毕业设计_基于PROTEUS的数字电容表设计.doc

毕 业 设 计 论 文题目：基于PROTEUS的数字 电容表系 别： 电气与电子工程系专 业： 电子信息工程姓 名： 梁 会学 号： 123408105指导教师： 陈 英河南城建学院2012年 05 月 23 日河南城建学院 毕业设计（论文）任 务 书题 目基于PROTEUS的数字电容表设计系 别电气与电子工程专业电子信息工程班级1234081学号5学生姓名梁会指导教师陈英发放日期2012-2-24河南城建学院教务处制河南城建学院本科毕业设计（论文）任务书一、主要任务与目标：1.本次设计主要任务： 设计一个单片机控制的数字电容表。2.本次设计拟达到以下主要目标：（1）培养学生严谨治学的作风和求真务实的科学态度；（2）培养学生分析问题，灵活应用所学知识解决问题的能力；（3）培养学生通过利用各种渠道获取自己所需知识信息的能力；（4）培养学生工作方案的论证、分析、执行的能力；（5）培养学生利用资料进行系统设计的能力；（6）培养学生利用计算机进行大量数据计算得出可用结果的能力；（7）培养学生利用各种绘图软件绘制工程图纸的能力；（8）培养学生的实验研究和数据处理能力；（9）提高科技论文写作方面的能力；二、主要内容与基本要求：本次设计主要内容：以单片机为核心设计一个数字电容表。系统实现的功能及要求如下： 1、设计的电容表可测量容量小于2F的电容。2、可以用十进制数字显示测量结果，最少显示4位。3、测量误差：1%。4、自行扩展功能，使之更加完善。根据所设计的硬件部分做出完整的电路原理图；编写完整的程序并在proteus平台上进行仿真。本设计基本要求：1.努力学习、勤于实践、勇于创新，保质保量的完成毕业设计任务书规定的任务。2.遵守纪律，保证出勤，因事、因病不能坚持正常设计，应事先向指导教师请假，否则作为旷课处理。无论任何原因，不参加时间达到1/5者，取消答辩资格，成绩按不及格处理。3.独立完成规定的设计任务，不弄虚作假，不抄袭和拷贝别人的工作内容,否则毕业设计成绩按不及格处理。4.毕业设计说明书必须符合学院有关规范要求，否则不能取得参加答辩的资格。5.每天认真书写毕业设计日志，日志主要记载学生在毕业设计过程中所涉及的学术问题，指导教师定时检查，并给予指导评定。6.在实验室进行实验时，要爱护仪器设备，节约材料，严格遵守操作规程及实验室有关制度。三、计划进度：1.毕业设计起止时间 第5周第15周 2.毕业设计进度安排 第5周 ：毕业设计正式开始 ； 学生导师见面 ； 确定毕业设计小组中每个学生的具体研究任务；借阅有关学术资料；其他准备工作。 第 6周: 对相关知识信息进行收集整理研究，初步确定设计方案第 7 周 第13周：完成具体设计任务。第14周：打印论文图纸，按照要求装订论文 ；撰写答辨提纲,进行预答辩。第15周：毕业设计答辩。四、主要参考文献：1.CNKI数据库、维普、万方等信息库的相关文献；2.单片机丛书；3.Proteus丛书；4.模拟电子技术和数字电子技术丛书。5.常用电子元件手册、集成电路手册。指导教师（签名）： 年 月 日教研室审核意见： （建议就任务书的规范性；任务书的主要内容和基本要求的明确具体性；任务书计划进度的合理性；提供的参考文献数量；是否同意下达任务书等方面进行审核。） 教研室主任签名： 年 月 日注：任务书必须由指导教师和学生互相交流后，由指导老师下达并交教研室主任审核后发给学生，最后同学生毕业论文等其它材料一起存档。成绩评定成绩评定说明一、答辩前每个学生都要将自己的毕业设计（论文）在指定的时间内交给指导教师和评阅教师，由指导教师和评阅教师审阅，写出评语并评分。二、答辩工作结束后，答辩小组应举行专门会议按学校统一的评分标准和评分办法，在参考指导教师和评阅教师评定结果的基础上，评定每个学生的成绩。系对专业答辩小组提出的优秀和不及格的毕业设计（论文），要组织系级答辩,最终确定成绩，并向学生公布。三、各专业学生的最后成绩应符合正态分布规律。四、具体评分标准和办法见河南城建学院毕业设计（论文）工作管理规程。毕业设计（论文）成绩评定班级 姓名 学号综合成绩： 分（折合等级 ）答辩小组组长签字 年 月 日指导教师评定意见一、评语： 二、评分：（1）理工科评分表评分项目工作态度与纪律（10分）毕业设计（论文）完成任务情况与水平（40分）数据处理、文字表达（10分）基础理论和基本技能（20分）创新能力（20分）合 计（100分）评分（2）文科评分表评分项目文献阅读与文献综述（20分）外文翻译（10分）论文撰写质量（40分）学习态度（10分）论证能力与创新（20分）合 计（100分）评分指导教师签字： 年 月 日评阅教师评定意见一、评语：二、评分：评分项目规范化程度（10分）数据处理、文字表达（10分）质 量（正确性、条理性、创造性、实用性）（40分）成果的技术水平（科学性、系统性）（40分）合计（100分）评分评阅教师签字： 年 月 日 答辩小组评定意见一、评语：二、评分：评分项目完成任务情况（20分）毕业设计（论文）质量（40分）表达情况（15分）回答问题情况（25分）合计（100分）评分答辩小组成员签字： 年 月 日 毕业答辩说明1、答辩前，答辩小组成员应详细审阅每个答辩学生的毕业设计（论文），为答辩做好准备，并根据毕业设计（论文）质量标准给出实际得分。