毕业设计（论文）-行波管夹持杆微波性能的自动测试仪的设计.doc

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1、成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）论文摘要微波介质夹持杆是微波行波管中的重要材料，其微波性能及夹持杆轴向复介电常数分布的均匀情况都对微波行波管的性能产生很重要的影响。本设计主要是针对行波管夹持杆微波性能的测试技术，采用模式识别技术，实现了在不同频段用同一测试腔对夹持杆介电参数的测量。同时设计的自动机械传动装置，解决了行波管夹持管复介电常数沿轴向分布的测试问题。关键词： 行波管 夹持杆 微波特性 自动测试 机械装置AbstractMicrowave dielectric support rods microwave T w tube the important material, Micr

2、owave properties and its gripper bar axial complex permittivity of the uniform distribution of all the traveling wave tube microwave properties have a very important impact ring for. The design is mainly directed against TWT gripper bar microwave properties of the testing technology, using pattern r

3、ecognition technology, Implement-ation of the different frequency bands using the same test chamber to clamp rod dielectric parameters of the measurement. Meanwhile mechanical design of the automatic transmission device, the solution TWT capture of complex permittivity distribution along the axis of

4、 the test problem. Key Words: T w tube Gripper bar Microwave Properties Automatic Testing Mechanical devices 目录论文摘要Abstract目录第一章 绪 论11.1 课题来源及研究的目的和意义11.2 行波管夹持杆及微波基础知识及技术1第二章 总体方案的制定42.1 初始参数的确定及测试装置概况42.2 电路控制及机械传动的设计原则52.2.1 电路控制系统52.2.2 机械传动装置52.3 测试原理5第三章 电路控制及信号采集结构的设计63.1 单片机的选用63.1.1 主控器的选用6

5、3.1.2 C8051F310单片机的工作原理93.1.3 C8051F310 的CIP-51内核103.1.4 存储器113.1.5 复位电路113.2 单片机系统扩展芯片的选用XVI3.3 芯片模块选用及引脚功能的说明及应用143.3.1 模数转换器AD7701143.3.2 低功耗仪表放大器AD620173.3.3 程序存储器 AT24C02183.3.4 高精度电压基准电路AD580203.3.5 缓冲器74HC04203.3.6 TLC062213.3.7 TLP521XXV3.3.8 AC/DCXXVI3.3.9 低压差稳压器TPS78833XXVI3.3.10 通讯接口RCS-2

6、32223.3.11 JTAG253.4 光电藕合电路的设计253.4.1 光隔离器的基本参数263.4.2 设计计算263.5 功率放大电路的设计273.5.1 概述273.5.2 设计与计算283.6 辅助电路的设计293.6.1 电源部分的抗干扰措施的设计293.6.2 复位电路的设计XXXIV第四章 传动机构的设计XXXV4.1 传动方案的确定XXXV4.2. 工作原理分析324.2.1 直线步进电机324.2.2 直线步进电机的控制系统构成与平稳控制方法334.2.3 直线步进电机的工作原理354.2.4 计算直线步进电机的惯性负载364.2.5 直线步进电机的性能指标374.2.6

7、 直线步进电机的选择384.3 导轨的设计计算384.3.1 概述及特点384.3.2 导轨的长度计算394.3.3 接触强度的计算394.3.4 接触钢度的计算404.3.5 系统的精度分析404.3.6 底板的设计计算40第五章 频率发生器425.1 频率发生器知识概述425.2 工作原理42结论44致谢45参考文献46第一章 绪 论1.1课题来源及研究的目的和意义我的毕业设计的课题题目是行波管夹持杆微波性能的自动测试仪的设计。行波管是雷达、电子对抗、通讯等领域微波功率放大的核心器件,而夹持杆是行波管的重要组成部分，为了保证行波管质量,在生产夹持杆时，产品检测是十分重要的环节。目前，国内行

