毕业设计（论文）-LED故障检测系统研究.doc

湘潭大学本科毕业设计说明书第一章 绪论 1.1 LED灯原理 Light Emitting Diode,即发光二极管，是一种半导体固体发光器件,它是利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。 LED发光原理及特点： 多变幻：LED光源可利用LED通短时间短和红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下实现色彩和图案的多变化，是一种可随意控制的“动态光源”。 寿命长：LED 光源无灯丝、工作电压低，使用寿命可达5万到10万小时，也就是5年到10年时间。 白炽灯的发光机理是电能将发光钨丝进行加热而发光的，经过相当长时间的加热，钨丝就会老化甚至烧断，至此，白炽灯泡的寿命也就此告终了，而发光二极管的发光机理是由二极管特殊的组成结构决定的，二极管主要由PN结芯片、电极和光学系统组成，当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入P区和N区，当非平衡少数载流子和多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程包括三个部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。由此可见二极管主要是靠载流子的不断移动而发光的，不存在老化和烧断的现象，其特殊的发光机理决定了它的发光寿命长达5-10万个小时。1.2 研究LED灯的意义目前，全球有近200家公司和300多所大学以及研究机构从事氮化镓基LED的材料生长、器件制作工艺和相关装备制造的研究和开发工作，居于领先水平的公司主要有日本的Nichia、Toyota Gosei、索尼、三洋、美国的Cree Lumileds，欧洲的Osram、菲利普、中国台湾的芯片厂家主要有国联、晶元、光磊、广镓、灿元、连威等，封装方面主要有亿光电子、鼎元光电、佰鸿工业等。 这些跨国大公司多有原创性的专利，引领技术潮流，占有绝大多数的市场份额，其中日本的日亚公司是全世界研究和生产LED的“顶尖”单位，十余年来其氮化镓基LED的研究和开发水平一直领先其它单位2-3年。日亚公司在生产白色LED的荧光粉材料方面拥有多项专利，在InGaN白色LED芯片供应上一直占统治地位，但专利技术一直控制在内部使用。Lumileds公司也已开发出最大发光功率达120lm的白光LED，美国加州大学固态发光及显示中心计划在2007年前开发出效率为200lm/W的白光LED。我国台湾是世界LED生产的最重要基地，其产量超过全球LED产量的1/3，早在20世纪90年代初已经名列世界第三位。目前我国台湾LED产品市场占有率已达28%，超过了美国，位居世界LED市场第二位，产品80%以上外销，主要销往韩国、日本、美国和欧洲等地，目前台湾地区LED业主要是向全彩化、高亮度和大型化的方向发展，仅用于LED生产的MOCVD装备就多达200多台。据CIR预测，全球LED市场将从2004年的36.8亿美元的基础上，增长至2005年的39亿美元，预计到2007年，全球LED市场将达47亿美元，其中，高亮度发光二极管市场将占44%的份额，可望达到5.2亿美元，占11%的市场份额。 据Strategies Unlimited统计，2005年用于手机和其它手持设备的LED的销量在过去2年中增长了3倍，达到20.28亿美元。占当年市场份额的51%、汽车领域销量达到5.46亿美元，显示屏领域销量达到5.46亿美元，各占14%的市场份额，照明领域销量达到2.34亿美元，交通信号灯领域销量达到0.78亿美元，与此同时，LED还将在未来10年内大举进入现被白炽灯和日光灯所占据的价值120亿美元的传统照明市场。即使不考虑传统照明，这也是一个欣欣向荣的市场，预计，高亮度LED将在全球范围内大量销售，这一最大发展也最快的LED市场，在未来5年内将以14%的年增长率增长，从2004年的36.8亿美元涨至2009年的72亿美元，与以前的LED相比，镓基高亮度LED技术具有更高的发光效率，能产生甚至可以在日光下或户外使用的光线。 据业内人士预测，到2008年，全球LED的应用市场将从2004年的125亿美元提高到500亿美元，市场潜力巨大，竞争也将越来越激烈，美国能源部的研究报告分析，到2010年，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被半导体灯替代，每年节约电费可达350亿美元，半导体灯有望形成500亿美元的大产业。