數(shù)字電壓表-課程設(shè)計(共30頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)字電壓表的設(shè)計作 者 姓 名 XXX 專 業(yè) 電子信息工程 指導(dǎo)教師姓名 XXX 專業(yè)技術(shù)職務(wù) XXX 目 錄4.3.5系統(tǒng)硬件電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209專心-專注-專業(yè)摘 要單片機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)運算，邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理)的微處理器(CPU)。隨著單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，各種單片機蜂擁而至，單片機技術(shù)已成為一個國家現(xiàn)代化科技水平的重要標(biāo)志。單片機可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，這是單片機最大的特征。單片機控制系統(tǒng)能夠取代以前利用復(fù)雜

2、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。現(xiàn)在單片機控制范疇無所不在，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，單片機的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。本畢業(yè)設(shè)計的課題是“簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計”。主要考核我們對單片機技術(shù)，編程能力等方面的情況。觀察獨立分析、設(shè)計單片機的能力，以及實際編程技能。本文利用了單片機在測量技術(shù)中的應(yīng)用，采用AT89C51單片機實現(xiàn)模擬電壓信號的檢測與顯示，構(gòu)成數(shù)字式電壓表。本課題中主要解決數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)處理和顯示控制三個主要模塊。其中的ADC0804用于模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機用于識別的數(shù)字信號，AT89C51主要用于信號的控

3、制和處理顯示，74LS47用于譯碼和驅(qū)動顯示。該電路設(shè)計簡單實用，實現(xiàn)了數(shù)字電壓表的智能化控制。關(guān)鍵詞：單片機 AT89C51 ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 74LS47譯碼驅(qū)動電路化控制ABSTRACTIs a single-chip integrated circuit chip, the use of ultra-large-scale technology with data processing capabilities (such as arithmetic operations, logic operations, data transfer, interrupt handling

4、) of the microprocessor (CPU). With the rapid development of single-chip technology, a variety of single-chip open the floodgates of a single-chip technology has become the country's modernization level of science and technology an important indicatorSingle-chip can be individually completed the

5、 requirements of modern industrial control intelligent control functions, which is the largest single-chip features. Single-chip control system to replace the use of complex electronic circuits or digital circuits consisting of control system software control can be achieved, and to achieve intellig

6、ent. SCM areas now ubiquitous, such as communication products, home appliances, smart instrumentation, process control and special control devices, etc., single-chip applications more and more widely. The subject of this graduation project is a "summary of the design of digital voltage meter.&q

7、uot; We mainly test single-chip technology, programming and other aspects of capacity. Observer independent analysis of the capacity of single-chip design, as well as the actual programming skills.In this paper, the measurement of single-chip technology, using AT89C51 single-chip analog voltage sign

8、al detection and shows that constitute digital voltage meter. The main solution to the issue of digital-to-analog conversion, data processing and display control of three main modules. ADC0804 which used to simulate the voltage signals into single-chip digital signal used to identify, AT89C51 used m

9、ainly for the control and signal processing and display, 74LS47 decoder and driver for the display. The circuit is designed to be simple and practical, to achieve the digital voltage meter intelligent control.Key words: microcontroller； AT89C51； ADC0804 ADC module；74LS47 decoding driving circuits；in

10、telligent control.第一章 緒論1.1單片機簡介1單片機是指一個集成在一塊芯片上的完整計算機系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件:CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。同時集成諸如通訊接口、計時器，實時時鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機也被稱為微處理器（Microcontroller），是因為它最早被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機系統(tǒng)

11、更小，更容易集成進復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計出的處理器，從此以后，單片機和專用處理器的發(fā)展便分道揚鑣。早期的單片機都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因為簡單可靠而性能不錯獲得了很大的好評。此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了16位單片機，但因為性價比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。90年代后隨著消費電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機技術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960系列特別是后來的ARM系列的廣泛應(yīng)用，32位單片機迅速取代16位單

12、片機的高端地位，并且進入主流市場。而傳統(tǒng)的8位單片機的性能也得到了飛速提高，處理能力比起80年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的32位單片機主頻已經(jīng)超過300MHz，性能直追90年代中期的專用處理器，而普通的型號出廠價格跌落至1美元，最高端的型號也只有10美元。當(dāng)代單片機系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機上。而在作為掌上電腦和手機核心處理的高端單片機甚至可以直接使用專用的Windows和Linux操作系統(tǒng)。 可以說，二十世紀(jì)跨越了三個“電”的時代，即電氣時代、電子時代和現(xiàn)已進入的電腦時代。不過，這種電腦，通常是指個人計算機，簡稱PC機。它由主機、