2、严肃认真组织答辩，公平、公正地给出答辩成绩。3、指导教师应参加所指导学生的答辩，但在评定其成绩时宜回避。4、答辩中要有专人作好答辩记录。河南城建学院本科毕业设计（论文） 摘要摘要电子科学技术日益发展，电子测量也变得越来越普遍，并且对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电容的测量尤为突出。而且随着电子技术的发展，更是经常需要测量高精度的电容，所以数字电容表就成为一种必不可少的测量仪器。数字电容表是一种智能型、性能稳定、高可靠性，读数清晰，显示直观，操作方便的显示测试仪，因此不仅特别适用于工业控制或与控制有关的数据处理系统，也越来越广发被各个领域和项目采用。它的结构和特点决定了他的强大用途，使得它在智能仪表、仪器、小型检测及控制系统、家用电器中大展身手，倍受青睐。本文设计的基于PROTEUS的数字电容表，其主要构成采用的是单片机AT89C52、六位LED数码管及电容充放电电路。根据电容充放电原理和单片机的功能特点，并结合一个普通的电压比较器，用单片机内部的定时系统测量电容充电到电压值为0.632E+（E为电压比较器反相端接的定值电压，此时电压比较器会输出一个高电平，也即是单片机停止计时信号）时所用的时间，根据这个时间换算出电容值，再把电容值的大小通过六位LED显示。设计中C52单片机通过软件C语言编程，通过对时间的换算而得到电容值的大小，实现了六位nf级电容的测量，并且使测量误差低于1%。使用设计的数字电容表进行测量时，首次测量前要进行调整，以后只需选择合适的档位进行测量即可，操作简单。关键词：PROTEUS,单片机，数字电容表，LED数码管I河南城建学院本科毕业设计（论文） AbstractAbstractAlong with electronic science and technology development, electronic measurement has become more and more common, and the measurement accuracy and functional requirements are also getting higher and higher, and the capacitance is measured as a prominent. But with the development of electronic technology, it is often necessary to measure of high precision capacitance, so digital capacitance meter becomes a necessary measure instruments. Digital capacitance meter is a kind of display tester witch characteristics of intelligent, stable performance, higher reliability , read clear, visual display, convenient operation, so it is especially suitable for industrial control and control related to data processing system, more and more widely in various fields and projects are used. Its structure and characteristic decided his powerful use, making it in intelligent instrument, apparatus, detection and control system of small household appliances, show its mettle popular. In this paper the design based on PROTEUS digital capacitance meter, its main form is used in single-chip AT89C52, four LED digital tube and capacitor charge and discharge circuit, Combined with a common voltage comparator, According to the principle of capacitor charging and discharging and MCU features, MCU internal timer system for measuring capacitor is charged to 0.632E+(E is the voltage comparator inverting