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單片機(jī) 8031
生產(chǎn)廠家：Intel公司
特性：
8031單片機(jī)是Intel公司生產(chǎn)的MCS-51系列單片機(jī)中的一種，除無(wú)片內(nèi)ROM外，其余特性與MCS-51單片機(jī)基本一樣。
MCS-51單片機(jī)的引腳描述及片外總線結(jié)構(gòu)
一、芯片的引腳描述
HMOS制造工藝的MCS-51單片機(jī)都采用40引腳的直插封裝（DIP方式），制造工藝為CHMOS的80C51/80C31芯片除采用DIP封裝方式外，還采用方型封裝工藝，引腳排列如圖。其中方型封裝的CHMOS芯片有44只引腳，但其中4只引腳（標(biāo)有NC的引腳1、12、23、34）是不使用的。在以后的討論中，除有特殊說(shuō)明以外，所述內(nèi)容皆適用于CHMOS芯片。
如圖，是MCS-51的邏輯符號(hào)圖。在單片機(jī)的40條引腳中有2條專用于主電源的引腳，2條外接晶體的引腳，4條控制或與其它電源復(fù)用的引腳，32條輸入/輸出（I/O）引腳。
下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@40條引腳的功能。
1、主電源引腳VCC和VSS
VCC——（40腳）接+5V電壓；
VSS——（20腳）接地。
2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2
XTAL1（19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。
XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。
3、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP
①RST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個(gè)約10μF的電容，以保證可靠地復(fù)位。
VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（5±0.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。
②ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。
對(duì)于EPROM單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。
③PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。
④EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH（對(duì)851/8751/80C51）或1FFFH（對(duì)8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的8031來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。
對(duì)于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。
4、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）
①P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。
②P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。對(duì)8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T(mén)2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T(mén)2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。
③P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。
④P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個(gè)引腳還用于專門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。
作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。
作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表所示。
值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。
表 P3各口線的第二功能定義
口線 引腳 第二功能
P3.0 10 RXD（串行輸入口）
P3.1 11 TXD（串行輸出口）
P3.2 12 INT0（外部中斷0）
P3.3 13 INT1（外部中斷1）
P3.4 14 T0（定時(shí)器0外部輸入）
P3.5 15 T1（定時(shí)器1外部輸入）
P3.6 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖）
P3.7 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖）
二、MCS-51單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)
綜合上面的描述可知，I/O口線都不能當(dāng)作用戶I/O口線。除8051/8751外真正可完全為用戶使用的I/O口線只有P1口，以及部分作為第一功能使用時(shí)的P3口。如圖，是MCS-51單片機(jī)按引腳功能分類的片外總線結(jié)構(gòu)圖。
