【正文】 AD 轉(zhuǎn)換采用 ADC0809 對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制核心 AT89C51再對(duì)轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算處理最后驅(qū)動(dòng)輸出裝置 LED顯示數(shù)字電壓信號(hào) 第 1 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇 1． 1 設(shè)計(jì)方案的選擇 設(shè)計(jì)數(shù)字電壓表有多種的設(shè)計(jì)方法方案是多種多樣的由于大規(guī)模集成電路數(shù)字芯片的高速發(fā)展各種數(shù)字芯片品種多樣導(dǎo)致對(duì)模擬數(shù)據(jù)的采集部分的不一致性進(jìn)而又使對(duì)數(shù)據(jù)的處理及顯示的 方式的多樣性又由于在現(xiàn)實(shí)的工作生活中電壓表的測(cè)量測(cè)程范圍是比較大的所以必須要對(duì)輸入電壓作分壓處理而各個(gè)數(shù)據(jù)處理芯片的處理電壓范圍不同則各種方案的分段也不同下面介紹兩種數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)方案 立組件的電壓表 這種設(shè)計(jì)方案是由模擬電路與數(shù)字電路兩大部分組成模擬部分包括輸入放大器 AD 轉(zhuǎn)換器和基準(zhǔn)電壓源數(shù)字部分包括計(jì)數(shù)器譯碼器邏輯控制器振蕩器和顯示器其中 AD 轉(zhuǎn)換器是它的核心器件它將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量模擬電路和數(shù)字電路是相互聯(lián)系的由邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)按規(guī)定的時(shí)序?qū)?AD 轉(zhuǎn)換器中個(gè)組模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)保 證 AD轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路變換成段碼最后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示出相應(yīng)的數(shù)值此方案設(shè)計(jì)其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)成本低能夠滿足一般的電壓測(cè)量但設(shè)計(jì)不靈活都是采用純硬件電路很難將其在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展 片機(jī)系統(tǒng)及 AD 轉(zhuǎn)換芯片的電壓表 這種方案是利用單片機(jī)系統(tǒng)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片顯示模塊等的結(jié)合構(gòu)建數(shù)字電壓表由于單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)成熟利用單片機(jī)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合可以組裝出許多的應(yīng)用電路來(lái)此方案的原理是模數(shù) AD 轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端被測(cè)量電壓輸入端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測(cè)電壓模數(shù) AD 轉(zhuǎn)換芯片將被測(cè)量電壓輸入端所采集到的模擬 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)然后通過(guò)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程使單片機(jī)系統(tǒng)能按規(guī)定的時(shí)序來(lái)采集這些數(shù)字信號(hào)通過(guò)一定的算法計(jì)算出被測(cè)量電壓的值最后單片機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算好了的被測(cè)電壓值按一定的時(shí)序送入顯示電路模塊加以顯示 方案的選擇 綜上所述根據(jù)以上兩種設(shè)計(jì)方案各方面優(yōu)點(diǎn)及其在所設(shè)計(jì)電壓表中的實(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) 第二種方案不僅能夠繼承上一種方案的各種優(yōu)點(diǎn)還能改進(jìn)上一種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的不靈活和難于在原基礎(chǔ)上進(jìn)行功能擴(kuò)展等不足 第 2 章 總體設(shè)計(jì) 21 硬件電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)思路 1 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇 AT89C51 單片機(jī)為核心控制器件 2AD 轉(zhuǎn)換采用 ADC0809 實(shí)現(xiàn) 3 電壓顯示采用 1602 液晶顯示器 簡(jiǎn)介及本設(shè)計(jì)單片機(jī)的選擇 目前單片機(jī)的種類很繁多主要有主流的 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)各方面因素對(duì)于本設(shè)計(jì) 8位單片機(jī)已經(jīng)是綽綽有余了但用哪一種類 8的單片機(jī)呢在這里先簡(jiǎn)單的介紹一下幾種常用的 8 位單片機(jī) 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 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了 51 的芯片核心專利技術(shù)并在其基礎(chǔ)上擴(kuò)充其性能使得芯片的運(yùn)行速度變得更快性價(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)要高有專門的 IO方向寄存器雖然有轉(zhuǎn)強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)電壓但 IO 口使用沒(méi) 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)要高也有專門的 IO 方向寄存器 IO 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 AT89C51 它是低電壓低功耗高性能的 CMOS8 位單片機(jī)片內(nèi)含 4KB 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器和 128B 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器32 個(gè) IO 口線片內(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 AD 轉(zhuǎn)換器顯示器等通過(guò) IO 口地址線和數(shù)據(jù)線連接起來(lái)另一方面它將用戶下載的程序通過(guò)控制總線控制數(shù)據(jù)的輸入輸出從而實(shí)現(xiàn)冊(cè)電壓的功能 