1.3 LED故障检测系统研究的意义首先，LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体，目前，LED显示器已广泛应用于大型广场、商业广告、体育场馆、信息传播、新闻发布、证券交易等，可以满足不同环境的需要。随着社会对于LED的广泛应用，越来越多关于LED的故障也会凸显出来，LED故障检测系统的研究可以帮助LED使用者更好地维护LED显示系统，减少相关损失，并且能加快LED产业的发展。因此，这个研究具有较高的社会效益和经济效益。其次，通过对系统的改进,可以实现远程监控，无人监控，实时监控等功能这样对于在无人状况下可能造成的损失减小到最低。随着现代大生产的发展和科学技术的进步现代设备的结构越来越复杂功能越来越完善自动化程度也越来越高。由于许多无法避免的因素的影响有时设备会出现各种故障以致降低其预定的功能甚至造成严重的灾难性事故国内外曾经发生的各种空难、海难、爆炸、断裂等恶性事故造成了人员伤亡产生了严重的社会影响；即使是经常生产中的事故也因生产过程不能正常运行或机器设备损坏而造成巨大的经济损失。如年日本关西电力公司南海电厂号机组汽轮发电机组因振动引起严重的断轴毁机事件年我国大同电厂和年我国秦岭电厂的汽轮发电机组的严重断轴毁机事件都造成了巨大的经济损失。因此保证设备的安全运行消除事故是十分迫切的问题。 现代设备运行的安全性与可靠性取决于两个方面一是设备设计与制造的各项技术指标的实现为此设计中要采用可靠性设计方法要有提高安全性的措施；二是设备安装、运行、管理、维修和诊断措施的实施。现在设备诊断技术、修复技术和润滑技术已列为我国设备管理和维修工作的三项基础技术成为推进设备管理现代化保证设备安全可靠运行的重要手段。最后，这方面的研究还可以应用到其他领域，比如说监视系统，温度控制系统等等对生产单位配置故障诊断系统能减少事故停机率具有很高的收益投资比。对生产单位配置故障诊断系统能延长设备检修周期缩短维修时间为制定合理的检测维修制度提供基础极大地提高经济效益。 宏观上从全社会生产的角度看花费的设备维修费用是一笔巨大的数目而实施故障诊断带来的经济效益是巨大的。我国的情况是年我国国营工交企业有万个以上总固定资产约亿元每年用于设备大修、小修及处理故障的费用一般占固定资产原值的。采用诊断技术改善设备维修方式和方法后一年取得的经济效益可达数百亿元。从上面的分析可以看出设备故障诊断技术在保证设备的安全可靠运行以及获取很大的经济效益和社会效益上其意义是十分明显的。第二章 LED故障检测系统的硬件实现方法2.1 LED故障检测系统实现的主要方法首先是设计模拟的LED电路故障，即在正常，短路，断路情况下，然后就是电路电源的提供，根据要求是由单片机输出的PWM信号，来控制MOSFET管的关断，从而控制输出的平均电压。同时为了模拟实际情况下可能出现的电源问题，在电源输出端接一个开关，通过开关的通断来模拟实际中电源的好坏。下来就是将检测的信号通过单片机进行数据处理，主要包括，AD采样，数据处理，以及串口发送。首先AD采样是通过外部中断，当检测到PWM的输出信号由高电平变成低电平时，先经过一小段延时，辟过尖峰脉冲，然后开始采集数据，将此时的高电平分成十段，然后在每一段中进行一次数据采集，即每组总共采到十个数据。其次，是数据处理，就是将采集到的数据采用中值滤波法，取平均值。然后将平均值和设定的值进行比较，从而输出对应的信号。最后就是串口通信，将采集到的信号，通过串口与电脑相连，并在电脑上显示出来，这里主要用到VB编写了上位机显示界面。硬件电路和最终的硬件电路板参见附录II。2.2 模拟故障电路的设计思想及设计电路设计一个简单的模拟故障电路，要求可以控制它的短路，断路，正常。所以如图2-1示，通过对开关的关闭可以调整电路的通断情况，后面的电阻是用来限流，同时提供模拟输入信号AD1,AD2。图2-1 模拟故障电路2.3 电源驱动电路的设计图2-2 电源驱动电路如图2-2，为电源驱动电路，由于主电路所需提供的电压至少要大于8V，所以如果直接将PWM信号加在MOSFET管的栅极，因为PWM信号是由单片机提供，所以最大电压只有5V，所以根据MOSFET管得导通原理，栅极电压必须大于源极，此时源极最多只有5V电压，所以必须添加一个驱动，是源极输出电压大于8V。如图2-2示，通过一个三极管就可以实现，当PWM信号为高电平时，则三极管导通，那么MOSFET管的栅极电压为0V,则其断开，当PWM信号为低电平时，三极管截止，则栅极电压为电源电压，则大于8V，符合实际要求。同时可以看到此电路后面有一个开关，它是用来设计电源故障用的，当开关打开时则即为实际中的电源故障,它的故障信号是由AD3提供给单片机，因为提供单片机的信号要小于5V，所以这里要加电阻作为分压。2.4 功率器件选型2.4.1开关管MOSFET和IGBT的比较MOSFET、IGBT有一点是相同的，即其导通与关断均是由门极电压所控制的，除此之外，它们却有天壤之别。