數(shù)字電壓表硬件設計

本科生畢業(yè)設計（論文）學院（系）：電子與電氣工程系專業(yè)：電子信息工程數(shù)字電壓表硬件設計HardwareDesignofDigitalVoltmeter總計：21頁表格：3個插圖：11幅學院（系）：電子與電氣工程系專業(yè)：電子信息工程數(shù)字電壓表硬件設計［摘要］在現(xiàn)代檢測技術中，常需用高精度數(shù)字電壓表進行現(xiàn)場檢測，將檢測到的數(shù)據(jù)送入微計算機系統(tǒng)，完成計算、存儲、控制和顯示等功能。本文中數(shù)字電壓表由主控模塊、模數(shù)轉換模塊、數(shù)碼管（LED）顯示模塊、看門狗電路幾個模塊組成，實現(xiàn)數(shù)字電壓表的硬件電路設計。硬件設計完成后，與軟件設計相配合，達到真正的設計目的。本文設計的數(shù)字電壓表可以測量0～5V的8路輸入電壓值，并在四位LED數(shù)碼管上輪流顯示，還可以方便地進行8路A／D轉換量的測量，遠程測量結果傳送等功能。該設計的數(shù)字電壓表電路簡單，所用的元件較少，成本低，調(diào)節(jié)工作可實現(xiàn)自動化。［關鍵詞］單片機；數(shù)字電壓表；A/D轉換；LED數(shù)碼管HardwareDesignofDigitalVoltmeterAbstract:Inmoderndetectiontechnology,weutilizehigh-precisiondigitalvoltmeterspotdetection,thedetecteddataintomicro-computersystem,completethecalculation,storage,controlanddisplay.Digitalvoltagemeterinthisarticlefromthemaincontrolmodule,ADCmodule,thedigital(LED)displaymodule,thewatchdogcircuitcomposedofseveralmodules,digitalvoltagemeterhardwaredesign.Hardwaredesigniscomplete,andsoftwaredesignmatchedthedesigntoachievetherealobjective.Thisdigitalvoltmeterdesignedtomeasurethe80~5Vinputvoltage,andfourLEDdigitaltubedisplayrotationcanalsobeeasily8A/Dconversionvolumemeasurement,remotemeasurementresultstransmissionfunctions.Thedesignofthedigitalvoltmetercircuitissimple,theuseoffewercomponents,lowcost,regulationworkcanbeautomated.Keywords:Singlechipmicrocontroller;digitalvoltmeter;A/Dtransformation;lednumericalcodestube目錄1引言 11.1研究的目的和意義 11.2發(fā)展歷程 12系統(tǒng)方案設計 22.1模數(shù)轉換模塊 22.2顯示模塊 22.3復位和存儲模塊 22.4通訊模塊 32.5鍵盤模塊 32.6主要元件清單 33數(shù)字電壓表的硬件設計 33.1主控模塊 43.2模數(shù)轉換模塊硬件設計 53.2.1ADC0809芯片 63.2.2A/D轉換電路 63.3數(shù)碼管顯示電路設計 73.3.18位數(shù)碼管 73.3.2數(shù)碼管電路 83.4看門狗電路的設計 93.4.1X5045芯片 93.4.2X5045的工作原理 103.4.3看門狗電路 103.5RS232通信電路電路設計 113.6電源電路的設計 123.7鍵盤電路設計 133.8整體硬件電路設計 134系統(tǒng)實現(xiàn) 144.1系統(tǒng)開發(fā)所需的硬件資源 144.2系統(tǒng)硬件調(diào)試 144.2.1數(shù)碼管電路顯示調(diào)試 144.2.2A/D轉換調(diào)試 15結束語 16參考文獻 16附錄1 17附錄2 20致謝 211引言1.1研究的目的和意義數(shù)字電壓表（DigitalVoltmeter）簡稱DVM，DVM的高速發(fā)展，使它已成為實現(xiàn)測量自動化、提高工作效率不可缺少的儀表，數(shù)字化是當前計量儀器發(fā)展的主要方向之一，而高準度的DC-DVC的出現(xiàn)，又使DVM進入了精密標準測量領域。這個課題的目的和意義在于使自己掌握對數(shù)字電壓表的理解，自己動手設計數(shù)字電壓表與仿真，它可以廣泛的應用于電壓測量外，通過各種變換器還可以測量其它電量和非電量，測量是一種認識過程，就是用實驗的方法將被測量和被選用的相同參量進行比較，從而確定它的大小。