【正文】 案的各種優(yōu)點(diǎn)，還能改進(jìn)上一種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)不靈活，難與在原基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展等不足。 三．單片機(jī)簡(jiǎn)介及本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇 1．常用單片機(jī)的特點(diǎn)比較及本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇 綜合上一章提到的兩種設(shè)計(jì)方案的各方面優(yōu)點(diǎn)及其在現(xiàn)在的所設(shè)計(jì)電壓表的實(shí)用性，我們選擇第二種電壓表設(shè)計(jì)方案，即 由單片機(jī)系統(tǒng)及數(shù)字芯片構(gòu)建的方法來(lái)我們本次設(shè)計(jì)。 在這一設(shè)計(jì)中，我們涉及到了一個(gè)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(lèi)是很繁多的，主要有主流的 8位單片機(jī)和高性能的 32 位單片機(jī)，結(jié)合本設(shè) 計(jì)各方面因素， 8位單片機(jī)對(duì)于本設(shè)計(jì)已經(jīng)是綽綽有余了，但將用哪一種類(lèi) 8的單片機(jī)呢。在這里，不得不先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的 8單片機(jī)。 6 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU，內(nèi)存，總線(xiàn)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(diǎn)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(mǎi)了 51的芯片核心專(zhuān)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?xún)r(jià)比更高。 AVR單片機(jī)是 atmel 公司推出較新的單片機(jī)，它的顯著特點(diǎn)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(zhuān)門(mén)的 I/O方向寄存器。雖然有轉(zhuǎn)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)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(guó)微芯公司的產(chǎn)品，也是市面上增長(zhǎng)最快的單片機(jī)之一，屬精簡(jiǎn)指令集單片機(jī)，其特點(diǎn)是：高速度，高性能，但在性格方面比 51單片機(jī)要高，也有專(zhuān)門(mén)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(jì)的滿(mǎn)足需要，我 們將選擇 51系列單片機(jī)。 2．本設(shè)計(jì)使用的單片機(jī)的簡(jiǎn)介 本設(shè)計(jì)中選用是 51系列的 AT89C52，它是低電壓、低功耗、高性能的 CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8KB的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器和 256B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器， 32個(gè) I/O口線(xiàn)， 3個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，并與MCS51系列單片機(jī)兼容。在設(shè)計(jì)中，單片機(jī)起著連接硬件電路與程序運(yùn)行及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的任務(wù)，一方面，它將 A/D轉(zhuǎn)換器、顯示器和語(yǔ)音芯片等通過(guò) I/O口地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)連接起來(lái)；另一方面，它將用戶(hù)下載的程序通過(guò)控制總線(xiàn)控制數(shù)據(jù)的輸入輸出， 從而實(shí)現(xiàn)冊(cè)電壓的功能。 7 四．各種顯示器件的介紹和選擇 1．常用顯示器件簡(jiǎn)介 本次設(shè)計(jì)中有顯示模塊，而常用的顯示器件比較多，有數(shù)碼管， LED點(diǎn)陣，1602液晶， 12864液晶等。 數(shù)碼管是最常用的一種顯示器件，它是由幾個(gè)發(fā)光二極管組成的 8字段顯示器件，其特點(diǎn)是價(jià)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(dòng)每光，發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，體積小，重量輕，抗沖擊性能好，壽命長(zhǎng)。但數(shù)碼管只能是顯示 0—— 9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(diǎn)陣顯示器件是由好多個(gè)發(fā)光二極管組成的 。具有高亮度，功耗低，視角大，壽命長(zhǎng)，耐濕，冷，熱等特點(diǎn)， LED點(diǎn)陣顯示器件可以顯示數(shù)字，英文字符，中文字符等。但用 LED點(diǎn)陣顯示的軟件程序設(shè)計(jì)比較麻煩。 1602液晶是工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16*2即 32個(gè)字符。 1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器已經(jīng)存儲(chǔ)了 160 個(gè)不同的點(diǎn)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(xiě)、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼 。