8、波管生产企业都采用手工测试，由人工观察和手工记录数据，工人劳动强度大，生产效率低，测量精度不稳定，容易出错。为了提高行波管夹持杆的测试精度，提高生产效率，减少出错率，就需要开发一套行波管夹持杆微波性能的自动测试系统。在设计过程中，需要设计该装置的自动机械传动机构，用它来解决行波管夹持杆复介电常数沿轴向分布的检测测试问题；还有就是要设计出相应的控制电路，用其来完成系统的控制、测试和微机通讯等相关问题。通过本设计，完成了夹持杆复介电常数沿轴向分布和同一产品在不同频率下的复介电常数的测量，同时实现了电参数测试和机械传动装置的自动化。1.2 行波管夹持杆及微波基础知识及技术 靠连续调制电子注的速度来实

9、现放大功能的微波电子管。在行波管中，电子注同慢波电路中行进的微波场发生相互作用,在长达640个波长的慢波电路中电子注连续不断地把动能交给微波信号场，从而使信号得到放大。1943年，物理学家R.康夫纳在英国制出世界上第一只行波管，1947年美国物理学家J.皮尔斯发表对行波管的理论分析。现代行波管已成为雷达、电子对抗、中继通信、卫星通信、电视直播卫星、 导航、 遥感、遥控、遥测等电子设备的重要微波电子器件。行波管的特点是频带宽、增益高、动态范围大和噪声低。行波管频带宽度（频带高低两端频率之差/中心频率）可达100以上，增益在2570分贝范围内，低噪声行波管的噪声系数最低可达12分贝。 行波管在结构

10、上包括电子枪、慢波电路、集中衰减器、能量耦合器、聚焦系统和收集极等部分（图1）。电子枪的作用是形成符合设计要求的电子注。聚焦系统使电子注保持所需形状，保证电子注顺利穿过慢波电路并与微波场发生有效的相互作用，最后由收集极接收电子注。待放大的微波信号经输入能量耦合器进入慢波电路，并沿慢波电路行进。电子与行进的微波场进行能量交换，使微波信号得到放大。放大后的微波信号经输出能量耦合器送至负载。 行波管原理在行波管中，电子注与慢波电路中的微波场发生相互作用。微波场沿着慢波电路向前行进。为了使电子注同微波场产生有效的相互作用，电子的直流运动速度应比沿慢波电路行进的微波场的相位传播速度（相速）略高，称为同步

11、条件。输入的微波信号在慢波电路建立起微弱的电磁场。电子注进入慢波电路相互作用区域以后，首先受到微波场的速度调制。电子在继续向前运动时逐渐形成密度调制。大部分电子群聚于减速场中，而且电子在减速场滞留时间比较长。因此，电子注动能有一部分转化为微波场的能量，从而使微波信号得到放大。在同步条件下，电子注与行进的微波场的这种相互作用沿着整个慢波电路连续进行。这是行波管与速调管在原理上的根本区别。 行波管的应用脉冲行波管用于地面固定和移动式雷达、机载火控雷达、电子对抗设备等。脉冲功率在10千瓦至4兆瓦的行波管,频带宽度为830;脉冲功率为5千瓦者，频带宽度可达67;脉冲功率为1千瓦者,频带宽度可达 100

12、以上。大功率连续波行波管多用于卫星通信地球站，在10吉赫下输出功率可达14千瓦，38吉赫下达 1千瓦。多模行波管用于电子对抗系统，可在多种脉冲状态和连续波状态下工作。多模行波管的脉升比（脉冲功率/连续波功率）为312分贝。印制行波管和小型行波管体积小、重量轻、成本低，适合于用量大的场合，如相控阵雷达。空间行波管是空间应用的专用管型，特点是可靠性高、寿命长和效率高。通信卫星和电视直播卫星大多数采用行波管作发射管，寿命可达10年以上。 微波是频率大约在300MHz3000GHz或波长在1m0.1mm范围内的电磁波，此波段称之为微波波段。顾名思义，微波是波长很短的波，这一点可以从Microwave一

