基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計-wenkub
2023-07-05 12:43:59 本頁面
【正文】 系統(tǒng)，LED顯示系統(tǒng)、時鐘電路、復(fù)位電路以及測量電壓輸入電路。⑵A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0808實現(xiàn)，與單片機(jī)的接口為P1口和P2口的高四位引腳。⑵采用1路模擬量輸入，能夠測量05V之間的直流電壓值。目前，數(shù)字電壓表的內(nèi)部核心部件是A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電壓表的準(zhǔn)確度，因而，以后數(shù)字電壓表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個方面[3]。以數(shù)字電壓表為核心，可以擴(kuò)展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。由于數(shù)字式儀器具有讀數(shù)準(zhǔn)確方便、精度高、誤差小、測量速度快等特而得到廣泛應(yīng)用[1]。 基于單片機(jī)的簡易數(shù)字電壓表的設(shè)計目 錄1 引言 12 設(shè)計總體方案 2 2 設(shè)計思路 2 設(shè)計方案 23 硬件電路設(shè)計 3 A/D轉(zhuǎn)換模塊 3 單片機(jī)系統(tǒng) 7 復(fù)位電路和時鐘電路 9 LED顯示系統(tǒng)設(shè)計 11 總體電路設(shè)計 134 程序設(shè)計 15 程序設(shè)計總方案 15 系統(tǒng)子程序設(shè)計 155 仿真 17 軟件調(diào)試 17 顯示結(jié)果及誤差分析 17結(jié) 論 20參考文獻(xiàn) 21附錄 程序代碼 22281 引言在電量的測量中，電壓、電流和頻率是最基本的三個被測量，其中電壓量的測量最為經(jīng)常。 傳統(tǒng)的指針式刻度電壓表功能單一，進(jìn)度低，容易引起視差和視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時代的需要。目前，由各種單片機(jī)和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。本文是以簡易數(shù)字直流電壓表的設(shè)計為研究內(nèi)容，本系統(tǒng)主要包括三大模塊：轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。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)。⑶電壓顯示采用4位一體的LED數(shù)碼管。硬件電路設(shè)計框圖如圖1所示。一個n位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器只需要比較n次，轉(zhuǎn)換時間只取決于位數(shù)和時鐘周期，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實際中廣泛使用[1]。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路模擬多路開關(guān)，可以對8路05V輸入模擬電壓信號分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于ADC0808設(shè)計時考慮到若干種模/數(shù)變換技術(shù)的長處，所以該芯片非常適應(yīng)于過程控制，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]。地址輸入控制（4條）：ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效，當(dāng)ALE為高電平時，為地址輸入線，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。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。圖4 ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)其中：（1）8路模擬通道選擇開關(guān)實現(xiàn)從8路輸入模擬量中選擇一路送給后面的比較器進(jìn)行比較。ADC0808的工作流程為：（1）輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器從8路模擬通道中選通1路模擬量送給比較器。 單片機(jī)系統(tǒng) AT89C51性能AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128字節(jié)的隨機(jī)存儲器。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復(fù)位。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部用電阻上拉。ALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在訪問外部存儲器時。/PSEN：片外ROM的選通線，在訪問片外ROM時，89C51自動在/PSEN線上產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號。 復(fù)位電路和時鐘電路 復(fù)位電路設(shè)計單片機(jī)在啟動運行時都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖6是51系列單片機(jī)統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好的工作[1]。 本設(shè)計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，利用單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2個電容即可，如圖7所示。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機(jī)接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。LED引腳排列如下圖8所示:圖8 LED引腳排列 LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，尺寸，型號不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4LED”。 LED譯碼方式譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式，對于LED數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。由于本設(shè)計采用的是共陰極LED。 總體電路設(shè)計此電路的工作原理是：+5V模擬電壓信號通過變阻器VR1分壓后由ADC08008的IN0通道進(jìn)入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低電平），經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0D7傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位LED，同時它還通過其四位I/、。但要真正實現(xiàn)電路對電壓的測量和顯示的功能，還需要有相應(yīng)的軟件配合，才能達(dá)到設(shè)計要求。開始啟動轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示結(jié)束圖13 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)掃
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