【正文】 課程設(shè)計(jì)說明書 1 1 目 錄 1 引言 ................................................................ 2 2 設(shè)計(jì)原理及要求 ...................................................... 2 3 軟件仿真電路設(shè)計(jì) .................................................... 2 設(shè)計(jì)思路 ...................................................... 3 仿真軟件簡(jiǎn)介 .................................................. 3 Proteus 6 Professional ................................... 3 Keil uVision2 ............................................ 3 ....................................................... 3 4 硬件設(shè)計(jì) ............................................................ 4 ............................................. 4 ................................................. 4 ................................................. 4 A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) ............................................... 5 ADC0808 簡(jiǎn)介 ............................................. 5 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) ......................................... 6 顯示模塊設(shè)計(jì) .................................................. 7 LCD 顯示模塊 ............................................. 7 LCD1602 的引腳功能 ....................................... 7 LCD1602 的顯示操作 ....................................... 7 5系統(tǒng)軟件程序的 設(shè)計(jì) ................................................. 11 .................................................... 11 A/D轉(zhuǎn)換程序 .................................................. 11 6 系統(tǒng)仿真 ........................................................... 12 7 結(jié)論 ............................................................... 13 參考文獻(xiàn) ............................................................. 14 附錄 1 ............................................................... 15 附錄 2 ............................................................... 15 課程設(shè)計(jì)說明書 2 2 1 引言 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機(jī)已可以在一塊芯片上同時(shí)集成 CPU、存儲(chǔ)器、定時(shí)器／計(jì)數(shù)電路，這就很容易將計(jì)算機(jī)技術(shù)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合，組成智能化測(cè)量控制系 統(tǒng)。 數(shù)字電壓表（ DigitalVoltmeter）簡(jiǎn)稱 DVM，它是采用數(shù)字化測(cè)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。與此同時(shí)，由 DVM 擴(kuò)展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測(cè)量技術(shù)提高到嶄新水平。本章重點(diǎn)介紹 A/D 轉(zhuǎn)換器以及由它們構(gòu)成的基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表的工作原理。電壓表的數(shù) 字化測(cè)量，關(guān)鍵在于如何把隨時(shí)連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，完成這種轉(zhuǎn)換的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D）。數(shù)字電壓表的核心部件就是 A/D轉(zhuǎn)換器。它是利用 A/D轉(zhuǎn)換電路將待測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過相應(yīng)換算后將測(cè)試結(jié)果以數(shù)字形式顯示出來的一種電壓表。較之于一般的模擬電壓表，數(shù)字電壓表具有精度高、測(cè)量準(zhǔn)確、讀數(shù)直觀、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。由各種A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表，已被廣泛用于電子及電工測(cè)量、工業(yè)自動(dòng)化儀表、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等智能化測(cè)量領(lǐng)域，顯示出強(qiáng)大的生命力。 本設(shè)計(jì)以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以 A/D 轉(zhuǎn)換 器 ADC080液晶顯示器 LCD1602為主體，構(gòu)造了一款簡(jiǎn)易的數(shù)字電壓表，能夠測(cè)量 8路 0～ 5V直流電壓，最小分辨率 。 2 設(shè)計(jì)原理及要求 本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī) AT89C51 與 ADC0808 設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字電壓表，測(cè)量 0－ 5V之間的直流電壓值， LCD 液晶顯示，但要求使用的元器件數(shù)目最少。原理圖見附錄2。 數(shù)字電壓表的實(shí)現(xiàn)原理 ADC0808 是 8 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。當(dāng)輸入電壓為 時(shí)，輸出的數(shù)據(jù)值為 255（ 0FFH），因此最大分辨率為 （ 5/255）。 ADC0808 具有 8 路模擬量輸 入端口，通過 3 位地址輸入端能從 8 路中選擇一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如每隔一段時(shí)間依次輪流改變3 位地址輸入端的地址，就能依次對(duì) 8 路輸入電壓進(jìn)行測(cè)量。 數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)要求 可以測(cè)量 0～ 5V 范圍內(nèi)的 8 路直流電壓值。在 LCD 液晶屏 上輪流顯示各路電壓值或單路選擇顯示，顯示范圍為 ～ ，要求測(cè)量的最小分辨率為 。 