13、词的含义中看得出来。从频率上看，微波的频率非常的高，因此在微波理论研究的早期，微波技术也称之为超高频技术。微波波段位于电磁波谱的红外辐射和无线电波之间。 图2 波段图微波技术是近代科学的重大成就之一，几十年来，微波已发展成为一门比较成熟的学科。在雷达、通讯、导航、电子对抗等许多领域得到了广泛的应用。雷达更是微波技术的典型应用。可以说没有现代微波技术的发展，具体的说是没有微波有源器件的发展，就不可能有现代雷达。现代的手机通讯更是与微波息息相关。微波测量的三个基本参量是驻波、功率和频率，而其他参量的测量，如阻抗、Q值和磁共振线宽等都可以通过这三个基本参量的测量而得到。第二章 总体方案的制定2.1

14、初始参数的确定及测试装置概况机械传动装置中的导轨长度确定在350mm左右，通过与步进电动机比较，选择直线电动机作为驱动装置，上下底板的长度与厚度分别是280mm，24mm，夹持杆的直径大小约为5mm，电压值为220V。机械传动装置的最大运动距离为400mm，传动距离的分辨率为1mm，（即检测到的信号每经过1秒进给1mm进行记录数据）。传动丝杆由直线步进电机带动，直线步进电机由驱动电路驱动，驱动电路板与控制微机的接口板通过串行口相连，机械传动装置完全受微机控制，微机发出指令可方便地进行传动。该设计属于微波测量领域，可对行波管夹持杆微波复介电常数进行迅速、准确、多频段、无损伤、自动化和批量检测。

15、1.本设计中运用的模式识别、杂模抑制和一腔多模技术，成功地解决了多波段复介电常数的测试； 2 .通过控制及信号采集系统，把测量到的数字进行统计，检测微波的衰减程度，即看它放映出来的电压值的变化，进而分析出夹持杆的涂层分布情况，分析夹持杆的涂层是否分布均匀，从而得出夹持杆的制造工艺性，工作省时、高效。3.研制了程控机械自动传动装置，实现了在直径0.3-5mm，长度小于400mm范围内夹持杆复介电常数的沿轴向分布的测试； 4.设计了被测样品支撑装置，使得该测试仪适用于不同截面杆状介质材料的测量，具有广泛的适应性； 5.编制的自动测试软件，可进行自动化测量，从而大大提高了测试速度和精度。（本设计不涉

16、及到程序编制方面内容）我们的设计中的主要技术指标为： 测试频率：C和KU波段；可测范围：r=210,tan=10X10(-4)1X10(-2)测试总不确定度：r/r1%；tan1X10（-4）该设计可在行波管夹持杆等策波介质材料的研制、生产和使用部门推广使用。尤其是在材料生产部门进行指检测，根据测试结果及时调整生产工艺，进行产品质量管理，对提高产品的合格率，降低成本具有积极的意义。2.2 电路控制及机械传动的设计原则 本设计电路的主要功能是电机控制、微波检测及信号传输等功能。机械设计主要要考虑的是传动结构的设计，保证夹持杆的检测运动过程平稳有序的进行，机械设计中导轨的光滑度要求严格，支座中的三

17、个孔之间的平行度按照每100mm不大于0.01进行设计。导轨之间的同轴度保证不大于0.01mm。2.2.1 电路控制系统 行波管夹持杆测试仪设计中，我们设计的电路结构的主要工作是进行电机的控制、微波通讯和信号的传输，完成数据的采集和系统控制等作用。该系统中包括C8051F310型号单片机、AD7701模数转换器、运算放大器AD620、TLC062、高精度电压基准AA580、光电耦合器等等。2.2.2 机械传动装置 机械装置的任务是完成夹持杆的运输，并使传感器实现微波夹持杆的轴向微波测量所需的运动。选择合适的电机类型和传动方式。设计要求结构紧凑，传动平稳。该部分主要由直线步进电机、导轨、轴套、底