其主要差别是：MOSFET的源极漏极通道是电阻性的通道。然而IGBT的从集电极到发射极的通道却是PN结。因而决定了它们在导通状态所消耗的功率不相同。它们的导通消耗的功率定义如下：（4.1）MOSFET:设RDS-ON为通道的导通电阻，Irms为通道电流的有效值。则其导通功率为： （4.2）IGBT:设VCE-SAT为集电极至发射极饱和电压，Iave为集电极至发射级平均电流。则其导通功率为：从以上两等式可以看出它们之间的关键不同：MOSFET所消耗的功率正比于电流的平方，随着电流的增加，为了保持与IGBT有相同的功率消耗，故要求有更低的RDS-ON。在低电压应用系统中，MOSFET的RDS-ON仅有几十毫欧。而用于高电压（250V及以上）时，其RDS-ON却不可能区区几十毫欧。在计算功率元件的导通态所消耗的功率时，另一个关键之处是MOSFET的RDS-ON，与IGBT的VCE-SAT 的温度系数。随着温度的上升，MOSFET的RDS-ON也随着增加，而IGBT的VCE-SAT却是下降的（大电流时除外）。这就意味着随着温度的上升，MOSFET所消耗的功率也随着增加，而IGBT所消耗的功率却是减少的。就目前的情况来看，似乎IGBT相比 MOSFET而言，主要用于高电压方面。但是我们还有另一种功率消耗没加以考虑，即开关转换过程中所消耗的功率(switching losses)。开关损耗(switching losses)发生在给开关器件MOSFET的D，S或IGBT的C，E两端加上电压时，开关的导通或关闭时的电流突变造成的。开关损耗存在于任何形式的硬开关设备，它经常占据整个功率消耗中的大部份。 IGB与MOSFET相比较而言，IGBT 是一个比较慢的开关设备，因而其开关损耗要高于MOSFET。关于这个话题，一个非常重要的一点应引起我们的注意，近10年来，IGBT技术已取得很大的进步，人们可以根据不同的应用来对IGBT进行各种不同的优化、改进。MOSFET同样如此，只不过IGBT的进步相比较而言要大一些而已。每个公司都有多条IGBT生产线，有些用来生产专门用于低速场合的IGBT，此类IGBT拥有较低的VSE-BAT。而有些生产线用来生产拥有较高的VSE-BAT,较低的开关损耗的IGBT，以用于高速(60KHz-150KHz)应用场合。MOSFET也同样如此，在过去的5年中，许多先进技术用于MOSFET的制造，提高了MOSFET的开关速度，并且降低了RDS-ON 。最后，我们得出的结果是，当我们为某个应用而必须在MOSFET与IGBT之间作出决择时，总结下上面的论，一些通用原则归纳于下： 对于电压低于250V的应用场合，MOSFET是最好的选择。你会发现在众多的IGBT供应商中，额定电压600V以下的IGBT的选择范围很小。 对于电压高于1000V 的应用场合，IGBT 是最好的选择。因为随着MOSFET额定电压的升高，MOSFET的尺寸及RDS-ON也会随着升高，当1000V以上时，MOSFET的RDS-ON的损耗与IGBT的饱和的结的损耗不再有可比性。 在 250V-1000V 的应用场合，要根据具体应用的开关频率及功率损耗要求，及成本要求来进行选择MOSFET或者IGBT。系统要求输入12DVC，输出50DVC以内，效率80%以上，纹波小于0.1%。结合上面的总结，选择MOSFET是最好的。故系统选择MOSFET。因要考虑到系统要留有1倍以上的裕量。比较多种MOSFET，最总选择IRF540N作为功率开关器件。2.4.2 稳压管IRF540 IRF540具备先进的制造工艺， 超低导通电阻，动态dv/dt速率，能承受高达175摄氏度的工作温度，快速开关等优秀特征。该MOSFET，最大漏源极电压为100V大于系统要求的50V，并留有两倍的裕量，最大漏源极电流达33A足以满足系统的要求。IRF540的结构及参数如图2-3，外形如图2-4，GS电压下Vds 与Id 之间的关系如图2-5示。图2-3 IRF540N结构及参数图图2-4 IRF540N外形图图2-5 IRF540N 在不同的GS电压下Vds与Id之间间的关系2.4.3 稳压管LM317介绍在单片机的电源引脚，需要要供给其一个+5V的电压，而外部提供的是12V的电压，所以就需要一个稳压管，将12V电压转变成5V来给单片机供电。如图2-6所示，为稳压管LM317外部电路连接图，当稳压器离电源滤波器有一定距离是Cin是必需的，CO对稳定性而言不必要，但改进瞬态响应。Vout=1.25V(1+R2/R1)+IadjR2,因为Iadj控制在小于100A，这一项误差，在多数应用中可忽略。图2-6 稳压管LM317外部链接图2.5 MCU选型在前面已经提及了系统选用STC12C5A系列的单片机。主要是由于该单片机具备ISP功能，可以很方便的通过串口把软件下载到单片机里。