DVM廣泛應用于測量領域每期測量的準確度和可信度取決于它的主要性能和技術指標。所以我們要學習和掌握如何設計DVM就顯得十分重要。1.2發(fā)展歷程科學技術的發(fā)展為測量儀器、儀表提供了新原理和新技術以及新型的元、器體，同時又對測量儀表提出了更新、更高的要求。數(shù)字電壓表(簡寫為DVM)就是在精密測量技術、計算技術、自動化技術和電子技術的基礎上產(chǎn)生和發(fā)展起來的。數(shù)字式儀表是能把連續(xù)的被測量自動地變成斷續(xù)的、用數(shù)字編碼方式的、并以十進制數(shù)字自動顯示測量結果的一種測量儀表。這是一種新型儀表，它把電子技術、計算技術、自動化技術的成果與精密電測量技術密切的結合在一起。成為儀器、儀表領域中獨立而完整的一個分支。1952年，美國NLS公司首創(chuàng)四位數(shù)字電壓表，到現(xiàn)在的五十多年中經(jīng)過了不斷的改進和提高。電壓表是從電位差計的自動化考慮中研制成功的，開始是四位然后是五位、六位，而現(xiàn)在發(fā)展到七位、八位數(shù)碼顯示；從最初的一、二種工作原理發(fā)展到幾十種原理，從最早采用繼電器、電子管發(fā)展到全晶體管化、集成電路化、微處理器化；從一臺DVM只能測一、二種參數(shù)到能測十幾種參數(shù)的多用型；顯示器件也從輝光數(shù)碼顯示發(fā)展到等離子體、發(fā)光二極管、液晶顯示等。電壓表的體積和功耗越來越小，重量不斷減輕，價格也逐步下降，可靠性越來越高，量程范圍也逐漸擴大?；仡櫼幌翫VM的發(fā)展過程，大致可以分為以下三個階段。(1)數(shù)字化階段20世紀50年代到60年代中期，DVM的特點是運用各種原理實現(xiàn)模/數(shù)（A/D）轉換，即將模擬量轉化成數(shù)字量，從而實現(xiàn)測量儀表的數(shù)字化。1952年，第一臺問世的數(shù)字電壓表是采用電子管的伺服比較式；1956年出現(xiàn)諧波式V/T(電壓/時間變換型)；1961年出現(xiàn)全晶體管化的逐次逼近比較式；1963年出現(xiàn)電壓/頻率（V/F）變換型（單積分式）；1966年出現(xiàn)雙積分式（雙斜式）等，這一時期的顯示位數(shù)是3.5-5.5位。(2)高精度階段由于精密電測量的需要，DVM開始向高準確、高位數(shù)方向發(fā)展，出現(xiàn)了所謂復合型原理的儀表。如1971年日本研制的TR-6567（三次采樣積分式）；1973年英國研制的SM-215（兩次采樣電感分壓比較型）；1972年日本研制的TR-6501型DVM已達到了8位數(shù)。與此同時對積分方案進行了改進和提高，出現(xiàn)了如Dana公司的6900型（7位）、Solartron公司生產(chǎn)的7075型（8位），其準確度可達到百萬分之幾。(3)智能化階段由于電子技術、大規(guī)模集成電路（LSI）及計算機技術的發(fā)展，使人們不久就研制出微處理器數(shù)字電壓表，實現(xiàn)了DVM數(shù)據(jù)處理自動化和可編程序，因為帶有存儲器并使用軟件支持，所以可以進行信息處理，可通過標準接口組成自動測試系統(tǒng)（ATS）。例如，F(xiàn)luke公司的8506型、Solartron公司的7065型和7081型、Datron公司的1071和1281型，以及Fluke公司的最新產(chǎn)品8508A型等。它們除了完成原有DVM的各種功能外，還能夠自校、自檢，保證了自動測量的高準確度，實現(xiàn)了儀器、儀表的智能化。當前，智能式儀表發(fā)展十分迅速，而微處理式DVM在智能儀表中占的比重最大，智能化的DVM為實現(xiàn)各種物理量的動態(tài)測量提供了可能。2系統(tǒng)方案設計2.1模數(shù)轉換模塊方案1：選用專用電壓轉換芯片實現(xiàn)電壓的測量和現(xiàn)實。缺點是精度比較低，且內(nèi)部電壓轉換和控制部分不可控制；優(yōu)點是價格低廉。方案2：選用單片機AT89C51和A/D轉換芯片ADC0809實現(xiàn)電壓的轉換和控制，用四位數(shù)碼管顯示出最后的轉換電壓結果。缺點是價格稍貴；基于設計的要求，優(yōu)先選用了方案2。2.2顯示模塊方案1：選用4個單體的共陰數(shù)碼管，將a—h全部連接起來，然后接到單片機口的I/O上進行控制。缺點是焊接時比較麻煩，容易出錯；優(yōu)點是價格比較便宜。方案2：選用一個四聯(lián)的共陰數(shù)碼管。這個電路幾乎沒有缺點，優(yōu)點是便于控制，價格低廉，焊接簡單。基于以上方案和設計的要求，優(yōu)先選用了方案2。2.3復位和存儲模塊X5045是一種集上電復位、看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM四種功能于一身的可編程控制電路，它有助于簡化應用系統(tǒng)的設計，減少電路板的占用面積，提高可靠性。因此這里選擇了X5045。