畢業(yè)設(shè)計論文51單片機(jī)數(shù)字電壓表畢業(yè)論文

1、摘要單片機(jī)是一種集成電路芯片，采用超大規(guī)模技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力(如算術(shù)運(yùn)算，邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(cpu)。隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種單片機(jī)蜂擁而至，單片機(jī)技術(shù)已成為一個國家現(xiàn)代化科技水平的重要標(biāo)志。單片機(jī)可單獨(dú)地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機(jī)最大的特征。單片機(jī)控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜電子線路或數(shù)字電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，可以軟件控制來實現(xiàn)，并能夠?qū)崿F(xiàn)智能化?，F(xiàn)在單片機(jī)控制范疇無所不在，例如通信產(chǎn)品、家用電器、智能儀器儀表、過程控制和專用控制裝置等等，單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。本畢業(yè)設(shè)計的課題是“數(shù)字電壓表的設(shè)計”。主要考核我們對單片機(jī)技術(shù)，編程

2、能力等方面的情況。觀察獨(dú)立分析、設(shè)計單片機(jī)的能力，以及實際編程技能。本課題主要解決a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等三個模塊?？刂葡到y(tǒng)采用at單片機(jī)，a/d轉(zhuǎn)換采用adc0804。關(guān)鍵詞：單片機(jī)，a/d,at89c52轉(zhuǎn)換,adc0804 abstractwith chip processor is a kind of chip of integrated circuit, adopt to exceed large-scale technology have data handling ability( such as arithmetic manipulation, logic is ope

3、rational , data deliver and suspend handling) tiny processor ( cpu ). along with chip processor technology develop fast, various chip processor come in great numbers, chip processor technology has become a important sign of the national modern level of science and technology.chip processor can compl

4、ete modern industrial control alone the intelligent control function that will beg, this is the feature of biggest chip processor. when chip processor control system can replace, using the control system that complex electronic line or digital circuit forms can software control come to realize, and

5、can realize intelligence to melt. now, chip processor control category is omnipresent , for instance communicate product, electric home appliances, intelligent instrument appearance, course control and the control equipment for special purpose and so on, the application field of chip processor is mo

6、re and more extensive. graduate the program of design is "；the design of digital volmeter "；. check on our condition for the aspects such as chip processor technology and programming ability mainly. observe actual programming ability as well as the ability of independent analysis and desig

7、n chip processor. this program solves the data handling and conversion of a/d mainly and shows the 3 modulars such as control. control system adopts at89c52 only flat machine, the conversion of a/d adopts adc0804.keywords: chipprocessor, at89c52, a/d changes, adc0804.目錄摘要iiabstractiii目錄iv前言11 數(shù)字電壓表設(shè)

8、計兩種方案31.1 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建31.2 由單片機(jī)系統(tǒng)及a/d轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建32 單片機(jī)簡介及本設(shè)計單片機(jī)的選擇52.1常用單片機(jī)的特點比較及本設(shè)計單片機(jī)的選擇52.2本設(shè)計使用的單片機(jī)的簡介62.3 單片機(jī)管腳說明73 各種顯示器件的介紹和選擇103.1 常用顯示器件簡介103.2 led顯示器件簡介104 模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片的選擇124.1 常用的a/d芯片簡介124.2 a/d芯片的選擇135 總體設(shè)計155.1 技術(shù)要求：155.2 設(shè)計方案：155.3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計166 硬件電路系統(tǒng)模塊的設(shè)計176.1 單片機(jī)系統(tǒng)176.2 a/d轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接186.3