而且该单片机运行速度较快，内核与51单片机一样，所以指令和51单片机指令相同。图2-7为该系列单片机的结构框图。图2-8为该系列单片机封装为DIP-40的引脚功能图。从图2-8可以看出该单片机的引脚排布和51单片机是一样，只是有些引脚增加了些功能。所以该单片机接口更丰富，功能更强大。高 速 高 可 靠 宽 电 压 低 功 耗 超 强 抗 干 扰 无 法 解 密可靠单时钟 1T8051 CPU最快指令快24倍Flash程序寄存器8/16/20/34/40K48/52/56/60/62K内部大容量EEPROMWDT硬件看门狗电源监控：1.上电复位2.掉电复位3.外部可调，门槛电压复位4.外部掉电检测片内R/C振荡器8通道高速10位A/D25万次美秒可实现12-16位A/D可配置振荡器晶体或谐振器Timer 0Timer 12路PCA还可当2路定时器使用2路PWM/PCA/CCP捕获/比较单元可当8-16位A/D使用高速SPIP0/P1/P2/P3可配置I/O口2-3个串口高速独立滤波发生器ISA/IAP另特别增加Port4,Port5可配置I/O口XTAL2XTAL1CPU时钟数字RAM1280字节图2-7 STC12C5A系列单片机结构复位电路震荡电路滤波电路图2-8 单片机控制电路从图2-8中可以看出，该单片机运行速度比51单片机要快的多，更利于对本系统中大量的数据进行处理。片内自带AD采样、Flash程序存储器、看门狗、PWM/PCA/CCP等功能，精简了外围AD采样器件。其主要特征如下： 高速：1个时钟/机器周期，增强型9051内核，速度比普通8051快812倍； 宽电压：5.533V，2.236V（STC12LE5A60S2系列）； 增加第二复位功能引脚（高可靠复位、可调整复位门槛电压，频率12MHz时，无需此功能）； 增加外部掉电检测电路，可在掉电时，及时将数据保存进EEPROM，正常工作时无需操作EEPROM； 低功耗设计：空闲模式，（可由任意一个中断唤醒）； 低功耗设计：掉电模式（可由外部中断唤醒），可支持下降沿/上升沿和远程唤醒； 工作频率：035MHz，相当于普通8051:0420MHz； 时钟：外部晶振或内部RC振荡器可选，在ISP下载编程用用户程序设置； 8/16/20/32/40/48/52/60/62K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上； 1280字节片内RAM数据存储器； 芯片内EEPROM功能，擦写10万次以上； ISP/IAP,在线可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器； 8通道，10位高速ADC,速度可达25万次/秒，2路PWM还可以当D/A使用； 2通道捕获/比较单元（PWM/PCA/CCP），也可用来再实现2个定时器或2个外部中断（支持上升沿/下降沿中断）； 4个16位定时器兼容普通8051的定时器T0/T1，2路PCA实现2个定时器； 可编程时钟输出功能，T0在P3.4输出时钟，T1在P3.5输出时钟，BRT在P1.0输出时钟； 硬件看门狗（WDT）； 高速SPI串行通信端口； 全双工异步串行口（UART），兼容普通8051的串口； 先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏每个IO口驱动能力均可达到20mA,但增个芯片最大电流不得超过100mA。第三章 LED故障检测系统的软件实现方法3.1软件功能流程图STARTI/O初始化外部硬件初始化测试？开启PWMYAD采样INT0中断返回解析计算机命令串口中断中断返回NY数据采集完成完成数据处理串口发送处理结果NPWM上升沿计算机命令图3-1 软件功能流程图（1）I/O口配置STC12C5201AD系列单片机其所有I/O口均可由软件配置成4种工作类型之一，如下表所示，四种类型分别为：准双向口（标准8051输出模式）、推挽模式、仅为输入（高阻）或开漏输出功能。每个口由2个控制寄存器控制每个引脚工作类型。STC12C5201AD系列单片机上电复位后为准双向口（传统8051的I/O口）模式。2V以上时为高电平，0.8V以下为低电平。I/O口的工作类型设定，这里主要介绍P1口表3-1 P1口设定P1M17:0P1M07:0I/O口模式（P1.x如做A/D使用，须先将其设置成开漏或高阻输入）00准双向口（传统8051 I/O口模式）。