基于AT89C51與TCL2543的雙通道采集電壓表的設(shè)計(jì)

基于AT89C51與TCL2543的雙通道采集電壓表的設(shè)計(jì) 姓名： 學(xué)號(hào)： 專(zhuān)業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器 2014年3月基于AT89C51與TLC2543的數(shù)字電壓表仿真設(shè)計(jì)摘要：本文所設(shè)計(jì)的是一種以單片機(jī)AT89C51作為核心的數(shù)字電壓表，利用美國(guó)ti公司生產(chǎn)的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器件TLC2543來(lái)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將所測(cè)電壓值在四位一體七段數(shù)碼管上顯示出來(lái)，本文主要針對(duì)雙通道的數(shù)據(jù)采集與顯示，繼而推廣多通道數(shù)據(jù)采集的方法，重點(diǎn)分析介紹了基于AT89C51數(shù)字電壓表的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：AT89C51 模數(shù)轉(zhuǎn)換 TLC2543 雙通道1.引言 隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電壓測(cè)量已經(jīng)成為電子工作和生活當(dāng)中必不可少的手段，而且對(duì)測(cè)量的精度和范圍也越來(lái)越高。數(shù)字電壓表主要是利用AD轉(zhuǎn)換技術(shù)，將連續(xù)變化的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量并加以顯示出來(lái)的儀器。本文將重點(diǎn)介紹TLC2543 AD轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的工作原理。本文介紹了以AT89C51單片機(jī)為核心、以TLC2543為轉(zhuǎn)換芯片采樣、以四位一體七段數(shù)碼管顯示的具有一定精度電壓測(cè)量的數(shù)字電壓表。2. 硬件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)模塊：時(shí)鐘模塊、復(fù)位模塊、控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、以及顯示模塊，其中時(shí)鐘模塊和復(fù)位模塊是必不可少的部分呢。 時(shí)鐘模塊選擇頻率為11.0592mhz的晶振，由于是在proteus仿真，則頻率大小通過(guò)軟件設(shè)置來(lái)完成。復(fù)位模塊包括上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩種方式，按鈕s1就是用來(lái)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位操作的?？刂颇K比較簡(jiǎn)單，主要是以單片機(jī)AT89C51為控制核心，但是它要通過(guò)軟件編寫(xiě)程序再載入單片機(jī)中，才能實(shí)現(xiàn)處理和控制功能。A /D轉(zhuǎn)換模塊是本系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的部分，它要實(shí)現(xiàn)將采集到的連續(xù)變化的模擬電壓量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量的功能，為此我們選擇了TLC2543芯片，它是美國(guó)ti公司生產(chǎn)的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，使用開(kāi)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省AT89c51的I/O資源，且價(jià)格適中，分辨率較高，在儀器儀表中廣泛應(yīng)用。顯示模塊采用四位一體7端BCD數(shù)碼管來(lái)動(dòng)態(tài)掃描顯示。AT89C51的P0口作為四位 LED 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的段碼控制，P2.0P2.3引腳作為四位LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示的位碼控制。3.AT89C51與TLC2543的簡(jiǎn)介3.1AT89C51單片機(jī)接口分配電路設(shè)計(jì)如右圖2所示： 圖2 單片機(jī)接口電路P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/ 地址的第八位。在這里P0口作為輸出和數(shù)碼管顯示的輸入端相連，且P0外部被阻值為1K的電阻拉高。 P2口：這里只用到了P2.0P2.3四個(gè)端口，其中P2.1P2.3都是作為數(shù)碼管顯示的位選端口。 3.2 LC2543的使用方法。32.1控制字的格式控制字為從DATAINPUT端串行輸入的8位數(shù)據(jù)，它規(guī)定了TLC2543要轉(zhuǎn)換的模擬量通道、轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、輸出數(shù)據(jù)的格式。32.2轉(zhuǎn)換過(guò)程上電后，片選CS必須從高到低，才能開(kāi)始一次工作周期，此時(shí)EOC為高，輸入數(shù)據(jù)寄存器被置為0，輸出數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是隨機(jī)的。開(kāi)始時(shí)，CS片選為高，I/O CLOCK、DATA INPUT被禁止，DATA OUT 呈高阻狀，EOC為高。4.軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序的內(nèi)容一般包括：延時(shí)子程序、顯示子程序、數(shù)據(jù)采集子程序、主程序等等。主程序流程圖見(jiàn)下圖所示。從單通道數(shù)據(jù)采集改為雙通道數(shù)據(jù)采集，可以用中斷來(lái)控制，也可以通過(guò)改寫(xiě)程序，使通道0采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換顯示結(jié)束時(shí)，通道1所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后正好顯示，且顯示時(shí)間均可人為的設(shè)定為能夠被人眼分辨的頻率。 開(kāi)始上電初始化采集0通道的數(shù)據(jù) 同時(shí)進(jìn)行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換采集通道1的數(shù)據(jù)延時(shí)儲(chǔ)存同時(shí)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)碼管顯示延時(shí)儲(chǔ)存數(shù)碼管顯示結(jié)束 雙通道數(shù)據(jù)采集主流程圖5. 仿真結(jié)果如下圖 圖1 系統(tǒng)硬件電路仿真圖(通道0采集的數(shù)據(jù))圖2 系統(tǒng)硬件電路仿真圖(通道1采集的數(shù)據(jù)) 6 數(shù)據(jù)分析 6.1在上圖1當(dāng)中數(shù)碼管顯示的測(cè)量電壓值是通道0采集的，數(shù)值是2.499V,而虛擬電壓表的值是+2.50v；在上圖2當(dāng)中數(shù)碼管顯示的測(cè)量電壓值是通道1采集的數(shù)值是3.399V,而虛擬電壓表的值是+3.40v經(jīng)過(guò)多次測(cè)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表的最大誤差是0.001v，二者在同一個(gè)數(shù)碼管上交替出現(xiàn)，滿(mǎn)足任務(wù)要求。7. 結(jié)語(yǔ) 本次對(duì)數(shù)字電壓表的軟硬件設(shè)計(jì)，主要是在proteus中硬件仿真，將keil軟件編譯生成的hex程序文件加載到核心芯片中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所設(shè)計(jì)的數(shù)字電壓表可以測(cè)量05v的電壓值，經(jīng)過(guò)反復(fù)的測(cè)試和比較，得知所測(cè)電壓值的最大誤差是0.001v。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、實(shí)用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)參考文獻(xiàn)1劉敏娜,潘宏俠,王喬.基于51單片機(jī)的數(shù)字電壓表仿真設(shè)計(jì)j.山西電子技術(shù),2011年第2期.2鄭鋒.51單片機(jī)典型應(yīng)用開(kāi)發(fā)范例大全m.北京:中國(guó)鐵道出版社,2011 C語(yǔ)言源程序如下#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit CLK=P10; 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