9、時鐘電路186.4 復(fù)位電路196.5 顯示電路設(shè)計207 系統(tǒng)的調(diào)試217.1 硬件調(diào)試217.2 軟件件調(diào)試217.3 軟硬聯(lián)調(diào)228 數(shù)據(jù)結(jié)果分析238.1 系統(tǒng)調(diào)試和校準(zhǔn)238.2 測試數(shù)據(jù)23總結(jié)24致謝25參考文獻(xiàn)26附件1 元器件清單27附件2 c程序28前言數(shù)字電壓表（digital voltmeter）出現(xiàn)在50年代初，60年代末發(fā)起來的電壓測量儀表，簡稱dvm，它采用的是數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量，也就是連續(xù)的電壓值轉(zhuǎn)變?yōu)椴贿B續(xù)的數(shù)字量，加以數(shù)字處理然后再通過顯示器件顯示。這種電子測量的儀表之所以出現(xiàn)，一方面是由于電子計算機(jī)的應(yīng)用逐漸推廣到系統(tǒng)的自動控制信實驗研究的領(lǐng)域

10、，提出了將各種被觀察量或被控制量轉(zhuǎn)換成數(shù)碼的要求，即為了實時控制及數(shù)據(jù)處理的需要；另一方面，也是電子計算機(jī)的發(fā)展，帶動了脈沖數(shù)字電路技術(shù)的進(jìn)步，為數(shù)字化儀表的出現(xiàn)提供了條件。所以，數(shù)字化測理儀表的產(chǎn)生與發(fā)展與電子計算機(jī)的發(fā)展是密切相關(guān)的；同時，為革新電子測量中的煩鎖和陳舊方式也催促了它的飛速發(fā)展，如今，它又成為向智能化儀表發(fā)展的必要橋梁。如今，數(shù)字電壓表已絕大部分已取代了傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表。因為傳統(tǒng)的模擬指針式電壓表功能單一，精度低，讀數(shù)的時候也非常不方便，很容易出錯。而采用單片機(jī)的數(shù)字電壓表由于測量精度高，速度快，讀數(shù)時也非常的方便，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點已被廣泛的應(yīng)用于電子及電

11、工的測量，工業(yè)自動化儀表，自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域。顯示出強(qiáng)大的生命力。數(shù)字電壓表最初是伺服步進(jìn)電子管比較式，其優(yōu)點是準(zhǔn)確度比較高，但是采樣速度慢，重量達(dá)幾十公斤，體積大。繼之出現(xiàn)了斜波式電壓表，它的速度方面稍有提高，但是準(zhǔn)確度低，穩(wěn)定性差，再后來出現(xiàn)了比較式儀表改進(jìn)逐次漸近式結(jié)構(gòu)，它不僅保持了比較式準(zhǔn)確度高的優(yōu)點，而且速度也有了很大的提高，但它有一缺點是抗干擾能力差，很容易受到外界各種因素的影響。隨后，在斜波式的基礎(chǔ)上雙引伸出階梯波式，它的唯一的進(jìn)步是成本降低了，可是準(zhǔn)確寬，速以及抗干擾能力都未能提高。而現(xiàn)在，數(shù)字電壓表的發(fā)展已經(jīng)是非常的成熟，就原理來講，它從原來的一，二種已發(fā)展到多種，

12、在功能上講，則從測單一參數(shù)發(fā)展到能測多種參數(shù)；從制作元件來看，發(fā)展到了集成電路，準(zhǔn)確度已經(jīng)有了很大的提高，精度高達(dá)1nv；讀數(shù)每秒幾萬次，而相對以前，它的價格也有了降低了很多。目前實現(xiàn)電壓數(shù)字化測量的方法仍然模-數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換的方法。而數(shù)字電壓表種類繁多，型號新異，目前國際仍未有統(tǒng)一的分類方法。而常用的分類方法有如下幾種：1.按用途來分：有直流數(shù)字電壓表，交、直流數(shù)字電壓表，交直流萬用表等。2.按顯示位數(shù)來分：有4位，5位，6位，7位，8位等。3.按測量速度來分：有低準(zhǔn)確度，中準(zhǔn)確度，高準(zhǔn)確度等。4.按測量速度來分：有低速，中速，高速，超高速等。5.但在日常生活中，數(shù)字電壓表一般是按照原理不