灌电流可达20mA，拉电流为230uA由于制造误差，实际为250uA-150uA01推挽输出（强上拉输出，可达20mA，要加限流电阻）10仅为输入（高阻），如果该I/O需作为A/D使用，可选此模式11开漏（Open Drain）,如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式（2）A/D采样相关寄存器功能介绍STC12C5A60S2系列带A/D转换的单片机的A/D转换口在P1口（P1.7-P1.0）,有8路10位高速A/D转换器，速度可达到250KHZ（25万/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测，按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用口的可继续作为I/O口使用。需作为A/D使用的口需先将PLASF特殊功能寄存器的相应位置为1，将相应的口设置为模拟功能。表3-2 STC12C5A60S2系列单片机P1口模拟功能控制寄存器（该寄存器是只写寄存器，读无效）MnemonicADDName76543210ResetValue PLASF9DHP1AnalogSpecial punctionP17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF0000,0000表3-3 与A/D转换有关的特殊功能寄存器表MnemonicADDName76543210ResetValue PLAS F9DHP1AnalogSpecial punctionP17ASFP16ASFP15ASFP14ASFP13ASFP12ASFP11ASFP10ASF0000,0000ADC_CONTRBChA/D转换控制寄存器ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS00000,0000ADC_RESBDhA/D转换结果寄存器0000,0000如果要允许A/D转换中断则需要将相应的控制位置1：将EADC置1，允许ADC中断，这是ADC中断的中断控制位。将EA置1，打开单片机总中断控制位，此位不打开，也是无法产生ADC中断的A/D中断服务程序重要用软件清A/D中断请求标志位ADC_FLAG(也是A/D转换结束标志位)。表3-4 ADC_CONTR 特殊功能寄存器：A/D转换控制特殊功能寄存器，地址在0BCh单元A/D转换控制寄存器ADC_POWERSPEED1SPEED0ADC_FLAGADC_STARTCHS2CHS1CHS00000,0000对ADC_CONTR寄存器进行操作，建议直接用MOV赋值语句，不要用与和或语句。表3-5 CHS2/CHS1/CHS0:模拟输入通道选择，CHS2/CHS1/CHS0CHS2CHS1CHS0Analog Channel Select模拟输入通道选择000选择P1.0作为A/D输入来用001选择P1.1作为A/D输入来用010选择P1.2作为A/D输入来用011选择P1.3作为A/D输入来用100选择P1.4作为A/D输入来用101选择P1.5作为A/D输入来用110选择P1.6作为A/D输入来用111选择P1.7作为A/D输入来用ADC_START:模数转换器（ADC）转换启动控制位，设置为“1”时，开始转换，转换结束后为0。ADC_FLAG:模数转换器转换结束标志位，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1,要有软件清0。不管是A/D转换完成后由该位申请产生中断，还是有软件查询该标志位A/D转换是否结束，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1，一定要软件请0。表3-6 SPEED1,SPEED0:模数转换器转换速度控制位SPEED1SPEED0A/D转换所需时间1190个时钟周期转换一次，CPU工作频率21MHz时，A/D转换速度约300KHz10180个时钟周期转换一次01360个时钟周期转换一次00540个时钟周期转换一次STC12C5S60S2系列单片机的A/D转换模块说使用的时钟是外部晶体时钟或内部R/C振荡器所产生的系统时钟，不使用时钟分频寄存器CLK_DIV对系统时钟分频后所产生的供给CPU工作所使用的时钟。 好处： 这样可以让ADC用较高的频率工作，提高A/D的转换速度 这样可以让CPU用较低的频率工作，降低系统功耗ADC-POWER:ADC电源控制位。0：关闭ADC电源；1：打开A/D转换器电源，建议进入空闲模式前，将ADC电源关闭，ADC_POWER=0.启动AD转换前一定要确认AD电源已打开，AD转换结束后关闭AD电源可降低功耗，也可不关闭。表3-7 ADC_RES特殊功能寄存器：A/D转换结果特殊功能寄存器MnemonicADDName76543210ResetValueAD_RESBDhA/D转换结果寄存器00000000ADC_RESLBEhA/D转换结果寄存器低00000000AUXR1A2hAuxiliaryRegister 1PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJ_DPS000000x0AUXR1寄存器的ADRJ位是A/D转换结果寄存器（ADC_RES,ADC_RESL）的数据格式调整控制位。