13、鍵盤、顯示器等組成。還有一類計算機，大多數(shù)人卻不怎么熟悉。這種計算機就是把智能賦予各種機械的單片機（亦稱微控制器）。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。因為它體積小，通常都藏在被控機械的“肚子”里。它在整個裝置中，起著有如人類頭腦的作用，它出了毛病，整個裝置就癱瘓了。現(xiàn)在，這種單片機的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實時工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等。各種產(chǎn)品一旦用上了單片機，就能起到使產(chǎn)品升級換代的功效，常在產(chǎn)品名稱前冠以形容詞“智能型”，如智能型洗衣機等?，F(xiàn)在有些工廠的技術(shù)人員或其它業(yè)余電子開發(fā)者搞出來的某些產(chǎn)品，不是電路太復(fù)雜，就是功能太簡單且

14、極易被仿制。究其原因，可能就卡在產(chǎn)品未使用單片機或其它可編程邏輯器件上。1.2單片機的應(yīng)用領(lǐng)域2 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能IC卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機、攝像機、全自動洗衣機的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域，大致可分如下幾個范疇：1.在智能儀器儀表

15、上的應(yīng)用單片機具有體積小、功耗低、控制功能強、擴展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，傳感器，各種分析儀）。2.在工業(yè)控制中的應(yīng)用用單片機可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。例如工廠流水線的智能化管理，電梯智能化控制、各種報警系統(tǒng)，與計算機聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成二級控制系統(tǒng)等。3.在家用電器中的應(yīng)用可以這樣說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機控制，

16、從電飯褒、洗衣機、電冰箱、空調(diào)機、彩電、其他音響視頻器材、再到電子秤量設(shè)備，五花八門，無所不在。4.在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)代的單片機普遍具備通信接口，可以很方便地與計算機進行數(shù)據(jù)通信，為在計算機網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備間的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件，現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實現(xiàn)了單片機智能控制。5.單片機在醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域中的應(yīng)用單片機在醫(yī)用設(shè)備中的用途亦相當(dāng)廣泛，例如醫(yī)用呼吸機，各種分析儀，監(jiān)護儀，超聲診斷設(shè)備及病床呼叫系統(tǒng)等等。6.在各種大型電器中的模塊化應(yīng)用某些專用單片機設(shè)計用于實現(xiàn)特定功能，從而在各種電路中進行模塊化應(yīng)用，而不要求使用人員了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。如音樂集成單片機，看似簡單的功能，微縮在

17、純電子芯片中（有別于磁帶機的原理），就需要復(fù)雜的類似于計算機的原理。如：音樂信號以數(shù)字的形式存于存儲器中（類似于ROM），由微控制器讀出，轉(zhuǎn)化為模擬音樂電信號（類似于聲卡）。1.3單片機的發(fā)展趨勢單片機從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，應(yīng)有盡有，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，互成互補，為單片機的應(yīng)用提供廣闊的天地。 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢，大致有：1.低功耗CMOS化MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在100mW左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了CMOS(互補金屬氧化物半

18、導(dǎo)體工藝)。象80C51就采用了HMOS(即高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)和CHMOS(互補高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝)。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。2.微型單片化現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器(CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲(RAM)、只讀程序存儲器(ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW(脈寬調(diào)制電路)、WDT(看門狗)、有些單片機將

19、LCD(液晶)驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。甚至單片機廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。3.主流與多品種共存雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機。所以C8051為核心的單片機占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集(RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場分額。此外還有MOTOROLA

20、公司的產(chǎn)品，日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi)，這種情形將得以延續(xù)，將不存在某個單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是依存互補，相輔相成、共同發(fā)展的道路。第二章 數(shù)字電壓表2.1數(shù)字電壓表的簡介3數(shù)字電壓表簡稱DVM，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。 一、數(shù)字電壓表的特點1顯示清晰直觀，讀數(shù)準(zhǔn)確 傳統(tǒng)的模擬式儀表必須借助于指針和刻度盤進行讀數(shù)，在讀數(shù)過程中不可避免的會引入人為的測量誤差。數(shù)字電壓表則采用先進的數(shù)顯技術(shù)，使測量結(jié)果一目了然，只要儀表不發(fā)生跳讀現(xiàn)象，測量結(jié)果就是唯一的。 新型數(shù)字電壓表還增加了標(biāo)志符顯示功能，包括測

