【正文】 路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 20 表 43 常用字符 顯示編碼表 c. LED 顯示接口電路設(shè)計 數(shù)碼管顯示接口電路如圖 46 所示 。而選用共陽極的 LED 時，要使某一段發(fā)光二極管發(fā)亮，則需加上低電平，反之則暗，為了保護(hù)各段 LED 不被損壞，需要外加限流電阻。 LED 數(shù)碼管顯示器 a. LED 數(shù)碼管顯示器 的結(jié)構(gòu) 通常使用的 LED 是由 7 個發(fā)光二極管排列成的，七段 LED 的陽極連在一起稱為共陽極接法，而陰極接在一起的稱為共陰極接法 。在 START 上升沿時，所有的內(nèi)部寄存器清零，在下降沿時，開始進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，此期間 START 應(yīng)保持低電平。 ADC0809 的參考電壓為＋ 5V。 OE：輸出允許端。從 START 端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動ADC0809 開始轉(zhuǎn)換。當(dāng) CBA=000 時， IN0 輸入；當(dāng) CBA=111 時， IN7 輸入?？奢斎?0～ 5V待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。 （ 1） ADC0809 主要性能 ? 逐次比較型 ? CMOS 工藝制造 ? 單電源供電 ? 無需零點和滿刻度調(diào)整 ? 具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與 TTL 兼容 ? 易與各種微控制器接口 圖 42 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 17 ? 具有鎖存控制的 8 路模擬開關(guān) ? 分辨率： 8 位 ? 功耗： 15mW ? 最大不可調(diào)誤差小于 177。 b. ADC0809 內(nèi)部功能與引腳 分辨率和精度 是 A/D 轉(zhuǎn)換器的兩個主要的性能指標(biāo)，這兩個性能指標(biāo) 在 前文 中已作了相應(yīng)的計算和分析 ，這里就不再贅述。 實際中采樣 保持是做成一個電路。 XTAL1： 振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 EA/VPP ： 外部訪問允許。 如有必要， 可 通過對特殊功能寄存器 (SFR)區(qū)中 的 8FH 單元的 DO 位置位， 可禁 止 操作。 ALE/PROG： 當(dāng) 訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。對 P3 口寫“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 (IIL ). Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 14 P2 口 ： P2 是 一個帶有內(nèi)部 上拉電阻 的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可 驅(qū)動 (吸收或輸出電流 )4 個 TTL 邏輯門 電路。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口寫 ”1”可作為高阻抗輸入端用。 3 個 16 位定時 /計數(shù)器 全靜態(tài)操作 :OHz24MHz 主要 特性 參數(shù) ： 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計 硬件電路 各模塊 簡介 AT89C52 單片機 AT89C52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電 壓 ,高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù) 擦寫的 Flash 只讀程序存儲器 （ EPROM） 和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM ),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 12 標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) 及 8052 產(chǎn)品引腳兼容 ，片內(nèi)置通用 8 位中 央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元， 功能強大 的 AT89C52 單片機可 提供許 多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各 種控制領(lǐng)域 a 技術(shù)指標(biāo)及 功能特性 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能 :8k 字 節(jié) Flash 閃速存儲器， 256 字 節(jié)內(nèi) RAM,32 個可編程 I/O 口線， 3 個 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6 向量兩級中 斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口， 片 內(nèi)振蕩器及時鐘電路。 這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路，使用的硬件較多；動態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的 CPU時間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。 編程容易，管理簡單，顯示亮度高，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的 CPU 時間。 a 譯碼方式 方案一：硬件譯碼 硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成， CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn)的 BCD 碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。所以，方案二成為該設(shè)計首選的 ADC0809 與單片機接口的方式。 ADC0809 轉(zhuǎn)換的必要條件就是 CLOCK 引腳得到一個能 夠正常工作的時鐘脈沖，以經(jīng)典接口方式來看，是由單片機的 ALE 引腳經(jīng)分頻器給 CLOCK 一個時鐘脈沖，通過硬件電路直接給 CLOCK 引腳一個時鐘脈沖。 表 31 0809 輸入通道地址 地址碼 輸入通道 C B A 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 10 控制信號：將 作為片選信號，在啟動 A/D 轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號和 控制 ADC 的地址鎖存和啟動轉(zhuǎn)換。單片機時鐘頻率采用12MHz,則 ALE 輸出的頻率是 2MHz，二分頻后為 1MHz,符合 ADC0809 對頻率的要求。 方案一：經(jīng)典接口方式。 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 8 c ADC 位數(shù)的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。 圖 35 雙積分式 ADC 工作原理 b 轉(zhuǎn)換時間的選擇 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需時間的倒數(shù)，是一個很重要的指標(biāo)。控制邏輯先對未知的輸入模擬電壓 VIN進(jìn)行固定時間 T 的積分，然后轉(zhuǎn)為對標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直至積分輸出返回起始值。以此類推，從 D7 到 D0 都 比較完畢，轉(zhuǎn)換便結(jié)束。 圖 33 逐次逼近 式 ADC 原理圖 在時鐘脈沖的同步下，控制邏輯先使 N 位寄存器的 D7 位置 1（其余位為 0）。 a 轉(zhuǎn)換原理的選擇 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展， A/D 轉(zhuǎn)換器新品不斷推出。 HMOS 工藝的 MCU 則 XTAL2 端接外部時鐘信號， XTAL1 端須接地。 