13、同進(jìn)行分類的，目前大致分為以下幾類：比較式，電壓時間變換式，積分式等。在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量。其中，電壓量的測量最為經(jīng)常。而且隨著電子技術(shù)的發(fā)展，更是經(jīng)常需要測量高精度的電壓，所以數(shù)字電壓表就成為一種必不可少的測量儀器。另外，由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、靈敏度高和分辨率高、測量速度快等特點而倍受用戶青睞，數(shù)字式電壓表就是基于這種需求而發(fā)展起來的.1 數(shù)字電壓表設(shè)計兩種方案設(shè)計數(shù)字電壓表有多種的設(shè)計方法，方案是多種多樣的，由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展，各種數(shù)字芯片品種多樣，導(dǎo)致對模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性，進(jìn)而又使對數(shù)據(jù)的處理及顯示的方

14、式的多樣性。又由于在現(xiàn)實的工作生活中，電壓表的測量測程范圍是比較大的，所以必須要對輸入電壓作分壓處理，而各個數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓范圍不同，則各種方案的分段也不同。下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設(shè)計方案。1.1 由數(shù)字電路及芯片構(gòu)建這種設(shè)計方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成，模擬部分包括輸入放大器、a/d轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電壓源；數(shù)字部分包括計數(shù)器、譯碼器、邏輯控制器、振蕩器和顯示器。其中，a/d轉(zhuǎn)換器是它的核心器件，它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的，由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號，按規(guī)定的時序?qū)/d轉(zhuǎn)換器中個組模擬開關(guān)接通或斷開，保證a/d轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果通過計

15、數(shù)譯碼電路變換成段碼，最后驅(qū)動顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值。此方案設(shè)計其優(yōu)點是，設(shè)計成本低，能夠滿足一般的電壓測量。但設(shè)計不靈活，都是采用純硬件電路。很難將其在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展。1.2 由單片機(jī)系統(tǒng)及a/d轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)建這種方案是利用單片機(jī)系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表。由于單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)成熟，利用單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合，可以組裝出許多的應(yīng)用電路來。此方案的原理是模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端，被測量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測電壓。模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片將被測量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號，然后通過對單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，使單片機(jī)系統(tǒng)能按規(guī)

16、定的時序來采集這些數(shù)字信號，通過一定的算法計算出被測量電壓的值。最后單片機(jī)系統(tǒng)將計算好了的被測電壓值按一定的時序送入顯示電路模塊加以顯示。此方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點，還能改進(jìn)上一種設(shè)計方案設(shè)計不靈活，難與在原基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展等不足。2 單片機(jī)簡介及本設(shè)計單片機(jī)的選擇2.1常用單片機(jī)的特點比較及本設(shè)計單片機(jī)的選擇綜合上一章提到的兩種設(shè)計方案的各方面優(yōu)點及其在現(xiàn)在的所設(shè)計電壓表的實用性，我們選擇第二種電壓表設(shè)計方案，即由單片機(jī)系統(tǒng)及數(shù)字芯片構(gòu)建的方法來我們本次設(shè)計。在這一設(shè)計中，我們涉及到了一個關(guān)鍵系統(tǒng)模塊單片機(jī)系統(tǒng)模塊，而目前單片機(jī)的種類是很繁多的，主要有主流的8位單片機(jī)和高性能的

17、32位單片機(jī)，結(jié)合本設(shè)計各方面因素，8位單片機(jī)對于本設(shè)計已經(jīng)是綽綽有余了，但將用哪一種類8的單片機(jī)呢。在這里，不得不先簡單的介紹一下幾種常用的8單片機(jī)。單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機(jī)系統(tǒng)，具有一個完整計算機(jī)所需要的大部分部件：cpu，內(nèi)存，總線系統(tǒng)等。而目前常用的單片機(jī)的8位有51系列單片機(jī)，avr單片機(jī)，pic單片機(jī)。應(yīng)用最廣的8位單片機(jī)還是intel的51系列單片機(jī)。51系列單片機(jī)的特點是：硬件結(jié)構(gòu)合理，指令系統(tǒng)規(guī)范，加之生產(chǎn)歷史悠久，世界有許多芯片公司都買了51的芯片核心專利技術(shù)，并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能，使得芯片的運(yùn)行速度變得更快，性價比更高。avr單片機(jī)是atmel公司推出