使用時(shí)直接編寫(xiě)軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。它的特點(diǎn)是顯示字跡清楚，價(jià)格相對(duì)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(gè)中文漢字和一些簡(jiǎn)單的圖片，顯示信息也非常的清楚。使用時(shí)也直接編寫(xiě)軟件程序按一定的時(shí)序驅(qū)動(dòng)即可。不過(guò)它的價(jià)格比 1602液晶貴了很多。 在本設(shè)計(jì)中，我們只需要顯示最后電壓的數(shù)字值和電壓的單位，綜合上面各種顯示器件的特點(diǎn)：數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能顯示單位字符，不符合本設(shè)計(jì)的要求。而點(diǎn)陣顯示器件驅(qū)動(dòng)顯示軟件程序編寫(xiě)麻煩，占用的引腳相對(duì)也較多。也不是理解的顯示器件。所以在本設(shè)計(jì)中，我們考慮用液晶顯示器件，雖然 12864 8 液晶比 1602液晶的功能強(qiáng)，不過(guò)在價(jià)格方面卻貴了好多。而 1602液晶也足夠滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的需要。因此，在本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)我們選擇 1602液晶顯示器件。 2． 1602 液晶的參數(shù)資料 我們選擇了 1602 液晶做為本設(shè)計(jì)的顯示模塊的顯示器件。以下是 1602液晶的各方面參數(shù)： 1．接口信號(hào)說(shuō)明： 編號(hào) 符號(hào) 引腳說(shuō)明 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正極 3 VL 液晶顯示偏壓信號(hào) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端 5 R/W 讀 /寫(xiě)選擇端 6 E 使能信號(hào) 814 D0D7 Data I/O 15 BLA 背光源正極 16 BLK 背光源負(fù)極 2．基本操作時(shí)序： 1. 讀狀態(tài)：輸入： RS=0， RW=1， E=1。輸出： D0D7為狀態(tài)字 2. 寫(xiě)狀態(tài)：輸入： RS=0， RW=0， D0D7為指令碼， E為高脈沖。輸出：無(wú) 3. 讀數(shù)據(jù)：輸入： RS=1， RW=1， E=1。輸出： D0D7為數(shù)據(jù)。 4. 寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入： RS=1， RW=0， D0D7為數(shù)據(jù)， E為高脈沖。輸出：無(wú) 3．狀態(tài)字說(shuō)明 STA7 STA6 STA5 STA4 STA3 STA2 STA1 STA0 STA06 當(dāng)前數(shù)據(jù)地址指針的數(shù)值 9 STA7 讀寫(xiě)操作使能 1：禁止 0：允許 4．指令的說(shuō)明。 顯示模式設(shè)置 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16*2顯示， 5*7點(diǎn)陣， 8位數(shù)據(jù)口 顯示開(kāi) /關(guān)及光標(biāo)設(shè)置 指令碼 功能 0 0 0 0 1 D C B D=1 開(kāi)顯示； D=0關(guān)顯示 C=1 顯示光標(biāo)； C=0不顯示關(guān)標(biāo) B=1 光標(biāo)閃爍； B=0光標(biāo)不顯閃爍 0 0 0 0 0 1 N S N=1 當(dāng)讀寫(xiě)一個(gè)字條款后地址指針加一，且光標(biāo)加一。 N=0 當(dāng)讀或 寫(xiě)一個(gè)字符后地址指針減一，且光標(biāo)減一。 S=1 當(dāng)寫(xiě)一個(gè)安條款，整屏顯示左移（ N=1）或右移（ N=0），以得到光標(biāo)不移動(dòng)而屏幕移動(dòng)的效果。 S=0 當(dāng)寫(xiě)一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng)。 數(shù)據(jù)控制： 指令碼 功能 80H+地址碼（ 027H， 40H67H） 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 10 01H 顯示清屏： 1，數(shù)據(jù)指針清 0 2，所有顯示清 0 02H 顯示回車(chē)：數(shù)據(jù)指針清 0 五．模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換芯片的選擇 在本設(shè)計(jì)中，模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換模塊是一個(gè)重要的模 塊，它關(guān)系到最后數(shù)電壓表電壓值的精確度。所以， A/D芯片的選擇是設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。 1．常用的 A/D 芯片簡(jiǎn)介 常用的 A/D芯片有 AD0809， AD0832， TLC2543C 等幾種。下面簡(jiǎn)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(gè) 8 路的模擬 開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成 。 多路開(kāi)關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)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(diǎn)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(gè)單端輸入通道和一個(gè)差分輸入通道。