表3-8 ADRJ:0,10位A/D转换结果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADCRESL的低2位中MemonicName76543210ResetValueADC_RESA/D转换结果寄存器ADC_RES9ADC_RES8ADC_RES7ADC_RES6ADC_RES5ADC_RES4ADC_RES3ADC_RES200000000ADC_RESLA/D转换结果寄存器低ADC_RES1ADC_RES000000000AUXR1AuxiliaryRegister1 ADRJ=0表3-9 ADRJ: 1, 10位A/D转换结果的高2位存放在低2位中，低8位存放在ADC_RESL中MemonicName76543210ResetValueADC_RESA/D转换结果寄存器ADC-RES9ADC-RES800000000ADC_RESLA/D转换结果寄存器低ADC_RES7ADC_RES6ADC_RES5ADC_RES4ADC_RES3ADC_RES2ADC_RES1ADC_RES000000000ADRJ=0，模数转换结果计算公式如下：取10位结果（ADC_RES7:0,ADC_RESL1;0）=1024*Vin/VccADRJ=0，模数转换结果计算公式如下：取8位结果ADC_RES7:0=256*Vin/VccADRJ=1，模数转换结果计算公式如下：取10位结果（ADC_RES1:0,ADC_RES7:0）=1024*Vin/VccVin为模拟输入通道输入电压，Vcc位单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。（3）PWM相关功能寄存器介绍表3-10 COMD_PCA模式寄存器（地址：D9H）位76543210符号CIDL-CPS2CPS1CPS0ECF表3-11 CMOD_PCA模式 寄存器为描述（地址：D9H）位符号描述7CIDL计数器阵列空闲控制：CIDL=0时，空闲模式下PCA计数器继续工作。CIDL=1时，空闲模式下PCA计数器停止工作6-4-保留为将来使用3-1CPS2,CPS1,CPS0PCA计数脉冲选择0ECFPCA计数溢出中断使能：ECF=1时，使能寄存器CCON CF位的中断，EFC=0时，禁止该功能表3-12 CMOD_PCA计数阵列的计数脉冲（地址：D9H）CPS2CPS1CPS0选择PCA/PWM时钟源输入0000，系统时钟，Fosc/120011,系统时钟，Fosc/20102,定时器0的溢出，可以实现可调频率的PWM输出0113，ECI/P3.4脚的外部时钟输入（最大速率=Fosc/2）1004,系统时钟，Fosc1015,系统时钟/4，Fosc/41106,系统时钟/6,Fosc/61117,系统时钟/8, Fosc/8CPS2/CPS1/CPS0=1/0/0时，PCA/PWM的时钟源是Fosc，不用Timer0,PWM的频率为Fosc/256,如果得到系统时钟/3来作为PCA的时钟源，应让T0工作在T1模式，记数3个脉冲即产生溢出。如果此时使用内部RC作为系统时钟（室温情况下，5V单片机为11MHZ-15.5MHZ），可以输出14K-19K频率的PWM。用T0的溢出可对系统时钟进行1-256级分频。表3-13 CCON_PCA控制寄存器的位分配（地址：D8H）位76543210符号CFCR-CCF1CCF0表3-14 CCON_PCA控制寄存器的为描述（地址：D8H）位符号描述7CFPCA计数器阵列溢出标。计数值翻转时该位由硬件置位，如果CMOD寄存器的ECF位置位，CF标志可用来产生中断。CF位可通过硬件或软件置位，但只可通过软件清零。6CRPCA计数器阵列运行控制位。该位通过软件置位，用来启动PCA计数器阵列计数。该位通过软件清零，用来关闭PCA计数器。5-4-保留位，保留为将来使用。3-保留位，保留为将来使用。2-保留位，保留为将来使用。1CCF0PCA模块1中断标志。当出现匹配或捕获时该位有硬件置位。该位必须通过软件清零。0CCF1PCA模块0中断标志。当出现匹配或捕获时该位有硬件置位。该位必须通过软件清零。3.2 软件具体代码程序 如附录I所示第四章 串口通信的实现4.1 MAX232介绍MAX232是个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA)所制定的异步传输标准接口。