18、座、连接板等结构组成。2.3 测试原理行波管夹持杆的检测，因为夹持杆是磁性材料，它的检测是在微波环境中进行的，于是它的测量必须通过微波的性能来作为跳板进行测量，要求检测到的信号每经过1秒进给1mm进行测试计算，再将测量到的数值进行统计，检测微波的衰减程度，即得出它放映出来的电压值的变化，进而分析夹持杆的涂层的情况，分析夹持杆的涂层是否分布均匀，得出夹持杆的制造工艺性。第三章 电路控制及信号采集结构的设计3.1 单片机的选用3.1.1 主控器的选用本设计采用C8051F310系列单片机，该单片机采用了Silabs公司的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部件，

19、70指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期。在时钟频率为25MHz时，速度可达25兆指令/秒。具有扩展的中断系统。C8051F310单片机有256B的核内数据RAM，单片机还有位于外部数据存储器地址空间的1KB的RAM存储器。它的程序存储器为16KB闪存。C8051F系列的单片机与80C51系列单片机的主要特点是指令系统一样，选择C8051F310的理由是它有如下的进步：1） 指令运行速度比一般的系列单片机提高了大约10倍；2） I/O端口的配置由固定方式，改变为软件设定方式；3） 时钟系统更加完善，有多个时钟源，且时钟振荡器可编程等；4） 可实现通过JTAG接口的在系统调试；5） 增加了模数

20、和数模转换模块；6） 有多种复位方式；7） 进一步降低了系统功耗等。C8051F310其引脚图如下3-1,叙述如下： C8051F310引脚图(3-1)1） 主电源引脚Vcc：正常操作时接+5V电源2） 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2（测量波特率）C8051F310型号的引脚功能表(1)引脚名称引脚类型功能说明VCC数字电源DGND数字地/RST数字I/O单片机复位。内部VDD监视器的漏极开路输出，当VDD2.7V，并且MONEN为高时被驱动为低电平。外部信号源可以通过将该引脚置为低电平启动一次系统复位XTAL1模拟输入晶振输入。该引脚为晶振或陶瓷谐振器的内部振荡器电路的反馈输入。为了得到

21、精确的内部晶振或陶瓷谐振器，还可以由该引脚输入一个外部CMOS时钟源，提供系统时钟XTAL2模拟输出晶振输出。该引脚是晶振或陶瓷谐振器的激励驱动器输出端P0.0数字I/OP0.1数字I/OP0.2数字I/OP0.3数字I/OP0.4数字I/OP0.5数字I/OP0.6数字I/OP0.7数字I/OP1.0模拟输入ADCI输入通道0外部存储器地址总线位8（非复用方式）P1.1模拟输入P1.2模拟输入P1.3模拟输入P1.4模拟输入P1.5模拟输入P1.6模拟输入P1.7模拟输入P2.0数字I/O外部存储器地址总线位8（复用方式）外部存储器地址总线位0（非复用方式）P2.1数字I/OP2.2数字I/

22、OP2.3数字I/OP2.4数字I/OP2.5数字I/OP2.6数字I/OP2.7数字I/OP3.1数字I/OP3.2数字I/OP3.3数字I/OP3.4数字I/O3）制/RST等引脚的介绍：/RST数字I/O，单片机复位。内部VDD监视器的漏极开路输出，当VDD2.7V，并且MONEN为高时被驱动为低电平。外部信号源可以通过将该引脚置为低电平启动一次系统复位。4）输入输出引脚的介绍P0.00.7 P0口是 一个漏极开路型准双向I/O口。在访问外部存储器的时候，它是分时多路转换的地址（低8位）和数据总线，同时激活内部上拉电阻。在EPROM编程时它接收指令字节，而在验证程序时则输出指令字节且要求

23、外接上拉电阻。P1.0P1.7：P1口是带上拉电阻的8位双向I/O口。在EPROM编程和程序验证时，它接收低8位地址。P2.02.7： P2口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在访问外部存储器时，它送出高8位地址。在EPROM编程和程序验证期间，它接收到高8位地址。P3.03.4： P3口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。在C8051F310中，这几个引脚兼有专用功能。见下表3-1所示。P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输入口P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0的外部输入P3各口线与专用功能表3-13.1.2 C8051F310单片机的工作原理