18、較新的單片機(jī)，它的顯著特點是：高性能，低功能，高速度，指令單周期為主，但性格方面比51單片機(jī)要高。有專門的i/o方向寄存器。雖然有轉(zhuǎn)強(qiáng)的驅(qū)動電壓，但i/o口使用不比51單片機(jī)方便。pic單片機(jī)系列是美國微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長最快的單片機(jī)之一，屬精簡指令集單片機(jī)，其特點是：高速度，高性能，但在性格方面比51單片機(jī)要高，也有專門的i/o方向寄存器，i/o口使用不比51單片機(jī)方便。綜合以上各種單片機(jī)的基本性能及本設(shè)計的滿足需要，我們將選擇51系列單片機(jī)。2.2本設(shè)計使用的單片機(jī)的簡介單片機(jī)采用mcs-51系列單片機(jī)。由atmel公司生產(chǎn)的at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器

19、，具有8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在線系統(tǒng)可編程flash，使得at89s52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。at89s52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram，32 位i/o 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路?？臻e模式下，cpu停止工作，允許ram、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍

20、結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。而且，它還具有一個看門狗（wdt）定時/計數(shù)器，如果程序沒有正常工作，就會強(qiáng)制整個系統(tǒng)復(fù)位，還可以在程序陷入死循環(huán)的時候，讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個系統(tǒng)斷電，從而保護(hù)你的硬件電路。at89s52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（i/o）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。其將通用的微處理器和flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。其芯片外觀及引腳圖如下：圖2.1 2.3 單片機(jī)管腳說明vcc：供

21、電電壓。gnd：接地。p0口：p0口為一個8位漏級開路雙向i/o口，每腳可吸收8ttl門流。當(dāng)p1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。p0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在fiash編程時，p0 口作為原碼輸入口，當(dāng)fiash進(jìn)行校驗時，p0輸出原碼，此時p0外部必須被拉高。p1口：p1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向i/o口，p1口緩沖器能接收輸出4ttl門電流。p1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，p1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在flash編程和校驗時，p1口作為第八位地址接收。 p2口：p2口為一個內(nèi)部上拉電

22、阻的8位雙向i/o口，p2口緩沖器可接收，輸出4個ttl門電流，當(dāng)p2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，p2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。p2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，p2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，p2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。p2口在flash編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。p3口：p3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向i/o口，可接收輸出4個ttl門電流。當(dāng)p3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入

23、。作為輸入，由于外部下拉為低電平，p3口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。p3口也可作為at89s52的一些特殊功能口，如下表所示：表2.1 at89s52 引腳功能表管腳備選功能p3.0 rxd（串行輸入口）p3.1 txd（串行輸出口）p3.2 /int0（外部中斷0）p3.3 /int1（外部中斷1）p3.4 t0（記時器0外部輸入）p3.5 t1（記時器1外部輸入）p3.6 /wr（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）p3.7 /rd（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）p3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。rst：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持rst腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ale/pr

24、og：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ale脈沖。如想禁止ale的輸出可在sfr8eh地址上置0。此時， ale只有在執(zhí)行movx，movc指令是ale才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ale禁止，置位無效。/psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/psen有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)

25、存儲器時，這兩次有效的/psen信號將不出現(xiàn)。/ea/vpp：當(dāng)/ea保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/ea將內(nèi)部鎖定為reset；當(dāng)/ea端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在flash編程期間，此引腳也用于施加12v編程電源（vpp）。xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。xtal2：來自反向振蕩器的輸出。3 各種顯示器件的介紹和選擇3.1 常用顯示器件簡介本次設(shè)計中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管，led點陣，1602液晶，12864液晶等。數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾

26、個發(fā)光二極管組成的8字段顯示器件，其特點是價格非常的便宜，使用也非常的方便，顯示效果非常的清楚。小電流下可以驅(qū)動每光，發(fā)光響應(yīng)時間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長。但數(shù)碼管只能是顯示09的數(shù)據(jù)。不能夠顯示字符。這也是數(shù)碼管的不足之處。led點陣顯示器件是由好多個發(fā)光二極管組成的。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長，耐濕，冷，熱等特點，led點陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示16*2即32個字符。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和

27、日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。使用時直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。它的特點是顯示字跡清楚，價格相對便宜。12864液晶也是一種工業(yè)字符型液晶，它不僅能夠顯示1602液晶所可以顯示的字符，數(shù)字等信息，而且還可以顯示8*4個中文漢字和一些簡單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時也直接編寫軟件程序按一定的時序驅(qū)動即可。不過它的價格比1602液晶貴了很多。3.2 led顯示器件簡介在本設(shè)計中采用的是4段led數(shù)碼管來顯示電壓值。led具有耗電低、亮度高、視角大、線路簡單、耐震及壽命長等優(yōu)點，它由4個發(fā)光二極管組成，其中7個按8字型排列，另一個發(fā)光二極管為圓點形狀，位于右下角，常用于

28、顯示小數(shù)點。把8個發(fā)光二極管連在一起，公共端接高電平，叫共陽極接法，相反，公共端接低電平的叫共陰極接法，我們采用共陽極接法。當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一段筆畫或點就發(fā)亮，從而形成不同的發(fā)光字符。其8段分別命名為dp g f e d c b a。例如，要顯示“0”，則dp g f e d c b a分別為：1100 0000b；要顯示“a”，則dp g f e d c b a分別為：0001 0001b（共陽極）。若要顯示多個數(shù)字，只要讓若干個數(shù)碼管的位碼循環(huán)為低電平就可以了。根據(jù)設(shè)計要求，顯示電路需要至少4位led數(shù)碼管來顯示電壓值，我們再多加一位用來顯示電壓單位“v”，則有4位led循環(huán)顯示

29、。利用單片機(jī)的i/o口驅(qū)動led數(shù)碼管的亮滅，設(shè)計中由p0口驅(qū)動led的段碼顯示，即顯示字符，由p2口選擇led位碼，即選擇點亮哪位led來顯示。另外，一般i/o接口芯片的驅(qū)動能力是很有限的，在led顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅(qū)動電流一般是不夠的尤其是設(shè)計中需要用到多位led，此時就需要增加led驅(qū)動電路。常用的是ttl或mos集成電路驅(qū)動器，在本設(shè)計中采用了ad0804芯片驅(qū)動電路。4 模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片的選擇a/d轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道中的一個環(huán)節(jié)，單片機(jī)通過a/d轉(zhuǎn)換器把輸入模擬量變成數(shù)字量再處理。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前不同廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了多種型號的a/d轉(zhuǎn)換器，以滿

30、足不同應(yīng)用場合的需要。如果按照轉(zhuǎn)換原理劃分，主要有3種類型，即雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器和并行式a/d轉(zhuǎn)換器。目前最常用的是雙積分和逐次逼近式。雙積分式a/d轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點，比如icl71xx系列等，它們通常帶有自動較零、七段碼輸出等功能。與雙積分相比，逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如adc0808、adc0809等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機(jī)系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。4.1 常用的a/d芯片簡介常用的a/d芯片有ad0809，ad0832，tlc2543c等幾