termination setpoint voltage, the voltage comparator will output a high level, that is, microcontroller will stop the clock signal) by the use of time, according to the time between the capacitance and the value of the capacitor, the capacitance will show by four LED display. The design of 52SCM software uses the C programming language, based on the conversion of the time and capacitance, achieve four NF capacitance test, And the measurement error of less than 1%. The use of design of the capacitance meter by measuring, the first measurement before the adjustment, just after the selection of suitable measure stalls can be, the operation is very simple.Key words: PROTEUS, single-chip, digital capacitance meter, LEDIII河南城建学院本科毕业设计（论文） 目录目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 国内外同类设计的概况叙述11.2设计的指导思想21.3设计的方法和预期结果、意义31.3.1设计的方法31.3.2设计的预期结果及意义32 电容表制作的方案论证52.1测量电路的选择52.1.1方案一 利用LC振荡电路连接单片机52.1.2方案二 利用RC充放电电路连接单片机52.2 显示方案比较52.2.1方案一：LCD 液晶显示52.2.2方案二：四位LED数码管显示62.3方案的比较及选择62.4 系统框图73 系统的硬件电路中器件的概述93.1 ATMEL公司的AT89C52单片机93.1.1 AT89C52性能及特点93.1.2 AT89C52主要性能93.1.3内部结构及引脚93.2电压比较器123.3 LED数码管134 系统的硬件电路设计实现164.1 系统的硬件组成部分及各部分的设计164.1.1 电容充电测量电路164.1.2 单片机电路164.1.3 LED数码管显示电路174.2 测量前所作工作194.3 系统的硬件总体电路图195 电容测试系统设计215.1 软件的总体设计215.2 软件流程图215.3 软件编程226 模拟调试及调试后的正常工作状态23结论29参考文献31致谢32附录33IV河南城建学院本科毕业设计（论文） 绪论1 绪论1.1 国内外同类设计的概况叙述当今电子测试领域，电容的测量已经在测量技术和产品研发中应用的十分广泛。电容通常以传感器形式出现，因此，电容测量技术的发展归根结底就是电容传感器的发展。随着工业信息化自动化的发展，数字电容表的优越性日益表现出来。由于它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、读数方便，精度高等特点，因此特别适用于工业控制或与控制有关的数据处理系统，越来越广发被各个领域和项目采用。它的结构和特点决定了他的强大用途，使得它在智能仪表、仪器、小型检测及控制系统、家用电器中大展身手，倍受青睐。因此掌握好精密型数字电容表制作的一般设计方法，对于工程设计和开发有十分重要的指导意义。数字电容表结构更小，更美观，更实用，用户不需要扩充资源就可以更方便的使用，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时系统也更加稳定，对数字电容表的研究，通过将科学技术应用到工业生产，从而使得人们真正体会到科技的发展给自己的现实生活所带来的方便和舒适。目前数字电容表正日渐完善和发展: 数字电容表集成越来越多的资源，结构更小，更美观，更实用，用户不需要扩充资源就可以完成项目开发，不仅是开发简单，产品小巧美观，同时系统也更加稳定，目前该方向即是发展为SOC(片上系统)。 数字电容表抗干扰能力强，使得它更加适合工业控制领域，具有更加广阔的市场前景。 微型化。现在常规的数字电容表普遍都是将单片机集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW(脉宽调制电路)、WDT(看门狗)、有些单片机将LCD(液晶)驱动电路都集成在单一的芯片上，这样数字电容表包含的单元电路就更多，精密程度就越强大。甚至数字电容表厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的数字电容表。 