2.4通訊模塊由于RS232是全雙工的，RS485是半雙工的，RS485與RS232僅僅是通訊的物理協(xié)議（即接口標準）有區(qū)別，RS485是差分傳輸方式，RS232是單端傳輸方式，但通訊程序沒有太多的差別。PC機上已經(jīng)配備有RS232，直接使用就行了，若使用RS485通訊，只要在RS232端口上配接一個RS232轉RS485的轉換頭就可以了，不需要修改程序。出于經(jīng)濟角度考慮，這里選用RS232。2.5鍵盤模塊鍵盤部分有九個按鍵、九個1K的電阻、一個GAL22V10D鍵盤編碼芯片構成，九個按鍵中K1到K8分別控制選擇通道1到8，第九個按鍵控制選擇掃描模式。2.6主要元件清單主要元件清單如表1所示：表1數(shù)字電壓表主要元件清單元件名稱型號數(shù)量/個用途單片機AT89C511控制核心晶振12MHZ1晶振電路看門狗X50451看門狗電路電源VCC+5V/1A1提供+5V電源數(shù)碼管4位共陰1顯示電路A/D轉換芯片ADC08091模/數(shù)轉換電位器1KΩ1調(diào)節(jié)電位3數(shù)字電壓表的硬件設計該題目設計單片機接口技術和電壓測量技術，包括數(shù)碼管顯示電路、看門狗電路和通信接口電路、A/D電路。通過A/D電路實現(xiàn)對直流電壓的測量，單片機處理后通過數(shù)碼管進行實現(xiàn)，看門狗電路實現(xiàn)控制，而通信接口電路實現(xiàn)測量電量的通過功能，從而擴大數(shù)字電壓表的應用范圍和測量的距離，可以集成在不同的系統(tǒng)中、可實現(xiàn)對模擬的數(shù)字電壓通過單片機控制轉換顯示在七段數(shù)碼管上，測量的最小分辨率為0.019V，測量誤差約為0.02V。按照系統(tǒng)設計要求和功能，系統(tǒng)分為主控模塊、模數(shù)轉換模塊、數(shù)碼管（LED）顯示模塊、看門狗電路幾個模塊，系統(tǒng)框圖如圖1所示。主控模塊采用AT89C51，A/D轉換模塊采用ADC0809芯片，用于A/D轉換，顯示模塊采用4位七段共陰LED數(shù)碼管，看門狗電路采用X5045。單片機系統(tǒng)A/D單片機系統(tǒng)A/D看門狗EEPROM數(shù)碼管顯示模塊通信接口鍵盤圖1系統(tǒng)總體結構3.1主控模塊AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的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[1]。AT89C51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。管腳說明：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，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2P3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P3口寫入“1”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）在AT89C51中，P3端口還用于一些復用功能。其復用功能如表2所示。表2P3各端口引腳與復用功能表端口引腳復用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器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）RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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。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。3.2模數(shù)轉換模塊硬件設計在單片機應用系統(tǒng)中，常常需要將檢測到的連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量、速度等轉換成數(shù)字量，才能輸入到單片機中進行處理。然后在將處理的數(shù)字量轉換成模擬量輸出，實現(xiàn)對被控對象的控制。將模擬量轉換成數(shù)字量的過程稱為A/D轉換，將數(shù)字量轉換成模擬量的過程稱為D/A轉換。3.2.1ADC0809芯片(1)引腳功能說明如下：IN0～IN7:8個輸入通道的模擬輸入端。D0～D7:8位數(shù)字量輸出端。START:啟動信號，加上正脈沖后，A/D轉換開始進行。ALE:地址鎖存信號。由低至高電平時，把三位地址信號送入通道號地址鎖存器，并經(jīng)譯碼器得到地址輸出，以選擇相應的模擬輸入通道。EOC:轉換結束信號，是芯片的輸出信號。轉換開始后，EOC信號變低；轉換結束時，EOC返回高電平。這個信號可以作為Ａ／Ｄ轉換器的狀態(tài)信號來查詢，也可以直接用作中斷請求信號。