【文章內(nèi)容簡介】 時間。加在 RST端的高電平信號要維持足夠長的時間才能保證系統(tǒng)可靠復(fù)位。 一般來說復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種 。圖 33是 AT89c51 單片機(jī)的上電復(fù)位和按鈕復(fù)位組合電路。 圖 33 復(fù)位電路 A/D轉(zhuǎn)化 模塊 現(xiàn)實中大多數(shù)都是模擬量，這樣并不能被我們直接采用，所以人們研制了數(shù)字量的器件，它能把模擬的物理量轉(zhuǎn)變成我們能夠利用的數(shù)字量，這是單片機(jī)幾桶收集整理轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，在電路設(shè)計中必不可少，經(jīng)過人們不斷努力改進(jìn)，現(xiàn)在的轉(zhuǎn)換器已經(jīng)具備了很強(qiáng)的抗干擾能力，轉(zhuǎn)換精度十分準(zhǔn)確，性能強(qiáng)，價格低廉，種類多，常用的有逐次逼近型，雙重積分型等。逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度和精度都比雙積分型更高， ADC0808 轉(zhuǎn)換器可以與單片機(jī)連接，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送入單片機(jī)，并對數(shù)字量進(jìn)行分析和顯示。每個位比較一次，那么一個 n位久需比較 n次，這過程中所消耗的由位數(shù)和單片機(jī)時鐘周期來共同決定，因為現(xiàn)實中更注重效率，而逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，在現(xiàn)實的生產(chǎn)生活中被大量采用。 A/D 轉(zhuǎn)化器的工作原理 轉(zhuǎn)換器要想工作，必須先做幾個步驟如寄存器每一個都必須歸零，開始轉(zhuǎn)換工作時，必須將最高位置高電也就是置 1才能把數(shù)據(jù)送入轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的結(jié)果與輸入時的比較，若經(jīng)轉(zhuǎn)換的模擬量小于輸入的模擬量，則 1被保留，如轉(zhuǎn)換的模擬量大于輸入的模擬量，則 1不保留，接著第二位第三位第四位并最終到最低位，最終寄存器中所存儲的便是輸入模擬量所對 應(yīng)的二進(jìn)制的數(shù)字量。 ADC0808 主要特征 ADC0808 是有使能控制端和微機(jī)直接接口的 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，首華東 交通 大學(xué) 理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 9 先應(yīng)用在智能儀器和機(jī)床控制領(lǐng)域片內(nèi)可以對模擬電壓信號對 8路同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，之所以這么做，是因為 ADC0808 與其他相比有著先天的優(yōu)勢 :第一，它是 8 路 8 位的轉(zhuǎn)換器；其次， 8路模擬開關(guān)并具有鎖存控制功能再次可以接各種微控制器口；第三，鎖存三態(tài)，與TTL轉(zhuǎn)換電壓低且精度高低功耗等特點(diǎn)。 ADC0808 的外部引腳特征： ADC0808 有 28 條引腳，其引腳圖如下所示： 圖 34 ADC0808的引腳圖 下面說明各個引腳功能： IN0IN7（ 8條）：用來進(jìn)行輸入控制轉(zhuǎn)換模擬電壓。 地址控制： ALE 為地址輸入鎖存許可線，輸入高電平時有效，當(dāng) ALE 置高電平時，做為地址輸入線使用。 START：啟動信號脈沖線，正脈沖寬度不小于 100ns，否則無法啟動， EOC: 標(biāo)志著轉(zhuǎn)換結(jié)束的輸出線，電位處于高電平時則表示 A/D 轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，且數(shù)字量自動鎖入鎖存器中。 D1D8：數(shù)字量輸出端口， D8 位最低位， D1 位最高位。 OE：輸出允許端，高電平時，把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過 D1D8 引腳上輸出。 