31、種。下面簡單介紹一下這三種芯片。ad0809是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，它是由一個8路的模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個a/d 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。些a/d轉(zhuǎn)換器是的特點是8位精度，屬于并行口，如果輸入的模擬量變化大快，必須在輸入之前增加采樣電路。ad0832也是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，可支持致命傷個單端輸入通道和一個差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿量程工作；可用地址邏輯多路器選通各輸入通道。tlc2543c是12位開關(guān)電容逐次逼近a/d轉(zhuǎn)換，每個器件有三個控制輸入端，片選，

32、輸入/輸出時鐘以及地址輸入端。它可以從主機(jī)高速傳輸轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。它有高速的轉(zhuǎn)換，通用的控制能力，具有簡化比率轉(zhuǎn)換，刻度以及模擬電路與邏輯電路和電源噪聲隔離，耐高溫等特點。4.2 a/d芯片的選擇原計劃用adc0809，但由于器件沒有供應(yīng)上，所以用和adc0804來代替，所以，本設(shè)計中采用逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器的adc0804芯片。adc0804主要技術(shù)指標(biāo)如下：（1）高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出（2）分辨率：8位（0255）（3）存取時間：135ms（4）轉(zhuǎn)換時間：100ms（5）總誤差：-1+1lsb（6）工作溫度：adc0804c為0度70度；adc0804l為-40度到80度（7）模擬輸入電壓范圍：0v5

33、v（8）參考電壓：2.5v（9）工作電壓：5v（10）輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)adc0804引腳功能：接腳說明見4.2：adc0804為一只具有20引腳8位cmos連續(xù)近似的a/d轉(zhuǎn)換器，引腳功能說明：1. pin1 (cs )：chip select，與rd、wr 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或?qū)懭肱c否，當(dāng)其為低位準(zhǔn)(low) 時會active。2. pin2 ( rd )：read。當(dāng)cs 、rd 皆為低位準(zhǔn)(low) 時，adc0804 會將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號經(jīng)由db7 db0 輸出至其它處理單元。3. pin3 (wr )：啟動轉(zhuǎn)換的控制訊號。當(dāng)cs 、wr 皆為低位準(zhǔn)(low) 時adc080

34、4 做清除的動作，系統(tǒng)重置。當(dāng)wr 由01且cs 0 時，adc0804會開始轉(zhuǎn)換信號，此時intr 設(shè)定為高位準(zhǔn)(high)。4. pin4、pin19 (clk in、clkr)：頻率輸入/輸出。頻率輸入可連接處理單元的訊號頻率范圍為100 khz 至800 khz。而頻率輸出頻率最大值無法大于640khz，一般可選用外部或內(nèi)部來提供頻率。若在clk r 及clk in 加上電阻及電容，則可產(chǎn)生adc 工作所需的時序，其頻率約為：5. pin5 ( intr )：中斷請求。轉(zhuǎn)換期間為高位準(zhǔn)(high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時intr 會變?yōu)榈臀粶?zhǔn)(low)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字?jǐn)?shù)

35、據(jù)。6. pin6、pin7 (vin(+)、vin(-)：差動模擬訊號的輸入端。輸入電壓vinvin(+) vin(-)，通常使用單端輸入，而將vin(-)接地。7. pin8 (a gnd):模擬電壓的接地端。8. pin9 (vref)圖4.2 adc0804引腳電路圖5 總體設(shè)計5.1 技術(shù)要求：基本功能：電壓測量范圍05v；能用數(shù)碼管顯示電壓值；采集電壓的大小(保留小數(shù)點后3位)；整個電壓采集顯示過程通過兩個按鍵控制啟動和停止;系統(tǒng)具有復(fù)位功能。5.2 設(shè)計方案：根據(jù)上述，我們選擇單片機(jī)與a/d轉(zhuǎn)換芯片結(jié)合的方法實現(xiàn)本設(shè)計。使用的基本元器件是：at89c52單片機(jī)，ad0809模數(shù)轉(zhuǎn)