方案一：內(nèi)部 時鐘方式 ，如圖 31 圖 31 內(nèi)部時鐘方式 外接石英 晶 體 (或陶瓷諧振器 )及電容 C1, C2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 系統(tǒng)框圖如圖 31 所示 M C UA D C L E D8 路 輸 入模 擬 信 號 圖 31 系統(tǒng)模塊框圖 主控制器 模塊 的 分析與 選擇 用單片機作為這一控制系統(tǒng)的核心，接 收 來自 ADC0809 的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后通 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 4 過串口傳送，由于系統(tǒng)功能簡單，單片機通過與 LED 數(shù)碼顯示器相連，驅(qū)動顯示器顯示相應(yīng)通道采集到的數(shù)據(jù)。本顯示器可自動輪流顯示 8 路輸入模擬信號的數(shù)值，最小分辨率為，最大顯示數(shù)值為 255（輸入為 5V時），模擬輸入最大值為 5V，可作為數(shù)字電壓表用。 軟件設(shè)計簡介 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計也可以相應(yīng)的分為以下兩部分： ? A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計 ? 顯示程序設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換程 序設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計是該系統(tǒng)實現(xiàn)的核心部分，通過設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換程序驅(qū)動單片機向模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 輸入指令開啟模數(shù)轉(zhuǎn)換，以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計的主要功能。 LED 顯示器由若干個發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時，相應(yīng)的一個筆畫或一個點就發(fā)光。 在本論文中， 數(shù)據(jù)采集模塊 主要 是 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809。 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示系統(tǒng) 可以分為兩大模塊： ? 硬件 電路 模塊 ? 軟件設(shè)計 模塊 硬件電路簡介 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，可以將系統(tǒng)硬件電路 模塊 劃分為以下 三 個部分 ： 8路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的設(shè)計 2 ? 主控制器模塊 ? 數(shù)據(jù)采集 模塊 ? 顯示 模塊 主控制器模塊 主控制器模塊是 8 路輸入模擬信號數(shù)值顯示器的核心控制部分，該模 塊 主要 由單片機構(gòu)成，通過單片機的各個 I/O 口對外圍設(shè)備的控制，以達(dá)到 A/D 轉(zhuǎn)換，顯示數(shù)據(jù)等功能?？傊?，不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟效益。 多路 輸入模擬信號數(shù)值顯示 是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品、等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，往往需要隨時檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。設(shè)計中用 ADC0809進(jìn)行 8路數(shù)據(jù)的采樣，利用 AT89C52單片機的串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 4． 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 說明： 本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文 (設(shè)計 )課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 正式開始的第 1周周五之前獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 第十一周 繼續(xù)調(diào)試，并準(zhǔn)備進(jìn)行后期檢查。 第七周 提供中期報告，并進(jìn)行中期檢查。 第三周 學(xué)習(xí) PROTEUS仿真工具的使用。由于 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，故其 8位數(shù)據(jù)輸出線可直接與單片機 數(shù)據(jù)總線相連，單片機的低 8 位地址信號在 ALE 作用下鎖存在 74LS373 中。 如今， 隨著科技的不斷發(fā)展，電子技術(shù)類產(chǎn)品經(jīng)歷了一個蓬勃發(fā)展的階段 ， 國內(nèi)國外在該技術(shù)上都朝著更先進(jìn)、更智能化的方向發(fā)展， 多路 模擬信號數(shù)值顯示器的功能也會越來越強，自然地其應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣泛。學(xué)生有問題也可隨時聯(lián)系指導(dǎo)。 第 12周 ～ 開始撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。 第 8 周 ～ 繼續(xù)對系統(tǒng)進(jìn)行仿真工作。 第 4 周 ～ 初步確立系統(tǒng)的硬件設(shè)計。用 PROTUSE 軟件畫出電路原理圖。 二 .要求： 熟練掌握 0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換的實際應(yīng)用原理。本顯示器可自動 輪流顯示 8路輸入模擬信號的數(shù)值，最小分辨率為 ，最大顯示數(shù)值為 255（輸入為 5V 時），模擬輸入最大值為 5V，可作為數(shù)字電壓表用。 要求熟悉單片機系統(tǒng)設(shè)計，熟悉匯編語言或 C 語言編程，硬件電路知識扎 實，具有較強的軟件編程能力，要熟練掌握硬件電路的焊接技術(shù)，提高動手能 力。 第 3 周 ～ 學(xué)習(xí) PROTEUS仿真工具的使用。 第 7 周 ～ 提供中期報告，并進(jìn)行中期檢查。 第 11周 ～ 繼續(xù)調(diào)試，并準(zhǔn)備進(jìn)行后期檢查。 起 止 時 間 工 作 內(nèi) 容 主要參考書目 (資料 ) 主要參考書目 (資料 ) 張國勛 ,孫海 .單片機原理與應(yīng)用 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 李全利，遲榮強 .單片機原理及接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 樓然苗，李光飛 .51單片機設(shè)計實例 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2020 諸昌鈐 .LED顯示屏系統(tǒng)原理及工程技 術(shù) .成都：電子科技大學(xué)出版社， 2020 主要儀器設(shè)備及材料 PC機一臺 示波器一臺 數(shù)字萬用表一塊 單片機集成編譯環(huán)境、實驗板、焊接工具 芯片、阻容器件若干 PROTEUS軟件 論文 (設(shè)計 )過程中教師的指導(dǎo)安排 按計劃書中的工作內(nèi)容要求，每周兩次定時指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計，同時檢查設(shè)計進(jìn)度情況。 隨著工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路 模擬信號數(shù)值顯示器 勢必將得到越來越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢，作這方面的研究就顯得十 分重要。 ADC0809 的 EOC 端經(jīng)反相器連接到單片機的 引腳，作為查詢或中斷信號。 第二周 查閱 相關(guān)資料，了解設(shè)計所涉及的內(nèi)容， 提交畢業(yè)設(shè)計開題報告 。 第六周