由圖我們可以看到，單片機(jī)的引腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入，用戶I/O口外，其余管腳是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些引腳構(gòu)成MCS-51單片機(jī)片外三總線結(jié)構(gòu)，即：
①地址總線（AB）：地址總線寬為16位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接尋址為64K字節(jié)，16位地址總線由P0口經(jīng)地址鎖存器提供8位地址（A0至A7）；P2口直接提供8位地址（A8至A15）。
②數(shù)據(jù)總線（DB）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由P0提供。
③控制總線（CB）：由P3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線RESET、EA、ALE、PSEN組成。
下表列出各個(gè)子系列的配制情況供讀則參考。
芯片種類 片內(nèi)存儲(chǔ)器 中斷源 定時(shí)/計(jì)數(shù)器 串行口 電源消耗（mA） 制造工藝
ROM/EPROM RAM
8051（8751，8031） 4K 128 5 2 同、異步方式，8位或10位可程序控制 125 HMOS
8052（8752，8032） 8K 256 6 3 同、異步方式，8位或10位可程序控制 100 HMOS
80C51（87C51，80C31） 4K 128 5 2 同、異步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS
80C52（87C52，80C32） 8K 256 7 3 同、異步方式，8位或10位可程序控制 24 CHMOS
8044（8744，8344） 4K 192 5 2 S.L.U 200 HMOS
MSC-51單片機(jī)中央處理器
中央處理器是單片機(jī)內(nèi)部的核心部件，它決定了單片機(jī)的主要功能特性。中央處理器主要由運(yùn)算部件和控制部件組成。下面我們把中央處理器功能模塊和有關(guān)的控制信號(hào)線聯(lián)系起來(lái)加以討論，并涉及相關(guān)的硬件設(shè)備（如振蕩電路和時(shí)鐘電路）。
1、運(yùn)算部件：它包括算術(shù)、邏輯部件ALU、布爾處理器、累加器ACC、寄存器B、暫存器TMP1和TMP2、程序狀態(tài)字寄存器PSW以及十進(jìn)制調(diào)整電路等。運(yùn)算部件的功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。
MCS-51單片機(jī)的ALU功能十分強(qiáng)，它不僅可對(duì)8位變量進(jìn)行邏輯“與”、“或”、“異或”、循環(huán)、求補(bǔ)、清零等基本操作，還可以進(jìn)行加、減、乘、除等基本運(yùn)算。為了乘除運(yùn)算的需要，設(shè)置了B寄存器。在執(zhí)行乘法運(yùn)算指令時(shí)，用來(lái)存放其中一個(gè)乘數(shù)和乘積的高8位數(shù)；在執(zhí)行除法運(yùn)算指令時(shí)，B中存入除數(shù)及余數(shù)。MCS-51單片機(jī)的ALU還具有一般微機(jī)ALU，如Z80、MCS-48所不具備的功能，即布爾處理功能。單片機(jī)指令系統(tǒng)中的布爾指令集、存儲(chǔ)器中的位地址空間與CPU中的位操作構(gòu)成了片內(nèi)的布爾功能系統(tǒng)，它可對(duì)位（bit）變量進(jìn)行布爾處理，如置位、清零、求補(bǔ)、測(cè)試轉(zhuǎn)移及邏輯“與”、“或”等操作。在實(shí)現(xiàn)位操作時(shí)，借用了程序狀態(tài)標(biāo)志器（PSW）中的進(jìn)位標(biāo)志Cy作為位操作的“累加器”。
運(yùn)算部件中的累加器ACC是一個(gè)8位的累加器（ACC也可簡(jiǎn)寫(xiě)為A）。從功能上看，它與一般微機(jī)的累加器相比沒(méi)有什么特別之處，但需要說(shuō)明的是ACC的進(jìn)位標(biāo)志Cy就是布爾處理器進(jìn)行位操作的一個(gè)累加器。
MCS-51單片機(jī)的程序狀態(tài)PSW，是一個(gè)8位寄存器，它包含了程序的狀態(tài)信息。
2、控制部件
控制部件是單片機(jī)的神經(jīng)中樞，它包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、指令寄存器、譯碼以及信息傳送控制部件。它以主振頻率為基準(zhǔn)發(fā)出CPU的時(shí)序，對(duì)指令進(jìn)行譯碼，然后發(fā)出各種控制信號(hào)，完成一系列定時(shí)控制的微操作，用來(lái)控制單片機(jī)各部分的運(yùn)行。其中有一些控制信號(hào)線能簡(jiǎn)化應(yīng)用系統(tǒng)外圍控制邏輯，如控制地址鎖存的地址鎖存信號(hào)ALE，控制片外程序存儲(chǔ)器運(yùn)行的片內(nèi)外存儲(chǔ)器選擇信號(hào)EA，以及片外取指信號(hào)PSEN。
替換型號(hào)：80C31、8032、80C32。
8031最小系統(tǒng)板，全工藝雙面板，原與64路輸出板配套。
本人早期使用，全工藝雙面板，P1口由74xx244（可省略且搭接焊盤(pán)直接輸出）驅(qū)動(dòng)，P3口直接輸出。74xx373鎖存驅(qū)動(dòng)地址線，8031通過(guò)插座與74xx244層疊安裝，ROM2764通過(guò)插座與74xx373層疊安裝，晶振裝于底面，故面積僅4.8cm*7.2cm，原與由8只74xx373鎖存、8只ULN2804驅(qū)動(dòng)組成的64路輸出板配套。
http://www.a-v-o.com/index/products/mini8031/mini8031.htm
⊙8031用戶系統(tǒng)
根據(jù)調(diào)查研究.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)大致可分為如下幾大類,
1.模擬量采集,模擬量輸出,PID調(diào)節(jié),程序控制可選用我廠生產(chǎn)的SCB-31-5.