OE:輸出允許控制端。CLK:時鐘信號。最高允許值為640kHz。VREF+和VREF-:A/D轉換器的參考電壓。VCC:電源電壓。由于是CMOS芯片，允許的電壓范圍較寬，可以是+5～+15V。(2)主要性能指標：分辨率為8位。最大不可調(diào)誤差：±1LSB。單電源+5V供點，基準電壓由外部提供，典型值為+5V，此時允許輸入模擬電壓為0～5V。具有鎖存控制的8路模擬選通開關。可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與TTL電平兼容。功耗15mW。轉換速度取決于芯片的時鐘頻率。時鐘的頻率范圍：10～1280KHz，當CLK=500KHz時，轉換時間為128us[2]。3.2.2A/DADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D轉換器，28引腳雙列直插式封裝，片內(nèi)除A/D轉換部分外還有多路模擬開關部分。ADC0809與AT89C51連接可采用查詢方式，也可以采用中斷方式，圖2為中斷方式連接的電路圖。由于ADC0809片內(nèi)有三態(tài)輸出鎖存器，因此可直接與AT89C51接口。AT89C51的P2.0～P2.3管腳分別連接ADC0809的25至22管腳，起到地址鎖存作用；AT89C51的P0.7～P0.0管腳分別連接ADC0809的OUT1～OUT8管腳，表示數(shù)據(jù)轉換完畢后送入AT89C51中。AT89C51的P3.3管腳與ADC0809的EOC管腳相連，表示轉換結束標志。由P2.3控制啟動轉換信號端（START）和ALE端，低三位地址線加到ADC0809的ADDA、ADDB和ADDC端。啟動ADC0809的工作過程是：先送通道號地址到ADDA、ADDB和ADDC端；由ALE信號鎖存通道號地址后，讓START有效，啟動A/D轉換。A/D轉換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。在中斷服務程序中，使OE端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，8位數(shù)據(jù)便讀入到CPU中，數(shù)據(jù)采集完畢。圖2ADC0809接線電路3.3數(shù)碼管顯示電路設計數(shù)碼管在儀器儀表中主要是顯示單片機的輸出數(shù)據(jù)、狀態(tài)等，因而，作為外圍典型器件，數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。數(shù)碼管具備數(shù)字接口，可以很方便的和單片機系統(tǒng)連接，數(shù)碼管的體積小、輸出內(nèi)容的器件重量輕，并且功耗低，是一種理想的顯示元器件。3.3.18位數(shù)碼管8段數(shù)碼管屬于LED發(fā)光器件的一種。LED發(fā)光器件一般常用的有兩類：數(shù)碼管和點陣。8段數(shù)碼管又稱為8字型數(shù)碼管，分為8段：a、b、c、d、e、f、g、dp10根管腳，每一段有一根管腳。其中P為小數(shù)點。數(shù)碼管常用的有另外兩根管腳為一個數(shù)碼管的公共端，兩根之間相互連通，從電路上，數(shù)碼管又可分為共陰和共陽兩種。本系統(tǒng)采用的是共陰極，如圖3所示。(a)共陰極(b)共陽極圖3LED7段顯示數(shù)碼管3.3.2數(shù)碼管電路用單片機驅動LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，單片機將所有要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再控制LED，直到下一次顯示時再傳送一次新的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用的CPU時間少。靜態(tài)顯示中，每一個顯示器都要占用單獨的具有鎖存功能的I/O接口，該接口用于筆劃段字型代碼。這樣單片機只要把要顯示的字形代碼發(fā)送到接口電路，該字段就可以顯示發(fā)送的字形。要顯示新的數(shù)據(jù)時，單片機在發(fā)送新的字形碼。另一種方法是動態(tài)掃描顯示。動態(tài)掃描方法是用其接口電路把所有顯示數(shù)碼管的8個筆畫段a——h同名端連在一起，而每一個顯示數(shù)碼管的公共極COM各自獨立的受I/O線控制。CPU向字段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于COM段，而這一段是由I/O控制的，由單片機決定何時顯示哪一位了。動態(tài)掃描用分時的方法輪流控制各個顯示數(shù)碼管的COM端，使各個顯示數(shù)碼管輪流點亮。在輪流點亮掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間極為短暫，但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)。靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，占用很少的CPU時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的電路硬件較多；動態(tài)顯示需要CPU時刻對數(shù)碼管件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)有閃爍感，占用的CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間，本系統(tǒng)采用的是動態(tài)掃描顯示。本系統(tǒng)采用的是4數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管與單片機的接線圖如圖4所示。P1口用作段選口，P3.4、P3.5、P3.6、P3.7位用作位選。圖4數(shù)碼管接線圖3.4看門狗電路的設計看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個定時器資源，這在許多系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運行不正常，可能導致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運行監(jiān)視器”，本系統(tǒng)設計采用X5045硬件看門狗電路。3.4.1X5045芯片X5045是美國Xicor公司的生產(chǎn)的標準化8腳集成電路，它將EEPROM、看門狗定時器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設計，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機外圍芯片[6]。SO：串行數(shù)據(jù)輸出腳，在一個讀操作的過程中，數(shù)據(jù)從SO腳移位輸出，在時鐘的下降沿時數(shù)據(jù)改變。SI：串行數(shù)據(jù)輸入腳，所有的操作碼、字節(jié)地址和數(shù)據(jù)從SI腳寫人，在時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被鎖定。SCK：串行時鐘，控制總線上數(shù)據(jù)輸入和輸出的時序。/CS：芯片使能信號，當其為高電平時，芯片不被選擇，SO腳為高阻態(tài)，除非一個內(nèi)部的寫操作正在進行，否則芯片處于待機模式；當引腳為低電平時，芯片處于活動模式，在上電后，在任何操作之前需要CS的一個從高電平到低電平的跳變。/WP：當WP引腳為低時，芯片禁止寫入，但是其他的功能正常；當WP引腳為高電平時，所有的功能都正常；當CS為低時，WP變?yōu)榈涂梢灾袛鄬π酒膶懖僮?，但是如果?nèi)部的寫周期已經(jīng)被初始化后，WP變?yōu)榈筒粫懖僮髟斐捎绊?。RESET：復位輸出端。VCC：電源端。VSS：接地端。3.4.2X5045的工作原理X5045是一種集上電復位、看門狗、電壓監(jiān)控和串行EEPROM四種功能于一身的可編程控制電路，它有助于簡化應用系統(tǒng)的設計，減少電路板的占用面積，提高可靠性。(1)上電復位X5045加電時會激活其內(nèi)部的上電復位電路，從而使RESET引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當VCC超過器件的Vtrip限值時，電路將在200ms(典型)延時后釋放RESET以允許系統(tǒng)開始工作。(2)低電壓檢測工作時，X5045對VCC電平進行監(jiān)測，若電源電壓跌落至預置的最小Vtrip以下時，系統(tǒng)即確認RESET，從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當RESET被確認后，該RESET信號將一直保持有效，直到電壓跌到低于1V。而當VCC返回并超過Vtrip達200ms時，系統(tǒng)重新開始工作。(3)看門狗定時器看門狗定時器的作用是通過監(jiān)視WDI輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā)CS/WDI引腳以避免RESET信號激活而使電路復位，所以CS/WDI引腳必須在看門狗超時時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。3.4.3看門狗電路X5045硬件連接圖如圖5所示。AT89C51的P2.4～P2.7分別連接X5045的B4～B7管腳，AT89C51的RESET與X5045的7管腳相連，當程序進入“跑飛”狀態(tài)或系統(tǒng)上電時，起復位左右；另外，還有按鍵手動復位。X5045芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統(tǒng)的監(jiān)控時間?？