36、換芯片，led顯示器，開關(guān)，按鍵，電容，電阻，晶振，標(biāo)準(zhǔn)電源等等。設(shè)計的基本框圖如下單片機(jī)系統(tǒng)模塊led顯示模塊a/d轉(zhuǎn)換模塊輸入電路模塊按鍵模塊圖5.1 設(shè)計的基本框圖5.3 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計數(shù)字電壓測量電路由a/d轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。a/d轉(zhuǎn)換由集成電路0809完成。0809具有8路擬輸入端口，地址線（23- 25腳）可決定對哪一路模擬輸入作a/d換。22腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時，對地址信號進(jìn)行鎖存。6腳為測試控制，當(dāng)輸入一個2us寬高電平脈沖時，就開始a/d轉(zhuǎn)換。7腳為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時，7腳輸出高電平。9腳為a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng)oe

37、腳為高電平時，a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。10腳為0809的時鐘輸入端，利用單片機(jī)30腳的六分頻晶振頻率再通過14024二分頻得到1mhz時鐘。單片機(jī)的p1、p3.0p3.3端口作為四位led數(shù)碼管顯示控制。p3.5端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕，p3.6端口用作單路顯示時選擇通道。p0端口作a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，p2端口用作0809的a/d轉(zhuǎn)換控制。6 硬件電路系統(tǒng)模塊的設(shè)計根據(jù)上述選擇的各元器件，各電路模塊的電路圖如下描述。6.1 單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)包括晶振電路，復(fù)位電路，電源。其原理圖如下： 圖6.1 復(fù)位電路此模塊中，單片機(jī)的晶振是12mhz，c1和c2的電容是10uf，c3

38、可選1-10uf。r1電阻為1k。6.2 a/d轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接此設(shè)計中選擇的是a/d轉(zhuǎn)換芯片的通道0，a/d芯片的數(shù)據(jù)輸入口連接單片機(jī)的p1.3口，數(shù)據(jù)輸出口連接單片機(jī)的p1.4口，芯片使能端連接單片機(jī)的p1.5口，脈沖端連接單片機(jī)的p1.6口。模塊連接如下圖所示。圖6.2 a/d轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)的連接6.3 時鐘電路就單片機(jī)內(nèi)部每個部件要想?yún)f(xié)調(diào)一致地工作，必須在統(tǒng)一口令時鐘信號的控制下工作。單片機(jī)工作所需要的時鐘信號有兩種產(chǎn)生方式，即內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。圖6.3是內(nèi)部時鐘方式：單片機(jī)內(nèi)部有一個構(gòu)成振蕩器的增益反相放大器，引腳xtal1和xtal2分別是此放大器的輸入端和輸入端

39、，這個放大器與作為反饋元件的片外晶振一起構(gòu)成自激振蕩器。在該圖中，電容c1和c2取30pf，晶體的振蕩頻率取12mhz，晶體振蕩頻率高，則系統(tǒng)的時鐘頻率也高，單片機(jī)運(yùn)行速度也就快。實際連接如圖6.3所示 圖6.3 時鐘部分電路圖6.4 復(fù)位電路用at89s51的復(fù)位電路如圖6.4所示。當(dāng)單片機(jī)一上電，立即復(fù)位。電容c和電阻r1實現(xiàn)上電自動復(fù)位。復(fù)位也是使單片機(jī)退出低功耗工作方式而進(jìn)入正常狀態(tài)的一種操作。圖6.4 上電及按鍵復(fù)位電路圖6.5 顯示電路設(shè)計本電路的顯示模塊主要由一個4位一體的7段led數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測量到的電壓值。它是一個共陽極的數(shù)碼管，每一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,