此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求数字电容表除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多数字电容表都具有多种封装形式，其中SMD(表面封装)越来越受欢迎，使得由数字电容表构成的系统正朝微型化方向发展。电子科学技术日益发展, 电子测量也变的越来越普遍,并且对测量的精度和功能的要求也越来越高, 而对数字电容甚为突出,因为电容的测量最为精确。而且随着电子技术的发展, 更是经常需要测量高精度的电容,所以数字电容表的设计和研发就显得尤为重要。由于它具有功能强、体积小、功耗低、价格便宜、工作可靠、使用方便等特点，因此特别适用于工业控制或与控制有关的数据处理系统，所以把单片机用于数字电容就很正常不过了。这几年的数字电容表产品中，有一款是立翔科技公司生产的LX-5000全自动的电容电感测试仪，这款全自动电容电感测试仪在不拆线的状态下，测量成组并联着的单个电容器，同时也能够测量电感和电流，接线方便，操作简单，大大提高了现场测试的效率。也可避免拆装引线带来的出错可能性。测量电容时，仪器可不拆线测试成组电容中的单个电容,测试方便。显示测试的电容结果的同时显示测试的电压,电流,功率,频率。仪器大屏幕液晶显示. 仪器中文菜单,中文提示,操作简单. 仪器自带打印机,可打印显示数据,内置存储器,掉电不丢失,仪器可存储20组数据。永久日历、时钟功能,可进行时间校准。试验电源设有过电流保护，电源输出短路不会损坏仪器。测量范围及精度:可测电容范围： 2uF20uF（1%读数+0.1%满度）； 20uF200uF（1%读数+0.1%满度）； 200uF2000uF （1%读数+0.1%满度）；这款电容电感测量仪虽然有大的测量范围和高的精确度，但只能测量uf级电容。但实际应用中，电容的大小范围很广，这也就要求我们设计出能够测量不同范围电容大小的数字电容表，测量值涵盖存在的所有电容。1.2设计的指导思想基于PROTEUS的数字电容表设计，最基本的是利用PROTEUS软件进行仿真，设计中可以用很多种方法，但原理基本上都一样。如果舍弃单片机而采用纯数字电路，电路会有点复杂，但是如果采用单片机，就会简化电路达到设计要求。事实上单片机的应用方面很广，而把单片机应用在简易数字电容表的设计，要测量一个电容的大小，通常是先测量 RC 充放电回路的时间常数，再通过其时间常数来计算电容值。本次设计的单片机数字电容表，测试原理图见图1.1,电源电压 E+ 经电阻 R 给被测电容 Cx 充电， Cx 两端原电压随充电时间的增加而上升。当充电时间 t 等于 RC 时间常数时,Cx两端电压约为电源电压的63.2，测量原理如图1.1所示。当时测量电容器充电达到该电压的时间，经过换算便能知道电容器的容量。为了判断电容 Cx 上的充电电压是否达到电源电压的 63.2，可以用电压比较器来检测，所以单片机外部还要接一个电压比较器。 测量结果采用 6 位数码管显示，采用动态扫描的显示方式，如果不用译码电路，采用数码管直接和单片机相连的方式，字段要占用7个I/O口，数码管位选要占4个口I/O，加上电压比较器的2个I/O口，测量控制键1个I/O口，因此所选用的单片机不能少于14个，Atmel公司的单片机 AT89C52可以满足要求。图 1.1 测量原理图1.3设计的方法和预期结果、意义1.3.1设计的方法PROTEUS具有强大的功能，内部器件种类繁多，尤其是对于各种电路设计的仿真，具有独特的优越性能。此次设计主要考虑到单片机本身的优势及proteus元件库中单片机种类齐全，所以采用简单的以单片机为核心的数字电容表设计。通过查阅和学习单片机方面的资料，熟悉单片机的结构及功能。根据电容充放电的原理，设计测电容的方法。结合单片机知识及功能在选择一款合适的单片机时，内部有比较器的AT89C2051并不是首选,因为他应用比较少，其内部比较器的输出管脚P3.6没有显示。而相比之下AT89C52却是用途广泛，况且整个设计多一个外部比较器也不会复杂许多，反而程序上更显得简洁。整个设计中最麻烦的是比较器前面与测试电容相连接的电阻阻值的选择及测试前的调试，要准确的调试比较器反相端电压为0.632E+。六位LED的连接是设计中最简单的，使用通常情况下的P0口段控，P2口位控即可。根据以上硬件的选择和设计的设想，采用简单的C语言编程便可完成软件部分的设计。1.3.2设计的预期结果及意义本课题选用AT89C52单片机来设计数字电容表，可以在较少的器件连接下完成数字电容表所具备的功能。首先，这样的设计应该容易操控，也就是通过程序设置某个按键，只要闭合按键，便可进行测试，因为锁存器的使用，测试后断开仍保留显示，停止仿真时，显示才消失；其次，单片机控制下的设计可以通过简单的软件编程实现许多功能；最后，根据理论分析，这种设计应该可以是测量误差限定在1%内。从另一方面讲，目前大部分电容测量方法集成化水平低,精度低,因而对电容特别是对微小电容的精确测量始终是一个很重要的难题.在某些场合,传感电容的变化量往往仅有几个或几十个皮法大小,这就对电容测量电路提出了更高的要求，故这次尝试有其独特的意义。