【正文】 信息與電氣工程學(xué)院 電子應(yīng)用系統(tǒng) CDIO一 級(jí)項(xiàng)目 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) （ 2021/2021 學(xué)年第二學(xué)期） 題 目 ： ___ _數(shù) 字 電 壓 表 __________ 專業(yè)班級(jí) ： 電子信息 0902 班 學(xué)生姓名 ： 張 文 盛 學(xué) 號(hào)： 090070213 指導(dǎo)教師 ： 賈少銳、李曉東、馬永強(qiáng) 李麗宏、賈東立、劉會(huì)軍 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2021 年 6 月 28 日 CDIO 設(shè)計(jì)目的 本次 CDIO 設(shè)計(jì)題目是： 利用所學(xué)的 51 單片機(jī)， C 語(yǔ)言 ，數(shù)字電路 等知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)符合要求的數(shù)字電壓表。主控芯片可以是 AT89C51，而采集電壓 的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 的 芯片可以是 ADC0804，也可以是 PCF8591。 而顯示模塊可以是數(shù)碼管，也可以是液晶 LCD1602，從而展示給我們所得的電壓值。 CDIO 設(shè)計(jì)正文 數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 本次數(shù)字電壓表系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖 1 所示： 模擬量 數(shù) 字量 程序 液晶 處理 驅(qū)動(dòng) 數(shù)字電壓表主要由模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路等三部分組成。其中PCF8591 等器件組成的轉(zhuǎn)換電路，將輸入的模擬量信號(hào)進(jìn)行取樣、轉(zhuǎn)換、然后將轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)送進(jìn)單片機(jī)。單片機(jī)控制電路主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行程序處理；顯示電路主要用于將單片機(jī)的信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后顯示測(cè)量結(jié)果 。 模擬信號(hào)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(wàn)歐姆和 1 萬(wàn)歐姆的電阻分壓）。 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成部分： PCF8591 芯片 程序處理的單片機(jī)控制模塊： AT89C51 芯片 電壓結(jié)果顯示部分： LCD1602 液晶 各模塊介紹 AT89C51 芯片介紹 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(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全模擬被測(cè)電壓 模數(shù)轉(zhuǎn)換 單片機(jī)芯片 液晶驅(qū)動(dòng) LCD1602液晶顯示 圖 1 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)框圖 雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。 空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)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，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89C52 的引腳圖如圖 2 所示。 VCC : 接電源 GND: 接地 P0 口： P0 口是一個(gè) 8 位漏極開(kāi)路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P0 端口寫“ 1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編 程時(shí)， P0 口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校時(shí)，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P1 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P2 口： P2 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P2 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉 高，此時(shí)可以作為輸入圖 2 AT89C52 引腳圖 口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX @DPTR）時(shí)，P2 口送出高八位地址。 P3 口： P3 口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。對(duì) P3 端口寫“ 1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口亦作為 AT89C52 特殊功能（第二功能）使用， AT89C52 的 P3 口的第二功能表如表 1 所示。 腳號(hào) 第二功能 RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時(shí)器 0 外部輸入） T1（定時(shí)器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通 ) RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， RST 腳持續(xù) 2 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計(jì)時(shí)完成后， RST 腳輸出 96 個(gè)晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功能無(wú)效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/PROG：地址鎖存控制信號(hào)（ ALE）是訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時(shí)，此引腳（ PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來(lái)作為外部定時(shí)器或時(shí)鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 脈沖將會(huì)跳過(guò)。 PSEN:外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ PSEN）是外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲(chǔ)器執(zhí)行外部代碼時(shí)， PSEN 在每個(gè)機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存表 1 AT89C52的 P3口的第二功能表 儲(chǔ)器時(shí)， PSEN 將不被激活。 EA/VPP:訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲(chǔ)器讀取指令， EA 必須接 GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC。在 flash 編程期間， EA 也接收 12V編程電源（ VPP）。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 （ 2）晶振電路 晶振電路是單片機(jī)的最小系統(tǒng)的組成部分。典型的晶振取 (因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到 9600 波特率和 19200 波特率，用于有串口通訊的場(chǎng)合 )/12MHz(產(chǎn)生精確的 uS 級(jí)時(shí)歇 ,方便定時(shí)操作 )。 特別注意 :對(duì)于 31 腳 (EA/Vpp),當(dāng)接高電平時(shí)，單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部 ROM的 0000H 開(kāi)始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時(shí)，復(fù)位后直接從外部 ROM 的 0000H 開(kāi)始執(zhí)行。 （ 3）復(fù)位電路 復(fù)位電路也是單片機(jī)的最小系統(tǒng)的組成部分。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)行中，受到環(huán)境干擾出現(xiàn)程序執(zhí)行錯(cuò)亂的時(shí)候，按下復(fù)位按鈕內(nèi)部的程序 自動(dòng)從頭開(kāi)始執(zhí)行。 復(fù)位電路的原理是單片機(jī) RST 引腳接收到 2us 以上的電平信號(hào)，只要保證電容的充放電時(shí)間大于 2US，即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，所以電路中的電容值是可以改變的。按鍵按下系統(tǒng)復(fù)位，是電容處于一個(gè)短路電路中，釋放了所有的電能，電阻兩端的電壓增加引起的。 單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10~30uF， 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 PCF8591 AD/DA 芯片 PCF8591 是一個(gè)單片集成、單獨(dú)供電、低功耗、 8bit CMOS 數(shù)據(jù)獲取器 件。 PCF8591具有 4個(gè)模擬輸入、 1 個(gè)模擬輸出和 1個(gè)串行 I178。C 總線接口。 PCF8591 的 3個(gè)地址引