40、g和dp端都各自連接在一起，用于接收at89s51的p1口 產(chǎn)生的顯示段碼。s1，s2，s3，s4引腳端為其位選端，用于接收at89s51的p2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個比劃段ag和dp同名端連在一起，而每一個數(shù)碼管的公共極com各自獨(dú)立地受i/o線控制。cup從字段輸出口送出字型碼時，所有數(shù)碼管接收到相同的字型碼，但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于com端。com端與單片機(jī)的i/o接口相連接，由單片機(jī)輸出位位選碼到i/o接口，控制何時哪一位數(shù)碼管被點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的位掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間極為短暫。但由于人的視覺暫留現(xiàn)象，給人

41、的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動態(tài)方式的優(yōu)點是十分明顯的，即耗電省，在動態(tài)掃描過程中，任何時刻只有一個數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖圖6.5 數(shù)碼管動態(tài)顯示電路 7 系統(tǒng)的調(diào)試完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，制作和軟件編程之后，要使系統(tǒng)能夠按設(shè)計意圖正常運(yùn)行，必須進(jìn)行系件和軟件調(diào)統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試分了硬試。7.1 硬件調(diào)試硬件調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件故障，其中包括設(shè)計的錯誤和工藝性故障等。1.檢查所設(shè)計的硬件電路板所有的器件和引腳是否正確，尤其是電源的連接是否正確；檢查各總線是否有短路的故障。檢查開關(guān)/按鍵是否正常，是否連接正確，為了保護(hù)芯片，應(yīng)先對各ic座電位進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后再插入芯片。2.將4

42、0芯片的仿真插頭插入單片機(jī)插座進(jìn)行調(diào)試，檢查各接口是否滿足設(shè)計的要求，有正常的程序測試硬件電路的好壞。7.2 軟件件調(diào)試軟件調(diào)試的任務(wù)是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯誤，同時也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。軟件調(diào)試是一個模塊一個模塊進(jìn)行的。首先單獨(dú)調(diào)試各子程序是否能夠按照預(yù)期的功能，接口電路的控制是否正常。最后調(diào)試整個程序。尤其注意的是各模塊間能否正確的傳遞參數(shù)。1)檢查led顯示模塊程序。觀察在led上是否能夠顯示相應(yīng)的字符。2)檢查按鍵模塊程序。3)檢查a/d轉(zhuǎn)換模塊程序?？梢栽谟布娐返妮斎攵溯斎胍阎膸讉€電壓，分別觀察led上是否顯示相應(yīng)的電壓值。4)檢查數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換模塊程序。7.

43、3 軟硬聯(lián)調(diào)該系統(tǒng)存在軟件和硬件的緊密聯(lián)系。軟硬件都調(diào)試通過后，整個系統(tǒng)連接仍會存在很多麻煩。首先檢查 a/d 部分，然后是 fpga/ 單片機(jī)，最后是數(shù)碼管，依次排除障礙。總調(diào)試。當(dāng)相應(yīng)的各模塊環(huán)節(jié)都正確后，可程序下載到單片機(jī)。接上電源運(yùn)行。再檢查所有功能，觀察是否能預(yù)期的一樣。如果一樣，說明設(shè)計成功完成8 數(shù)據(jù)結(jié)果分析8.1 系統(tǒng)調(diào)試和校準(zhǔn)設(shè)計完成之后，我們要對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試過程可以利用對部分給定電壓的測量結(jié)果分析來完成。首先要校對零點：將a/d轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端口接地，即讓電壓為0v，此時可以調(diào)整r2的值，直至顯示電壓為0v時為止。校準(zhǔn)零點之后，就可以進(jìn)行測試了。8.2 測試數(shù)據(jù)調(diào)試完后，對電路進(jìn)行精確、準(zhǔn)確進(jìn)行調(diào)試，為了保證精確度，要多測幾個點，除了零點和滿度值外，再選兩個中間值進(jìn)行比較，測試結(jié)果如下表所示： 表8.1測試數(shù)據(jù)輸入值（v）測量值（v）00000010.97621.89532.9014385754.886 以上數(shù)據(jù)符合要求，測試成功?？偨Y(jié)由于本設(shè)計使用的是高效的51系列單片機(jī)作為核心的