5河南城建学院本科毕业设计（论文） 电容表制作的方案论证2 电容表制作的方案论证2.1测量电路的选择2.1.1方案一 利用LC振荡电路连接单片机 利用LC振荡电路连接单片机测量电容是以LC振荡器测量振荡频率为基准的，利用单片机内部的定时/计数器测试振荡电路的振荡频率，然后再依据振荡频率和电容的关系计算出电容的值，这种计算是通过软件编程完成的。设计中要用一个标准电容作参考，为了达到很高的精确度往往选择C2由一个1000pf的聚丙乙烯电容和一个20pf的瓷介电容并联而成，精度大约为0.5%。测量时C2先不接入电路，测量由L1和C1组成的振荡器的频率f1，通过式（3.1）计算得出；然后将C2 和C1并联，测量由L1和C1+C2组成的震荡器频率f2，通过式（3.3）计算得出；由此可以推出C1，C1通过式（3.4）算出，依次测算出C1，L1和f1后，在用待测电容Cx代替C2接入回路再次测出由L1和C1+Cx组成的振荡器频率f2，再由公式求出Cx，Cx由式（3.2）计算得出。计算所用公式如下所示：f1=1/(2L1C1) 式（3.1） Cx=(（f1/f2)-1）C1 式（3.2）f2=1/(2L1C1+C2) 式（3.3）C1=(f2C2)/(f12-f22) 式（3.4）电路的核心是运放LM311N，测试前要用示波器进行观察保证振荡电路工作在震荡状态。测量时还要明确各个开关的功能并准确的手动控制开关的闭合和断开时间。2.1.2方案二 利用RC充放电电路连接单片机 利用RC充放电电路测电容是根据电容充放电原理来实现的。当然单纯的RC电路并不能实现，还要借助一个电压比较器。众所周知，电容充电电压达到+0.632E时，充电时间刚好和时间常数相等，而时间常数又和电容大小相关，故用此理论同样可以达到测量电容的目的。在RC充电电路中，电压比较器起着至关重要的作用，它的输出直接影响着测量的结果，而影响其输出的则是分别与其正向端和反相端相连的电阻大小，所以选择好了电阻，也就完成了大半设计。2.2 显示方案比较2.2.1方案一：LCD 液晶显示液晶显示有其独特的特点，首先，液晶显示器件在直流电压作用下会发生电解作用，故必须用交流驱动，并且限定交流成分中的直流分量不大于几十毫伏；其次，由于液晶在电场作用下光学性能的改变是依靠液晶作为弹性连续体的弹性变形，响应时间长，所以交变驱动电压的作用效果不取决于其峰值，在频率小于1000Hz情况下，液晶透光率的改变只与外加电压的有效值有关；最后，液晶单元是容性负载，液晶的电阻在大多数情况下可以忽略不计，是无极性的，即正压和负压的作用效果是一样的。液晶显示器件的优异特性决定了它在各类显示器件中的地位。 液晶不闪烁并且显示范围比较大，但是和其他显示器相比价格比较昂贵，在小型仪器制作中，可以说是很浪费的。况且，使用液晶时，对软件的编程也有相当的要求，但是初始化程序就使设计在一定程度上显得有点复杂。所以，在所有的设计中，不能说他是最佳的。2.2.2方案二：六位LED数码管显示LED数码管也有其独特的特点,如：种类繁多，结构简单，节能，寿命长，适用性好，因单颗LED的体积小，可以做成任何形状，回应时间短，是ns（纳秒）级别的回应时间。况且LED数码管结构简单，引线不太复杂，对应的软件编程也简单，即简化了设计。采用LED动态扫描，可以使显示更具优势。LED动态显示需要CPU时刻对显示器件进行数据刷新，显示数据会有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。采用LED 静态显示，显示驱动电路具有输出锁存功能，单片机将所要显示的数据送出后就不再作用，直到下一次数据需要更新时再传送一次数据，静态显示方法比较简单，只将显示段码送至段码口，并把位控字送至位控口即可。静态显示虽然简单，但是用处不大。因为在同一时刻只显示一种字符的场合是不多的，大多数情况下，需要显示的是不同字符，这就要采用动态显示方法。此方案编程容易，管理简单，显示亮度高，显示数据稳定，占用很少的CPU时间。但是引线较多，线路复杂，硬件成本较高这两种显示方式各有利弊，静态显示虽然数据稳定，占用很少的CPU时间，但每个显示单元都需要单独的显示驱动电路，使用的硬件较多；动态显示虽然有闪烁感，占用的CPU时间多，但使用的硬件少，能节省线路板空间。所以，只要选择一种合适的扫描显示方法，利用LED做显示器不失为一种最佳的方法。2.3方案的比较及选择使用LC振荡电路，电路图会非常复杂，结构杂乱，将会消耗大量的电路元器件，并且很容易发生故障，也不容易调试，维修也极其不方便。即使调试后可以达到很高的精度，但测量一个电容要多次手动开关 ，操作起来很不方便。而RC充放电电路的电路结构简单，清晰，元件个数少，整体体积小，携带方便，调试也极其方便，只需调试有关程序软件即可，可谓一劳永逸。同时，也是最重要的一点，灵敏系数高，误差很小，在现代技术行业，必须使用这种方式的数字电容表。并且是数字式的，人工读数也方便，更为先进一点，电脑自动读数，自动抄表，将会非常实用。这与第一种方案相比，优点是非常明显的。电路结构简单，清晰，元件个数少，整体体积小，携带方便，调试也极其方便，只需调试有关程序软件即可，可谓一劳永逸。