24、C8051F310单片机是一个完整的数据采集和控制系统。CIP-51内核（8051核）实际是这个单片机系统的核心控制部分，这部分起关键作用的是CPU。CPU主要是由运算器和控制器两大部分组成。控制器根据指令码产生控制信号，统一指挥和控制计算机工作，使运算器、控制器、输入输出端口之间能自动协调的工作，它由指令部件和控制逻辑部件等部分组成。它的功能是接收来自存储器中的逐条指令，进行指令译码，并通过定时和控制电路，在规定时间发出各种操作所需的全部内部控制信息及CPU外部所需的控制信号，使各部分协调工作，完成指令所规定的各种操作。运算器是用于对数据进行算术运算和逻辑操作的执行部件，包括算术/逻辑部件（

25、ALU）、累加器（ACC）、暂存寄存器、程序状态字寄存器（PSW）、通用寄存器等。给单片机加电后，内部时钟电路立即开始工作，在CPU启动后，首先从程序存储器的0000地址取指令，开始执行程序，单片机的工作实质就是执行程序的过程，即逐条执行指令的过程。每执行一条指令都可分为3个阶段，即取指令、分析指令和执行指令。取指令的任务是根据程序计数器PC中的值，从程序存储器读出现行指令，送到指令寄存器。分析指令的任务是将指令寄存器中的指令操作码取出，存放到指令译码器进行分析，分析其指令性质，若指令要求操作数，则寻求操作数地址执行指令的任务是取出操作数，然后按照操作码的性质对操作数进行操作，即执行指令。在C

26、8051F310单片机中的流水线结构使得取指令和执行指令是同步进行的，即在执行当前指令的同时，取下一条指令，这大大提高了指令运行速度。单片机执行程序的过程实际上就是逐条指令地重复上述操作过程，直到遇到循环等待指令。在单片机刚加电时，外部或内部复位信号首先使单片机复位，上述各功能模块的初始复位状态均为停机等待，为最小功耗状态。如果要使哪些功能模块工作，则在程序的初始化部分首先通过软件对需要使用的各模块如定时器、摸数转换器进行配置后，才能与外部联系。3.1.3 C8051F310 的CIP-51内核 CIP-51内核也称为微控制器，实际上就是C8051F310单片机中央处理器（CPU），主要完成运

27、算和控制功能，管理整个单片机系统的各个外设的工作。由图可见其组成与结构和8051的原理结构图基本相似，所不同的部分是增加了流水线结构、存储器和特殊功能寄存器接口部分、电源控制和管理寄存器等。CIP-51微控制器中的SFR接口用于控制和管理模拟和数字外设功能部件，大大增强了处理能力。 CIP-51内核的特点：1） 主要功能部件及组成与8051相同；2） 与MC-51指令系统完全兼容；3） 时钟频率为025MHz，执行速度一般为25兆指令/秒，有的型号最高可执行速度可达100兆指令/秒；4） 增加了流水线结构，70%指令执行时间为12系统时钟周期；5） 与模/数、数字外设有关的SFR移到核外，通过

28、SFR接口与CPU 交换信息；6） 中断系统扩展可处理22个中断源；7） 复位与时钟电路不包括在核内；8） 具有程序和数据存储器安全管理功能。 其主要的几个部分介绍如下： 1、 中央处理器（CPU）是单片机最核心的部分，主要完成运算和控制功能，这一点和通用微处理器相同，只是它的控制功能更强，C8051F310系列的CPU是一个字长为8位的中央处理单元，即它对数据的处理以字节为单位进行的。 2、数据存储器（内部RAM） 数据存储器用于存放变化的数据。C851F内核中数据存储器的地址空间为00FFH，能作为数据存储器供用户使用的共256个RAM单元（即图中的SRAM）。在C8051F单片机中通常把