REF+、 REF:輸入電壓參考量，指給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)的參考電壓和標(biāo)準(zhǔn)值。 Vcc、 GND: Vcc 一般 R與 EF+連接在一起為主電源輸入端，地端是 GND 與 REF連接在一起，這樣便是 VCC ， GND 的作用。 轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)的鏈接，如下圖： 田 唯 迪 ： 數(shù)字電壓表的設(shè)計 10 圖 35 轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)的鏈接 顯示模塊設(shè)計 數(shù)碼管介紹 本文的電壓值是選用 LED 數(shù)碼管來顯示的。 LED數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管組成，其中7 個按“ 8”字型排列，還有一個是位于右下角且發(fā)光管的圓點(diǎn)形狀為 dp，用來顯示小數(shù)點(diǎn)。 LED有低功耗、亮 度強(qiáng)、線路簡單、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)碼管的引腳圖 如圖 36 所示： 華東 交通 大學(xué) 理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 11 圖 36數(shù)碼管引腳排列 發(fā)光二極管有兩種接法，分別是共陽極接法和共陰極接法，把 8 個點(diǎn)連在一起，高電平在公共端接入的叫共陽極，低電平在公共端接入的叫共陰極。 數(shù)碼管有靜態(tài)和動態(tài)兩種顯示方式。靜態(tài)顯示， 就是指一個 I/O 端口只能控制一個數(shù)碼管的段碼數(shù)據(jù)。這樣各個數(shù)碼管顯示相對獨(dú)立，每個數(shù)碼管接收的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng) I/O 口的輸出段碼將保持不變，直到顯示下一個字符，此特點(diǎn)使得數(shù)碼管的顯示亮度也較高。但是也存在著缺點(diǎn)，大量的 I/O 端口在數(shù)碼管過 多時將被占用。 動態(tài)顯示，指逐位地點(diǎn)亮顯示器的各個位，點(diǎn)亮一次顯示器的亮度與間隔時間、導(dǎo)通電流和點(diǎn)亮?xí)r間的比例三者相關(guān)。動態(tài)顯示的亮度要比靜態(tài)顯示要暗，所以在選擇靜態(tài)顯示電路中的限流電阻應(yīng)該要大于限流電阻時阻值，防止數(shù)碼管損壞。采用了自動顯示 8 路模擬電壓值動態(tài)顯示對于設(shè)計的實現(xiàn)非常容易。 數(shù)碼管顯示模塊電路 數(shù)碼管要求的驅(qū)動電流在 10mA～ 20mA，為防止數(shù)碼管灌入的電流太大， 超出了單片機(jī)允許的電流范圍 而導(dǎo)致器件損壞 ， 在 P1 口輸出段碼顯示處 ，要加入 10K 的限流電阻排阻，一共 8個同阻值的電阻，分別 對應(yīng) LED 的 8 個接口，既保護(hù)數(shù)碼管，又簡單電路。本設(shè)計選用軟件譯碼的方式來簡化電路和進(jìn)行數(shù)值顯示。顯示電路采用 LED 數(shù)碼管通過軟件譯碼動態(tài)顯示，通過單片機(jī)的 P 、 、 口控制。通過譯碼器驅(qū)動將依次循環(huán)點(diǎn)亮數(shù)碼管 ,如圖 37 所示： 田 唯 迪 ： 數(shù)字電壓表的設(shè)計 12 圖 37 數(shù)碼管電路 LED 數(shù)碼管與單片機(jī)接口設(shè)計 LED 驅(qū)動電路設(shè)計是一個很重要的問題，單片機(jī)的 I/O 口產(chǎn)生的電流并不能直接驅(qū)動LED，驅(qū)動電路能力太差，這樣就會導(dǎo)致顯示器亮度低，這時，只要用驅(qū)動電路產(chǎn)生足夠的電流， LED就能正常工作。 在 LED 驅(qū)動電路的設(shè)計過程中，可以利用上拉電阻解決這種問題， 就是可以在 LED 的DP引腳到 P0口和 7 段顯示引腳之間接上上拉電阻， 以此來增強(qiáng) P0口的驅(qū)動能力， LED 以正常的亮度運(yùn)行。如圖 38所示。 