同时，也是最重要的一点，灵敏系数高，误差很小，在现代技术行业，必须使用这种方式的数字电容表。因为是数字式的，人工读数也方便，更为先进一点，电脑自动读数，自动抄表，将会非常实用。这与第一种方案相比，优点是非常明显的。从另一方面说，LC振荡电路组成的元器件总的成本要比RC充放电电路高，器件要比RC充放电电路多，对器件的要求也相当高。所以测量电路选择RC充放电电路。通过两种显示器的功能特点介绍和分析，本设计选择LED显示即可。因为我们设计的只是简单的六位nf级数字电容表，就算加上单位显示，也只占用六位数码管，而 LCD大范围的显示空间，实际是一种浪费。况且我们设计的数字电容表只是普通试验用途，不是精密仪器测试，所以不需要额外扩展显示位数。从编程方面看，LED动态显示的驱动程序简单明了，而液晶显示光初始化就很麻烦，程序编写要比LED复杂得多。从价格方面考虑，使用LED要划算得多。综上所述，本设计使用RC充放电电路作为测量电路，使用LED做显示电路，用单片机AT89C52做主控制器件，整个设计的仿真将在PROTEUS中完成。2.4 系统框图根据以上分析，该系统以AT89C52单片机为核心，以电容充电电路为测量电路，以六位数码管为显示电路，以四个按键组为测量档位选择控制电路，故系统框图如下: AT89C52单片机六位LED数码管振荡电路八个220R的电阻排测量电路（RC充电电路）锁存器74HC573六个反相器5V电源图2.1 系统框图8河南城建学院本科毕业设计（论文） 系统的硬件电路中器件的概述3 系统的硬件电路中器件的概述3.1 ATMEL公司的AT89C52单片机3.1.1 AT89C52性能及特点AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。3.1.2 AT89C52主要性能 与MCS5l产品兼容。 8KB的在线可重复编程快闪存储器，寿命可达1000次写擦除周期。 32个双向I/O口。 256x8bit内部RAM。 3个16位可编程定时/计数器中断。 时钟频率0-24MHz。 2个串行中断，可编程UART串行通道。 2个外部中断源，共8个中断源。 2个读写中断口线，3级加密位。 低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能。 3.1.3内部结构及引脚AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8XC52 相同，其主要用于汇聚调整时的功能控制。功能包括对汇聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，汇聚调整控制，汇聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（3239 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。 P0 口：P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash 编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口：P1 是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2时钟输出）和输入（P1.1/T2EX定时/计数器2），Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。 P2 口：P2 是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。 在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2 锁存器的内容。 Flash 编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。 P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能 P3 口还接收一些用于Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST:复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。对Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）。如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH 单元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。该位置位后，只有一条MOVX 和MOVC指令才能将ALE 激活。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE 禁止位无效。 PSEN:程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。 