21、量項目、符號單位和特殊符號、為解決DVM不能反映被測電壓的連續(xù)變化過程以及變化趨勢這一難題，一種"數(shù)字/模擬條圖"儀表業(yè)已問世。"模擬圖條"（Anal of Bargraph）有雙重含義：第一，被測量為模擬量；第二，利用條狀圖形來模擬被測量的大小及變化趨勢。這類儀表將數(shù)字顯示與高分辨率模擬條圖顯示集于一身，兼有DVM與模擬電壓表之優(yōu)點。智能數(shù)字電壓表均帶微處理器和標(biāo)準(zhǔn)接口，可配合計算機和打印機進行數(shù)據(jù)處理或自動打印，構(gòu)成完整的測試系統(tǒng)。 2顯示位數(shù) 顯示位數(shù)通常為31/2位、32/3位、33/4/位、41/2位、43/4位、51/2位、61/2位、71/

22、2位、81/2位共9種。判定數(shù)字儀表的位數(shù)有兩條原則：能顯示09所有數(shù)字的位是整數(shù)位；分?jǐn)?shù)位的數(shù)值是以最大顯示值中最高位數(shù)字為分子，用滿量程時最高數(shù)字作分母。例如，某數(shù)字儀表的最大顯示值為1999，滿量程計數(shù)值為2000，這表明該儀表有3個整數(shù)位，而分?jǐn)?shù)位的分子為1，分母是2，故稱之為31/2位，讀作三位半。 3準(zhǔn)確度高 準(zhǔn)確度是測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機誤差的綜合。4分辨率高 數(shù)字電壓表在最低電壓量程上末位1個字所代表的電壓值，稱為儀表的分辨力，它反映儀表靈敏度的高低。分辨力隨顯示位數(shù)的增加而提高。分辨率是指所能顯示的最小數(shù)字（零除外）與最大數(shù)字的百分比。例如31/2位DVM的分辨率為1/19

23、990.05。需要指出，分辨力與準(zhǔn)確度屬于兩個不同的觀念。從測量角度看，分辨力是"虛"指標(biāo)（與測量誤差無關(guān)），準(zhǔn)確度才是"實"指標(biāo)（代表測量誤差的大?。?。5測量范圍寬 多量程DVM一般可測量01000V直流電壓，配上高壓探頭還可測上萬伏的高壓。6擴展能力強 在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，還可擴展成各種通用及專用數(shù)字儀表、數(shù)字多用表（DMM）和智能儀表，以滿足不同的需要。7抗干擾能力強51/2位以下的DVM大多采用積分式A/D轉(zhuǎn)換器，其串模抑制比、共模抑制比各別可達100dB、80120dB。高檔DVM還采用數(shù)字濾波、浮地保護等先進技術(shù)，進一步提高了抗干擾能力，共

24、模抑制比可達180dB。2.2用于數(shù)字電壓表內(nèi)的AD轉(zhuǎn)化器分類4A/D轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電壓表、數(shù)字多用表及測量系統(tǒng)的"心臟"。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換器已達數(shù)百種，大致可分為五大類：單片A/D轉(zhuǎn)換器；單片DMM專用IC；多重顯示儀表專用IC；專供數(shù)字儀表使用的特制IC（ASIC）；其他通用型A/D轉(zhuǎn)換器，這種芯片僅能完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換，不能直接配數(shù)字儀表。1單片A/D轉(zhuǎn)換器 所謂"單片A/D轉(zhuǎn)換器"，是采用CMOS工藝將DVM的基本電路（含模擬電路和數(shù)字電路）集成在同一芯片上，配以LCD或LED數(shù)顯器件后能顯示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的集成電路。它們均屬大規(guī)模集成電路，

25、能以最簡單方式構(gòu)成DVM。若對其外圍電路進行擴展，增加各種功能轉(zhuǎn)換器，還可構(gòu)成DVM。2單片DMM專用IC 單片DMM專用IC是CMOS大規(guī)模集成電路和儀表技術(shù)的結(jié)晶，使用一片IC即可構(gòu)成功能完善的自動量程數(shù)字多用表。特別是專配P的DVM集成電路的問世，為開發(fā)具有高性價比的智能儀表和測試系統(tǒng)創(chuàng)造了有利條件。3多重顯示儀表專用集成電路 多重顯示儀表包括二重、三重、四重顯示儀表，是國際90年代流行產(chǎn)品。2.3數(shù)字儀表的發(fā)展趨勢采用新技術(shù)、新工藝，由LSI和VLSI構(gòu)成的新型數(shù)字儀表及高檔智能儀器的大量問世，標(biāo)志著電子儀器領(lǐng)域的一場革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技術(shù)的先河。1廣泛采用新技術(shù)，不斷開發(fā)新產(chǎn)