它易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；可滿(mǎn)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(kāi)關(guān)電容 逐次逼近 A/D轉(zhuǎn)換，每個(gè)器件有三個(gè)控制輸入端，片選，輸入 /輸出時(shí)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(jiǎn)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(diǎn)。 綜合上述幾種 A/D轉(zhuǎn)換芯片的特點(diǎn)，前兩種芯片的性能和精度都不如第 三種芯片。在本設(shè)計(jì)中，我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)高精度的電壓表，因此在此，我們選擇精 11 度為 12位的 TLC2543 芯片。 2．模數(shù)（ A/D）芯片 TLC2543 的資料 綜合本設(shè)計(jì)的各方面考慮，我們選了 TLC2543 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。下面就介紹此芯片的各方面資料。 TLC2543 芯片的封裝引腳圖和引腳說(shuō)明如下： 引腳說(shuō)明： 引腳號(hào) 名稱(chēng) I/O 說(shuō)明 19， 11， 12 AIN0AIN10 I 模擬輸入端。 15 ~CS I 片選端。 17 Data input I 串行數(shù)據(jù) 輸入端。 16 Data out O 用于 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸也的 3態(tài)串行輸出端 12 19 EOC O 轉(zhuǎn)換結(jié)束端 10 GND 接地端 18 I/O clk I 輸入 /輸出時(shí)鐘端 14 REF+ I 正基準(zhǔn)電壓端 13 REF I 負(fù)基準(zhǔn)電壓端 20 VCC 正電壓端 。 各引腳的使用詳細(xì)介紹。 1． AIN0AIN10這 11個(gè)模擬信號(hào)輸入由內(nèi)部多路選器選擇。對(duì) I/O clk，驅(qū)動(dòng)源阻抗必須小于或等于 50 歐并且能夠?qū)⒛M電壓由 60PF 的電容來(lái)限制其斜率。 2． 在 CS 端的一個(gè)由高低低變化 將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器并控制使能 data out,data input和 I/O clk。一個(gè)由低至高的變化將在一個(gè)設(shè)置時(shí)間內(nèi)禁止 data input和 I/O clk. 3． 串行數(shù)據(jù)輸入端 data input是一個(gè) 4位的串行地址選擇下一個(gè)即將被轉(zhuǎn)換的所需的模擬輸入或測(cè)試電壓。串行數(shù)據(jù)以 MSB 為前導(dǎo)并在 I/O clk 的前 4個(gè)上升沿被移入。在 4 個(gè)地址位被讀入地址寄存器后， I/O clk 將剩下的幾位依次輸入。 4． Data out 在 CS 為高時(shí)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，而當(dāng) CS 為低時(shí)處于激活狀態(tài)。 CS一旦有效，按照前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的 MSB/LSB 值將 data out從高阻抗?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的邏輯電平， I/O clk 的下一個(gè)下降沿將根據(jù)下一個(gè) MSB/LSB 將 data out驅(qū)動(dòng)成相應(yīng)的邏輯電平，剩下的各位依次移出。 5． EOC 在最后的 I/O clk 下降沿之后，從高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值椭钡睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸。 6． GND端是內(nèi)部電路的地回路端，除加有說(shuō)明外，所有電壓測(cè)量都相對(duì)于 GND 7． I/O clk 端串行輸入并完成以下四個(gè)功能：第一，在 I/O clk 的前 8 個(gè)上升沿，它將 8 個(gè)輸入數(shù)據(jù)信鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器。在第 4 個(gè)上升沿之后為多路 13 器的地址。第二，在 I/O clk 的第 4 個(gè)下降沿，在選定的多路器的輸入端上的模擬輸入電壓開(kāi)始和電容器充電并繼續(xù)到 I/O clk 的最后一個(gè)下降沿。第三，它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余 11 位移出 data out 端。在 I/O clk 的下降沿時(shí)數(shù)據(jù)變化。第四，在 I/O clk 的最后一個(gè)下降沿它將轉(zhuǎn)換的控制信號(hào)傳送到內(nèi)部的狀態(tài)控制位。 8． REF+端通常接 VCC，最大輸入電壓范圍取決于加于本端與加于 REF端的電壓差。 9． REF端通常接地。 六．總體設(shè)計(jì) 1．技術(shù)要求： 1） 最高量程為： 200V。 2） 分為三檔量程： 2V， 20V， 200V?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào) 檔開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)各檔位。最高精度為。 3） 被測(cè)電壓的電壓值小于 1V時(shí)，有 自動(dòng)換以 MV為單位 顯示。 4） 通過(guò)按鍵可以顯示 5秒的平均電壓的電壓值。 2．設(shè)計(jì)方案：