睐 ，液晶显示的应用领域越 来越多。 液晶显示模块在现代电P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78R S T /V P D9P 3 .0 /R x D10P 3 .1 /T x D11P 3 .2 /I N T 012P 3 .3 /I N T 113P 3 .4 /T 014P 3 .5 /T 115P 3 .6 /W R16P 3 .7 /R D17X T A L 218X T A L 119G N D20P 2 .021P 2 .122P 2 .223P 2 .324P 2 .425P 2 .526P 2 .627P 2 .728P S E N29A L E /P R O G30E A /V p p31P 0 .732P 0 .633P 0 .534P 0 .435P 0 .336P 0 .237P 0 .138P 0 .039V C C408 9 C 5 1C32 2 u FR21KR12 0 0V C C 17 子设计中的应用也越来越多。 本设计中 使 用的 1602 就是一片液晶显示 器。 LCD 是一种被动显示器。 它本身不发光，其通过调节光的亮度来达到显示效果。 LCD 主要是利用液晶的扭曲 向列效应制成。 这是一种电效应。 液晶显示模块中，最主要的就是 LCD 液晶屏，根据液晶显示屏显示内容的不同，液晶显示模块可分为数显液晶模块、点阵字符液晶模块、点阵图形液晶模块三种。 使用液晶作为显示设备具有很多的优势，主要表现在如下几个方面： （ 1） 显示质量高。 由于液晶显示 模块每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，因此液晶显示模块画面质量高而不会闪烁，把眼睛疲劳降到最低。 （ 2） 没有电磁辐射。 液晶显示模块的先天特点决定其没有电磁辐射，这个优点使得液晶电视和计算机的显示器都广泛推广。 （ 3） 应用范围广。 液晶显示模块特别是点阵图形液晶模块，可以显示数字、字符、汉字和图形等。 （ 4） 数字式接口。 液晶显示模块是数字式的，和单片机的接口十分的简单，操纵也十分的方便。 （ 5） 体积小、重量轻。 液晶显示模块通过显示屏上的电极控制液晶分子状态，达到显示目的，在重量上比相同显示 面积的传统显示器件要轻得多。 （ 6） 功耗小。 液晶显示模块的功耗主要是消耗在其内部的电极和驱动芯片上。 因此，对于相同显示面积，液晶显示模块的耗电量比其它显示器件要小的多。 1602 采用标准的 16 脚接口，其中： 表 32 管脚说明 编号 符号 引脚说明 编号 符号 引脚说明 1 VSS 电源地 9 D2 双向数据口 2 VDD 电源正极 10 D3 双向数据口 3 VL 对比度调节 11 D4 双向数据口 4 RS 数据 /命令选择 12 D5 双向数据口 5 R/W 读 /写选择 13 D6 双向数据口 6 E 模块使能端 14 D7 双向数据口 7 D0 双向数据口 15 BLK 背光源地 8 D1 双向数据口 16 BLA 背光源正极 1602 液晶模块内部的字符发生存储器（ CGROM)已经存储了 160 个不同的点阵字符图形 ，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名 18 等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“ A”的代码是 01000001B（ 41H），显示时模块把地址 41H 中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“ A”。 1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如表 33 所示， 表 33 控制命令表 序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 显示开 /关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符发生存贮器 地址 0 0 0 1 字符发生存贮器地址 8 置数据存贮器地址 0 0 1 显示数据存贮器地址 9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址 10 写数到 CGRAM或 DDRAM） 1 0 要写的数据内容 11 从 CGRAM 或 DDRAM 读数 1 1 读出的数据内容 1602 的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。 （说明： 1 为高电平、 0 为低电平） 指令 1：清显示 指令码 01H,光标复位到地址 00H 位置。 指令 2：光标复位 光标返回到地址 00H。 指令 3：光标和显示模式设置 I/D 光 标移动方向，高电平右移，低电平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 高电平表示有效，低电平则无效。 指令 4：显示开关 控制 D：控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示 C：控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。 指令 5：光标或显示移位 S/C 高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标 指令 6：功能设置命 令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时双行显示 F:低电平时显示 5x7 的点阵字符，高电 平时显示 5x10 的点阵字符 （有些模块是 DL：高电平时为 8 位总线，低电平时为 4 位总线）。 指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。 指令 8： DDRAM 地址设置。 指令 9：读忙信号和光标地址 BF：为忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或者数据，如果为低电平表示不忙。 19 指令 10：写数据。 指令 11：读数据。 图 315 单片机与液晶显示模块连接图 波形整形 电路 设计 波形整形电路的核心是 电压比较器。 当运放的正相输入端的输入电压大于反相输入端时，运放输出正电压；反之，则输出负电压。 根据这一特性 ，在运放的反相输入端输入一个固定的电压值，然后把经程控放大电路放大后的输入信号输入到正相输入端，便可把各种输入信号转换为方波信号（脉冲信号）。 然后，把整形后的波形信号送进单片机进行频率测量。 具体电路图如下图 316 所示： 20 图 316 波形整形电路图 4 软件 程序 设计 软件设计主要完成三部分工作： 数据处理 、控制 模拟开关 实现量程自动转换，以及 计算和显示 电压有效值。 该设计的电压表具有三个量程范围，具有量程自动切换功能；数据处理主要是把 A/D 转换后的浮点数转换为字符型数组 ；液晶显示部分主要是把处理后的电压有效值 数据送到液晶显示器上。 主流程图见附页部分。 量程自动转换 程序设计 本设计共设 11 个量程 切换 ，如下表 41。 通过模拟开关元器件 CD4051 来进行量程切换功能，实际电路中通过对模拟开关 CD4051 的 控制线 ABC 来实现量程的切换。 由于输入信号未知，为避免电路被烧坏，设定的初始量程应为最 低量 程 ，即（ BA： 1）。 表 41 量程转换控制 量程（ Vopp） 5mv 10mv 10mv 20mv 20mv 40mv 40mv 80mv 80mv 160mv 160mv 320mv 320mv。