26、品2模塊化的發(fā)展方向 新一代數(shù)字儀表正朝著標(biāo)準(zhǔn)模塊化的方向發(fā)展。預(yù)計在不久的將來，許多數(shù)字儀表將由標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的模塊所構(gòu)成，給電路設(shè)計和安裝調(diào)試、維修帶來極大方便。表面安裝技術(shù)（SMT）和表面安裝元器件（SMD）將獲得普遍應(yīng)用。這項技術(shù)被譽為世界電子工藝技術(shù)的一項重要突破。所謂表面安裝是將微型化的表面安裝集成電路（SMIC）和表面安裝元件，用粘貼工藝直接安裝在印刷板上，再用波峰焊接機焊接，由此取代傳統(tǒng)的打孔焊接工藝，使印刷板安裝密度大為增加，可靠性得到明顯提高。3多重顯示儀表 為徹底解決數(shù)字儀表不便于觀察連續(xù)變化量的技術(shù)難題，"數(shù)字/模擬條圖"雙顯示儀表已成為國際

27、流行款式，它兼有數(shù)字儀表準(zhǔn)確度高、模擬式儀表便于觀察被測量的變化過程及變化趨勢的兩大優(yōu)點。 模擬條圖大致分成三類：液晶（LCD）條圖，呈斷續(xù)的條狀，這種顯示器的分辨力高、微功耗，體積小，低壓驅(qū)動，適于電池供電的小型化儀表。等離子體（PDP）光柱顯示器，其優(yōu)點是自身發(fā)光，亮度高，顯示清晰，觀察距離遠，分辨力較高，缺點是驅(qū)動電壓高，耗電較大。LED光柱，它是由多只發(fā)光二極管排列而成。這種顯示器的亮度高，成本低，但象素尺寸較大，功耗高，驅(qū)動電路復(fù)雜。4安全性 儀器儀表在設(shè)計和使用中的安全性，對于生產(chǎn)廠家和廣大用戶都是至關(guān)重要的問題。一方面廠家必須為儀表設(shè)計安全保護電路，并使之符合國際標(biāo)準(zhǔn)（例如美國U

28、L認(rèn)證，歐洲GS認(rèn)證，ISO9001國際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量認(rèn)證）；另一方面用戶必須安全操作，時刻注意儀表上的各種安全警告指示。儀表的保護電路在于最大限度的減小或防止因誤操作而造成的危害。以DMM為例，常見的誤操作是用電流檔或電阻檔去測量電壓。5操作簡單化。  第三章 主要硬件功能及介紹3.1完成AD轉(zhuǎn)換的ADC080453.1.1 ADC0804主要規(guī)格性能所謂AD轉(zhuǎn)換器就是模擬和數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的器件。信號輸入端可以是傳感器或轉(zhuǎn)換器的輸入端，而ADC的數(shù)字信號也可能提供給微處理器，以便廣泛應(yīng)用。ADC0804的主要規(guī)格為：(1) 高阻抗?fàn)顟B(tài)輸出

29、(2) 分辨率：8 位(0255)(3) 存取時間：135 ms(4) 轉(zhuǎn)換時間：100 ms(5) 總誤差：-1+1LSB (6) 工作溫度：ADC0804C為0度70度；ADC0804L為-40 度85 度 (7) 模擬輸入電壓范圍：0V5V (8) 參考電壓：2.5V (9) 工作電壓：5V (10) 輸出為三態(tài)結(jié)構(gòu)3.1.2 ADC0804引腳圖及接口電路ADC0804引腳圖如下：圖3-1 ADC0804引腳圖引腳功能及應(yīng)用特性如下：1.CS 、RD 、WR （引腳1、2、3）：是數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平。其中CS 和WR 用來控

30、制A/D 轉(zhuǎn)換的啟動信號。CS 、RD 用來讀A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當(dāng)它們同時為低電平時，輸出數(shù)據(jù)鎖存器DB0DB7 各端上出現(xiàn)8 位并行二進制數(shù)碼。2.CLKI（引腳4）和CLKR（引腳19）：ADC08010805 片內(nèi)有時鐘電路，只要在外部“CLKI”和“CLKR”兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生A/D 轉(zhuǎn)換所要求的時鐘，其振蕩頻率為fCLK1/1.1RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10K，C=150PF，fCLK640KHZ，轉(zhuǎn)換速度為100。若采用外部時鐘，則外部fCLK 可從CLKI 端送入，此時不接R、C。允許的時鐘頻率范圍為100KHZ1460KHZ。3.INTR （引腳5）： INTR

