【文章內(nèi)容簡介】 器發(fā)聲報警。 單片機(jī)最小系統(tǒng)主 要完成單片機(jī)和其他外圍電路的連接，通過程序的運(yùn)行完成單片機(jī)對所測的電流、電壓、電阻、溫度等進(jìn)行處理和顯示；增益放大電路主要是采集并放大被測信號； A/D 轉(zhuǎn)換電路將采樣放大電路送來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入單片機(jī)，由顯示電路對被測信號進(jìn)行數(shù) 字顯示；按鍵輸入電路進(jìn)行物理量、量程、交直流的選擇以及計時，當(dāng)被測信號超過所選量程時進(jìn)行報警。因此，可將整個設(shè)計過程分為硬件和軟件來完成，按照需求設(shè)計多功能數(shù)字測量儀表：先按照硬件需求，研究硬件實現(xiàn)的框架結(jié)構(gòu) 和模塊劃分，再對軟件設(shè)計進(jìn)行分塊設(shè)計。下圖是多功能數(shù)字測量儀表的系統(tǒng)總體設(shè)計圖 21： 圖 21 多功能數(shù)字測量儀系統(tǒng)總體設(shè)計圖 增益放大 被 測信號電壓、電流、電阻 通道選擇與整形 超限報警 液晶顯示 AD 轉(zhuǎn)換器 溫度測量信號 微控制器最小系統(tǒng) 按鍵輸入 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 芯片的選擇及介紹 AT89S52 芯片的介紹 （ 1） AT89S52 引腳框圖： 圖 22 AT89S52 芯片引腳圖 （ 2） AT89S52 主要性能： 1）與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 2） 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 3） 1000 次擦寫周期 4）全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz 5）三級加密程序存儲器 6） 32 個可編程 I/O 口線 7）三個 16 位定時器 /計數(shù)器 8）多個中斷源 9）全雙工 UART 串行通道 10）低功耗空閑和掉電模式 11）掉電后中斷可喚醒 12）看門狗定時器 13）雙數(shù)據(jù)指針 14）掉電標(biāo)識符 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 （ 3）功能特性描述： AT89S52 是一 種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52 有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器， 2 個數(shù)據(jù)指針，三個 16 位定時器 /計數(shù)器 ，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 RST: 復(fù)位輸入。晶振工作時， RST 腳持續(xù) 2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。看門狗計時完成后， RST 腳輸出 96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器 AUXR(地址 8EH)上的 DISRTO 位可以使此功 能無效。 DISRTO 默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。 ALE/ PROG ：地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在 flash 編程時，此引腳（ PROG ）也用作編程輸入脈沖。 在一般情況下， ALE 以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強(qiáng)調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE脈沖將會跳過。如 果需要，通過將地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位置 “ 1”， ALE操作將無效。這個 ALE 使能標(biāo)志位（地址為 8EH 的 SFR 的第 0 位）的設(shè)置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。 PSEN : 外部程序存儲器選通信號，當(dāng) AT89S52 從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機(jī)器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， 該引腳 將不被激活。 EA /VPP: 訪問外部程序存儲 器控制信號。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND，為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， EA 應(yīng)該接 VCC，在 flash 編程期間， EA 也接收 12 伏 VPP 電壓。 XTAL1: 振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2: 振蕩器反相放大器的 輸出端。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 ADC0809 芯片的介紹 ADC0809 是帶有 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 8 路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的 CMOS 組件。它是逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。 （ 1） ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖 23 ADC0809 的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 上圖可知， ADC0809 由一個 8 路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通 8 個模擬通道，允許 8路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng) OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 （ 2）引腳結(jié)構(gòu) 圖 24 ADC0809 引腳結(jié)構(gòu)圖 IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道 ADC0809 對輸入模擬量要求： 信號單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 地址輸入和控制線： 4 條 ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng) ALE 線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存， 經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 A， B 和 C 為地址輸入線，用于選通 IN0－ IN7上的一路模擬量輸入。 數(shù)字量輸出及控制線： 11 條 ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng) ST 上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間， ST 應(yīng)保持低電平。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 OE 為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 OE＝ 1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)； OE＝ 0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。 