29、控制和管理用的寄存器统称为特殊功能寄存器SFR，在逻辑地址上划分在内部RAM中，其地址为80HFFH，与部分RAM的地址是重叠的，需要不同的指令区分它们。 3、流水线结构 在CIP-51中采用了流水线处理结构，用于控制和管理取指令和执行指令的过程。其已经没有机器周期时序，指令执行的最小时序单位为系统时钟，大部分指令只需要12个系统时钟即可完成。在流水线结构中包括指令寄存器和指令译码器。一般的8051系列单片机是取一条指令，然后译码执行，执行完之后再取下一条指令。但C8051F310的取指令和执行指令过程是同时进行的，即在译码的同时，取下一条待执行放在指令寄存器中，这样在每个时钟周期都有一条指令

30、在执行，同时又在取下一条指令，这种流水线结构大大提高了单片机的执行速度。 4、存储器接口 C8051F单片机系列大部分都有位于片上的外部数据存储空间RAM，除此，还可以向片外扩展64KBRAM。存储器接口就是控制和管理C8051F单片机上和片外的数据存储器，它们都需要用MOVX指令访问。3.1.4 存储器C8051F系列单片机的存储器机构和一般的通用计算机不同。一般通用计算机通常只有一个逻辑空间，即它的程序存储器和数据存储器是统一编址的。访问存储器时，同一地址对应唯一的存储空间，可以使ROM也可以是RAM，并用同类访问指令，这种存储器结构称为冯诺伊曼结构。而C8051F系列单片机的存储结构与8

31、0C51系列是类似的批，其程序存储器和数据存储器在物理结构上是分开的，这种结构称为哈佛结构。程序存储器用于存放编好的程序和非易失性数据表格等。在C8051系列单片机中，所有的程序存储器都采用可在系统编程的FLASH存储器，简称闪存（也称为快擦写存储器），是目前最广为流行的存储器，它是在E2PROM的制造基础上产生的一种非易失性存储器。它的一般擦写次数为10万次，擦写时间为10ms，写入时间为50uS。单片机中的数据存储器主要用于存放经常要改变的中间运算结果、数据暂存或标志位等，通常都是由随机存储器组成。在C8051F310单片机中数据存储器可分为核内、片内和片外3个部分，如果片内够用，则不必扩

32、充片外的数据存储器。核内数据存储器为8位地址，寻址范围为00H- FFH，C8051F310核内供用户使用的RAM为256字节，地址范围00H-FFH，对0H-7FH的访问科采用直接寻址方式和间接寻址方式。3.1.5 复位电路复位是单片机的初始化操作，单片机在启动运行时，都需要先复位，它的作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。例如复位后，PC初始化为0，于是单片机自动从0单元开始执行程序。因而复位是一个很重要的操作方式，复位电路关系到一个系统能否可靠的工作。C8051F的复位可以通过多种方式实现。 C8051F310单片机的整个复位电路包括芯片内、外两部

33、分，外部电路产生的复位信号通过复位脚/RST进入片内一个施密特触发器（抑制噪声作用），再与片内复位电路相连，复位电路每个时钟周期对施密特触发器输出采样一次。当/RST引脚端为低电平时，C8051进入复位状态。当/RST信号撤走后，CPU将保持在复位状态至少12个时钟周期以上。复位后片内各专用寄存器的和状态如给定值。片内RAM不受复位影响，当系统时钟稳定后，单片机从起始地址0000H开始执行程序。复位时P0-P7端口输出高电平，且使这些双向口处于弱上拉状态，并且将07H写入堆栈指针SP，所以单片机运行出错或进入死循环时，可使其复位后重新运行。单片机在复位期间禁止弱上拉，在推出复位时允许弱上拉，这

34、使单片机在保持复位状态期间可以节省功耗，对于由VDD监视器引起的复位，/RST引脚被驱动为低电平直到VDD复位超时结束。3.2 单片机系统扩展芯片的选用C8051F310单片机内集成了各种存储器和I/O功能部件，但有时根据应用系统的功能需求，片内的资源还不能满足需要，还需要外扩存储器和I/O功能部件，这就是通常所说的C8051F310单片机的系统扩展问题,而8031片内无ROM。当片内ROM容量不够或者选8031时，需要扩展外部程序存储器。C8051F310系统扩展的内容主要有外部存储器的扩展（外部存储器又分为外部程序存储器和外部数据存储器）和I/O功能部件的扩展。C8051F310单片机数据