31、 是轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，輸出跳轉(zhuǎn)為低電平表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，可作為微處理器的中斷或查詢信號。如果將CS 和WR 端與INTR 端相連，則ADC0804 就處于自動循環(huán)轉(zhuǎn)換狀態(tài)。CS 0 時，允許進行A/D 轉(zhuǎn)換。WR 由低跳高時A/D 轉(zhuǎn)換開始，8 位逐次比較需8×8=64 個時鐘周期，再加上控制邏輯操作，一次轉(zhuǎn)換需要6673 個時鐘周期。4.在典型應(yīng)用fCLK640KHZ 時，轉(zhuǎn)換時間約為103114。當(dāng)fCLK 超過640KHZ，轉(zhuǎn)換精度下降，超過極限值1460KHZ 時便不能正常工作。V（）（引腳）和V（）（引腳7）：被轉(zhuǎn)換的電壓信號從V（）和V（）輸入，允許此信號是差動的或

32、不共地的電壓信號。如果輸入電壓V的變化范圍從0V到Vmax，則芯片的V（）端接地，輸入電壓加到V（）引腳。由于該芯片允許差動輸入，在共模輸入電壓允許的情況下，輸入電壓范圍可以從非零伏開始，即Vmin 至Vmas。此時芯片的V（）端應(yīng)該接入等于Vmin 的恒值電碼墳上，而輸入電壓V仍然加到V（）引腳上。AGND（引腳8）和DGND（引腳10）：A/D 轉(zhuǎn)換器一般都有這兩個引腳。模擬地AGND 和數(shù)字地DGND 分別設(shè)置引入端，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號回路，以防止寄生耦合造成的干擾。V2（引腳9）：參考電壓V/2 可以由外部電路供給，從“V/2”端直接送入，V/2 端電壓值應(yīng)是輸入電壓范圍

33、的二分之一。所以輸入電壓的范圍可以通過調(diào)整V/2 引腳處的電壓加以改變，轉(zhuǎn)換器的零點無需調(diào)整。ADC0804 轉(zhuǎn)換器的工作時序如圖所示：圖3-2 ADC0804工作時序圖ADC0804電壓輸入與數(shù)字輸出關(guān)系如表所示：  十六進制   二進制碼 與滿刻度的比率 相對電應(yīng)值VREF=2.560伏 高四位字節(jié) 低四位字節(jié) 高四位字節(jié)電壓 低四位字節(jié)電壓 F 1111 15/16 15/256 4.800 0.300 E 1110 14/16 14/256 4.480 0.280 D 1101 13/16 13/256 4.160 0.260 C 1100 12/16 12/256

34、 3.840 0.240 B 1011 11/16 11/256 3.520 0.220 A 1010 10/16 10/256 3.200 0.200 9 1001 9/16 9/256 2.880 0.180 8 1000 8/16 8/256 2.560 0.160 7 0111 7/16 7/256 2.240 0.140 6 0110 6/16 6/256 1.920 0.120 5 0101 5/16 5/256 1.600 0.100 4 0100 4/16 4/256 1.280 0.080 3 0011 3/16 3/256 0.960 0.060 2 0010 2/16 2

35、/256 0.640 0.040 1 0001 1/16 1/256 0.320 0.020 0 0000     0 0 圖3-3 ADC0804電壓輸入與數(shù)字關(guān)系表AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計接口電路圖:圖3-4 AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計接口電路圖圖中，ADC0804 數(shù)據(jù)輸出線與AT89C51 的數(shù)據(jù)總線直接相連，AT89C51 的RD 、WR 和INT1直接連到ADC0804，由于用P1.0 線來產(chǎn)生片選信號，故無需外加地址譯碼器。當(dāng)AT89C51 向ADC0804 發(fā)WR (啟動轉(zhuǎn)換)、RD (讀取結(jié)果)信號時，只要虛擬一個系統(tǒng)不占用的數(shù)據(jù)存儲器地址即可。3.2系統(tǒng)控制核心AT89C