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232接口，分别称为COM1和COM2。EIA RS-232C 接口标准：EIA RS-232C是由美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS（Recommended Standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。 在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 RS-232C标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 串口通信接口标准经过使用和发展，目前已经有几种。但都是在RS-232标准的基础上经过改进而形成的。所以，以RS-232C为主来讨论。RS-232C标准是美国EIA(电子工业联合会）与BELL等公司一起开发的1969年公布的通信协议。它适合于数据传输速率在020000b/s范围内的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接口中广泛采用。在讨论RS-232C接口标准的内容之前，先说明两点： 首先，RS-232-C标准最初是远程通信连接数据终端设备DTE(Data Terminal Equipment)与数据通信设备DCE（Data Communication Equipment)而制定的。因此这个标准的制定，并未考虑计算机系统的应用要求。但目前它又广泛地被借来用于计算机（更准确的说，是计算机接口）与终端或外设之间的近端连接标准。显然，这个标准的有些规定及和计算机系统是不一致的，甚至是相矛盾的。有了对这种背景的了解，我们对RS-232C标准与计算机不兼容的地方就不难理解了。其次，RS-232C标准中所提到的“发送”和“接收”，都是站在DTE立场上，而不是站在DCE的立场来定义的。由于在计算机系统中，往往是CPU和I/O设备之间传送信息，两者都是DTE，因此双方都能发送和接收。RS-232C 标准（协议）的全称是 EIA-RS-232C 标准，其中EIA (Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会，RS（recommeded standard）代表推荐标准，232是标识号，C代表RS232的最新一次修改（1969），在这之前，有RS232B、RS232A。它规定连接电缆和机械、电气特性、信号功能及传送过程。常用物理标准还有有EIA RS-422A、EIA RS-423A、EIA RS-485。这里只介绍EIA- RS-232C（简称232，RS232）。例如，目前在IBM PC机上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口。 1.电气特性EIA-RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V-15V 逻辑0(SPACE)=+3+15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）+3V+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V-15V 以上规定说明了RS-323C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V，断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在(315)V之间。 EIA-RS-232C与TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTLEIA双向电平转换2、连接器的机械特性：连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。下面分别介绍两种连接器。 （1）DB-25：PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25根信号线，分为4组： 异步通信的9个电压信号（含信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22 20mA电流环信号9个（12，13，14，15，16，17，19,23，24） 空6个（9，10，11，18，21，25） 保护地(PE)1个，作为设备接地端(1脚) 注意，20mA电流环信号仅IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT机及以后，已不支持。 （2）DB-9:在AT机及以后，不支持20mA电流环接口，使用DB-9连接器，作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此，若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接，必须使用专门的电缆线。 电缆长度:在通信速率低于20kb/s时，RS-232C所直接连接的最大物理距离为15m(50英尺)。 最大直接传输距离说明：RS-232C标准规定，若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，DTE和DCE之间最大传输距离为15m（50英尺）。可见这个最大的距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为了保证码元畸变小于4%的要求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500pF。 3、RS-232C的接口信号：RS-232C的功能特性定义了25芯标准连接器中的20根信号线，其中2条地线、4条数据线、11条控制线、3条定时信号线，剩下的5根线作备用或未定义。常用的只有10根，它们是：（1）联络控制信号线： 数据发送准备好（Data set ready-DSR)有效时(ON)状态，表明MODEM处于可以使用的状态。 数据终端准备好(Data terminal ready-DTR)有效时(ON)状态，表明数据终端可以使用。 这两个信号有时连到电源上，一上电就立即有效。这两个设备状态信号有效，只表示设备本身可用，并不说明通信链路可以开始进行通信了，能否开始进行通信要由下面的控制信号决定。请求发送(Request to send-RTS)用来表示DTE请求DCE发送数据，即当终端要发送数据时，使该信号有效（ON状态），向MODEM请求发送。它用来控制MODEM是否要进入发送状态。 允许发送（Clear to send-CTS）用来表示DCE准备好接收DTE发来的数据，是对请求发送信号RTS的响应信号。当MODEM已准备好接收终端传来的数据，并向前发送时，使该信号有效，通知终端开始沿发送数据线TxD发送数据。 这对RTS/CTS请求应答联络信号是用于半双工MODEM系统中发送方式和接收方式之间的切换。在全双工系统中，因配置双向通道，故不需要RTS/CTS联络信号，使其变高。接收线信号检出(Received Line detection-RLSD)用来表示DCE已接通通信链路，告知DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时，使RLSD信号有效，通知终端准备接收，并且由MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据后，沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据载波检出(Data Carrier dectection-DCD）线。 振铃指示(Ringing-RI)当MODEM收到交换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状态），通知终端，已被呼叫。 （2）数据发送与接收线： 发送数据(Transmitted data-TxD)通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTEDCE)。 接收数据(Received data-RxD)通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCEDTE)。 （3）地线 ：GND、Sig.GND保护地和信号地，无方向。上述控制信号线何时有效，何时无效的顺序表示了接口信号的传送过程。例如，只有当DSR和DTR都处于有效（ON）状态时，才能在DTE和DCE之间进行传送操作。若DTE要发送数据，则预先将DTR线置成有效(ON)状态，等CTS线上收到有效(ON)状态的回答后，才能在TxD线上发送串行数据。这种顺序的规定对半双工的通信线路特别有用，因为半双工的通信才能确定DCE已由接收方向改为发送方向，这时线路才能开始发送。 2个数据信号：发送TXD；接收RXD。 1个信号地线：SG。 6个控制信号：DSR 数传发送准备好，Data Set Ready。DTR 数据终端准备好，Data Terminal Ready。 RTS DTE请求DCE发送（Request To Send）。 CTS DCE允许DTE发送（Clear To Send），该信号是对RTS信号的回答。 DCD 数据载波检测（Data