圖 38 數(shù)碼管與單片機(jī)的鏈接 華東 交通 大學(xué) 理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 13 高阻隔放大電路 采用 LM324 運(yùn)放構(gòu)成的前級信號調(diào)理電路，作為衰減信號的緩沖，提高輸出阻抗，電壓不變，電流增大，保證輸出穩(wěn)定并減小后級電路對信號的影響，避免沖擊電壓對運(yùn)放的危害，加一個電容保護(hù)電路。 圖 39 高阻隔放大電路 總體電路設(shè)計 總結(jié)以上的設(shè)計，利用 protues 軟件繪制出簡易的數(shù)字直流電壓表電路原理圖。數(shù)字直流電壓表電路 圖的工作原理是：輸入模擬電壓，對模擬電壓信號進(jìn)行處理然后再由ADC0808 的 IN0 通道進(jìn)入，這樣經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)過 D0D7 輸出通道再傳送給單片機(jī)芯片的 P1 口，接收到的數(shù)字量可以通過 AT89C51 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過 P0口輸出給譯碼器，從而 7段數(shù)碼管的顯示段碼再傳送給 74HC245 譯碼然后去驅(qū)動 LED， 還控制 、 、 的段選以及小數(shù)點(diǎn)。此外， AT89C51 還控制 ADC0808 的工作，單片機(jī) AT89C51 通過從ALE引腳輸出方波，接到 ADC0808 的 CLOCK, 發(fā)正脈沖啟動 A/D轉(zhuǎn)換， A/D 轉(zhuǎn)換完成產(chǎn)生中斷，單片機(jī)進(jìn)入中斷程序 ，從 P1口讀取轉(zhuǎn)換的 置高電位，然后送給 LED 顯示。 總體電路設(shè)計完畢，利用 Proteus 制出硬件的原理結(jié)構(gòu)圖，并作相應(yīng)的檢查、修改、及測試，直至完成完善的硬件原理結(jié)構(gòu)圖。本設(shè)計目的是能對電壓進(jìn)行測量，顯示的功能和其他相應(yīng)的軟件配合。如圖 310 所示： 田 唯 迪 ： 數(shù)字電壓表的設(shè)計 14 圖 310 系統(tǒng)電路圖 華東 交通 大學(xué) 理工學(xué)院畢業(yè) 設(shè)計 15 4 程序 設(shè)計 流程圖 主 程序流程分成 3個模塊，初始化模塊，顯示 A/D 轉(zhuǎn)換子程序模塊和子程序模塊構(gòu)成的。第一步，開始，系統(tǒng)自動回到初始化狀態(tài)，此時， A/D 轉(zhuǎn)化子程序啟動，將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，測量限值比較，若輸入的模擬電壓大于電壓表的測量范圍，則系統(tǒng)蜂鳴器報警且輸出電壓表測量電壓最大值，若輸入電壓小于測量范圍，則系統(tǒng)正常運(yùn)行且輸出準(zhǔn)確電壓，接著顯示子程序啟動，數(shù)字信號通過 LED 顯示板顯示數(shù)值，流程結(jié)束。如下圖所示： 圖 41 數(shù)字電壓表主程序框圖 啟動電源前，系統(tǒng)自動復(fù)位，蜂鳴器關(guān)閉， LED 顯示關(guān)閉，定時器初始化。啟 動電源，輸入被測模擬電壓值，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換程序，譯碼器獲得電壓數(shù)值，通過 LED顯示器顯示，此時判斷被測電壓是否超出測量范圍，若超出，蜂鳴器報警，輸出測量范圍最大值；若正常，則輸出準(zhǔn)確電壓。另外，還可設(shè)置系統(tǒng)電壓的測量范圍，通過限制設(shè)置一欄設(shè)定想要的測量范圍。 主程序核心代碼： //主程序 void main() { int value。 //電壓數(shù)據(jù) 田 唯 迪 ： 數(shù)字電壓表的設(shè)計 16 unsigned int delay_count=0。 //延時計數(shù) BUZ=0。 //上電先關(guān)閉蜂鳴器 LED=1。 //關(guān) LED TimerInit()。 //定時器初始化 while(1) { delay_count++。 //延時計數(shù) +1 if(delay_count5000) { delay_count=0。 //延時計數(shù)清 0 value=GetValue()。 //獲取電壓 ValueDis(value)。 //顯示電壓 if(value=valueMAX) //電壓正常 { BUZ=0。 //關(guān)蜂鳴器 LED=1。 //關(guān) LED b_over=0。 //超限標(biāo)志 } else //電壓超限 { b_over=1。 //