36、5163.2.1AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版

37、本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51內(nèi)部功能圖：圖3-5 AT89C51內(nèi)部功能圖7AT89C51主要性能：1.與MCS-51 兼容 2.4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 3.壽命：1000寫/擦循環(huán)4.數(shù)據(jù)保留時間：10年5.全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz6.三級程序存儲器鎖定7.128×8位內(nèi)部RAM8.32可編程I/O線9.兩個16位定時器/計數(shù)器10.5個中斷源 11.可編程串行通道12.低功耗的閑置和掉電模式13.片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 3.2.2 AT89C51外部管腳分布及功能介紹AT89C51外部管腳分布圖：圖3-6 AT89C

38、51外部管腳圖管腳功能介紹：VCC：供電電壓。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門電流。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

39、址接收。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的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

40、”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 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腳兩個機器周期的高電平時間。AL

41、E/PROG：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，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問

42、外部數(shù)據(jù)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。振蕩器特性:XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)

43、部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.3譯碼驅(qū)動芯片74LS478 74LS47的功能：在數(shù)字系統(tǒng)中常要將測量或處理直接顯示成十進制數(shù)字。因此，首先將以二進制碼表示的結(jié)果送譯碼器譯碼，用它的輸出去驅(qū)動顯示器件。由于顯示器件的工作方式不同，譯碼器的要求不同，譯碼器的電路也不同。在此電路中將倒計時的數(shù)據(jù)顯示出來。74LS47的外部管腳圖：圖3-7 74LS47外部管腳圖74LS47管腳介紹： A0  ： 二進制數(shù)碼 A1   ： 二進制數(shù)碼 A2 

44、  ： 二進制數(shù)碼 A3    ：二進制數(shù)碼 GND   ：接地信號 VCC  ：接電源 Abcdefg ：輸出信號 LT  ：試燈信號輸入。當(dāng)該端加低電平，BI=1時，各段都亮。否則說明顯示器有故障。正常運行時LT應(yīng)處于高電平 BI/RBO ：滅零輸入信號。用來熄滅不需要顯示的0，對其他數(shù)字不起熄滅作用。高電平有效。 RBI  ：將RBO和RBI配合使用很容易實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示的滅零控制。當(dāng)本位的RBI=0輸入數(shù)字為

45、零時，則RBO輸出為零。將此信號送下一位的RBI端，使下一位的RBI=0,如下一位也為0則在RBO控制下，下一位也滅零。但如果上一位不為0其RBO不為0，則本位即使輸入位0，也不會消除，而任顯示0.即本位的滅零是以前位滅零的先決條件。第四章 直流電壓表的系統(tǒng)設(shè)計4.1數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計框圖直流數(shù)字電壓表的電路組成圖：圖4-1 直流電壓表設(shè)計框圖數(shù)字電壓表主要由模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機控制電路、顯示電路等三部分組成。其中ADC0804等器件組成的轉(zhuǎn)換電路，將輸入的模擬量信號進行取樣、轉(zhuǎn)換、然后將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號送進單片機。單片機控制電路主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)進行程序處理；顯示電路主要用于將單片機的信號數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

46、換后顯示測量結(jié)果。9模擬信號產(chǎn)生模塊：輸入電源電路（變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成）和分壓電路（9萬歐姆和1萬歐姆的電阻分壓）。模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成部分：ADC0804芯片程序處理的單片機控制模塊：AT89C51芯片電壓結(jié)果顯示部分：74LS47譯碼驅(qū)動芯片，七段LED顯示管4.2設(shè)計目標(biāo)和功能實現(xiàn)情況基于51的數(shù)字直流電壓表的設(shè)計總體目標(biāo)：將電源電路提供給的連續(xù)的模擬直流電壓通過數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊轉(zhuǎn)換成間斷不連續(xù)的數(shù)字量，便于單片機對此電壓輸出的顯示控制（單片機對于模擬輸入的電壓不能發(fā)揮控制作用）：最終能夠在LED顯示管中顯示測量的電壓（如：008.8V）功能的實現(xiàn)情況：系統(tǒng)功能：1）從將測

47、試端輸入的051V電壓，經(jīng)電阻R1、R2分壓（設(shè)計中R1和R2的電阻設(shè)計分別是9萬歐姆和1萬歐姆，使得輸入的模擬電壓處于實際電壓的十分之一），所以ADC0804輸入電壓Uin大約只有測試端輸入電壓（051V）的十分之一（原則上滿足ADC0804數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的工作電壓），經(jīng)過AT89C51程序處理，最后將測量結(jié)果顯示在數(shù)碼管D4、D3、D2、D1上。 2）本電路中ADC0804的輸入電壓Uin是可變電阻器的模擬待測電壓，電壓最高賦值沒有超出ADC0804的工作極限電壓。3）若ADC0804芯片輸出最大轉(zhuǎn)換值為0FFH（255），即最大顯示電壓為51V。4）若測試端輸入電壓為8V，由于R1和R2的