2.智能儀表,實(shí)時(shí)控制,顯示調(diào)整系數(shù).可加選我廠生產(chǎn)的通用鍵盤(pán)顯示板.
3.特殊要求的用戶,可專為用戶設(shè)計(jì)加工專用的控制板.
☆SCB-31-5
1)資源配有
8031,74LS373,2764,6264,74LS139,8155,74LS04，MC1413,ADC0809,DAC0832
時(shí)鐘為6MHz.由以上硬件構(gòu)成了一個(gè)最小的控制板板上提供了:
2764 EPROM 8K 地址為0000-1FFF 6264 ROM 8K 地址為4000-5FFF
I/0 P1口 地址為90 8155 命令口 地址為7900
A口 地址為 7901 B口 地址為7902 C口 地址為7903
定時(shí)器(低) 地址為7904 定時(shí)器(高) 地址為7905
256字節(jié)RAM 地址為7800-78FF
0809 AD 地址為6800 0832 DA 地址為6000
2)硬件設(shè)計(jì)思想:
1.為使控制板能適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)需要,提高抗干擾性能,譯碼電路采用了片選法.
2.考慮到用戶能直接控制繼電器電路,在8155的PA1-PA7上配備MC1413,能直
接驅(qū)動(dòng)50V,500MA以下的負(fù)載.
3.在使用電源上,采用單正+5V供電,以提高電源的穩(wěn)定度,在整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)可
以忽略對(duì)電源引線的壓降所帶來(lái)的麻煩,同時(shí)也可以在系統(tǒng)中保持相對(duì)
的獨(dú)立性.
4.考慮到用戶可方便地增加各種功能,將所有數(shù)據(jù)總線,地址總線,控制總
線 I/O線全部引出.
3)SCB-31-5引線:
A面(元件面) B面(焊點(diǎn)面)
VCC A1 B1 VCC GND A2 B2 GND A3 B3 P0.0 P0.2 P0.4 P0.6 P1.0
P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 CS0 CS1 GND +12V
PB7 PB6 PB5 PB4 PB3 PB2 PB1 PB0 PA7 PA6
PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11
A12 A13 A14 A15 A16 A17 A18 A19 A20 A21 A22 A23 A24 A25 A26 A27
A28 A29 A30 A31 A32 A33 A34 A35 A36 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10
B11 B12 B13 B14 B15 B16 B17 B18 B19 B20 B21 B22 B23 B24 B25 B26
B27 B28 B29 B30 B31 B32 B33 B34 B35 B36
P0.1 P0.3 P0.5 P0.7 RXD P3.0 TXD P3.1 INT0 P3.2 INT1 P3.3
T0 P3.4 T1 P3.5 WR P3.6 RD P3.7 RESET GND -12V D/A
定時(shí)器出 定時(shí)器入
PC5 PC4 PC3 PC2 PC1 PC0 AD7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1 AD0
4)SCB-31-5板上CZ1(DC2-20)引腳定義
1 CLK（ALE） 2 NC 3 WR 4 A0 5 D1 6 GND 7 RESET 8 NC
9 D7 10 GND 11 D6 12 D5 13 D4 14 D3 15 D2 16 D0
17 CS 18 RD 19 RESET 20 VCC
☆用開(kāi)發(fā)機(jī)和SCB-31-5板聯(lián)機(jī)
1.連線
撥下SCB-31-5板上8031,用40線扁平仿真電纜連接SCB-31-5板和DICE系列開(kāi)
發(fā)機(jī).