撮T狗定時器的預置時間是通過X5045的狀態(tài)寄存器的相應位來設定的。X5045狀態(tài)寄存器共有6位有含義，其中WD1、WD0和看門狗電路有關，其余位和EEPR0M的工作設置有關。看門狗電路的定時時間長短可由具體應用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。編程時，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠達不到預置時間，系統(tǒng)就不會復位而正常工作。當系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，則看門狗定時時間很快增長到預置時間，迫使系統(tǒng)復位。實踐證明，采用該電路的數(shù)據(jù)采集的性能穩(wěn)定可靠。X5045看門狗電路具有多功能、反應速度快、抗干擾能力強等特點。可以說X5045是一種性價比較高的電路芯片，并可非常方便地與許多常用CPU系列器件接口，非常適用于智能儀器、實時控制、微型化等場合。圖5看門狗電路接線圖3.5RS232通信電路電路設計為實現(xiàn)計算機與單片機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信與下載，本設計中采用MAX232實現(xiàn)，如圖6所示。MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS232標準串口設計的接口電路，使用+5V單電源供電。外部結構基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成，功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個電壓，滿足RS232串口對電平的要求。第二部分是數(shù)據(jù)轉換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5V）[11]。圖6采用MAX232接口串行通信電路3.6電源電路的設計為了給電路提供穩(wěn)定的電源，本設計中采用圖7電源電路給各部分電路提供電源。圖7電源電路這是一個輸出+5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C0、C1分別為輸入端和輸出端濾波電容，C9電容濾除電源中的高頻雜波。當輸出電流較大時，7805應配上散熱板。主要給AT89C51、ADC0809、X5045、LED顯示模塊等芯片提供穩(wěn)定的+5V直流電源，具體的情況如表3所示。表3工作電壓元件名稱型號數(shù)量/個工作電壓單片機AT89C511提供+5V電源A/D轉換芯片ADC08091提供+5V電源看門狗X50451提供+5V電源MAX232MAX2321提供+5V電源數(shù)碼管4位共陰1提供+5V電源3.7鍵盤電路設計鍵盤采用中斷方式的編碼鍵盤，僅當有惟一一個鍵按下時，向單片機發(fā)送中斷信號并提供所按的鍵的編碼(4個二進制位)。該電路由一片可編程邏輯芯片GAL22V10D控制。對按鍵的監(jiān)控由可編程邏輯芯片GAL22V10D完成。當沒有鍵按下或有不只一個鍵按下時，該芯片的輸出中斷信號為高，不引起單片機中斷；當有唯一一個鍵按下時，該芯片的輸出中斷信號為低，以引起單片機中斷并通過4位數(shù)據(jù)線提供按鍵的編碼信號，直到該鍵彈起或同時有其它鍵按下，鍵盤電路如圖8所示。圖8鍵盤電路3.8整體硬件電路設計根據(jù)硬件總體設計的方框圖，設計出實際電路圖見附錄2，電路中利用AT89C51單片機系統(tǒng)產(chǎn)生各種控制信號；通過ADC0809轉換電路，實現(xiàn)對數(shù)字信號轉換成模擬的電壓信號輸出；并通過數(shù)碼管顯示電路，將某一時刻輸出的值顯示出來。4系統(tǒng)實現(xiàn)4.1系統(tǒng)開發(fā)所需的硬件資源系統(tǒng)設計需要硬件資源主要有：(1)AT89C51單片機、RS232、ADC0809等系統(tǒng)設計所需元器件，詳細的電子元器件需求根據(jù)系統(tǒng)設計需要購買。(2)電路板調(diào)試、焊接工具，常用的儀器有：萬用表、穩(wěn)壓電源、烙鐵等；(3)單片機系統(tǒng)調(diào)試仿真器。4.2系統(tǒng)硬件調(diào)試4.2.1數(shù)碼管電路顯示調(diào)試通過A/D電路實現(xiàn)對直流電壓的測量，看門狗電路實現(xiàn)控制，單片機處理后通過數(shù)碼管進行實現(xiàn)，可實現(xiàn)對模擬的數(shù)字電壓通過單片機控制轉換顯示在七段數(shù)碼管上，如圖9所示，數(shù)據(jù)顯示正常，證明電路設計正確，顯示程序見附錄1。