基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧
2025-06-05 12:44 本頁(yè)面
【正文】 ⑴以MCS51系列單片機(jī)為核心器件，組成一個(gè)簡(jiǎn)單的直流數(shù)字電壓表。⑵采用1路模擬量輸入，能夠測(cè)量05V之間的直流電壓值。⑶電壓顯示用4位一體的LED數(shù)碼管顯示，至少能夠顯示兩位小數(shù)。 ⑷盡量使用較少的元器件。 設(shè)計(jì)思路 ⑴根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇AT89C51單片機(jī)為核心控制器件。⑵A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808實(shí)現(xiàn)，與單片機(jī)的接口為P1口和P2口的高四位引腳。⑶電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。⑷LED數(shù)碼的段碼輸入,由并行端口P0產(chǎn)生：位碼輸入，用并行端口P2低四位產(chǎn)生。 設(shè)計(jì)方案硬件電路設(shè)計(jì)由6個(gè)部分組成。 A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路以及測(cè)量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路A/D轉(zhuǎn)換電路測(cè)量電壓輸入顯示系統(tǒng)AT89C51 P1 P2 P2 P0 圖1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖 3 硬件電路設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換模塊現(xiàn)實(shí)世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱(chēng)為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器），A/D轉(zhuǎn)換器是單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路，按照各種A/D芯片的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型等等。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(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。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ADC080ADC0808等，它們通常具有8路模擬選通開(kāi)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)字量送到單片機(jī)進(jìn)行分析和顯示。一個(gè)n位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器只需要比較n次，轉(zhuǎn)換時(shí)間只取決于位數(shù)和時(shí)鐘周期，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實(shí)際中廣泛使用[1]。 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器及控制電路組成。它利用內(nèi)部的寄存器從高位到低位一次開(kāi)始逐位試探比較。轉(zhuǎn)換過(guò)程如下：開(kāi)始時(shí)，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時(shí)，先將最高位置1，把數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則1不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過(guò)程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字量[5]。其原理框圖如圖2所示：順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器ADC電壓比較器輸入電壓輸入數(shù)字量圖2 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖 ADC0808 主要特性ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，帶有使能控制端，與微機(jī)直接接口，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開(kāi)關(guān)，可以對(duì)8路05V輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于ADC0808設(shè)計(jì)時(shí)考慮到若干種模/數(shù)變換技術(shù)的長(zhǎng)處，所以該芯片非常適應(yīng)于過(guò)程控制，微控制器輸入通道的接口電路，智能儀器和機(jī)床控制等領(lǐng)域[5]。ADC0808主要特性:8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有鎖存控制的8路模擬開(kāi)關(guān)；易與各種微控制器接口；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容；轉(zhuǎn)換時(shí)間：128μs；轉(zhuǎn)換精度：%；單個(gè)+5V電源供電；模擬輸入電壓范圍0 +5V，無(wú)需外部零點(diǎn)和滿(mǎn)度調(diào)整；低功耗，約15mW[6]。 ADC0808的外部引腳特征 ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳圖如圖3所示。圖3 ADC0808引腳圖下面說(shuō)明各個(gè)引腳功能:IN0IN7（8條）：8路模擬量輸入線(xiàn)，用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。地址輸入控制（4條）：ALE:地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效，當(dāng)ALE為高電平時(shí)，為地址輸入線(xiàn)，用于選擇IN0IN7上那一條模擬電壓送給比較器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址輸入線(xiàn)，用于選擇8路模擬輸入中的一路，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示： 表1 ADC0808通道選擇表地址碼 對(duì)應(yīng)的輸入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START：START為“啟動(dòng)脈沖”輸入法，該線(xiàn)上正脈沖由CPU送來(lái)，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿啟動(dòng)ADC工作。EOC: EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線(xiàn)，該線(xiàn)上高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器。D1D8：數(shù)字量輸出端，D1為高位。OE：OE為輸出允許端，高電平能使D1D8引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。REF+、REF:參考電壓輸入量，給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。Vcc、GND: Vcc為主電源輸入端，GND為接地端，一般REF+與Vcc連接在一起，REF與GND連接在一起. CLK:時(shí)鐘輸入端。 ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程ADC0808由8路模擬通道選擇開(kāi)關(guān)，地址鎖存與譯碼器，比較器，8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時(shí)和控制電路和三態(tài)輸出鎖
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