2.讀寫(xiě)RAM
DICE系列開(kāi)發(fā)機(jī)進(jìn)入P......態(tài).SCB-31-5板上6264
地址為4000-5FFF,8155片內(nèi)256個(gè)單元地址為7800-78FF
(1)寫(xiě)6264或8155顯示內(nèi)容
4000 XX 按 55 4000 55 按 NEXT 4001 XX 按 AA 4001 AA 按 NEXT
4002 XX 按 CC 40O2 CC
(2)讀6264或8155顯示內(nèi)容
4000 按 ODRW 4000 55 按 NEXT 4001 AA 按 NEXT 4002 CC 按 NEXT
3.仿真
用戶程序在開(kāi)發(fā)機(jī)內(nèi),進(jìn)入仿真態(tài)P……態(tài)用戶程序假如為:
0000 904000 MOV DP TR,#4000H 0003 7488 MOV A , #88
0005 F0 MOVX @DPTR ,A 0006 A3 INC DPTR
0007 74FF MOV A,#OFFH 0009 FD MOVX @DPTR ,A
000A 80FE LP: SJMP LP
從0000地址開(kāi)始執(zhí)行單步,執(zhí)行到000A,SCB-31-5板上6264片內(nèi)4000H,4001H
中內(nèi)容為88和FF.用非全速斷點(diǎn),全速斷點(diǎn),連續(xù)運(yùn)行命令可得到同樣結(jié)果.
4.開(kāi)發(fā)
把上述程序固化到EPROM或EEPROM中把該片插在SCB-31-5板上2764位置,
DICE系列開(kāi)發(fā)機(jī)進(jìn)入H……態(tài),從0000H地址開(kāi)始用連續(xù)運(yùn)行,非全速斷點(diǎn),
單步命令執(zhí)行到000A地址,可得到仿真時(shí)同樣結(jié)果.
8031片內(nèi)不帶程序存儲(chǔ)器ROM，使用時(shí)用戶需外接程序存儲(chǔ)器和一片邏輯電路373，外接的程序存儲(chǔ)器多為EPROM的2764系列。用戶若想對(duì)寫(xiě)入到EPROM中的程序進(jìn)行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫(xiě)入。寫(xiě)入到外接程序存儲(chǔ)器的程序代碼沒(méi)有什么保密性可言。
數(shù)字移相技術(shù)的分析和實(shí)現(xiàn)
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摘要：兩個(gè)同頻信號(hào)之間的移相，是電子行業(yè)繼電保護(hù)領(lǐng)域中模擬、分析事故的一個(gè)重要手段，利用移相原理可以制作校驗(yàn)各種有關(guān)相位的儀器儀表、繼電保護(hù)裝置的信號(hào)源。因此，移相技術(shù)有著廣泛的實(shí)用價(jià)值。本文介紹兩種基于單片機(jī)的數(shù)字移相方法，借以說(shuō)明實(shí)現(xiàn)移相的原理，并對(duì)兩種移相方法進(jìn)行性能分析和比較。
關(guān)鍵詞：移相 單片機(jī) D/A轉(zhuǎn)換 計(jì)數(shù)器
兩個(gè)同頻信號(hào)之間的移相與實(shí)現(xiàn)方式
所謂移相是指兩種同頻的信號(hào)，以其中的一路為參考，另一路相對(duì)于該參考作超前或滯后的移動(dòng)，即稱為是相位的移動(dòng)。兩路信號(hào)的相位不同，便存在相位差，簡(jiǎn)稱相差。若我們將一個(gè)信號(hào)周期看作是3600，則相差的范圍就在0°～360°。
要實(shí)現(xiàn)移相，通常有兩個(gè)途徑：
一是直接對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行移相，如阻容移相，變壓器移相等，早期的移相通常采用這種方式。采用這種方式制造的移相器有許多不足之處，如：輸出波形受輸入波形的影響，移相操作不方便，移相角度隨所接負(fù)載和時(shí)間等因素的影響而產(chǎn)生漂移等．在此不予討論．另一個(gè)是隨電子技術(shù)的發(fā)展，特別是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展而興起的數(shù)字移相技術(shù)，是目前移相技術(shù)的潮流。數(shù)字移相技術(shù)的核心是：先將模擬信號(hào)或移相角數(shù)字化，經(jīng)移相后再還原成模擬信號(hào)。
數(shù)字移相主要有兩種形式：