EA/VP:外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 Flash 存储器编程时，该引脚加上+12V 的编程允许电源Vpp，当然这必须是该器件是使用12V 编程电压Vpp。 XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。图3.1为AT89C52管脚图，示图如下：图3.1 单片机AT89C52 内部单元 数据存储器：AT89C52 有256 个字节的内部RAM，80H-FFH 高128字节与特殊功能寄存器（SFR）地址是重叠的，也就是高128字节的RAM 和特殊功能寄存器的地址是相同的，但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128 字节RAM 还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器。 例如，下面的直接寻址指令访问特殊功能寄存器0A0H（即P2 口）地址单元。 MOV 0A0H，#data 间接寻址指令访问高128 字节RAM，例如，下面的间接寻址指令中，R0的内容为0A0H，则访问数据字节地址为0A0H， 而不是P2 口（0A0H）。 MOV R0，#data 堆栈操作也是间接寻址方式，所以，高128 位数据RAM 亦可作为堆栈区使用。 定时器0和定时器1及定时器2： AT89C52的定时器0和定时器1 的工作方式与AT89C51 相同。定时器2 是一个16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON（如表3）的C/T2 位选择。定时器2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和特率发生器方式，工作方式由T2CON 的控制位来选择。定时器2 由两个8 位寄存器TH2 和TL2 组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2 寄存器的值加1，由于一个机器周期由12 个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。在计数工作方式时，当T2 引脚上外部输入信号产生由1 至0 的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2 期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1 期间寄存器加1。由于识别1 至0 的跳变需要2 个机器周期（24 个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。 中断：AT89C52 共有6 个中断向量：两个外中断（INT0 和INT1），3 个定时器中断（定时器0、1、2）和串行口中断。所有这些中断源可通过分别设置专用寄存器IE 的置位或清0 来控制每一个中断的允许或禁止。IE 也有一个总禁止位EA它能控制所有中断的允许或禁止。IE.6 为保留位，在AT89C51 中IE.5 也是保留位。程序员不应将“1”写入这些位，它们是将来AT89 系列产品作为扩展用的定时器2 的中断是由T2CON 中的TF2 和EXF2 逻辑或产生的，当转向中断服务程序时，这些标志位不能被硬件清除， 事实上，服务程序需确定是TF2 或EXF2 产生中断，而由软件清除中断标志位定时器0 和定时器1 的标志位TF0 和TF1 在定时器溢出那个机器周期的S5P2 状态置位，而会在下一个机器周期才查询到该中断标志。然而，定时器2 的标志位TF2 在定时器溢出的那个机器周期的S2P2 状态置位，并在同一个机器周期内查询到该标志。3.2电压比较器电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。简单的电压比较器结构简单，灵敏度高，但是抗干扰能力差，因此我们就要对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。运放，是通过反馈回路和输入回路的确定“运算参数”，比如放大倍数，反馈量可以是输出的电流或电压的部分或全部。而比较器则不需要反馈，直接比较两个输入端的量，如果同相输入大于反相，则输出高电平，否则输出低电平。电压比较器输入是线性量，而输出是开关（高低电平）量。一般应用中，有时也可以用线性运算放大器，在不加负反馈的情况下，构成电压比较器来使用。电压比较器可以看作是放大倍数接近“无穷大”的运算放大器。电压比较器的功能：比较两个电压的大小(用输出电压的高或低电平，表示两个输入电压的大小关系)： 当“+”输入端电压高于“”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当“+”输入端电压低于“”输入端时，电压比较器输出为低电平； 可工作在线性工作区和非线性工作区。 工作在线性工作区时特点是虚短，虚断； 工作在非线性工作区时特点是跳变，虚断；本设计中用到的就是最