下圖 21 為 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 圖 21 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 從內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖框圖上可以看出 AT89C51 單片機(jī)包括一下資源 一個(gè) 8 位的 CPU 一個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路 4KB 的 FlashROM 128 的內(nèi)部 RAM 可擴(kuò)展 64KB 外部 ROM 和外部 RAM 的控制電路 2 個(gè) 16 位的定時(shí)計(jì)數(shù)器 26 個(gè)特殊功能寄存器 4 個(gè) 8 位的并行 口 一個(gè)全雙工的串行口 5 個(gè)中斷源 2 個(gè)外部中斷 3 內(nèi)部中斷 內(nèi)部硬件看門狗電路 一個(gè) SPI 串行接口用于芯片的在系統(tǒng)編程 AT89C51 單片機(jī)有四十個(gè)引腳引腳可分為四類電源地時(shí)鐘控制和 IO 口 管腳說(shuō)明 Vcc 供電電壓 GND 接地 P0 口 P0 口為一個(gè) 8 位雙向 IO 口每腳可吸收 8TTL 門電流當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時(shí)被定義為高阻輸入 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器它可以被定義為數(shù)據(jù)地址的第八位在 FIASH 編程時(shí) P0 口作為原碼輸入口當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí) P0輸出原碼此時(shí) P0 外部必須被拉高 P1 口 P1 口 是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 IO口 P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流 P1 口管腳寫入 1 后被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入 P1 口被外部下拉為低電平時(shí)將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí) P1 口作為第八位地址接收 P2 口 P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 IO 口 P2 口緩沖器可接收輸出 4個(gè) TTL 門電流當(dāng) P2 口被寫 1 時(shí)其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高且作為輸入并因此作為輸入時(shí) P2口的管腳被外部拉低將輸出電流這是由于內(nèi)部上拉的緣故 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí) P2口輸出地址的 高八位在給出地址 1 時(shí)它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí) P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào) P3 口 P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 IO 口可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流當(dāng) P3 口寫入 1 后它們被內(nèi)部上拉為高電平并用作輸入作為輸入由于外部下拉為低電平 P3 口將輸出電流 ILL 這是由于上拉的緣故 RST 復(fù)位輸入當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間 ALEPROG 當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)在 FLASH編程期間此引腳用于輸入編程脈沖在平時(shí) ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)此頻率為振蕩器頻率的 16 因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的然而要注意的是每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0 此時(shí) ALE 只有在執(zhí)行 MOVXMOVC 指令是 ALE才起作用另外該引腳被略微拉高如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE禁止置位無(wú)效 PSEN 外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn) EAVPP當(dāng) EA保持低電平時(shí)則在此期間外部程序存儲(chǔ)器 0000HFFFFH不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器注意加密方式 1時(shí) EA將內(nèi)部鎖定為 RESET當(dāng) EA端保持高電平時(shí)此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器在 FLASH 編程期間此引腳也用于施加 12V 編程電源 VPP XTAL1 反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入 XTAL2 來(lái)自反向振蕩器的輸出 振蕩器特性 XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件 XTAL2 應(yīng)不 接有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 22 顯示器件的介紹和選擇 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 示器件簡(jiǎn)介 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 09 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 162 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 84 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 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 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) 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 RW 讀寫選擇端 6 E 使能信號(hào) 814 D0D7 Data IO 15 BLA 背光源正極 16 BLK 背光源負(fù)極 表 2 1 接口信號(hào)說(shuō)明 1．基本操作時(shí)序 讀狀態(tài)輸入 RS 0RW 1E 1 輸出 D0D7 為狀態(tài)字 寫狀態(tài)輸入 RS 0RW 0D0D7 為指令碼 E 為高脈沖輸出無(wú) 讀數(shù)據(jù)輸入 RS 1RW 1E 1 輸出 D0D7 為數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)輸入 RS 1RW 0D0D7