一種是先將正弦波信號(hào)數(shù)字化成，并形一張數(shù)據(jù)表存入ROM芯片中，此后可通過(guò)兩片D／A轉(zhuǎn)換芯片在單片機(jī)的控制下連續(xù)地循環(huán)輸出該數(shù)據(jù)表，就可獲得兩路正弦波信號(hào)，當(dāng)兩片D／A轉(zhuǎn)換芯片所獲得的數(shù)據(jù)序列完全相同時(shí)，則轉(zhuǎn)換所得到的兩路正弦波信號(hào)無(wú)相位差，稱為同相。當(dāng)兩片D／A轉(zhuǎn)換芯片所獲得的數(shù)據(jù)序列不同時(shí)，則轉(zhuǎn)換所得到的兩路正弦波信號(hào)就存在著相位差。相位差的值與數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)及數(shù)據(jù)地址的偏移量有關(guān)。這種處理方式的實(shí)質(zhì)是將數(shù)據(jù)地址的偏移量映射為信號(hào)間的相位值。
另一種是先將參考信號(hào)整形為方波信號(hào)，并以此信號(hào)為基準(zhǔn)，延時(shí)產(chǎn)生另一個(gè)同頻的方波信號(hào)，再通過(guò)波形變換電路將方波信號(hào)還原成正弦波信號(hào)。以延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)決定兩信號(hào)間的相位值。這種處理方式的實(shí)質(zhì)是將延時(shí)的時(shí)間映射為信號(hào)間的相位值。
利用D/A轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)移相
圖1給出了一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。單片機(jī)為8031，D／A轉(zhuǎn)換芯片采用兩片8位字長(zhǎng)的DAC0832，由于DAC0832的輸出信號(hào)為電流型，故需加運(yùn)算放大器將電流型信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓型信號(hào)。該設(shè)計(jì)中運(yùn)算放大器采用雙極型雙運(yùn)放4558。轉(zhuǎn)換所用的數(shù)據(jù)為256個(gè)8位字長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，隨程序一起存入ROM存儲(chǔ)器中，即一個(gè)信號(hào)周期有256個(gè)轉(zhuǎn)換值。
在進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的程序中，數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)共有256個(gè)，每?jī)蓚�(gè)相鄰數(shù)據(jù)之間的相位差為360o÷256=1.4o。我們只需改變R1中的值就可改變兩路正弦波的相位差。程序中R1＝8，故第一路正弦波滯后第二路正弦波1.4o×8＝11.2o。
利用單片機(jī)進(jìn)行方波信號(hào)的移相
利用單片機(jī)進(jìn)行方波信號(hào)的移相則是數(shù)字移相的另一個(gè)途經(jīng)，已有多種成功之作，有些偏重硬件，有些偏重軟件�？傮w說(shuō)來(lái)，偏重硬件的精度較高，但制造及調(diào)試較復(fù)雜;偏重軟件,的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，但往往精度受影響。本文介紹一種己獲得較為理想效果的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的原理框圖如圖2所示。
工作原理：作為參考信號(hào)的A，經(jīng)整形后得到方波信號(hào)a，再利用鎖相技術(shù)對(duì)a作3600倍頻，并將此倍頻信號(hào)作為單片機(jī)中CTC的計(jì)數(shù)脈沖，以此來(lái)產(chǎn)生相移和測(cè)量移相的實(shí)際值。由于計(jì)數(shù)脈沖是通過(guò)鎖相環(huán)產(chǎn)生的，在鎖相環(huán)允許的頻率范圍內(nèi)，計(jì)數(shù)脈沖始終是a信號(hào)的3600倍，因此，可以看成是將a信號(hào)的一個(gè)信號(hào)周期分為了3600份，且允許a的頻率可在一個(gè)小的范圍內(nèi)波動(dòng)。若一個(gè)信號(hào)周期為360o，那么在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖即代表0.1o。