48、分壓作用，實際輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的電壓為實際輸入電壓的十分之一，則ADC0804的實際采樣輸入電壓只有0.8V。 1.輸入的模擬電壓值經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后為28H。 2.14H經(jīng)十進制調(diào)整為0040，則令寄存器（R4）=00，（R5）=40。 3.再將此0040×2=0080，再使（R4）=00；（R5）=80。 4.經(jīng)譯碼器譯碼后在數(shù)碼管上顯示0 0 8 0。5)數(shù)點設(shè)在D2上，并將其分別顯示為：0 0 8. 0D4 D3 D2 D14.3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計4.3.1電源電路10由于電路中涉及到的集成電路有74LS47、ADC0804、AT89C51，根據(jù)它們的技術(shù)參數(shù)要求，正常工作時均為5

49、V供電(R1和R2分壓電路將ADC轉(zhuǎn)換模塊的輸入模擬電壓控制在5V以內(nèi))，且電路工作靜態(tài)電流較小，因此對電源的要求并不高。本電路采用LM7805集成穩(wěn)壓電路，它的輸出電壓為5V，輸出電流可達1.5A。電路由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路組成。4.3.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)字電壓表電路首先要對待測電壓信號進行采樣，而采樣的電壓信號是模擬信號，而單片機的控制只能是數(shù)字信號，因此要將采樣的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，本電路選用了模/數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路，而眾多的模/數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路中ADC0804的性能要求最符合本設(shè)計中的要求，所以設(shè)計模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路選用了ADC0804作為轉(zhuǎn)換芯片，其引腳圖如圖3所示。A

50、DC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時間100s，輸入電壓范圍為05V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為 5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計算機連接時，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線。該芯片為單一+5V供電，時鐘脈沖CLK由CPU提供或自身產(chǎn)生。利用CPU時鐘脈沖時，將CPU的CLK分頻接至ADC0804芯片的CLKIN端（管腳4）。模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖所示：圖4-2 模數(shù)轉(zhuǎn)換電路圖電路對待測模擬電壓信號進行采樣，輸入電壓Uin(+)（051V）經(jīng)過電阻R1、R2分壓，由ADC0804（6腳）輸入，作為ADC0804的輸入轉(zhuǎn)換電壓，電

51、阻R1、R2的作用是使ADC0804輸入電壓在其允許工作電壓范圍內(nèi)；ADC0804的時鐘控制CLKIN、CLKR與電阻R3、電容器C1相連，構(gòu)成時鐘振蕩電路，其振蕩頻率為1/（1.1RC）；Vin(-)、AGND接地,作為ADC0804模/數(shù)轉(zhuǎn)換時的參考點；電阻R4、R5和穩(wěn)壓二極管D1組成分壓電路，連接至ADC0804的VREF端，作為其輔助參考電壓；CS 為ADC0804芯片片選信號，低電平有效，此電路中只使用一片ADC0804，ADC0804始終處于工作狀態(tài)，所以片選端應(yīng)接地。AD轉(zhuǎn)換模塊將連續(xù)不間斷的模擬量通過取樣，量化轉(zhuǎn)為單片機易于控制的數(shù)字信號；也可成為數(shù)字電壓表電路系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

52、模塊。4.3.3單片機控制電路單片機控制系統(tǒng)具有控制能力強、體積小、速度快、成本低的特點，隨著單片機應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，目前企業(yè)較多的采用了微機控制技術(shù)。由單片機實現(xiàn)儀表的測量，不僅控制簡單、精度高，還便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和智能化控制。由于數(shù)字電壓表的程序較簡單，數(shù)據(jù)存儲量小，對單片機控制系統(tǒng)的要求并不是很高，本文采用了AT89C51作為控制芯片。9 利用AT89C51單片機的P0口與ADC0804的8位數(shù)據(jù)（DB0-DB7）直接相接，因為P0口通常作為數(shù)據(jù)總線使用，所以用P0口作為ADC0804的數(shù)據(jù)輸入接口。在訪問外部存儲器時，P2口作為8位地址總線，將P2.0與ADC0804芯片INTR控制端5