D7－ D0 為數(shù)字量輸出線。 CLK 為時鐘輸入信號線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， V（＋）， VREF（－）為參考電壓輸入。 ADC0809 應(yīng)用說明： 1） ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與 AT89S51 單片機(jī)直接相連。 2） 初始化時，使 ST 和 OE 信號全為低電平。 3） 送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到 A， B， C 端口上。 4） 在 ST 端給出一個至少有 100ns 寬的正脈沖信號。 5） 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù) EOC 信號 來判斷。 6） 當(dāng) EOC 變?yōu)楦唠娖綍r，這時給 OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 DS18B20 芯片的介紹 （ 1） DS18B20 測溫原理 DS18B20 的讀寫時序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時的延時時間由 2s 減為 750ms。 DS18B20測溫原理如圖 35 所示。圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號送給計數(shù)器 1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變，所產(chǎn)生的信號作為計數(shù)器 2 的 脈沖輸入。計數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃所對應(yīng)的一個基數(shù)值。計數(shù)器 1 對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)，當(dāng)計數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0 時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1 的預(yù)置將重新被裝入，計數(shù)器 1 重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0 時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正計數(shù)器 1 的預(yù)置值。 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 圖 25 DS18B20 的測溫原理圖 （ 2） DS18B20 的引腳結(jié)構(gòu) 圖 26 DS18B20 的引腳結(jié)構(gòu)圖 （ 3） DS18B20 的技術(shù)性能描述 1）采用單總線技術(shù)，與單片機(jī)通信只需要一根 I/O 線，在一根線上可以掛接多個 DS18B20。 2）每只 DS18B20 具有一個獨(dú)有的，不可修改的 64 位序列號，根據(jù)序列號訪問相應(yīng)的器件。 3）低壓供電，電源范圍從 ～ ，可以本地供電，也可以直接從數(shù)據(jù)線竊取電源（寄生電源方式 ）。 4）測溫范圍為 55℃～ +125℃，在 10℃～ +85℃范圍內(nèi)誤差為177。 ℃。 5）可編輯數(shù)據(jù)為 9～ 12 位，轉(zhuǎn)換 12 位溫度時間為 750ms（最大）。 斜率累加器 預(yù)置 比較 計數(shù)器 1 低溫度系數(shù)晶振 預(yù)置 =0 溫度寄存器 高溫度系數(shù)晶振 計數(shù)器 2 =0 加 1 停止 LSB 置位 /清除 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 6）用戶可自設(shè)定報警上下限溫度。 7）報警搜索命令可識別和尋址超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件。 8） DS18B20 的分辨率由用戶通過 EEPROM 設(shè)置為 9～ 12 位。 9） DS18B20 可將檢測到溫度值直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 10）負(fù)電壓特性，電源極性接 反時，溫度計不會因為發(fā)熱而燒毀，只是不能正常工作。 LCD1602 液晶顯示器介紹 （ 1） LCD1602 液晶顯示器的基本特征 LCD1602 是工業(yè)字符型液晶，能夠同時顯示 16 02 共 32 個字符。 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊，目前市面上的 1602 液晶大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，其控制原理是完全相同，因此基于 HD44780 寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于大部分1602 字符型液晶。 （ 2） LCD1602 液 晶顯示器的引腳功能 LCD1602 液晶顯示器的引腳功能如表 21 所示，引腳結(jié)構(gòu)圖 27。 表 21 1602 液晶顯示器的引腳功能 引腳 符號 功能 引腳 符號 功能 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) I/O 口 2 VCC 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) I/O 口 3 VO 液晶顯示偏壓信號 11 D4 數(shù)據(jù) I/O 口 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L） 12 D5 數(shù)據(jù) I/O 口 5 R/W 讀 /寫選擇（ H/L） 13 D6 數(shù)據(jù) I/O 口 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) I/O 口 7 D0 數(shù)據(jù) I/O 口 15 BLA 液晶背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) I/O 口 16 BLK 液晶背光源負(fù)極 圖 27 LCD1602 引腳結(jié)構(gòu)圖 長春理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 12 第 3 章 多功能數(shù)字測量儀硬件設(shè)計 本章將對多功能數(shù)字測量儀的硬件進(jìn)行研究，通過對電路的工作過程進(jìn)行簡單的描述，根據(jù)功能對其進(jìn)行模塊的劃分，進(jìn)行硬件的設(shè)計，完成整體電路原理圖的繪制，整體原理圖見附錄 1。 電路工作過程描述 根據(jù)本次設(shè)計要求實現(xiàn)的功能，將相應(yīng)的控制 程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)是使電路各部分能協(xié)調(diào)工作，完成既定任務(wù)的前提。通過按按鍵選取要測量的信號（電壓、溫度、電流、電阻和時間），然后通過選取合適的量程進(jìn)行測量，以獲得更準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)。單片機(jī)通過控制 ADC0809 芯片，完成 A/D 轉(zhuǎn)換，通過 P0 口將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號送入單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)按鍵，確定所選檔位和量程對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，送至 LCD1602 液晶處進(jìn)行輸出。若發(fā)生待測信號超出量程的情況，蜂鳴器會立即報警，提示使用者切換更高的量程進(jìn)行測量。 系統(tǒng)各部分實現(xiàn)方法 電源電路 為了滿足在絕 大多數(shù)情況下都能正常