我們只需以a信號(hào)為參考，延時(shí)若干個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間來(lái)產(chǎn)生c信號(hào)即可做到移相，改變延時(shí)計(jì)數(shù)脈沖的個(gè)數(shù)即可改變移相值，亦可記錄兩個(gè)信號(hào)的上沿(或下沿)間的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)獲得兩信號(hào)的相位差。正是由于鎖相環(huán)的存在，才使得移相信號(hào)B與參考信號(hào)A的頻率完全相同。比起由軟件測(cè)得A信號(hào)的周期后再來(lái)產(chǎn)生B信號(hào)的方式來(lái)，其精度要高得多。鎖相環(huán)倍頻的頻率愈高則移相的最小單位愈小，若作7200倍頻，那么在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)每個(gè)計(jì)數(shù)脈沖即代表0.05o。
圖3是以上述方式進(jìn)行移相的時(shí)序圖，設(shè)計(jì)數(shù)脈沖的頻率是a信號(hào)的360o倍，那么從a信號(hào)的上沿開(kāi)始經(jīng)N個(gè)計(jì)數(shù)脈沖后產(chǎn)生c信號(hào)的上沿，則有a信號(hào)超前c信號(hào) N×0.1o。但我們需要的是A信號(hào)與B信號(hào)之間的移相。A信號(hào)與a信號(hào)的相位是相同的，但c信號(hào)與B信號(hào)的相位，由于波形轉(zhuǎn)換電路的存在而不相同，其相位差視波形轉(zhuǎn)換電路的參數(shù)而定。故A信號(hào)與B信號(hào)之間的實(shí)際移相值無(wú)法由N×0.1o來(lái)計(jì)算。要獲得A信號(hào)與B信號(hào)之間的實(shí)際移相值，可將B信號(hào)整形成b信號(hào)(兩信號(hào)相位相同)后反饋給單片機(jī)，由單片機(jī)測(cè)量出a信號(hào)與b信號(hào)之間的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)n即可，實(shí)際移相值為n×0.10。改變N的值即可改變移相值。
要實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)，除需要用鎖相環(huán)產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖外，還需要三個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，分別用來(lái)計(jì)N，n及180o的值。筆者將8032中的計(jì)數(shù)器作如下分配：T0計(jì)N的值、T1計(jì)n的值、T2計(jì)180o的值。T0、T1及T2的啟停全部由中斷服務(wù)程序控制。接線如圖2所示。具體是：
① a信號(hào)的上沿產(chǎn)生INT0中斷，其中斷服務(wù)程序分別將-N及0賦給TH0TL0和TH1TL1；然后使T0、T1開(kāi)始計(jì)數(shù)。
② T0歸零，其中斷服務(wù)程序關(guān)閉T0；置P3.0；-1800賦TH2TL2；使T2開(kāi)始計(jì)數(shù)。
③ T2歸零，其中斷服務(wù)程序清P3.0；關(guān)閉T2。
④ b信號(hào)的上沿產(chǎn)生INT0中斷，其中斷服務(wù)程序關(guān)閉T1；讀取TH1TL1的計(jì)數(shù)值n。
兩種移相方式的性能比較
通過(guò)以上介紹，我們可以看出：以D／A轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)的移相，雖然所用元件少，但輸出信號(hào)的頻率難以細(xì)調(diào)，特別是移相的最小單位太大(1.4o／步)。在50Hz頻率下，要達(dá)到0.1o／步移相細(xì)度難以辦到。因此，該方式只適合于對(duì)頻率要求不高，且移相角度固定的場(chǎng)合。
以延時(shí)輸出方波的方式實(shí)現(xiàn)的移相，其硬件電路比較復(fù)雜(鎖相及波形變換電路)。輸出信號(hào)的頻率以參考信號(hào)的頻率為準(zhǔn)，而參考信號(hào)的頻率則可以精確給定。移相的最小單位可小于0.1o／步，這就為無(wú)級(jí)移相提供了基礎(chǔ)。因此，該方式可用于對(duì)頻率要求高，且需360o無(wú)級(jí)移相的場(chǎng)合。
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