35、存储器和程序存储器的最大扩展空间各为64KB，扩展后，系统形成了两个并行的64KB外部存储器空间。扩展是通过系统总线进行的，通过总线把C8051F310单片机与各扩展部件连接起来，并进行数据、地址和控制信号的传递，因此，要实现扩展首先要构造系统总线。C8051芯片片内有程序存储器，但是还是必须外扩存储器，因为它的空间不够。目前最多的典型系列芯片有AT24C02、2716（2K8）、2732A（4K8）、2764（8K8）、27128（16K8）、27256（32K8）和27512（64K8）等，在容量确定时，选择的型号，主要考虑因素是读取速度，这是决定系统能否正确这个的前提。根据CPU和EPR

36、OM时序匹配要求，应满足这样一个关系：8051所能提供的读取时间大于EPROM所要求的读取时间。同时8051访问EPROM时其所能提供的读取时间t于所选用的晶体时钟有关，约为3T（时钟周期）。本系统中选用晶体频率为6MHz，则约为480ns。目前故选用一片AT24C02。 程序存储器EEPROM的扩展，程序存储器一般采用只读存储器，因为这种存储器在电源关断后，仍能保存程序，在系统上电后，CPU可取出这些指令于与以重新执行。程序存储器的扩展可根据需要来使用上述的各种只读存储器的芯片，但是使用比较多的是E2PROM，下面我们将对常用的E2PROM芯片作一个简单的介绍。AT24C02是美国ATMEL

37、公司的低功耗CMOS串行EEPROM，它是内含2568位存储空间，具有工作电压宽（2.55.5V）、擦写次数多（大于10000次）、写入速度快（小于10ms）等特点。E2PROM的典型的芯片是27系列产品，例如，2716、2732、2764、27256（32KB*8）。型号名称“27”后面的数字表示其位存储器容量。如果换算成字节容量，只需要将该数字除以8即可。随着大规模集成电路技术的发展，大容量存储器芯片的产量剧增，售价不断下降。大容量存储器芯片的性价比明显增高，而且由于一些厂家已经停生产，使市场上某些小容量的芯片的价格反而比大容量的芯片还贵。所以，在扩展程序存储器设计时，应尽量采用大容量的芯

38、片。这样，不仅可以使电路板的体积缩小，成本降低，还可以降低整机功耗和减少控制逻辑电路，从而提高系统的稳定性和可靠性。本次设计采用AT24C02扩展芯片。数据存储器的扩展，C8051F系列单片机内部有128个字节RAM，一般来说在实际应用中，仅靠片内RAM往往不够用，但是本次设计中的数据存储器可以完成存储检测中所有中间数据以及数据缓冲的情况，则不必要扩展外部数据存储器。如果在其它设计中，涉及到数据RAM的扩展，常用的数据存储器有静态数据存储器和动态数据存储器，在单片机应用系统中，外扩的数据存储器都采用静态数据存储器，所以这里仅仅讨论景泰数据存储器与C8051F系列。单片机系统中常用的静态数据存储

39、器芯片型号有：6116，6264，62128，62256。他们都用单一的+5V电源供电，双列直插封装，6264为28引脚封装。本设计的外扩数据存储器采用6264芯片。 静态数据存储器的各引脚功能如下：A0A14：地址输入线D0D7： 双向三态数据线CE ：片选信号输入线，低电平有效。当CS为高电平时，且CE为低电平时才选中该片。OE：读选信号输入线，低电平有效。WE：写允许信号输入线，低电平有效。Vcc：工作电源+5VGND：地线8051/8031/8571片内数据存储器均为128B，地址为00H7FH，用于存放运算的中间结果，数据暂存以及数据缓冲等。在这128B的RAM中，有32个字节单元可