圖9數(shù)碼管顯示4.2.2A/D轉換調(diào)試對硬件電路完成設計并通過軟件進行仿真和調(diào)試，硬件仿真連線圖如圖10所示，燒入程序仿真，調(diào)試結果通過七段數(shù)碼管顯示出具體電壓數(shù)值，測得的電壓與實際電壓存在一定的誤差，與本設計中誤差值相符合，即設計符合設計內(nèi)容要求，轉換程序見附錄1。圖10整體硬件仿真電路圖結束語本次畢業(yè)設計對數(shù)碼管顯示電路認真的學習以及對單片機技術有了更進一步的熟悉，實際操作和課本上的知識有很大聯(lián)系，但又高于課本，一個看似很簡單的電路，要動手把它設計出來就比較困難了，因為是設計要求我們在以后的學習中注意這一點，要把課本上所學到的知識和實際聯(lián)系起來，同時通過本次電路的設計，不但鞏固了所學知識，也使我們把理論與實踐從真正意義上結合起來，增強了學習的興趣，考驗了我們借助互聯(lián)網(wǎng)絡搜集、查閱相關文獻資料，和組織材料的綜合能力。通過這次設計不僅鍛煉了我們的團隊協(xié)作精神，而且提高了創(chuàng)新能力。在這次畢業(yè)設計中，在收獲知識的同時，還收獲了閱歷，收獲了成熟，在此過程中，我們通過查找大量資料，請教老師，以及不懈的努力，不僅培養(yǎng)了獨立思考、動手操作的能力，在各種其它能力上也都有了提高，而且在與老師和同學的交流過程中，互動學習，將知識融會貫通。更重要的是我們學會了很多學習的方法。而這是日后最實用的，真的是受益匪淺。要面對社會的挑戰(zhàn)，只有不斷的學習、實踐，再學習、再實踐。不管怎樣，這些都是一種鍛煉，一種知識的積完全可以把這個當作基礎東西，只有掌握了這些最基礎的，才可以更進一步，取得更好的成績。參考文獻[1]李朝青.單片機原理與接口技術.北京：北京航空航天大學出版社.1995年7月[2]肖洪兵等編著.跟我學單片機.北京：機械工業(yè)出版社.1997年9月[3]王福瑞.單片微機測控系統(tǒng)設計大全.北京：北京航空航天大學出版社.1999年7月[4]王忠誠.電子電路用元器件入門教程.北京：電子工業(yè)出版社.2006年5月[5]劉義濤.protelDXP設計及應用教程.北京：清華大學出版社.2000年6月[6]何立民.《單片機應用文集》.北京航空航天大學出版社.1994.年6月[7]周興華編.手把手教你學單片機.北京：北京航空航天大學出版社.1993年1月[8]胡宴如，耿蘇燕.模擬電子技術.北京：機械工業(yè)出版社，1999年9月[9]AT89C51DATASHEEPPhilipsSemiconductors1999.dec[10]王幸之等.單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術「M].北京：北京航空航天大學出版社.2000年[11]RS232/485轉換器的實現(xiàn)及原理.中國電子網(wǎng).[12]高有堂.電子電路設計制版與仿真[M]．鄭州:鄭州大學出版社，2005[13]廣州周立功單片機發(fā)展有限公司，PC-MCU串行通信的應用設計方法，廣州.[14]何立民.MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計-系統(tǒng)配置與接口技術[M]．北京：北京航空航天大學出版社，1998[15]Nunan,D.DesigningTasksfortheCommunicativeClassroom.Cambridge:Cambridge[16]彭喜元.《單片機原理與應用設計》.哈爾濱工業(yè)大學出版社,2008年7月[17]周向紅.《51系列單片機應用與實踐教程》.北京航空航天大學出版社,2008年5月[18]張毅剛.《新編MCS-51單片機應用設計》.哈爾濱工業(yè)大學出版社,2003附錄1(1)顯示仿真程序#include<REG51.H>unsignedcharcodeDIS_SEG7[8]={0X01,0X12,0X23,0X34,0X45,0X56,0X67,0X78};//voiddelay(unsignedintk){unsignedinti,j;for(i=0;i<k;i++){ for(j=0;j<121;j++){}; }}//voidmain(void){unsignedcharcnt; while(1) { for(cnt=0;cnt<4;cnt++) {P1=DIS_SEG7[cnt];Switch(cnt){case0：P3^4=1;break;case1:P3^5=1;break;case2:P3^6=1;break;case3:P3^7=1;break;default:;} delay(1);}}}(2)A/D轉換仿真程序#include

<stdio.h>#include

<reg51.h>

sbit

A1=P3^4;

//數(shù)碼管的位選信號

sbit

A2=P3^5;

sbit

A3=P3^6;

sbit

A4=P3^7;

sbit

OE=P3^0;

unsigned

int

aa;

//輸入的電壓值

unsigned

char

ADC0808;void

delay(unsigned

int

t);

//延時程序

vo