課程設(shè)計(jì)說明書 3 3 3 軟件仿真電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 多路數(shù)字電壓表應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路由單片機(jī)、 A/D 轉(zhuǎn)換器和 LCD 顯示電路組成。由于 ADC0808 在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)需要有 CLK 信號(hào)，本試驗(yàn)中 ADC0808 的 CLK直接由外部電源提供為 500kHz 的方波。由于 ADC0808 的參考電壓 VREF＝ VCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，在 LCD 上顯示出電壓值。 仿真軟件簡(jiǎn)介 Proteus 6 Professional ISIS 6 Professiona 軟件它不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。它從原理圖布圖、代 碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB 設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前將電路仿真軟件、 PCB 設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持805 HC1 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430 等， 2022年即將增加 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB等多種編譯器。 ISIS 6 Professiona 軟件具有的功能：原理布圖； PCB自 動(dòng)或人工布線； SPICE電路仿真。 Keil uVision2 Keil提供了包括 C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部分組合在一起。 Keil C51集成開發(fā)環(huán)境主要由菜單欄、工具欄、源文件編輯窗口、工程窗口和輸出窗口五部分組成。工具欄為一組快捷工具圖標(biāo)，主要包括基本文件工具欄、建造工具欄和調(diào)試工具欄，基本文件工具欄包括新建、打開、拷貝、粘貼等基本操作。建造工具欄主要包括文件編譯、目標(biāo)文件編譯連接、所有目標(biāo)文 件編譯連接、目標(biāo)選項(xiàng)和一個(gè)目標(biāo)選擇窗口。調(diào)試工具欄位于最后，主要包括一些仿真調(diào)試源程序的基本操作，如單步、復(fù)位、全速運(yùn)行等。在工具欄下面，默認(rèn)有三個(gè)窗口。左邊的工程窗口包含一個(gè)工程的目標(biāo)（ target）、組（ group）和項(xiàng)目文件。右邊為源文件編輯窗口，編輯窗口實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)文件編輯器，我們可以在這里對(duì)源文件進(jìn)行編輯、修改、粘貼等。下邊的為輸出窗口，源文件編譯之后的結(jié)果顯示在輸出窗口中，課程設(shè)計(jì)說明書 4 4 會(huì)出現(xiàn)通過或錯(cuò)誤（包括錯(cuò)誤類型及行號(hào)）的提示。 設(shè)計(jì)過程 簡(jiǎn)易數(shù)字電壓測(cè)量電路由 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成 。 A/D 轉(zhuǎn)換由集成電路 0808 完成。 0808 具有 8 路模擬輸入端口，地址 (2325)腳可決定對(duì)哪路模擬輸入作 A/D 轉(zhuǎn)換， 22 腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存。 6 腳為測(cè)試控制，當(dāng)輸入一個(gè) 2us 寬高電平脈沖時(shí)，就開始 A/D 轉(zhuǎn)換。 7 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) 7 腳輸出高電平。 9 腳為 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng) OE 腳為高電平時(shí)， A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。 10 腳為 0808的時(shí)鐘輸入端，由外部信號(hào)源提供。 4 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制模塊設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制模塊的作用是為控制各單元 電路的運(yùn)行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組成。 時(shí)鐘電路 單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，在單片機(jī)的 XTAL1 和 XYAL2兩個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中電容器 1C 和 2C 對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取 (30177。 10)pF 石英晶體選擇 6MHz 或 12MHz 都可以。時(shí)鐘電路如圖 1所示。 圖 1 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 圖 2 系統(tǒng)復(fù)位電路 復(fù)位電路 單片機(jī)的 RST 管腳為主機(jī)提供了一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入口。復(fù)位信號(hào)是高電平課程設(shè)計(jì)說明書 5 5 有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間為 2個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動(dòng)復(fù)位方式完成。復(fù)位電路如圖 2所示。 A/D 轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量。主要由比較器、環(huán)形分配器、控制門、寄存器與 D/A轉(zhuǎn)換器組成。 ADC0808 簡(jiǎn)介 1． ADC0808引腳功能 2 1 M S B21A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT62 58E O C7O UT P UT E NA B L E9CL O C K10V C C112 220G ND132 7142 6152 8 L S B172 4182 319I N228I N127I N026A L E22 圖 3 引腳圖 IN0～ IN7： 8 路模擬量輸入。 A、 B、 C： 3 位地址輸入， 2 個(gè)地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。 ALE：地址鎖存啟動(dòng)信號(hào)，在 ALE 的上升沿，將 A、 B、 C 上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。 D0～ D7：八位數(shù)據(jù)輸出線， A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這 8根線傳送給單片機(jī)。 OE：允許輸出信號(hào)。當(dāng) OE=1時(shí)，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。 START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端， START為正脈沖，其上升沿清除 ADC0808 的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動(dòng) A/D開始轉(zhuǎn)換。 EOC：轉(zhuǎn)換完成信號(hào)，當(dāng) EOC上升為高電平時(shí)，表明內(nèi)部 A/D轉(zhuǎn)換已完成 。 2． ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 課程設(shè)計(jì)說明書 6