40、指定为工作存储器，这同一般微处理器不同。8051的片内RAM和工作寄存器排在一个队列里统一编址。数据存储器的配置由片内数据存储器及片外数据存储器两部分构成。在应用系统中若片你数据存储器不够用，可在芯片外进行扩展，最大的扩展能力为64KB。内部数据存储器： 低端128B 地址范围：00H0FFH 高端21个8位特殊功能存储器 地址范围：80H0FFH 外部存储器： 容量：64KB 地址范围：00000FFFFH外部数据存储器的使用说明：读、写外部数据存储器所用的指令为MOVX。读、写外部数据存储器所用的控制信号为RD、WR。C8051F310系列芯片内部有128个字节RAM存储器，它们可以作为寄

41、存器、堆栈、数据缓冲器。3.3 芯片模块选用及引脚功能的说明及应用3.3.1 模数转换器AD7701AD7701（16位A/D转换器AD7701及接口技术）是美国Analog（模拟数字器件）公司生产的单片16位A/D转换电路，仅为0.0015%的线性误差，采用LC2工艺技术制造，内置自校准电路，串行输出接口，可方便地与单片机配接。同时具有功耗低，精度高，抗干扰能力强等特点，适合于在要求精度较高的仪器仪表、秤重计量、参数检测、数据采集和其它测量设备。主要功能特性： 单片16位A/D转换电路； 最大非线性误差0.0015%； 内置自校准电路；可编程低通滤波器（转折频率0。1Hz10Hz）；0+2.

42、5V或2.5V模拟输入电压范围；4kSPS输出速率；方便的同步/异步串行接口可直接与微处理器的UART（通用异步接收/发送器）或串行口相接； 超低功耗,掉电模式下功耗仅为10mW。从它的内部框图可以看出，它由校准静SRAM、校准微控制器、模拟调制器、6极点高斯低通滤波器、时钟源和串行接口逻辑电路组成。下面我们对它的引脚功能作进一步说明。 图 32内部框图结构 图 33 AD7701模块1.Mode(pin1)，串行接口工作方式选择端。接+5V电源电压，工作于同步内部时钟通信方式。接数字地，工作于同步外时钟工作方式。接-5V电源电压，工作于异步通信方式。2.CLKIN、CLKOUT(pin3，2

43、)，使用内部主时钟时，此引脚接晶体。使用外时钟时则由CLKIN端引入时钟信号。3.DGND(pin5)，数字地。4.AGND(pin8)，模拟地。5.AIN(pin9)，模拟电压输入端。6.Vref(pin10)，参考电压输入端。7.AVDD(pin15)，模拟高电源端。 8.DVdd(pin14)，数字高电源端。9.AVSS/DVSS(pin17，6)，模拟负电源端/数字负电压端。10.SC1、SC2、CAL(pin4，17，13)，系统校准及校准选择端。11.BP/UP(pin12)，单双极性选择端，接高电平为双极性输入。接低电平为单极性输入。（接跳线）12.Sleep(pin11)，睡眠

44、方式选择端，接低电平处于睡眠方式。此时功耗仅为10mW。13.SDATA(pin20)，串行数据输出端。14.SCLK(pin19)，串行时钟端，在同步外时钟或异步通信时为时钟输入端。在同步内时钟工作方式时为时钟输出端。15.DRDY(pin18)，数据准备端，数据寄存器数据准备好时为低电平，而数据传送完毕后为高电平。16.CS(pin16)，片选端。与C8051F310的接口电路 C8051F310单片机的串行口有4种通信方式，即方式0、1、2、3，为了与AD7701串行通信相适应，我们选择工作方式0。 C8051F310的串行通信口在方式0下作为同步移位寄存器使用，RXD（P0.5）为移位数据的输入输出口，而由TXD（P0.4）端作为移位时钟脉冲控制端，移位数据的发送和接收以8位为一帧，低位在前，高位在后。C8051F310与AD7701的接口电路如总电路图A0所示。 AD7701与一般的A/D转换器（如AD574和MC14433）有所不同，它并不需要单片机给它启动触发信号，只要一上电复位便开始以fCLKIN/256的频率对输入电压进行采样，并以4kHz的速率更新16位数据输出寄存器的内容，以便让单片机从串行口读取。 单片