53、腳相連用來控制模/數(shù)轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，再通過單片機軟件程序?qū)?shù)字信號程序進行數(shù)據(jù)處理。單片機AT89C51的P1口是準(zhǔn)雙向I/O口，帶負載能力強可以驅(qū)動4個LSTTL門，將P1口輸出的地址碼作為四位數(shù)碼管的顯示地址控制線進行分時選通，作用是將采樣轉(zhuǎn)換電路輸入的電壓通過程序調(diào)整，輸出顯示代碼傳送給譯碼電路，再由譯碼顯示電路直接驅(qū)動數(shù)碼管顯示測量結(jié)果。10單片機控制電路如圖所示： 圖4-3 單片機控制電路圖單片機的控制電路是整個直流數(shù)字電壓表的控制核心，通過對AT89C51芯片用匯編語言予以控制，通過模數(shù)轉(zhuǎn)化后的模擬電壓值會被轉(zhuǎn)化成一系列的數(shù)字進制的代碼，單片機通過程序控制來對整個系統(tǒng)予以控制。4.3

54、.4顯示電路根據(jù)技術(shù)要求須將測量結(jié)果顯示出來，考慮到顯示電路如不用譯碼電路則電路會較復(fù)雜，為簡化電路便于安裝、調(diào)試，可采用譯碼驅(qū)動顯示電路。本電路選用74LS47作為譯碼驅(qū)動芯片，74LS47是將鎖存、譯碼、驅(qū)動三種功能集于一身的“三合一”器件。AT89C51的P1口低4位直接與譯碼電路的BCD碼輸入端連接，輸出的BCD碼信號，通過譯碼器譯碼輸出七段顯示碼，直接與數(shù)碼管的ag筆端相連。AT89C51的P1口高4位輸出的地址碼經(jīng)三極管接數(shù)碼管的公共端，作為四位數(shù)碼管顯示的地址控制線進行分時選通，采用的動態(tài)掃描顯示方式。數(shù)碼顯示電路的作用是顯示測量輸入電壓。 使用普通LED數(shù)碼管時，工作電流一般選

55、擇在10mA/段左右，這樣既保證亮度適中，又不會損壞器件，故使用時必須在數(shù)碼管的每段中串接一適當(dāng)阻值的限流電阻。圖4-4 顯示電路圖由譯碼驅(qū)動芯片和七段LED顯示管組成的顯示電路完成了數(shù)字電壓表整個系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)果顯示部分功能，其中在兩芯片之間加入一定值的電阻，為防止經(jīng)過的電路電流過大，對顯示結(jié)果的LED顯示管帶來損害。在74LS47和顯示管中還可以加入4個三極管陣列，確保顯示的地址正確。4.3.5系統(tǒng)硬件電路 結(jié)合以上各部分單元電路的功能分析，對照系統(tǒng)技術(shù)要求進行全面分析 ，得出系統(tǒng)硬件電路圖。 待測電壓輸入信號Uin經(jīng)電阻（R1、R2）分壓，使其輸入的電壓在ADC0804芯片承受的最大工作電

56、壓（5.1V）范圍內(nèi)，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，通過單片機控制電路進行程序數(shù)據(jù)處理，然后通過七段譯碼/驅(qū)動顯示電路實現(xiàn)數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示輸入電壓。整個電路系統(tǒng)的硬件設(shè)計電路如圖所示：圖4-5 數(shù)字電壓表的硬件設(shè)計總圖整個數(shù)字電壓表的硬件電路系統(tǒng)主要是由上述的圖3，圖4，圖5所顯示的數(shù)據(jù)采集模塊（DA轉(zhuǎn)換模塊），單片機控制模塊，顯示模塊組成的；從而完成了模擬電壓的數(shù)字顯示。4.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.4.1系統(tǒng)程序設(shè)計流程圖根據(jù)設(shè)計要求結(jié)合硬件電路，在輸入模擬信號時采用電阻分壓，最終的采樣輸入電壓只有實際輸入電壓的十分之一，所以在編寫程序中要編寫一段數(shù)據(jù)調(diào)整程序，其中還應(yīng)注意硬件顯示電路采用了動態(tài)掃描顯示，在動態(tài)掃描顯示方式中，動態(tài)掃描的頻率有一定的要求，頻率太低，數(shù)碼管LED將會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，通常在數(shù)碼管點亮?xí)r間間隔一般均取5ms左右為宜，這就要求在編寫程序時，使其點亮并保持一定的時間，所以在程序編寫時還要考慮到顯示子程序。 總結(jié)以上所分析，程序流程圖如圖所示：圖4-6 系統(tǒng)軟件設(shè)計流程圖圖